Aula Introdução

NOÇÕES BÁSICAS DE
SENSORIAMENTO REMOTO

1. Conceitos básicos
2. Breve histórico
3. Radiação Eletromagnética
4. Interações da REM com alvos
5. Satélites e sensores
6. Imagem digital
Sumário

Conjunto de atividades cujo objetivo é a caracterização de
algumas propriedades de alvos, através da detecção,
registro e análise do fluxo de energia radiante, por eles
refletido ou emitido (Lillesand; Kiefer, 1987).
É a utilização de sensores para aquisição de informações
sobre objetos ou fenômenos sem que haja contato direto
entre eles (Rosa, 1995).
Método que utiliza a radiação eletromagnética (REM) como
meio de detectar e medir algumas características dos alvos
(objetos) de interesse (Wolf; Dewitt, 2000).
1. Conceitos Básicos

Satélites, câmaras,
telescópios e até
nossos olhos são
ferramentas
utilizadas para
analisar objetos à
distância.
1. Conceitos Básicos

• A origem do SR vincula-se ao
surgimento da fotografia aérea;
• Assim, a história pode ser divida em
dois períodos:
– 1860-1960
– 1960- aos dias atuais
 O SR é fruto de um esforço
multidisciplinar que integra os avanços
na Matemática, Física, Química,
Biologia, Computação, entre outras.
2. Breve Histórico

• As fotografias foram os
primeiros produtos do SR
• 1859: Descoberta
processo fotográfico
• Pouco depois câmaras
começaram a ser
montadas em balões de ar
quente e dirigiveis.
• Tal técnica foi usada
durante a Guerra Civil dos
EUA (1862) para
reconhecimento do
território.
2. Breve Histórico

• 1890: Foguetes foram
lançados para obter fotos
aéreas, mas com baixa
resolução;
• 1909: Inicia-se a foto tomada
por aviões e na I Guerra
Mundial seu uso intensificou-
se;
• II Guerra Mundial: houve
grande desenvolvimento do
SR, nesse período:
– Filme infravermelho para
detectar clamuflagem;
– Novos sensores, como
radar;
2. Breve Histórico

Filme colorido
Filme infravermelho
Lillesand e Kiefer (1987)

• Guerra Fria: foram
desenvolvidos sensores de
alta resolução;
• 1960: foram obtidas as
primeiras fotos tiradas de
satélite tripulados;
• 1960: Lançamento do
primeiro satélite
meterológico – TIROS;
ERTS-1 – primeiro satélite
de recursos terrestre. Mais
tarde denominado de
LANDSAT – 1;
2. Breve Histórico

• 1973: Brasil recebeu as
primeiras imagens do
LANDSAT;
• 1988: Início do Programa
CBERS
satélite IKONOS marca o
início de uma nova
geração de satélites com
resolução espacial muito
alta.
• 2003 e 2007: Lançamento
do CBERS 2 e CBERS 2B,
respectivamente.
2. Breve Histórico

É a combinação da energia elétrica e magnética
Se propaga no vácuo.
Variam com a frequência e com o comprimento de onda.
3. Energia Eletromagnética

Frequência
Número de ciclos por
unidade de tempo,
medida normalmente
em Hertz
Onda Eletromagnética
Comprimento
Distância entre dois
quaisquer equivalentes
da onda.

Varia de Nanômetros (nm) a Kilômetros (km)
Comprimento de Onda Eletromagnética
Nanômetro (nm)
Equivale à 1 bilionésimo do metro
1 nm = 1 = 0,000 000 001 m
1 000 000 000 m
Micrômetro (µm)
Equivale à 1 milionésimo do metro
1 µm = 1 = 0,000 001 m
1 000 000 m

Espectro Eletromagnético
Conjunto de regiões com características peculiares em
função dos processos físicos geradores e detectores da
energia eletromagnética.

