comportamento espectral de alvos -...
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COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS
• O que é ?• É o estudo da Reflectância espectral de
alvos (objetos) como a vegetação, solos, alvos (objetos) como a vegetação, solos, minerais e rochas, água
• Ou seja:• É o estudo do da interação da REM com
as substâncias da superfície terrestre.
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Assinatura Espectral
• Intensidade relativa com que cada corpo
reflete ou emite a radiação
eletromagnética nos diversos eletromagnética nos diversos
comprimentos de onda
(curvas de reflectância x comprimento de
onda)
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ASSINATURA ESPECTRAL
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COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS
• Por que um objeto é azul perante nossos olhos ?• R: É o comprimento de onda (λ) que ele
reflete e que captamos.reflete e que captamos.• Reflexão seletiva à REM do Sol• As ondas eletromagnéticas podem ser(λ):
• Refletidas• Absorvidas• Transmitidas
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COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS
• Energia refletida de um objeto azul
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COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS
• Energia refletida por plantas verdes
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• ``Foto normalFoto normal
COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS
Foto InfravermelhoFoto Infravermelho
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COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS
Assinaturas espectrais ou Curvas de reflectância• Ilustram a forma típica dos alvos refletirem • Ilustram a forma típica dos alvos refletirem
a REM incidente neles• Da uma idéia da reflexão dos alvos• Previsão de como um alvo vai aparecer
(BRILHO) na imagem.
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IMAGENS DO SATÉLITE LANDSAT 5
Banda 1
Banda 6Banda 5Banda 4
Banda 3Banda 2
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Interações da REM com a atmosfera
•Sinal coletado do sensor = radiação proveniente do Sol que interage com a atmosfera até atingir o alvo e retorna ao atmosfera até atingir o alvo e retorna ao sensor interagindo novamente com a atmosfera
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Manifestações dessa Interação:
• Atenua e modifica a REM refletida ou emitida pelo alvo (ex.: H2O no IV)
• Espalhamento atmosférico
• Modifica a distribuição espacial e espectral da REM no alvo
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Interações da REM
REM-atmosfera
sinal coletado do sensor = radiaçãoproveniente do Sol que interage com aproveniente do Sol que interage com aatmosfera até atingir o alvo e retorna aosensor interagindo novamente com aatmosfera
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Manifestações dessa Interação:
• Atenua e modifica a REM refletida ou emitida pelo alvo (ex.: H2O no IV)
• Espalhamento atmosférico
• Modifica a distribuição espacial e espectral da REM no alvo
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Processos de Atenuação
• Absorção: a REM é seletivamente absorvida pela atmosfera através de seus vários constituintes (ex.: ozônio, no visível) ⇒⇒⇒⇒janelas atmosféricas
• Espalhamento: a energia é modificada pela • Espalhamento: a energia é modificada pela mudança de direçãoa) Espalhamento molecular (ou Rayleigh) = λλλλ > d
d = diâmetro da partículaesp ~ 1/ λλλλ4
b) Espalhamento Mie: λλλλ ~ d esp ~ 1/ λλλλ2 ou 1/ λλλλ
c) Espalhamento não-seletivo:λλλλ <<d ⇒⇒⇒⇒ todos os λλλλ‘s são espalhados igualmente
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REM - Superfície
• Processo mais importante == REFLEXÃO:• especular (superfície lisa)• difusa (superfície rugosa)
• Depende:• rugosidade do terreno• λλλλ
• ângulo de incidência da radiação
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Comprimento da onda
Interação entre radiação eletromagnéticae matéria
Comprimento da onda
Radiação eletromagnética Matéria
energia
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A energia na superfície terrestre
• Refletida
• Espalhada• Espalhada
• Absorvida
• Transmitida
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Interações com objetos e superfícies
A radiação que não é absorvida ou espalhada pela atmosfera pode atingir alvos e interagir com objetos na superfície.
Interações com objetos:Interações com objetos:I = IncidenteI = IncidenteA = AbsorçãoA = AbsorçãoT = Transmissão T = Transmissão R = ReflexãoR = Reflexão
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Fatores determinantes
A) Campo de radiação incidente
• ângulo de incidência da radiação
• comprimento de onda da radiação
B) Natureza e composição da superfície
C) Interface (Ex: rugosidade - comprimento de onda)
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Importância
• Extração de informações de imagens de S.R.
