SENSORIAMENTO REMOTO C Sistemas Sensores ALVO  emissão  reflexão (background radiância de trajetória) ALVO  emissão  reflexão (background radiância.

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2 SENSORIAMENTO REMOTO C

3 Sistemas Sensores ALVO  emissão  reflexão (background radiância de trajetória) ALVO  emissão  reflexão (background radiância de trajetória) Óptica de coleta (Objetiva) Óptica de coleta (Objetiva) Dispersã o (Separaçã o da bandas) Dispersã o (Separaçã o da bandas) Detecção Processamen to de sinais DADO

4 SISTEMA SENSOR  Sistema óptico  Detector  Processador de sinais  FOV (field of view): é o ângulo sólido através do qual o fluxo radiante é captado pelo sensor - configuração óptica do sensor.  IFOV (instantaneous field of view): é a área no terreno que corresponde a um elemento detetor (unidade: miliradianos)  Não confundir IFOV com PIXEL. Pixel é unidade básica dos dados na imagem ao qual um valor de radiância (nivel de cinza) é atribuído. No caso de satélite eles coincidem porque não há variação de altitude. SISTEMA ÓPTICO

5  Prismas  Grades de Difração Separam a radiação incidente em diversas bandas espectrais. SISTEMA DE DISPERSÃO Transformam o fluxo energético num sinal elétrico.  Térmicos Energia incidente causa alteração da sua temperatura.  Quânticos A incidência de fótons (radiação) sobre o detector alteram os níveis de energia dos elétrons no interior do detector produzindo transportadores de carga livre. DETETORES

6 Qualidades de um Detector responsividade, características de ruído tempo de resposta, linearidade de resposta range dinâmico de resposta, ou resposta espectral, área de resposta do elemento detector uniformidade de resposta na área do elemento detector.

7 Processamento do Sinal Eletrônico Pré-amplificador Amplificador Filtro Relação Sinal/Ruído

8 "Escaner" Multispectral Sensores remotos eletrônicos (não fotográficos) >> sistemas de varredura ("escaner") Campo de visão estreito (i.e. IFOV) > varre o terreno para produzir uma imagem bi-dimensional da superfície Sistemas "escaner" >> em aeronave ou satélites > mesmos princípios operacionais “Escaner" >> dados sobre vários comprimentos de onda > chamados escâneres multispectrais (MSS) >> sistema mais comumente usado.

9 "Escaner" Multispectral (Cont.) Dois métodos varredura > 1) "escaner" de varredura transversal 2)"escaner" de varredura longitudinal Escâneres de varredura transversal varrem a Terra em uma série de linhas perpendiculares ao movimento da plataforma do sensor (i.e. faixa imageada). Cada linha é varrida de um lado para o outro usando um espelho giratório (A). Com o movimento da plataforma sobre a Terra, as varreduras sucessivas produzem uma imagem bi-dimensional da superfície da Terra.

10 Escaner de varredura transversal

11 A radiação incidente (refletida ou emitida) > separada > UV, VIS, IV e termal. Um conjunto de detectores internos (B) > sensível a intervalo específico de comprimentos de onda > detecta / mede a energia em cada faixa espectral > um sinal elétrico > convertido em dados digitais > gravado > posterior processamento em computador. O IFOV (C) do sensor e a altitude da plataforma determinam o elemento de resolução no solo (D), e assim a resolução espacial. O campo angular de visão (E) é corresponde à varredura do espelho, medida em graus, usada para gravar uma linha de varredura, e determina a largura da faixa imageada (F). "Escaner" Multispectral (Cont.)

12 Escâneres Aerotransportados > tipicamente ângulos grandes (entre 90° e 120°) Bordo de satélites > varrem ângulos bastante pequenos (10- 20°) > faixa larga no terreno Extremidades da faixa> elementos de resolução maiores > causam distorções geométricas Tempo em que o IFOV "vê" cela de resolução no solo enquanto o espelho giratório faz a varredura (tempo residência) > influencia o projeto do sensor, i.e. sua resolução espacial, espectral, e radiométrica.

