Capítulo 5 2014_pos

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Sensoriamento remoto, sensores e varreduras.
Meteorologia

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Capítulo 5 2014_pos

  1. 1. 1 A órbita é definida como tendo uma direção cross- track e uma along-track. Direção Along-Track Direção ao longo da trajetória do satélite Direção Cross-Track Direção transversal à trajetória do satélite Direção do Movimento do Satélite Sensores e Varreduras
  2. 2. Existem dois principais métodos ou maneiras de sistemas de varredura para adquirir uma imagem: • Cross-Track Scanning (Varredura transversal à trajetória) – Whiskbroom Scanners • Along-Track Scanning (Varredura ao longo da trajaetória) - Pushbroom Scanners Sensores e Varreduras
  3. 3. Cross-Track Scanners – Whiskbroom Scanners: Sistema de varredura que varre a Terra numa série de linhas. As linhas são orientadas perpendicularmente à direção de movimento (trajetória) da plataforma. Cada linha é varrida de um lado do sensor ao outro, utilizando um espelho rotor. Sensores e Varreduras
  4. 4. Único detector – Cross-Track Sensores e Varreduras Varredura transversal à trajetória do satélite Direção Movimento do Satélite
  5. 5. Único detector – Cross-Track Sensores e Varreduras A – espelho rotor; B – detectores sensíveis para cada λ; C – IFOV (Instantaneous Field of View) – ângulo cônico de visibilidade de um sensor; D – GIFOV (Ground IFOV) – Célula de resolução do terreno determinada por C e pela altura; E – FOV (Field of View)– varredura/oscilação do espelho medido em graus que determina a largura da facha de terreno imageada; F – GFOV (Ground FOV)– Cobertura do satélite, largura da imagem, que é determinada por E e pela altura; O período de tempo que o IFOV observa uma célula de resolução do terreno a medida que o espelho roda é chamado de tempo de permanecia e é em geral bastante curto.
  6. 6. Único detector – Cross-Track Sensores e Varreduras
  7. 7. Sensores e Varreduras - FOV Satélite Considerando 16 órbitas por dia, qual deve ser a largura (GFOV) para cobrir toda a Terra em um dia?
  8. 8. Sensores e Varreduras - FOV H = 800 km Satélite Largura = exercício anterior km Qual deve ser então o valor do FOV considerando um satélite nesta altura, para que ele cubra toda a Terra em um dia? FOV= ?
  9. 9. Sensores e Varreduras - FOV H = 800 km Satellite Largura = ? FOV/2 = 6.1° Quanto temo levaria para cobrir a Terra com este sistema? 16 órbitas/dia *2* ? km = ? km/dia imageado (largura) Circunferência da Terra = 2*pi*Rt (km) 2*pi*Rt/? km/dia= ? dias
  10. 10. Cross-Track Scanners – Whiskbroom Scanners: Único Detector Tempo de Permanência: Tempo que um sistema de varredura tem para coletar a energia eletromagnética de um elemento da imagem (pixel): (Tempo para varrer uma linha/Número de pixels numa linha) Depende de: • Velocidade do satélite; • Largura da linha; • Tempo por linha; • Número de pixels numa linha. Sensores e Varreduras
  11. 11. Cross-Track Scanners – Whiskbroom Scanners: Único Detector Tempo de Permanência: Tempo que um sistema de varredura tem para coletar a energia eletromagnética de um elemento da imagem (pixel): Tempo para observar uma linha inteira = ___________________________________ = Número de pixels numa linha = (comprimento do pixel / velocidade orbital) = _________________________________________ (largura da imagem/largura do pixel) Sensores e Varreduras
  12. 12. Componentes dos Sensores Imageadores Sistema óptico: Constituído de espelhos e lentes, possui a função de focar uma área na superfície terrestre e coletar a REM refletida ou emitida por ela. Sistema de dispersão e de detecção: Grades de dispersão e prismas são utilizados como filtros para dividir a REM em vários intervalos de comprimento de onda ou bandas espectrais, que são direcionados para incidirem sobre um conjunto de detectores, que geram sinais elétricos proporcionais às intensidades das radiações neles incidentes. Sistema eletrônico: Constitui-se de componentes eletrônicos que ampliam os sinais elétricos de saída dos detectores e os transformam em valores digitais que são gravados;
  13. 13. Espelho rotativo para varredura do terreno; A radiação que chega ao espelho é refletida em direção à um sistema de lentes que a foca no sistema de dispersão e depois aos detectores; A REM é separada em intervalos espectrais pela grade de difração ou prisma antes que ela atinja os detectores, definindo-se assim, as bandas espectrais do sensor; Para medir a intensidade de cada intervalo espectral, ou banda, um arranjo de detectores é colocado atrás da grade de difração ou do prisma;