• Definição de novos sensores
• Definição do tipo de processamento
- seleção de canais e filtros (composição colorida)- seleção de canais e filtros (composição colorida)
• Definição da forma de aquisição dos dados
- geometria e freqüência da coleta de dados
- altura do imageamento
- resolução limite
T1
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Fatores que interferem nas medidas do comportamento espectral dos alvos
A) Método de aquisição dos dados
B) Geometria da aquisição dos dados
C) Parâmetros atmosféricos
D) Parâmetros relativos ao alvo
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Método de aquisição de dados
Influência significativa na reflectância do alvo
interferência de fatores ambientais objetos adjacentes
níveis: aeronave e orbitalatmosféricos
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Parâmetros atmosféricos
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Geometria da aquisição de dados
VARIÁVEL EFEITO SOBRE AS MEDIDAS DE REFLECTÂNCIA
θθθθZ aumento de θθθθZ - diminuição da porcentagem de energia refletida pela superfície. superfície.
θθθθv aumento de θθθθv - redução do contraste entre os alvos.
ângulo azimutal do sol e do
sensor
altera a distribuição de energia na superfície do alvo no caso de culturas plantadas em linha e de falhamentos geológicos.
altitude
do sensor
aumento de H - aumento da interferência da radiância da atmosfera na medida da reflectância do alvo.
T1
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Parâmetros atmosféricos
• espalhamento atmosférico
- afeta a direção da radiação visível
• absorção atmosférica• absorção atmosférica
- pequena nas janelas atmosféricas
• refração
- radiação atravessa uma atmosfera estratificada
- problemática quando atmosfera turbulenta
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Vegetação
• Assinatura espectral da vegetação fotossinteticamente ativa
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INTERAÇÕES ENTRE A VEGETAÇÃO
E OS COMPRIMENTOS DE ONDA
VISÍVEL, I. V. PRÓXIMO E I. V. MÉDIO
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Pigmentação(alta absorção)
Visível(0,4 - 0,6 µm)
Clorofila(fotossíntese)
Estrutura fisiológica(alta reflectância)
I.V. próximo(0,6 - 1,3 µm)
Descontinuidadesestruturais
Teor de água(alta absorção)
I.V.P. a médio(0,6 - 2,5 µm)
Absorção maiorque reflectância
Solo subjacente, elevação do sol e do sensor, ângulo azimutal do sole do sensor, geometria da cobertura vegetal, etc.
T1
(alta absorção) (0,6 - 2,5 µm) que reflectância
Envelhecimento Azul e vermelho Aumento dareflectância
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Solos
• Assinatura Espectral de solos variam bastante• Tipos de solos; teor de umidade; teor • Tipos de solos; teor de umidade; teor
de matéria orgânica etc.
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INTERAÇÕES ENTRE O SOLO
E OS COMPRIMENTOS DE ONDA
VISÍVEL, I. V. PRÓXIMO E I. V. MÉDIO
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Teor de umidade,textura e estrutura
VisívelI.V.P.I.V.M.
Ex: solo arenosoestrut. fraca, superfície lisa,
alto teor de umidade,baixa reflectância
Matéria orgânicaVisívelI.V.P.
Teores altos provocamredução da reflectância
do solo
Óxido de FerroVisível
(0,5 - 0,7 µm)Reflete luz vermelha
Absorve luz verde(localização de jazidas)
Obs: a maior parte da energia incidente sobre o solo é refletida ouabsorvida e uma pequena quantidade é transmitida.
T2
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Água
• Comportamento espectral depende do estado físico
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Água
Líquida (0,38 a 0,7 µµµµm) = baixa reflectância. Acima de 0,7 µµµµm água absorve toda REM
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Água
Nuvens (0,38 a 2,5 µµµµm) altissimareflectância
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Água
Neve (0,7 a 1,2 µµµµm) = alta reflectância (0,7 a 1,2 µµµµm) decréscimo rápido (1,4 a 2,0 µµµµm) baixa reflectância
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INTERAÇÕES ENTRE A ÁGUA
E OS COMPRIMENTOS DE ONDA
VISÍVEL, I. V. PRÓXIMO E I. V. MÉDIO
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Profundidadeda água
VisívelI.V.P.