Elementos do Sensoriamento Remoto

Janelas Atmosféricas
Regiões do espectro magnético onde a radiação de
determinados comprimentos de onda é pouco absorvida ou
atenuada pela atmosfera.

A REM que atinge a superfície terrestre pode ser:
– Refletida;
– Absorvida;
– Transmitida;
Ei() = Energia incidente
ER() = Energia Refletida
ET() = Energia Transmitida
EA() = Energia Absorvida
Ei() = ER() + EA() + ET()
Interação básica da energia eletromagnética com uma feição da superfície terrestre.
(Fonte: Lillesand e Keifer, 1995)
4. Interações da REM com os alvos

Conceitos Raiométricos básicos
Radiância: Intensidade de Fluxo radiante proveniente
de todas as direções que atinge uma dada superfície.

EXITÂNCIA
FLUXO DEIXADO NA SUPERFICIE EM TOAS AS DIREÇÕES

CONCEITO DE ÂNGULO SOLIDO
cone formado pela abertura de um sensor pelo qual a REM,
refletida ou emitida atinge o chamado “detetor”
Possui dimensões variáveis dependendo da características do sensor

Radiância é a intensidade do fluxo radiante por
unidade de ângulo sólido e seu conceito pode ser
comparado ao conceito de brilho, ou seja, um objeto é
considerado mais brilhante quanto maior for sua
Radiância.
Representação esquemática do
conceito de Radiância medida
através de um sensor remotamente
localizado.

Reflectância: Razão entre o fluxo refletido de um
objeto e o fluxo nele incidente

Assinatura Espectral
Os alvos da superfície terrestre como a vegetação, a água
e o solo refletem, absorvem e transmitem radiação
eletromagnética em diferentes proporções;
Esse comportamento espectral dos diversos alvos é
denominado assinatura espectral e é utilizado em SR
para distingui-los entre si.
Assinaturas espectrais são curvas que mostram a
reflectância de cada alvo em diferentes
comprimentos de onda

Resolução Espectral
• Refere-se a largura da banda espectral na
qual a imagem é adquirida

Resolução Espectral
Imagem Pancromática Imagem da Banda
Vermelha

Resolução Espacial
• É a menor área da qual o sensor é capaz
de registrar a REM.

Resolução Temporal
• É a frequência que um determinado
sensor pode adquirir imagem de uma área
particular (Revisita)
– LANDSAT – 16 dias
– CBERS – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)
– SPOT – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)
– Aeronave ?!

Resolução Radiométrica
• Define o número de níveis de cinza que o
sensor dividiu o sinal
– 1 bits (2 níveis)
– 24 bits (16.777.216 níveis)

Assinatura da Vegetação
Reflectância até 50%
Dependem das propriedades das folhas (estrutura celular,
pigmentação, espessura, quantidade de água)

Equipamentos capazes de coletar energia proveniente do
objeto, convertê-la em sinal passível de ser registrado e
apresentá-lo em forma adequada à extração de
informações.
Sistemas Sensores

Orbitais
Satélites
Quanto ao nível de coleta de dados
Sub-orbitais
Balões
Aeronaves
Terrestres
Espectro-radiômetros
Máquinas fotográficas

Passivos
Utiliza-se de fonte de radiação externa.
Exemplos: Sol ou outras radiações.
Quanto à fonte de radiação utilizada
Ativos
Fonte de radiação própria.
Ex.: Flash de máquina fotográfica e Radar.

Não-Varredura
Registram a radiação refletida de
uma cena em sua totalidade e em
um mesmo instante.
Ex.: Máquinas Fotográficas.
Verredura
A imagem da cena é formada pela
aquisição seqüencial de imagens
elementares do terreno.
Ex.: Sensores orbitais.

