3ª aula SERE - Sensoriamento Remoto

Prévia do material em texto

SENSORIAMENTO 
REMOTO 
Conceito e obtenção de dados 
Prof. Helder Lages Jardim e Lussandra 
Gianasi 
SENSORIAMENTO REMOTO 
SENTIR 
OBSERVAR 
CAPTAR 
À DISTÂNCIA 
O Sensoriamento remoto tem por objetivo estudar 
objetos ou regiões na superfície da Terra sem entrar 
diretamente em contato com os mesmos. 
Esses objetos de interesse, vegetação, culturas 
agrícolas, solos, formações rochosas, corpos d`água, etc 
são, em seu conjunto, genericamente denominados de 
alvos. Estas informações de interesse são obtidas 
basicamente através do estudo da interação da radiação 
eletromagnética – REM emitidas por fontes naturais (Sol) 
ou artificiais (radar) com esses alvos. (Erbert, M.; 2001 
ESQUEMA DE OBTENÇÃO DE IMAGENS ORBITAIS 
Captar e medir a quantidade de energia 
refletida e/ou emitida pelos alvos, de 
modo a obter informações sobre a 
natureza e/ou condições destes alvos. Energia Eletromagnética 
(EEM) ou Radiação 
Eletromagnética (REM) 
Objetos de interesse 
na superfície da terra 
SENSOR 
ENERGIA 
ALVO 
FONTE 
Emite radiação em direção à superfície 
terrestre - Sol 
As fontes de radiação 
eletromegnética 
Para o Sensoriamento remoto da superfície terrestre, o SOL é a principal fonte 
de Radiação EletroMagnética 
Esfera de gás aquecida por reações nucleares 
em seu interior; 
Sua superfície aparente é conhecida como 
fotosfera 
A temperatura de sua irradiação é de cerca de 
5.730oC 
Máximo de energia disponível: entre 0,4m e 
0,7m – Visível 
A irradiância solar no topo da atmosfera é 
bem maior que ao nível do mar, devido ao 
espalhamento e absorção da atmosfera 
Máximo de energia disponível: entre 0,4m e 0,7m – Visível 
A irradiância solar no topo da atmosfera é bem maior que ao nível do mar, 
devido ao espalhamento e absorção da atmosfera. 
Existem algumas regiões do espectro eletromagnético para as quais a atmosfera 
é opaca – BANDAS DE ABSORÇÃO DA ATMOSFERA 
Regiões em que a atmosfera é transparente a REM – JANELAS 
ATMOSFÉRICAS 
BANDAS DE ABSORÇÃO: Comprimentos de onda nas quais a REM é impedida 
de alcançar a superfície terrestre 
JANELAS ATMOSFÉRICAS: Comprimentos de onda nas quais a REM alcança a 
superfície terrestre 
Absorção da REM incidente do Sol na região do 
Espectro EM de 0.1 a 30 µm por vários gases 
atmosféricos (Jensen, 2000) 
Atenuação atmosférica da 
Radiação EletroMagnética 
A atmosfera nos protege de grande parte da REM 
proveniente do Sol pois grande parte desta radiação 
é refletida de volta ao espaço quando atinge o topo 
desta camada. 
ESPALHAMENTO ATMOSFÉRICO 
Entretanto, a REM que consegue atravessar a atmosfera interage com 
ela do mesmo modo que qualquer alvo na superfície, podendo sofrer 
três tipos de interação: 
Absorção Espalhamento Transmitância 
Existem entretanto, vários tipos de espalhamento atmosférico 
ESPALHAMENTO DE RAYLEIGH 
O espalhamento da radiação eletromagnética é produzido pelas 
moléculas dos gases constituintes da atmosfera. A intensidade deste 
espalhamento é inversamente proporcional à quarta potência do 
comprimento de onda da radiação. Desta forma, quanto menor o 
comprimento de onda, maior será o espalhamento. 
Como na região do visível (porção do espectro eletromagnético captada 
por nossos olhos) os comprimentos de onda menores são referentes à 
cor azul, este tipo de espalhamento é o causador do azul do céu. 
