Sensoriamento Remoto e Processamento Digital de Imagens

1. SensoriamentoRemoto e Processamento Digital de Imagens Iana Alexandra Alves Rufino

2. Conceito: Sensoriamento Remoto Sensoriamento Obtenção de dados Remoto Distante

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

4. Princípios do SR • Emgeral, o SR basea-se nacoleta e naanálisedaradiaçãoemitidapelaFONTE DE ENERGIA e refletidapelasuperfícieterrestre; • 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.

5. Princípios do SR Passos para o estudo do Sensoriamento Remoto.

6. Espectro Eletromagnético

7. 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.

8. Onda Eletromagnética(Fonte: Lillesand e Keifer, 1995) picos Campo elétrico  c Direção de propagação vales f Campo magnético (=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) 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. c = .f

9. (A) (B) 10-10 10-8 10-4 10-1 1 102 103 104 105 106 109 µm  Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho • Espectro Eletromagnético; • Padrão espectral da interação da vegetação, solo e água com a energia eletromagnética µm Espectro Eletromagnético

10. Espectro Eletromagnético

11. 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;

12. 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

13. Interação da Energia com a Terra

14. FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA PIGMENTAÇÃO EST. CELULARPRESENÇA DE ÁGUA Reflectanciaespectral (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 Absorção da REM Pela clorofila Solo • Curvas características da refletância espectral da vegetação verde, solo nu seco e água limpa. Vegetação Água Absorção da REM pela água presente na vegetação e no solo 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) VISÍVEL INFRAVERMELHO INFRAVERMELHO MÉDIO PRÓXIMO

15. Açude Coremas Açude Mãe D'Água A Açude Coremas Açude Mãe D'Água B Reflectância Espectral - Água • 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.

16. FATORES QUE INFLUENCIAM A REFLECTÂNCIA 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) 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.

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

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

19. 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);

20. 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.

21. 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).

22. Sensores e Satélites

23. Sensores e SatélitesCaracterísticas • 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

24. 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

25. 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.

26. Processamento Digital de Imagens • Realce de Contraste

27. Processamento Digital de Imagens • Redução de Ruído

28. 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.

29. 223 180 205 30 223 223 180 180 90 205 223 205 205 30 30 Processamento Digital de Imagens • 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;

30. 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.

31. Etapas - PDI

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

33. 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.

34. 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.”

35. 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)

36. 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