Processos de varredura
Espelho Matriz de detetores

Sensores Não-Imageadores
Espectro-radiômetro
Laboratório Campo

LIDAR - Ligth Detection and Ranging
Sensor ativo não-imageador que mede distâncias
(altitude) dos elementos da superfície por
varredura a laser transversal à linha de vôo do
sensor;
Permite gerar como produtos: MDE, MST
A distância é medida pelo tempo entre o sinal
emitido e o retorno de cada pulso laser.
A precisão depende da densidade de pontos medidos
Apresenta grande redundância em regiões planas.
Requer Grandes capacidades de armazenamento de informações

Levantamento com LIDAR

MSE gerado com LIDAR

A Missão Shuttle Radar Topography (SRTM) foi levado a bordo do ônibus
espacial Endeavour fevereiro 11-22, 2000 National Aeronautics and
Space Administration (NASA) e a Agência Nacional de Inteligência
Geoespacial (NGA) participou de um projeto internacional para a
aquisição de dados de radar que foram utilizados para criar o primeiro
conjunto quase global de elevações de terra. 60° N e 54° S.
Os radares utilizados durante a missão SRTM foram desenvolvido para voar
em duas missões Endeavour em 1994, com dois sensores. O C-band
Spaceborne Radar e o Radar de Abertura Sintética hardware (X-SAR) X-Band
foram utilizadas a bordo do ônibus espacial para a coleta de dados sobre meio
ambiente Terrestre. Uma antena estava localizada a bordo do ônibus espacial
recolhido um conjunto de dados e outro conjunto de dados foi coletado por
outra antena localizada na extremidade de um mastro de 60 metros que se
estendia fora do veiculo espacial. As diferenças entre os dois sinais permitiu o
cálculo da elevação da superfície.
A altitude de um ponto na superfície terrestre pode ser determinada a partir da
diferença de fase entre reflexões de um mesmo sinal de radar captado por dois
receptores distantes um do outro (Rabus et al., 2003).

Satélites artificiais de Sensoriamento Remoto
Alguns exemplos
LANDSAT
SPOT
CBERS
QUICKBIRD
IKONOS

LANDSAT (Land Remote Sensing Satellite)
Responsável: NASA (National Aeronautics and Space Administration)
LandSat 1, 2 e 3: Projetos experimentais RBV/MSS
LandSat 4 e 5: MSS/TM, LanSat 7: ETM+
LDCM – LansSat Data Continuity Mission: Sensor Termal

Características gerais dos satélites LANDSAT
Satélite LANDSAT 1 LANDSAT 2 LANDSAT 3 LANDSAT 4 LANDSAT 5 LANDSAT 6 LANDSAT 7
Lançamento 27/7/1972 22/1/1975 5/3/1978 16/7/1982 1/3/1984 5/10/1993 15/4/1999
Situação Atual
Inativo
(06/01/1978)
Inativo
(25/02/1982)
Inativo
(31/03/1983)
Inativo (1993) em atividade
Inativo
(05/10/1993)
Inativo (2003)
Órbita
Polar, Circular e
heliossíncrona
Polar, Circular e
heliossíncrona
Polar, Circular e
heliossíncrona
Polar, Circular e
heliossíncrona
Polar, Circular e
heliossíncrona
s.d.
Polar, Circular e
heliossíncrona
Altitude 917 km 917 km 917 km 705 km 705 km s.d. 705 km
Inclinação 99º 99º 99º 98,20º 98,20º s.d. 98,3º
Tempo de Duração
da Órbita
103,27 min 103,27 min 103,27 min 98,20 min 98,20 min s.d. 98,9 min
Horário de
Passagem
9:15 A.M. 9:15 A.M. 9:15 A.M. 9:45 A.M. 9:45 A.M. s.d. 10:00 A.M.
Período de
Revisita
18 dias 18 dias 18 dias 16 dias 16 dias s.d. 16 dias
Instrumentos
Sensores
RBV e MSS RBV e MSS RBV e MSS MSS e TM MSS e TM ETM ETM+

SPOT (Sistéme Probatoire de L’observation de la Terre)
SPOT 1, 2 e 3
SPOT 5
SPOT 4