ESPALHAMENTO DE MIE 
Ocorre quando o tamanho das partículas presentes na atmosfera é 
aproximadamente do tamanho do comprimento de onda da energia 
eletromagnética. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os aerossóis e a poeira atmosférica são os principais responsáveis 
por este tipo de espalhamento influenciando comprimentos de onda 
maiores (no visível), sendo pouco diferenciado do de Rayleigh. Estas 
partículas são maiores e mais pesadas, ficando mais próximas à 
superfície. 
Desta forma, ao amanhecer / entardecer, quando o Sol está próximo 
ao horizonte (e a trajetória da luz solar é maior), este material em 
suspensão espalha os comprimentos de onda maiores do visível, ou 
seja, os referentes à cor vermelha. Por isso, o céu assume tons 
avermelhados nestes horários. 
ESPALHAMENTO NÃO SELETIVO 
Já o espalhamento Não Seletivo afeta todos os comprimentos de onda 
do visível de maneira igual e ocorre quando os diâmetros das partículas 
em suspensão na atmosfera são muito maiores que o comprimento de 
onda da radiação. 
O melhor exemplo disso são as 
gotículas d’água em forma de 
nuvens ou bruma (nevoeiro) que 
espalham todos os comprimentos de 
onda do visível (todas as cores, 
como um prisma) em todas as 
direções ao mesmo tempo, 
formando a cor branca das nuvens. 
INTERAÇÕES 
ENERGIA-MATÉRIA: 
Quando a radiação eletromagnética – REM - entra em contato com a 
matéria, ocorrem diferentes interações em nível molecular e atômico 
com qualquer alvo presente na superfície terrestre: 
EMISSÃO: a energia absorvida pela 
substância pode ser, posteriormente 
emitida em função de sua 
temperatura e/ou estrutura. 
ABSORÇÃO: determina o aquecimento da substância sobre a qual a 
energia radiante está incidindo. 
TRANSMISSÃO: a energia 
atravessa o alvo com pouca ou 
nenhuma interação com ela. 
REFLEXÃO: a energia pode ser refletida sem alteração na volta para 
o meio. 
Estas interações são seletivas em relação ao comprimento de 
onda (ou faixa do espectro eletromagnético e são específicos 
para cada tipo particular de objeto, em função de sua estrutura 
atômica e molecular. 
Logo, se cada objeto possui um comportamento diferenciado de 
acordo com o comprimento de onda, é preciso conhecer como 
ele se comporta no espectro eletromagnético para que possamos 
identificá-los através das imagens de sensoriamento remoto 
Isto é chamado de: COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DE ALVOS 
O COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DE ALVOS 
Vegetação 
VISÍVEL (0,4 a 0,7m): a maior parte da REM incidente sobre a 
vegetação é absorvida pelas folhas e utilizadas para a fotossíntese 
(clorofilas a e b e xantofilas). 
Folha 
• Visível – Verde reflectância maior. 
• Estruturas celulares internas e água de 
forma indireta, afetam a estrutura – falta 
ou abundância = Infra Red próximo 
• Estrutura da folha, mas sobretudo pela 
concentração de água nos tecidos = Infra 
Red médio. 
Jensen, 2000 
Como o que comanda no 
visível são os pigmentos das 
folhas, ou seja, a cor delas, 
folhas com cores diferentes 
possuirão comportamentos 
diferentes. 
Hyperspectral 
Data Obtained on 
September 3, 1993 of 
San Luis Valley, 
Colorado 
Jensen, 2000 
Aveia 
Cevada 
Ciclos da 
Vegetaçã
o de San 
Joaquin 
and 
Imperial 
Valley, 
Californi
a 
Landsat 
Multispe
ctral 
Jensen, 2000 
Folhas de Café Folhas de café com 6 frutos 
 