13 Escâneres - varredura ao longo da faixa > usam o movimento da plataforma para completarem uma imagem bi-dimensional Em vez de um espelho "escaner” > um pente (ou array) linear de detectores (A) localizado no plano focal da imagem (B) formado por sistemas de lente (C) > "empurrados"ao longo da direção de vôo (i.e. ao longo da faixa imageada) Chamados escâneres tipo "pushbroom” > movimento do pente de detectores é análogo às cerdas ou pelos de uma vassoura que é empurrada sobre o chão. Cada detector individual mede a energia de uma única cela de resolução no solo (D) e assim o tamanho e IFOV dos detectores determinam a resolução espacial do sistema. "Escaner" Multispectral (Cont.)

14 Escaner de varredura longitudinal “Pushbroom”

15 Escâneres de varredura com pentes lineares de detectores têm várias vantagens sobre escâneres de espelho tranversais: 1) Cada detector pode "ver" e medir a energia de cada cela de resolução do solo por um período mais longo de tempo (tempo de residência maior) > mais energia a ser detectada > melhor a resolução radiométrica > IFOVs menores. 2) Bandas espectrais mais estreitas para cada detector > resoluções espaciais e espectrais melhores podem ser alcançadas sem comprometer a resolução radiométrica. "Escaner" Multispectral (Cont.)

16 3) Devido o fato dos detectores serem dispositivos microelectrônicos normalmente estado-sólido > menores, mais leves > requerem menos energia > mais confiáveis e duram mais tempo (não têm parte móvel). 4) Calibração de milhares de detectores para alcançar sensibilidade uniforme ao longo do pente ou array > complicada. "Escaner" Multispectral (Cont.)

17 2.8 "Escaner" Multispectral (Cont.) Sistema "escaner" (dois tipos) > várias vantagens sobre os sistemas fotográficos: Intervalo espectral de sistemas fotográficos é restrito às regiões visíveis e do infravermelho próximo Sistemas de MSS podem estender este intervalo de comprimento de onda até ao infravermelho termal > resolução espectral muito mais alta que sistemas fotográficos Sistemas fotográficos Multi-bandas ou multispectrais > sistemas de lentes separados > cada faixa ou banda espectral

18 2.8 "Escaner" Multispectral (Cont.) Sistemas MSS > capturam todas as faixas espectrais simultaneamente com o mesmo sistema óptico > diminui problemas Sistemas fotográficos > energia detectada > processo fotoquímico > pouco consistente MSS são registrados eletronicamente > mais fácil de se determinar a quantidade específica de energia medida > podem registrar um variedade maior de valores em formato digital Sistemas fotográficos > exigem provisão contínua de filme e processamento no solo após a tomada das fotos O registro digital nos sistemas MSS facilita a transmissão de dados para estações receptoras no solo e o processamento imediato de dados em um ambiente computacional

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20 Landsat-5 Landsat-7 CBERS ORBVIEW-3 Spot-4 ERS-1 ENVISAT IRS EROS EOS-AM-1/TERRA JERS-1 IKONOS Kompsat QuickBird Spot-5 EOS-PM-1/AQUA EO-1 ALOS, ADEOS SAC-C SATÉLITES DE OBSERVAÇÃO DA TERRA

21 Por que Sensoriamento Remoto? Quando precisamos de informação consistente para todo o planeta. Quando precisamos monitorar uma grande área de forma sistemática, confiável e independente. Quando precisamos coletar informação em locais de acesso difícil ou restrito. Quando há uma uma necessidade de obter informação rapidamente sobre eventos cuja localização e ocorrência são imprevisíveis. Em todos estes casos, satélites de sensoriamento remoto são a única alternativa. FONTE: John McDonald (EOBN 2002)

22 Por que Sensoriamento Remoto? CBERS/WFI, 09/04/2000, 250 m, 3 a 5 dias ETM+(TM-7), 05/08/1999, 25 m, 16dias IKONOS-2, 20/08/2000, 1m(4), 3 a 7 dias

