Sensoriamento Remoto e Processamento Digital de Imagens Iana Alexandra Alves Rufino

Conceito: Sensoriamento Remoto A ciência e a arte de obter informação sobre um objeto, área ou fenômeno através da análise de dados adquiridos por um instrumento, que não entra em contato direto com o objeto, área ou fenômeno em investigação. Sensoriamento Obtenção de dados Remoto Distante

Sensoriamento Remoto Satélites, câmaras, telescópios e até nossos olhos são ferramentas utilizadas para analisar objetos à distância.

Princípios do SR Em geral, o SR basea-se na coleta e na análise da radiação emitida pela FONTE DE ENERGIA e refletida pela superfície terrestre; Fontes de Energia em SR Naturais: Luz do sol e o calor emitido pela superfície da terra Artificiais: Flash de uma máquina fotográfica, sinal produzido por um radar, etc.

Princípios do SR Passos para o estudo do Sensoriamento Remoto.

Espectro Eletromagnético No SR deve ter uma fonte de energia para iluminar o objeto . A esta energia dá-se o nome de radiação eletromagnética. A radiação eletromagnética se propaga em forma de ondas eletromagnéticas com a velocidade da luz É medida em freqüência (Hertz) e comprimento de onda (metros)

Espectro Eletromagnético O espectro representa a distribuição da radiação eletromagnética, por regiões; Essas segundo o comprimento de onda e a freqüência; Nossa principal fonte de radiação é o sol.

Espectro Eletromagnético Nossos "sensores" remotos - podem detectar parte do espectro visível. É uma pequena porção do espectro Há muita radiação ao redor de nós que é "invisível" aos nossos olhos; Mas, pode ser detectada através de outros instrumentos de sensoriamento remoto. ( = comprimento de onda - distância entre dois picos ou dois vales consecutivos; f = frequência - número de ciclos por segundo a partir de um ponto fixo; c = velocidade da luz) Campo elétrico Campo magnético  f c picos vales Direção de propagação Onda Eletromagnética(Fonte: Lillesand e Keifer, 1995) c = .f

Espectro Eletromagnético Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho µm  (A) (B) Espectro Eletromagnético; Padrão espectral da interação da vegetação, solo e água com a energia eletromagnética

Espectro Eletromagnético

Interação da Energia com a Terra De toda radiação solar que chega à Terra, somente 50% atinge a superfície, devido a interferências de gases existentes na atmosfera; Existem formas básicas de interação da radiação solar que atinge a superfície terrestre: Reflexão; Absorção; Transmissão; Os objetos da superfície terrestre como a vegetação, a água e o solo refletem, absorvem e transmitem radiação eletromagnética em diferentes proporções;

Grandezas Radiométricas Os alvos ao interagir com a REM produzem variações espectrais significantes. Por exemplo, uma folha de uma planta tem cor verde por refletir predominantemente a cor verde, absorvendo mais os outros comprimentos de onda. Esta interação não ocorre somente na região do visível, mas pode ser encontrada ao longo de todo o espectro eletromagnético. O padrão de resposta espectral, também conhecido como assinatura ou resposta espectral

Interação da Energia com a Terra

FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA Curvas características da refletância espectral da vegetação verde, solo nu seco e água limpa. VISÍVEL INFRAVERMELHO INFRAVERMELHO MÉDIO PRÓXIMO Absorção da REM pela água presente na vegetação e no solo Solo Vegetação Água 70 60 50 40 30 20 10 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Comprimento de onda (m) Reflectancia espectral (%) FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA PIGMENTAÇÃO EST. CELULAR PRESENÇA DE ÁGUA Absorção da REM Pela clorofila

Reflectância Espectral - Água Açude Coremas Açude Mãe D'Água B Complexo Coremas/Mãe D'Água A - Imagem TM/Landsat-5 - banda 3 (imagem da região do visível - vermelho) O açude Coremas apresenta alta refletância (tonalidade de cinza claro) devido à presença de material em suspensão enquanto que o açude Mãe D'Água apresenta boa transmitância (cinza escuro) B - Imagem TM/Landsat-5 - banda 4 (imagem da região do infravermelho próximo) Ambos os açudes apresentam alta absorção e transmitância da REM.

Reflectância Espectral - Solo Depende de vários fatores, complexos, variáveis e inter- relacionados, tais como: Umidade; Composição granulométrica; Rugosidade da superfície; Presença de óxido de ferro e presença de matéria orgânica, dentre outros. Solo 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 Comprimento de onda (m) FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA

Banda 1 – região espectral do azul/verde (0,45 m – 052m) Banda 2 – região espectral do verde (0,52m – 0,60m) Banda 3 – região espectral do vermelho (0,63m – 0,69m) Banda 4 – região espectral do infravermelho próximo (0,76m – 0,90m) Banda 7 – região espectral do infravermelho médio (2,08m – 2,35m) Banda 5 – região espectral do infravermelho médio (1,55 m – 1,75 m) Imagens Landsat - 5 do litoral norte do estado do Rio Grande do Norte de 17 de junho de 1989.

Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Banda 5 Banda 6 Banda 7 Banda 8

Sensores e Satélites Sensores Remotos Olho humano = sensor natural; Sensores artificiais = permitem obter dados de regiões de energia invisível ao olho humano; Sensores óticos = dependem da luz do sol (a cobertura de nuvens é uma limitação); Radares = produzem uma fonte de energia própria (as condições meteorológicas não interferem na captação);

Sensores e Satélites Para que um sensor possa coletar e registrar a energia refletida ou emitida por um objeto ou superfície, ele tem que estar instalado em uma plataforma estável à distância do objeto ou da superfície que esteja sendo observada.

O resultado é uma série de "fatias" da superfície, que juntas produzem a imagem final. (Exemplo: o radiômetro dos satélites NOAA gira a uma velocidade de 120 LPM (linhas por minuto) e cada linha lê aproximadamente 4 mil km de superfície com 1 km de largura).

Sensores e Satélites

Sensores e Satélites Características O caminho seguido por um satélite é chamado de sua órbita Satélites são projetados em órbitas específicas para atender às características e objetivo do(s) sensor(es) que eles levam Resolução espacial: mede a menor separação angular ou linear entre dois objetos. E é diferente para cada sensor

Processamento Digital de Imagens Definição: “Manipulação de uma imagem por computador de modo onde a entrada e a saída do processo são imagens” Processar uma imagem Usar operações matemáticas para alterar os valores dos pixels de uma ou mais imagens; Melhorar a qualidade da imagem para que o observador “veja melhor”; Melhorar a qualidade da imagem para preparar a imagem para ser analisada pelo próprio computador (análise de imagens)

Processamento Digital de Imagens Inclui diversas áreas como: Análise de recursos naturais; Meteorologia; Transmissão digital de sinais de televisão ou fac- símile; Análise de imagens biomédicas; Análise de imagens metalográficas e de fibras vegetais; Obtenção de imagens médicas por ultra-som, radiação nuclear ou técnicas de tomografia computadorizada; Automação industrial: sensores visuais em robôs.

Processamento Digital de Imagens Realce de Contraste

Processamento Digital de Imagens Redução de Ruído

Processamento Digital de Imagens Técnicas de PDI: permitem analisar uma cena nas várias regiões do espectro eletromagnético; extraem informação quantitativa da imagem; realizam medidas impossíveis de serem obtidas manualmente; possibilitam a integração de vários tipos de dados, devidamente georeferenciados.

Processamento Digital de Imagens 223 205 180 90 30 Cada célula tem sua localização definida em um sistema de coordenadas (x,y); Cada célula possui um atributo numérico “z” que é o nível de cinza (DN – digital number); O DN de uma célula representa a intensidade de energia eletromagnética (refletida ou emitida) medida pelo sensor;

Processamento Digital de Imagens O sistema visual humano não é muito sensível a variações de intensidade (no máximo 30 diferentes tons de cinza); O computador consegue diferenciar qualquer quantidade de níveis de cinza: imagens de 8 bits – 28=256 níveis de cinza, imagens de 10 bits – 210=1024 níveis de cinza, etc.

Etapas - PDI Pré-Processamento Realce Classificação

Pré-Processamento Refere-se ao processamento inicial de dados brutos para calibração radiométrica da imagem, correção de distorções geométricas e remoção de ruído.

Realce Visa melhorar a qualidade da imagem, permitindo uma melhor discriminação dos objetos presentes na imagem. As técnicas de realce mais comuns em PDI são: realce de contraste, filtragem, operação aritmética, transformação IHS e componentes principais.

Classificação Na classificação são atribuídas classes aos objetos presentes na imagem. “ Classificação é o processo de extração de informação em imagens para reconhecer padrões e objetos homogêneos e são utilizados em Sensoriamento Remoto para mapear áreas da superfície terrestre que correspondem aos temas de interesse.”

Cena 214/065 do sensor TM LANDSAT 5 (1989) Composição Colorida RGB (Bandas 4,5 e 2) Campina Grande - PB Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 4,5 e 2)

Classificação de Padrões Cena 214/065 do sensor TM LANDSAT 7 (24/07/2000) Composição Colorida RGB com realce linear (Bandas 5,4 e 3) Campina Grande - PB Classificação de Padrões