  14. 14. A energia da radiação eletromagnética incidente nos detectores provoca-lhes uma excitação, proporcional à intensidade da energia incidente, gerando um sinal elétrico de saída que é registrado pelo sistema eletrônico do sensor; Este sistema eletrônico é um conversor analógico/digital que transforma os sinais elétricos de saída dos detectores em correspondentes valores digitais
  15. 15. Detectores lineares – Cross-Track Sensores e Varreduras Varredura transversal à trajetória do satélite Direção Movimento do Satélite
  16. 16. Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners Sensores e Varreduras Varredura ao longo da trajetória do satélite Direção Movimento do Satélite Não há movimento mecânico
  17. 17. Sensores e Varreduras Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners
  18. 18. Sensores e Varreduras Em vez de um espelho rotativo eles utilizam um vetor linear de detectores (A) localizado no plano focal da imagem (B) formada pelos sistemas de lentes (C), os quais são empurrados ao longo da trajetória do satélite. Cada detector individual mede a energia de uma única célula do terreno com resolução (D) e, assim, o IFOV dos detectores e a altura determinam a resolução espacial do sistema. Neste caso temos um detector para cada pixel numa linha; Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners
  19. 19. Tempo de Permanência: Tempo que um sistema de varredura tem para coletar a energia eletromagnética de um elemento da imagem (pixel): Tempo para observar uma linha inteira = = (comprimento do pixel / velocidade orbital) Sensores e Varreduras Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners
  20. 20. Vantagens e desvantagens Sensores e Varreduras Nesse sistema de varredura linha a linha, tem-se a vantagem de maior tempo de permanência para a medida da radiância que deixa cada pixel, isto permite que mais energia seja detectada e melhora a resolução radiométrica. O maior tempo de permanência também facilita GIFOVs menores e larguras de banda mais estreitas para cada detector. Assim, uma melhor resolução espacial e espectral podem ser conseguidas sem impactar a resolução radiométrica. É uma tecnologia mais avançada do que os sensores mecânicos, exatamente porque dispensa o movimento de varredura oscilatório de um espelho, que é um problema. Portanto são mais duráveis e confiáveis;
  21. 21. Vantagens e desvantagens Sensores e Varreduras Uma das desvantagens desses sistemas é que um calibração entre os milhares de detectores, para conseguir uma sensibilidade uniforme em todo os detectores, é necessário e complicado
  22. 22. Sensores e Varreduras
  23. 23. Sensores de área – 2D Sensores e Varreduras Matriz de detectores em ambas as dimensões lineares. Cada observação resulta numa imagem como uma fotografia aérea Direção Movimento do Satélite
  24. 24. Cobertura Orbital Sensor com um FOV pequeno ou altura muito baixa resultando num swath estreito (200 km). Sensor com um FOV grande ou altura muito alta resultando num swath extenso (2000km).
  25. 25. 25 Cobertura Orbital Órbita do Landsat Multispectral Scanning SystemÓrbita do Landsat Multispectral Scanning System
  26. 26. 26 Cobertura Orbital Caminho das órbitas do Landsat durante um único dia de cobertura Caminho das órbitas do Landsat durante um único dia de cobertura
  27. 27. 27 Cobertura Orbital Caminho das órbitas do NOAA17 em 17 de outubro de 2003 Caminho das órbitas do NOAA17 em 17 de outubro de 2003
  28. 28. 28 Nimbus-7 TOMS altitude orbital: 955 km EarthProbe TOMS altitude orbital: 500 km Se a órbita é muito baixa e/ou o FOV é muito pequeno, uma cobertura global não pode ser obtida com somente 16 órbitas num único dia. Cobertura Orbital
  29. 29. 29 Coberturas diárias incompletas resultam em mapas compostos de bandas da dados com falhas entre os swaths nas regiões equatoriais. Para satélites com uma inclinação alta existe uma sobreposição significante nos pólos mesmo quando a cobertura equatorial é incompleta. 29 de Setembro de 1997 Pólo Sul Pólo Norte Visão Global Cobertura Orbital
  30. 30. 30 “Mapas sem falhas,” é o que a maioria dos modeladores requerem como entrada para as suas simulações computacionais. Pode ser obtido fazendo-se a média sobre 2-3 dias (ou mais). 29 Setembro 1997 28-29 Setembro 1997 28-30 Setembro 1997 Um Dia Dois Dias Três Dias 29-30 Setembro 1997 Fazendo-se a média por diferentes dias completa as falhas orbitais e resulta numa cobertura global, isto também resulta numa resolução temporal mais baixa. pequenas gaps sem gaps Cobertura Orbital

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