23 O panorama internacional em Sensoriamento Remoto Diferentes alternativas de satélites –Alta resolução espacial (IKONOS, QuickBird, EROS) –Média resolução espacial (CBERS, LANDSAT, IRS, SPOT) –Alta resolução temporal (WFI) –Alta resolução temporal, alta resolução espectral (MODIS, MERIS) –Micro-ondas (RADARSAT, ENVISAT, ALOS/PALSAR)

24 Satélites de Observação da Terra: Políticas de Dados Diferentes políticas de acesso Alta resolução espacial (0.5 – 5 m) –Ênfase comercial Média resolução (20-80 m) –Baixo custo, sem royalties (LANDSAT) –Disponibilidade via Internet (CBERS, ASTER) Alta resolução temporal, alta resolução espectral (32-200 bandas) –Diferentes resoluções Radar –Diferentes bandas e resoluções

25 2003200 4 200 5 200 6 2007200 8 200 9 2010 MODIS2001 MERIS2002 WFI2003 WFI-IRS2002 AWFI2008 Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico (Alta Resolução Temporal)

26 Alerta Desmatamento – Sensores TERRA e AQUA MODIS - Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer 36 bandas Resolução temporal: Diária Resolução espacial: 250 m CBERS - China-Brazil Earth Resources Satellite Sensor WFI 2 bandas 260 m de resolução Repetitividade: 5 dias

27 20032004200520062007200820092010 LANDSAT51984 LANDSAT82008 ? SPOT41998 SPOT52002 CBERS-22003 CBERS-32007 IRS-P62003 Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico (Media Resolução, Cobertura Global)

28 20032004200520062007200820092010 IKONOS2000 QUICK2002 EROS2001 SPOT-52002 Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico (Alta Resolução)

29 2002200320042005200620072008200920102011 ENVISAT ASAR C-HH ENVISAT- 2 C-dual TERRASA R X-dual interf RADARSA T-2 C-quad interf PALSARL-quad MAPSARL-quad Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto - SAR

30 Estação de Cuiabá – 30 anos Brasil foi o terceiro país do mundo a utilizar imagens LANDSAT Desde 1973

31 Histórico Imagens LANDSAT –Iniciado em 1972: LANDSAT-1,2,3 (MSS) e 5 e 7 (TM e ETM) Outros satélite –Imagens CBERS-1, ERS-1/2, Spot-1/2/4, Radarsat-1. Acervo –A maioria dos dados gravados em fitas de alta densidade (HDDT) –Acervo com 10.000 fitas HDDT. –Vida útil é de 10 anos, depende muito das condições de armazenamento e manuseio.

32 Base de Dados A Base de Dados –Dados de MSS em fitas HDDT, ~ 2600 fitas ~10 TB –Dados do CBERS em DLT, ~700 DLT’s~28 TB –Dados de TM e ETM+ em DLT, ~700 DLT’s~28 TB –Dados de TM em fitas HDDT, ~6500 fitas~58 TB –Dados do ERS em fitas HDDT, ~680 fitas~ 6 TB –Dados do Spot em fitas HDDT, ~190 fitas~ 2 TB* –Dados de Radarsat em DLT, ~60 DLT’s~ 2 TB –TOTAL134 TB

33 CBERS-1/2

34 CBERS-1 e CBERS-2 Objetivos –Receber e disseminar imagens CBERS –Desenvolver aplicações de imagens CBERS –Produzir estação de recepção CBERS com tecnologia nacional Benefícios –Estação CBERS-1 (comprada da França): Us$ 13 milhões –Estação CBERS-2 (feita no Brasil): Us$ 5 milhões –Possibilidade de exportação de estações CBERS Argentina, Itália, México

35 Política de Dados CBERS Todas as imagens CBERS estarão disponíveis na Internet –Seleção e download sem custo para usuários no Brasil Objetivo –Garantir a inclusão digital em Sensoriamento Remoto –Favorecer uma melhor gestão do território –Apoiar os estudos ambientais no País Benefícios para Nordeste e Norte –Acesso rápido a dados de sensoriamento remoto –Disponibilidade adicional de software de processamento de imagens (SPRING)

