Sensores e Satélites Teoria

1. Sensores e Satélites Teoria

2. SENSORIAMENTO REMOTO C

3. Sistemas Sensores • ALVO • emissão • reflexão (background radiância de trajetória) Óptica de coleta (Objetiva) Dispersão (Separação da bandas) Processamento de sinais DADO Detecção

4. SISTEMA SENSOR • Sistema óptico • Detector • Processador de sinais SISTEMA ÓPTICO • 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.

5. SISTEMA DE DISPERSÃO • Prismas • Grades de Difração • Separam a radiação incidente em diversas bandas espectrais. DETETORES • 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.

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 Relação Sinal/Ruído Amplificador Filtro

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. "Escaner" Multispectral (Cont.) 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).

12. "Escaner" Multispectral (Cont.) • 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. "Escaner" Multispectral (Cont.) • 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.

14. Escaner de varredura longitudinal “Pushbroom”

15. "Escaner" Multispectral (Cont.) • 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.

16. "Escaner" Multispectral (Cont.) 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.

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

19. Sensores e Satélites Exemplos

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

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 IKONOS-2, 20/08/2000, 1m(4), 3 a 7 dias ETM+(TM-7), 05/08/1999, 25 m, 16dias

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. 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. Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico (Media Resolução, Cobertura Global)

28. Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto – Óptico (Alta Resolução)

29. Programas Internacionais de Sensoriamento Remoto - SAR

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

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 • TOTAL 134 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 WFI 200 m (890 km) MSS 80 m (120 km) CCD 20 m (120 km) 2.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.7 2.5 mm

38. CBERS 3 - 4 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) 2.1 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.7 2.3 mm

39. CBERS3/4 and LANDSAT-8 TM 30 m (180 km) PAN 15 m (180 km) 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) 2.1 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.7 2.3 mm

40. CBERS3/4 and IRS AWFIS 70 m (700 km) LISS 23 m (140 km) MSS 5.8 m (24 km) PAN 2.5 m (30 km - stereo) 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) 2.1 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.7 2.3 mm

41. 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 Sensor Óptico x Radar

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

43. Requisitos de Aplicações: Agricultura

44. Requisitos de Aplicações: Floresta

45. Requisitos de Aplicações: Queimadas

46. Requisitos de Aplicações: Urbano

47. Requisitos de Aplicações: Hidrologia

48. Requisitos de Aplicações: Óleo no Mar

49. Requisitos de Aplicações: Oceano

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