Características Gerais dos satélites SPOT

Sensor HRS(High Resolution Stereoscopic)
Abordo do SPOT 5
Capacidade de adquirir 2
imagens de uma mesma
cena:
uma adquirida com 20
graus de inclinação para
frente e outra 1 minuto e
meio depois com mesma
inclinação para trás.
Permite gerar imagens 3D

Sensores acoplados em satélites artificiais
Características Gerais
Massa 1.450 kg
Potência do painel solar 1.100 watts
Dimensões do painel solar 6,3 x 2,6m
Dimensões do corpo 2,0m x 8,3m x 3,3m
(em orbita)
Tempo de vida 2 anos (confiabilidade de 0,6)
Características Orbitais
Altitude média 778 km
Inclinação 98,5 graus com o equador
Revoluções por dia 14 + 9/26
Período 100,26 minutos
Cruzamento do equador 10h 30min
CBERS-2 (China-Brazil Earth Resource Satellite)

Montagem do CBERS 2 (Brasil)
LIT - Laboratório de Integração e Testes

Lançamento do CBERS 2: 21 de Outubro de 2003 (China)

Estação de Recepção e Gravação de Dados de Cuiabá
Iniciou sua operação em maio
de 1973 e grava continuamente
dados do País e de quase toda
América do Sul.
Foi a terceira no mundo a ser
instalada para receber os sinais
do satélite LANDSAT
Os sinais são recebidos
através de antenas parabólicas
de 10 e 12 metros de diâmetro.

Estação Processamento Dados de Cachoeira Paulista (SP)
Divisão de Geração de Imagens – DGI
Destinada a processar os dados de satélites de sensoriamento remoto
Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos – CEPTEC
Realiza atividades operacionais e de pesquisa

CBERS-2B
Lançado em 19 de setembro de
2007.
Possui três sensores a bordo:
CCD, WFI e HRC.
HRC substitui a câmera IRMSS
do CBERS-2

Pixel (Picture Element)
Corresponde a uma área mínima, geograficamente
identificada, e para a qual são registrados níveis de
cinza.
Nível de Cinza
È um valor inteiro, não-negativo e finito relacionados à
intensidade de energia refletida em faixas (bandas) bem
definidas do espectro eletromagnético.
6. Imagem digital
Imagem Digital
È uma matriz onde cada célula representa um pixel.

Exemplo de uma imagem digital.
6. Imagem digital

Resolução
É uma medida da habilidade que um sistema sensor
possui de distinguir alvos ou fenômenos na superfície
terrestre
Espacial
Espectral
Radiométrica
Temporal
6. Imagem digital

Resolução Espacial
Sensibilidade em distinguir alvos em função da
separação angular ou linear entre os mesmos.
Exemplo
Um sensor com resolução de 20 metros implica que
objetos distanciados entre si a menos que 20 metros,
em geral não serão discriminados pelo sistema.
6. Imagem digital

Resolução espectral
Sensibilidade do sensor em distinguir alvos que diferem
entre si por refletir diferentes quantidades de energia
eletromagnética
Exemplo
Um sensor que opera em 7 bandas espectrais em maior
capacidade de distinguir alvos do que um que opera em
apenas 4 bandas.
6. Imagem digital

É o intervalo entre dois comprimentos de onda, no
espectro eletromagnético.
Banda Espectral
Cada elemento na terra e a água refletem variadas
quantidades de energia em comprimento de ondas
particulares.
Dois elementos que não são distinguíveis em uma
banda podem apresentarem muito diferentes em outra
banda.
6. Imagem digital