36 CBERS-3/4

37 CBERS 1/2 mm 0.42.50.71.10.90.51.51.7 2.3 WFI 200 m (890 km) MSS 80 m (120 km) CCD 20 m (120 km)

38 CBERS 3 - 4 mm 0.42.30.71.10.90.51.51.7 2.1 WFI 73 m (860 km) MSS 40 m (120 km) CCD 20 m (120 km) MUX 10 m (60 km) PAN 5 m (60 km)

39 CBERS 3/4 and LANDSAT-8 mm 0.42.30.71.10.90.51.51.7 2.1 CCD 20 m (120 km) MUX 10 m (60 km) PAN 5 m (60 km) PAN 15 m (180 km) TM 30 m (180 km) MSS 40 m (120 km) WFI 73 m (860 km)

40 CBERS 3/4 and IRS mm 0.42.30.71.10.90.51.51.7 2.1 CCD 20 m (120 km) MUX 10 m (60 km) PAN 5 m (60 km) PAN 2.5 m (30 km - stereo) LISS 23 m (140 km) MSS 40 m (120 km) WFI 73 m (860 km) MSS 5.8 m (24 km) AWFIS 70 m (700 km)

41 Sensor Óptico x Radar Capta a radiância emitida Sensível à interação alvo- luz de cada objeto Operação diurna Dependência das condições climáticas Emite e recebe pulso (sensor ativo) Sensível à forma dos objetos Operação diurna ou noturna Independência das condições climáticas

42 MAPSAR Application User Requirements Top - Brazilian User Requirements / Bottom - German User Requirements

43 Requisitos de Aplicações: Agricultura MonitoramentoIdentificação Res. Espacial  100 m < 40 m Res. Temporal< semanal< 15 dias Área GeográficaCerrado, Sudeste, Sul Cerrado, Sudeste, Sul BandasVIS, IR, SWIR SensorLANDSAT/TM (CBERS-3/4) (MAPSAR) LANDSAT/TM

44 Requisitos de Aplicações: Floresta AlertaMonitoramentoIdentificação Res. Espacial< 200 m  70 m < 30 m Res. Temporal <semanal< anual< semestral Localização Espacial AmazôniaAmazônia, Mata Atlântica, Pantanal Arco de Desflorest. BandasVIS, IR, SWIR SensorMODIS, AWFILANDSAT/TM (CBERS –3/4) LANDSAT/TM SPOT-5 (IKONOS)

45 Requisitos de Aplicações: Queimadas Monitor.Identificação Res. Espacial  1000 m < 100 m Res. Temporal< diário< 5 dias Área GeográficaArco Desflorestam., Cerrado, Sudeste Arco Desflores. Bandas IR emit. (3.5-4.5  m) VIS, IR, SWIR SensorAVHRR(SSR-1?) (CBERS-3/4)

46 Requisitos de Aplicações: Urbano MonitoramentoIdentificação Res. Espacial  10 m < 1 m Res. Temporal< anual< bienal BandasVIS, IR Sensor(CBERS –3/4) (SPOT-5) IRS IKONOS QuickBird Foto aérea

47 Requisitos de Aplicações: Hidrologia Monitor.IdentificaçãoAlternativa Res. Espacial  100 m < 30 m Res. Temporal < mensal(real-time) BandasVIS, IR, SWIR (SAR banda L/C) VIS, IR Sensor(CBERS –3/4) (MAPSAR) LANDSAT (SPOT)

48 Requisitos de Aplicações: Óleo no Mar Monitor.IdentificaçãoAlternativa Res. Espacial  100 m < 30 m Res. Temporal (real-time) Bandas(SAR banda L/C)VIS, IR Sensor(RADARSAT) (ENVISAT) LANDSAT (SPOT)

49 Requisitos de Aplicações: Oceano MonitoramentoAlternativa Res. Espacial  1000 m Res. Temporal< diária Bandas“Deep Blue”, VIS, TIR Sensor(MODIS (SeaWIFS)

50 Estudar os satélites/Sensores Landsat ETM CBERS IKONOS Terra/EOS MODIS Radarsat