Quanto mais profundomenor a reflexão
Materiais suspensos(argila, húmus)
VisívelI.V.P.
Reflectância ecor da água
RugosidadeVisível Superfície rugosa:
RugosidadeVisívelI.V.P.
Superfície rugosa:alta reflectância
Obs: a maior parte do fluxo radiante incidente sobre a água, não érefletido, mas sim absorvido ou transmitido.
Estado físicoVisívelI.V.P.I.V.M.
Figuras
T2.3
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INTERAÇÕES ENTRE A SUPERFÍCIE
DA TERRA E OS COMPRIMENTOS
DE ONDA DO I. V. TERMAL
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Infravermelho Termal (3,0 - 5,0 µm)
Mede a temperatura irradiante do objeto
DependeDepende
• Emissividade: capacidade de absorção e irradiação de calor
• Temperatura cinética: diretamente medida (termômetro)
• Propriedades termais: distribuição do calor em um objeto
• Taxa de aquecimento: capacidade de absorção de calor
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INTERAÇÕES ENTRE A VEGETAÇÃO
E OS COMPRIMENTOS DE ONDA
DO I. V. TERMAL
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VEGETAÇÃO
Re-emissão I.V.T.Absorção no visível
irradiação controlada por 4 fatores
irradiaçãodo solo
Ângulo do sensor
Coberturavegetal
Teor de umidadedo solo do sensor vegetal
Ti = Ts + TfSensor vertical
alta Ti(solo + vegetação)
Determina aemissividade
folhas úmidas > E
Ti = temperatura de irradiância; Ts = temperatura do solo;Tf = temperatura da folhagem; E = emissividade;
T4
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INTERAÇÕES ENTRE O SOLO
E O I. V. TERMAL
E ENTRE A ÁGUA
E O I. V. TERMAL
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Teor de umidade
Temperatura de irradiância do solo
Ex: solos úmidosfrios de dia
quentes à noite
Temperatura de irradiância da água
Propriedades termais Baixa de diaElevada à noite
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INTERAÇÕES ENTRE
A SUPERFÍCIE DA TERRAA SUPERFÍCIE DA TERRA
E AS MICROONDAS
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Rugosidade da superfície
Comprimento de ondamicroondas
Ângulo deincidência
Muito longos Muito curtosSuperfície
lisaSuperfície
rugosa
Superfície lisa Superfície rugosa Ângulobaixo
ÂnguloAlto
Poucainfluênciado ângulo
Reflectânciaespecular
Reflectânciadifusa
Altoretorno
Baixoretorno
Retornosimilar
T4
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Condutibilidadeda superfície
Altareflectância
Teor de umidade das plantas e do solo
Propriedadeselétricas
reflectância das plantas e do solo
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INTERAÇÕES ENTRE
A VEGETAÇÃO A VEGETAÇÃO
E AS MICROONDAS
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Rugosidade
Depende do tamanho,forma, orientação
e quantidade de folhas
Comprimento de ondaângulo de incidência
É evidente em imagensde comprimento de
onda baixo
Geradas e captadasem altos ângulos deângulo de incidência
polarizaçãoem altos ângulos de
incidência
Condutibilidade
Normalmente alta, varia com o teor de umidadenas plantas e no solo
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INTERAÇÕES ENTRE O SOLO
E AS MICROONDAS
E ENTRE A ÁGUA
E AS MICROONDAS
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Solorugosidade
condutibilidade
Retornam sinais fracos ou moderados (quando
captados em baixo ângulo)
Subsolo Penetraçãomaior
ângulo de incidência baixocomprimento de onda longoteor de umidade baixomaior teor de umidade baixo
Água Reflexão especular(não retorna o sinal)
Aparece como uma áreapreta na imagem
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Rochas e minerais• Folhelhos e Andesitos
• 3 regiões distintas
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Superfícies construídas ou urbanizadas
Concreto até 0,6 µµµµm = baixa reflectância(0,6 a 1,3 µµµµm) = alta reflectânciaAsfalto é semelhante ao concreto, porém níveis
mais baixos