Alvos Artificiais 
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
FOLHA DE CAFÉ CAFÉ 1 GRÃO CAFÉ 3 GRÃOS CAFÉ 5 GRÃOS CAFÉ 6 GRÃOS FOLHA MANGA FOLHA MANGA PAPEL VERDE PAPEL VERDE-
CAMUFLAGEM
Fa
to
r d
e 
R
ef
le
ct
ân
ci
a
TM1 (0,45 a 0,52 µm) TM2 (0,52 a 0,60 µm) TM3 (0,63 a 0,69 µm) TM4 (0,76 a 0,90 µm)
Figura 1: Dados de Fator de Reflectância média multi-espectral de alvos nas Bandas 1, 
2, 3 e 4 do LANDSAT TM 
Nós vemos o infravermelho? 
Como veremos a folha de café? 
Como veremos folhas e grãos? 
E a camuflagem? 
 
Infra-vermelho 
Banda 
Intervalo espectral 
(µm) 
Principais características e aplicações das bandas TM 
do satélite LANDSAT-5 
1 
(0,45 - 0,52) 
AzulApresenta grande penetração em corpos de água, com elevada 
transparência, permitindo estudos batimétricos. Sofre absorção pela 
clorofila e pigmentos fotossintéticos auxiliares (carotenóides). Apresenta 
sensibilidade a plumas de fumaça oriundas de queimadas ou atividade 
industrial. Pode apresentar atenuação pela atmosfera. 
2 
(0,52 - 0,60) 
Verde 
Apresenta grande sensibilidade à presença de sedimentos em suspensão, 
possibilitando sua análise em termos de quantidade e qualidade. Boa 
penetração em corpos de água. 
3 
(0,63 - 0,69) 
Vermelho 
A vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande absorção, ficando 
escura, permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas com vegetação 
(ex.: solo exposto, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre 
diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite 
análise da variação litológica em regiões com pouca cobertura vegetal. 
Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galeria 
e entalhe dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a 
banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificação 
de novos loteamentos. Permite a identificação de áreas agrícolas. 
4 
(0,76 - 0,90) 
InfraRed 
Próximo 
Os corpos de água absorvem muita energia nesta banda e ficam escuros, 
mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de água. A 
vegetação verde, densa e uniforme, reflete muita energia nesta banda, 
aparecendo bem clara. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das 
florestas (dossel florestal), à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de 
informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para análise e 
mapeamento de feições geológicas e estruturais, para separar e mapear 
áreas ocupadas com pinus e eucalipto e para mapear áreas ocupadas com 
vegetação que foram queimadas. 
CEA 
Gramas natural e sintética 
Natural 
Artificial 
INFRAVERMELHO PRÓXIMO (0,7 a 1,3m): o que comanda o comportamento 
espectral da vegetação nesta faixa é a estrutura da folha. Aqui, a reflectância da 
vegetação é alta (entre 40 e 60%). Portanto, a vegetação mapeada através de 
bandas de satélite que se utilizam desta faixa aparecerão em tonalidades de 
cinza muito claras, ao contrário do visível. 
Onde há grama sintética? 
Onde há grama sintética? 
• Na fotografia (a) é apresentada 
uma fotografia aérea oblíqua 
obtida com um filme P&B normal, 
onde se pode observar que toda 
área verde é apresentada em tons 
de cinza escuros. Isto se deve ao 
fato da baixa reflectância da 
vegetação nesta faixa do EEM. 
 
• Em (b) tem-se uma fotografia 
aérea oblíqua obtida com um filme 
P&B Infravermelho, onde se 
pode observar que a vegetação 
natural é apresentada em 
tonalidades claras de cinza. Este 
fato ocorre devido à alta 
reflectância da vegetação nesta 
região do EEM. 
 
• Observa-se também que somente 
aqui se pode diferenciar a 
vegetação natural (em torno do 
estádio) da artificial (o gramado 
do estádio) 
 
 
– Fonte: Lillesand e Kiefer, 1979, p. 
61. 
Vegetação natural fotografada 
no espectro visível 
Vegetação natural fotografada 
no espectro Infravermelho 
Próximo 
Vegetação artificial (não se 
modifica entre o visível e o IR) 
No espectro visível não se 
observa a diferença entre a 
vegetação natural e a artificial, 
como o gramado do estádio 
INFRAVERMELHO MÉDIO (1,3 a 2,6 m): o que comanda o 
comportamento espectral da vegetação nesta faixa é a quantidade de 
água presente na folha. 
 
Bandas de absorção pela água: 
1400nm (1,4m) 
1900nm (1,9m) 
2500nm (2,5m) 
 