Bandas Espectrais
Figueiredo (2005)
6. Imagem digital

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

Sensor TM do satélite LandSat: bandas e aplicações
Mapeamento hidrotermal
2.08 - 2.35
7
Mapeamento de estresse térmico em plantas
Outros mapeamentos térmicos
10.4 - 12.5
6
Medidas de umidade da vegetação
Diferenciação entre nuvens e neve
1.55 - 1.75
5
Levantamento de biomassa
Delineamento de corpos d'água
0.76 - 0.90
4
Absorção de clorofila
Diferenciação de espécies vegetais
0.63 - 0.69
3
Reflectância de vegetação verde sadia
0.52 - 0.60
2
Mapeamento de águas costeiras
Diferenciação entre solo e vegetação
Diferenciação entre vegetação coníferas e decídua
0.45 - 0.52
1
Principais aplicações
Faixa Espectral (um)
Banda
Imagem digital

Estudo de áreas urbanas
0.51 - 0.73
Pan
Levantamento de fitomassa
Delineamento de corpos d'água
0.79 - 0.89
3
Absorção da clorofila
Diferenciação de espécies vegetais
Diferenciação de solo e vegetação
0.61 - 0.68
2
Reflectância de vegetação verde sadia
Mapeamento de águas
0.50 - 0.59
1
Banda
Sensor HRV do satélite SPOT: bandas e aplicações
6. Imagem digital

Sensores dos satélites SPOT 1, 2, 3, 4 e 5
6. Imagem digital

Mapeamento noturno e diurno de nuvens.
Medição da superfície do mar, lagos e rios.
Detecção de erupção vulcânica.
Umidade do solo, atributos metereológicos das nuvens.
Temperatura da superfície do mar e umidade do solo.
10.30 - 11.30 (4)
11.50 - 12.50 (5)
4 e 5
Mapeamento noturno e diurno de nuvens
Análise da temperatura (C) da superfície do mar
Detecção de pontos quentes (incêndios).
3.55 - 3.93
3
Delineamento da superfície da água
Definição de condições de fusão de neve e gelo
Avaliação da vegetação e monitoramento metereológico
(nuvens).
0.725 - 1.1
2
Mapeamento diurno de nuvem, gelo e neve.
Definição de feições de solo e cobertura vegetal.
0.58 - 0.68
1
Banda
Sensor AVHRR do satélite NOAA: bandas e aplicações
6. Imagem digital

Bandas TM e Assinatura Espectral
6. Imagem digital

Resolução radiométrica
È a sensibilidade do sistema sensor em distinguir níveis
de cinza NC = 2 ^ bit
1 bit (2 NC) 8 bits (256 NC)
6. Imagem digital

Varia em função da
largura da faixa de
imageamento do sensor
Resolução Temporal
Esta associada ao intervalo
de tempo que um sensor
leva para imagear
novamente um mesmo
ponto.
6. Imagem digital

Resolução TM HRV AVHRR
Temporal 16 dias 26 dias 2 vezes ao dia
Espacial
30 m
120 m (Banda6)
20 m (Banda1 a 3)
10 m (Pan)
1.1 Km (nominal)
Radiométrica 8 bits
8 bits (1-3)
6 bits (Pan)
10 bits
Espectral
Banda 1: 0.45-0.5
Banda 2: 0.52-0.60
Banda 3: 0.63-0.69
Banda 4: 0.76-0.90
Banda 5: 1.55-1.75
Banda 6: 10.74-12.5
Banda 7: 2.08-2.35
Banda 1: 0.50-0.59
Banda 2: 0.61-0.68
Banda 3: 0.79-0.89
Pan: 0.51-0.73
Banda 1: 0.58-0.68
Banda 2: 0.725-1.1
Banda 3: 3.55-3.93
Banda 4: 10.30-11.30
Banda 5: 11.50-12.50
Características de resolução dos sistemas sensores a
bordo dos satélites Landsat, SPOT e NOAA.
6. Imagem digital

