Número digital Radiância e Refletância

1. Número digital Radiância e Refletância • Convenções: ND, RAD, REF • As imagens Landsat são fornecidas em unidades de ND • ND = RAD escalonada para um intervalo de 0 a 255, permitindo gravar e transmitir cada valor de com apenas 8 bits de memória. aula sr 2002

2. A radiância varia com a iluminação • Radiância = brilho do objeto. • Radiância aumenta se o Sol está mais alto no céu e diminui se o Sol está mais perto do horizonte. • Portanto, a radiância não é uma propriedade inerente do objeto sendo imageado pelo sensor orbital; ela depende da intensidade de iluminação. aula sr 2002

3. Conceito de Radiância Radiância = “Brilho” fluxo radiante emitido ou refletido de uma área padrão, dentro de um ângulo sólido padrão, dentro de uma faixa espectral de largura padrão; O fluxo radiante é medido em miliwatts A área padrão = 01 cm2 O ângulo sólido padrão = 01 esferroradiano (um ângulo sólido que atinge uma pi-ésima parte do hemisfério acima do objeto emitante) A largura espectral padrão = 01 micrômetro. Portanto as unidades de radiância são mW cm-2 sr-1μm-1 aula sr 2002

4. Convenção de simbologia • Lλ= radiância na banda cujo centro tem o comprimento de onda lambda • O subescrito lambda também pode ser designado com o número da banda TM. • Lmin- λ= a radiância que corresponde ao ND = 0, para a banda lambda; • Lmax-λ= a radiância que corresponde ao ND = 255, para a banda lambda. aula sr 2002

5. Conversão de ND em Radiância Considerando uma banda, onde: Lmin de = 0 unidades de radiância e Lmax = 100 unidades de radiância, Qual é a radiância de um pixel com ND = 128? aula sr 2002

6. Conversão de ND em Radiância Lλ=NDλ * ((Lmaxλ– Lminλ)/255) + Lminλ onde: Lλ = Radiância do pixel na banda lambda aula sr 2002

7. Refletância = radiância normalizada pela iluminação • Refletância = “porcentagem de energia radiante refletida” • A refletância de determinado objeto em uma determinada faixa do espectro, é uma propriedade do objeto; • Imagine que as placas abaixo sejam folhas de papel; • Cada folha reflete uma % fixa da energia de luz visível que incide sobre ela; • A primeira folha sempre tem 0% de refletância, a última reflete 100% da energia que incide sobre ela; • Se você guardar as folhas em local pouco iluminado, elas continuam tendo a mesma refletância; • Se as colocar no sol forte, continuam tendo a mesma refletância. 0% 20% 40% 60% 80% 100% aula sr 2002

8. A refletância de determinado objeto em uma determinada faixa do espectro, é uma propriedade do objeto • É possível calcular a refletância se souber a energia incidente e a energia refletida aula sr 2002

9. Conceito de refletância • A radiância não é uma propriedade do objeto ou pixel, pois varia com a intensidade de iluminação incidente; • O Sol emite com diferentes intensidades nas bandas do Landsat; • A intensidade de energia radiante incidente sobre o pixel também varia em função do ângulo de elevação do Sol no momento da aquisição, bem como a distância entre a Terra e o Sol. • Areflectância é a proporção da energia incidente sobre um objeto que é refletida daquele objeto. • A reflectância é uma propriedade daquele objeto ou pixel, pois não depende da intensidade de iluminação; • Por ser uma proprieade do objeto, a reflectância será utlilizada para desenhar a assinatura espectral (também chamado padrão espectral) do objeto. aula sr 2002

10. Conversão de Radiância para Refletância e ND para Refletância Radiância do pixel em determinada banda = Lλ Lλ = ND*((Lmax-Lmin)/255) + Lmin Refletância do pixel em determinada banda = ρλ ρλ = (π*Lλ*d2)/(cosθ*Esolλ) onde: ND = número digital da imagem (números inteiros de 0 a 255) Lλ = radiância do pixel na banda λ; d = distância Terra-Sol, em unidades astronômicas, no dia juliano da aquisição; θ = ângulo zenital do Sol no momento da aquisição ( = 90 – ângulo de elevação solar); Esolλ = irradiância solar exoatmosférica na banda λ, em unidades de mW cm-2μm-1 Desprezando a variação da distância Terra-Sol nas diferentes datas, pois é sempre muito perto de 1.0, temos: ρλ = (π/(cosθ*Esolλ))*Lλ Então: ρλ = (π/(cosθ*Esolλ))*(ND*((Lmax-Lmin)/255) + Lmin) Esta expressão pode ser empregada de duas maneiras: • Criar uma imagem refletância diretamente da imagem em ND, usando álgebra de imagens. • Utilizar apenas Excel ou similar para calcular a refletância correspondente ao DN médio de cada tipo de alvo, em cada banda espectral ; e assim elaborar o padrão espectral dos pixels que constituem um alvo de interesse. aula sr 2002

11. Conversão de ND para reflectância para Landsat-5, sensor TM ρλ= (π/(cosθ*Esolλ))*(ND*((Lmax-Lmin)/255) + Lmin) No caso da imagem de 15 de agosto de 1988 da cena 231-062 (Manaus), as três partes em azul são constantes para uma determinada banda. • θ = 40o; cos 40o = 0.766 • Lmax, Lmin e Esol são específicas para cada banda, mas são as mesmas para qualquer imagem do sensor TM do Landsat 5 aula sr 2002

12. Conversão de ND para reflectância para Landsat 7, sensor ETM Lmax, Lmin têm valores diferentes conforme o ganho utilizado. Valores de ESol no caso de Landsat 7 são quase iguais aos valores para Landsat 5. Dividir por 10 para converter para mw / (cm2 * micra). aula sr 2002

13. Conversão de ND para reflectância para Landsat 7, sensor ETM Gain setting rules: • Land (non-desert, non-ice; does include coral reefs): • Bands 1-3 set to high gain • Band 4 set to high gain except where sun elevation is greater than 45°(then is set to low gain) — to avoid dense vegetation (reflectance > 0.66 ) saturation. (At this sun angle high gain in band 4 saturates at about a reflectance of 0.66, so switching to low gain keeps targets at this reflectance or below from saturating.) • Bands 5-7 set to high gain • Band 8 set to low gain aula sr 2002

14. Diferentes ganhos na banda Landsat-7 ETM4, em uma cena da Amazônia Geralmente o ângulo de elevação solar na Amazônia excede 45o e o ganho é mantido baixo, mas na parte sul da Amazônia, o Sol pode ficar com menos de 45o de elevação em junho aula sr 2002

15. Obtendo o padrão espectral com imagem do Landsat 5 • Para a imagem 231-062_880815, utilizar o arquivo Excel: <TM231-062_880815_DNparaRADeREF.xls> • Digite o ND da respectiva banda na coluna e linha indicada, para obter RAD e REF; • Usar uma planilha Excel para cada tipo de alvo • O ND será o valor médio de um tipo de cobertura (alvo) +/- homogêneo de sua imagem TM, naquela banda. aula sr 2002

16. Para obter o ND médio de uma população de pixels em cada banda • No Idrisi, criar uma imagem identificadora de feições • Veja Help sobre “onscreen digitizing”. Criar um polígono no entorno de cada alvo homogêneo, com um número identificador distinto para cada polígono (ou para todos os polígonos que cobrem o mesmo tipo de alvo). • Utilizar a rotina Extract para obter um arquivo de texto com a média de brilho de cada polígono em cada uma das seis bandas ópticas do Landsat-5 TM. aula sr 2002