As bandas dos satélites localizados nesta faixa apresentam uma 
correlação muito grande com as bandas da faixa do visível. 
Fatores que interferem no comportamento espectral 
da vegetação 
Idade da planta; 
Déficit hídrico; 
Quantidade de nutrientes; 
Homogeneidade do dossel; 
Fatores morfológicos (IAF); 
TM-Landsat5 
Banda 3 
TM-Landsat5 
Banda 4 
TM-Landsat5 
Banda 5 
Observe que como a vegetação absorve muita REM no visível, 
quanto + sadia e densa a vegetação for, vais escura ela se 
apresentará; 
No Irprox, a vegetação reflete cerca de 50% da REM que nela incide 
ficando, clara na imagem; 
No Irmédio, indica que a vegetação quando se apresenta muito 
escura, menos stress hídrico ela possui. Ao passo que a vegetação 
seca se apresentará + clara. 
COMPOSIÇÃO COLORIDA 
B4 
B3 
B5 
B3 B4 B5 
Vegetação Densa 
(plantio consolidado) 
Vegetação em 
Crescimento 
(plantio novo) 
Cerrado 
COMPOSIÇÃO 
COLORIDA 
B4 
B3 
B5 
O COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DE ALVOS 
Água 
A água possui 3 estados físicos à temperatura ambiente e cada um deles 
apresentará um comportamento distinto: 
Fatores que interferem no comportamento espectral da 
água: 
Matéria orgânica – diminui ainda mais a reflectância no visível 
Materiais inorgânicos – aumenta a reflectância no visível 
Posição fonte – alvo – sensor – pode acarretar o aumento da reflectância 
Na verdade, a água líquida ao se 
misturar aos mais diversos 
elementos inorgânicos (p.ex. 
sedimento em suspensão) e 
orgânicos (p.ex. matéria orgânica, 
agrotóxicos, etc.) muda 
completamente o seu 
comportamento. 
CEA Água 
 
• Condições de sua superfície (plana ou 
ondulada) e, principalmente, do ângulo de 
elevação solar. 
• Elementos em suspensão no meio (material 
particulado), tendem a aumentar a sua 
reflectância. 
• Presença de fitoplâncton gera aumento da 
absorção e espalhamento da REM. 
• A matéria orgânica em quantidade decresce a 
reflectância em toda região do visível. 
CEA Água 
• A água no seu estado líquido 
• (limpa e em locais/reservatórios 
profundos), é um forte absorvedor de 
REM. 
• Nuvem apresenta elevada reflectância, 
em torno de 70% da radiação que nela 
inside. 
Curvas Espectrais 
Nuven, Neve e Água 
O COMPORTAMENTO ESPECTRAL 
DE ALVOS 
Solos 
Vários são os fatores que interferem no 
comportamento espectral dos solos: 
Óxidos de ferro – influenciam na cor do solo (espectro visível) – Ilmetita 
(amarelo claro), Hematita (vermelho). Além disso, possuem pequenas 
bandas de absorção em torno de 0,9m; 
Matéria orgânica – à medida em que o teor de matéria orgânica 
aumenta, a reflectância do solo decresce nos espectros visível e em todo 
infravermelho; 
Rugosidade – pode diminuir a reflectância, devido as sombras; 
 
Crosta superficial – faz com que solos úmidos possam se comportar 
espectralmente como solos secos; 
 
Umidade do solo – provoca a diminuição da reflectância do solo no 
visível e no Infravermelho próximo. 
Entretanto, os solos são muito difíceis de serem estudados no 
sensoriamento remoto aéreo e orbital devido a vários fatores: 
Resolução espacial; 
Resolução espectral; 
Presença de vegetação sobre ele; 
Etc. 
CEA Rochas 
CEA Rochas 
• Minerais constituintes 
• Dificuldade da REM em ultrapassar a superfície 
o que compromete bastante as informações 
sobre o conteúdo da rocha. 
• Poucos minerais podem ser identificados pelos 
Sensores na região do visível. 
• Principais minerais que compõem as rochas são 
visualizados somente através do infravermelho 
termal, devido às suas estruturas cristalinas, 
como o caso dos quartzos e óxidos de alumínio. 
CEA Rochas 
• As rochas ricas em sílica (quartzo- feldspáticas) 
tendem a apresentar alta reflectância, enquanto 
as ricas em magnésio e ferro tendem a resultar 
em tonalidades mais escuras, devido a taxas 
mais altas de absorção 
• As rochas sedimentaresarenosas, em relação 
às argilosas tendem a apresentar maior 
reflectância e bandas de absorção bem 
definidas. 
• Os elementos que mais influenciam na resposta 
espectral das rochas sedimentares são o ferro, 
carbono orgânico e argila. 
Andesito e Folhelho 
Solos 
• Composição físico-química, biológica e 
mineralógica. 
• Matéria orgânica, óxidos de ferro, 
argilominerais, além da distribuição 
granulométrica e umidade. 
LR Latossolo Roxo 
LE Latossolo Vermelho Escuro 
PV Podzólico Vermelho Amarelo 
CB Cambissolo 
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS X BANDAS 
LANDSAT 4 E 5 
Solo + Veg Doente + Veg Sadia