Detecção remota: fundamentos

1. Detecção remota: fundamentos Interacção da radiação electromagnética com a matéria

2. Formas de interacção • Absorção • Reflexão • Transmissão A energia radiante incidente que atinge um objecto pode ser decomposta na soma da energia reflectida, da energia absorvida e da energia transmitida.

3. Absortância, reflectância e transmitância EI(λ) é a energia radiante incidente sobre o objecto para um certo c.d.o. λ. A decomposição é dada por EI(λ)=ER(λ)+EA(λ)+ET(λ). e depende das propriedades físicas do objecto e da geometria de iluminação e de visão. Divindindo as componentes pela energia incidente obtemos 1=aλ+ρλ+τλ em que aλ,ρλ,τλsão designados por absortância, reflectância e transmitância.

4. Tipos de superfícies reflectoras Os dois casos extremos são os dos reflectores especulares e dos reflectores difusos (lambertianos). Se o comprimento de onda da radiação for inferior às variações na rugosidade e à dimensão das partículas da superfície reflectora, a reflexão é predominantemente difusa. [LK94]

5. Interacção da radiação com a atmosfera O efeito atmosférico consiste em: • Absorção: absorção pelas partículas da atmosfera • Dispersão: alteração da direcção de propagação da radiação

6. Efeito da absorção A absorção deve-se essencialmente ao efeito do vapor de água, dióxido de carbono e ozono. A consequência mais nítida em Detecção Remota é que a atmosfera é praticamente impermeável a certas gamas de comprimento de onda. [Jen96]

7. Efeito da dispersão atmosférica Principais tipos de dispersão: • Rayleigh: provocada por partículas de dimensão molecular • Mie: provocada por partículas em suspensão (aerossol atmosférico) Distinguem-se efeitos da atmosfera em função da dimensão das partículas da atmosfera que os causam e das bandas de c.d.o. que são afectadas.

8. Dispersão de Rayleigh O efeito de dispersão de Rayleigh é causado pelas moléculas com diâmetro inferior ao c.d.o. e é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda. Por exemplo, a dispersão causada pela atmosfera na banda do verde (0.5 a 0.6µm) é aproximadamente 4 vezes superior à difusão no infravermelho próximo (0.7 a 0.8 µm).

9. Dispersão de Mie O efeito de dispersão de Mie também depende, mas de uma forma menos acentuada do que a dispersão de Rayleigh, do c.d.o. As partículas que o causam são essencialmente poeiras, vapor de água e outros aerossois. A dispersão de Mie depende de características físicas dessas partículas como a dimensão, forma, índide de refracção, concentração, ...

10. Efeito do vapor de água em função do c.d.o. [Jen96]

11. Comparação dos efeitos de Rayleigh e Mie para c.d.o.’s na região do visível e do IV próximo [Jen96]

12. Efeito da atmosfera nas imagens de Detecção Remota [RJ99]

13. Nível radiométrico e reflectância O valor na imagem de satélite (nível radiométrico) depende de: • reflectância do elemento do terreno • banda espectral • irradiância solar na superfície do elemento do terreno • transmitância da atmosfera na direcção do sensor • radiância da atmosfera • radiância total que chega ao sensor e parâmetros do sensor Simplificando o modelo, pode aceitar-se que existe uma relação linear entre nível radiométrico e reflectância da superfície

14. Assinaturas espectrais típicas do solo descoberto, vegetação e água

15. Interacção da radiação com a vegetação • A clorofila absorve mais na região do azul e do vermelho (com picos de absorção em aproximadamente 0.43-0.45 e 0.64-0.67 µm) do que no verde (pico de reflexão em 0.54 µm aproximadamente) • O stress hídrico causa uma diminuição do teor de clorofila e um aumento de reflectância na região do vermelho. • A estrutura interna das folhas causa um pico de reflectância na região do IV próximo (de 0.7 a 1.3 µm) com valores próximos de 45 a 50%. A reflectância aumenta nessa região do espectro com o número de camadas de folhas. • Teor em água. Na região do IV médio existem picos de absorção em 1.4, 1.9 e 2.7 µm aproximadamente, causados pela presença de água nas folhas. O aumento do teor de água nas folhas provoca uma diminuição de reflectância. • Índice de área foliar. Consequentemente, a reflectância de um coberto verde depende fortemente do índice de área foliar.

16. Absorção pela clorofila e outros pigmentos [Jen00]

17. Factores que afectam a reflectância da vegetação [Jen83]

18. Efeito da senescência Zonas de absorção da clorofila [Chu00]

19. Efeito das fases do ciclo vegetativo Imagens em falsa cor (a reflectância no IV próximo é representada por vermelho) [Jen00]

20. Interacção da radiação com o solo • A rugosidade do solo causa em geral um aumento de reflectância. • O aumento do teor de matéria orgânica está associado a uma diminuição da reflectância. • O aumento do teor de água do solo provoca uma diminuição de reflectância

21. Interacção da radiação com a água • A água não reflecte radiação para c.d.o. acima da região do visível • A existência de sedimentos na água provoca um aumento da reflectância. • O aumento do teor de clorofila na água provoca uma diminuição de reflectância na zona do azul e um aumento na zona da verde

22. Assinaturas espectrais (níveis radiométricos no sensor) de alguns tipos de coberto [Chu00] IV médio visível IV prox