Características CCD IR-MSS WFI
Res. Temporal 26 dias 26 dias 3 a 5 dias
Res. Espacial 20 m 80 m (pan e 4) 260 m
Faixa Imageada 113 km 120 Km 890 Km
Res. Espectral
Banda 1: 0.45-0.52
Banda 2: 0.52-0.59
Banda 3: 0.63-0.69
Banda 4: 0.77-0.89
Pan: 0.51-0.73
Banda 1: 0.50-1.10
Banda 2: 1.55-1.75
Banda 3: 2.08-2.35
Pan: 10.40-12.50
Banda 1: 0.63-0.69
Banda 2: 0.76-0.90
Características de resolução dos sistemas sensores a bordo
dos satélites CBERS.
6. Imagem digital

ASTER captura dados de alta resolução espacial em 14 bandas,
desde o visível para os comprimentos de onda do infravermelho
termal, e fornece capacidade de visualização em estéreo para
digital do criação do modelo digital de elevação. Os dados
ASTER são usados para criar mapas detalhados de temperatura
da superfície terrestre, reflectância e elevação.
The Advanced Spaceborne Thermal
Emission and Reflection Radiometer
(ASTER) é um instrumento de imagens
onboard Terra, o satélite carro-chefe da
NASA Earth Observing System (EOS),
lançado em dezembro de 1999.

Características VNIR SWNIR TIR
Res. Temporal 5 dias 16 dias 16 dias
Res. Espacial 15 m 30 m 90 m
Faixa Imageada 60, km 60, km 60, km
Res. Espectral
Bandas: 1 – 3
VIS- IFV – Próximo
Bandas 4 – 9
IFV- de ondas curtas
Bandas 10- 14
IFV- Termal

Geologia Hidrologia Uso da Terra

a) uma membrana externa, chamada esclerótica,
formada por um tecido fibroso e responsável pela
proteção das membranas internas e pela
manutenção da forma do olho. A porção anterior da
esclerótica é formada por um tecido transparente
chamado córnea;
b) uma membrana média, chamada vascular,
formada pela coroide, pelo corpo ciliar e pela
Iris. Na porção anterior da membrana forma-se
uma pequena abertura circular denominada
pupila;
O sistema visual humano

c) uma membrana interna, chamada retina ou membrana
nervosa, formada por receptores, especializados em responder
à estimulação pela luz e em transformar a energia luminosa em
impulsos nervosos responsáveis pela “sensação de visão”. A
iris é um diafragma circular, situado atrás da córnea e possuí
uma abertura circular chamada pupila. A iris é formada por dois
tipos de fibras musculares lisas dispostas circularmente e
radialmente. Essas fibras são responsáveis pela variação do
diâmetro de abertura da pupila nos processos de acomodação
do olho a diferentes intensidades luminosas e a diferentes
distâncias dos objetos. Entre a esclerótica e a córnea forma-se
um meio transparente chamado humor aquoso, que preenche o
espaço vazio entre a córnea e o cristalino. O cristalino é
formado por um conjunto de lentes biconvexas encerradas por
uma membrana fina chamada cápsula, e localizado
imediatamente atrás da iris. O cristalino encontra-se à pequena
distância atrás da pupila, e é mantido na posição através dos
ligamentos suspensões. A cavidade ocular posterior ao
cristalino é preenchida por uma substância gelatinosa
transparente chamada corpo vítreo.

Visite:
http://www.inpe.br
http://www.dpi.inpe.br
http://earthobservatory.nasa.gov/
http://terra.nasa.gov
http://www.usgs.gov/
http://eospso.gsfc.nasa.gov/
http://earthexplorer.usgs.gov/
NASA JPL SRTM –
http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/missionoverview.html
JPL – SRTM Frequently Asked Questions –
www2.jpl.nasa.gov/srtm/faq.html
USGS SRTM – http://srtm.usgs.gov/mission.php
USGS LP DAAC SRTM –
https://lpdaac.usgs.gov/products/measures_products_table
German Aerospace Center SRTM/X-SAR –
http://www.dlr.de/eoc/en/desktopdefault.aspx/tabid-5515/9214_read-
17716/

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