Detecção remota: fundamentos

Interacção da radiação electromagnética com a matéria

Formas de interacção

• Absorção• Reflexão • Transmissão

A energia radiante incidente que atinge um objecto pode ser decomposta na soma da energia reflectida, da energia absorvida e da energia transmitida.

Absortância, reflectância e transmitância

EI(λ) é a energia radiante incidente sobre o objecto para um certo c.d.o. λ. A decomposição é dada por

EI(λ)=ER(λ)+EA(λ)+ET(λ).

e depende das propriedades físicas do objecto e da geometria de iluminação e de visão.

Divindindo as componentes pela energia incidente obtemos1=aλ+ρλ+τλ

em que aλ,ρλ,τλ são designados por absortância, reflectância e transmitância.

Tipos de superfícies reflectoras

Os dois casos extremos são os dos reflectores especulares e dos reflectores difusos (lambertianos).

Se o comprimento de onda da radiação for inferior às variações na rugosidade e à dimensão das partículas da superfície reflectora, a reflexão é predominantemente difusa.

[LK94]

Interacção da radiação com a atmosfera

O efeito atmosférico consiste em:

• Absorção: absorção pelas partículas da atmosfera

• Dispersão: alteração da direcção de propagação da radiação

Efeito da absorçãoA absorção deve-se essencialmente ao efeito do vapor de água, dióxido de carbono e ozono. A consequência mais nítida em Detecção Remota é que a atmosfera é praticamente impermeável a certas gamas de comprimento de onda.

[Jen96]

Efeito da dispersão atmosférica

Principais tipos de dispersão:• Rayleigh: provocada por partículas de dimensão

molecular• Mie: provocada por partículas em suspensão

(aerossol atmosférico)

Distinguem-se efeitos da atmosfera em função da dimensão das partículas da atmosfera que os causam e das bandas de c.d.o. que são afectadas.

Dispersão de Rayleigh

O efeito de dispersão de Rayleigh é causado pelas moléculas com diâmetro inferior ao c.d.o. e é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda.

Por exemplo, a dispersão causada pela atmosfera na banda do verde (0.5 a 0.6µm) é aproximadamente 4 vezes superior à difusão no infravermelho próximo (0.7 a 0.8 µm).

Dispersão de Mie

O efeito de dispersão de Mie também depende, mas de uma forma menos acentuada do que a dispersão de Rayleigh, do c.d.o.

As partículas que o causam são essencialmente poeiras, vapor de água e outros aerossois.

A dispersão de Mie depende de características físicas dessas partículas como a dimensão, forma, índide de refracção, concentração, ...

Efeito do vapor de água em função do c.d.o.

[Jen96]

Comparação dos efeitos de Rayleigh e Mie para c.d.o.’s na região do visível e do IV próximo

[Jen96]

Efeito da atmosfera nas imagens de Detecção Remota

[RJ99]

Nível radiométrico e reflectância

O valor na imagem de satélite (nível radiométrico) depende de:

• reflectância do elemento do terreno• banda espectral• irradiância solar na superfície do elemento do terreno• transmitância da atmosfera na direcção do sensor• radiância da atmosfera• radiância total que chega ao sensor e parâmetros do

sensorSimplificando o modelo, pode aceitar-se que existe uma

relação linear entre nível radiométrico e reflectância da superfície

Assinaturas espectrais típicas do

solo descoberto, vegetação e água

10

20

30

40

50

60

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Reflectância (%)

Água

Solo

Vegetação

Comprimento de onda (m)

Interacção da radiação com a vegetação

• A clorofila absorve mais na região do azul e do vermelho (com picos de absorção em aproximadamente 0.43-0.45 e 0.64-0.67 µm) do que no verde (pico de reflexão em 0.54 µm aproximadamente)

• O stress hídrico causa uma diminuição do teor de clorofila e um aumento de reflectância na região do vermelho.

• A estrutura interna das folhas causa um pico de reflectância na região do IV próximo (de 0.7 a 1.3 µm) com valores próximos de 45 a 50%. A reflectância aumenta nessa região do espectro com o número de camadas de folhas.

• Teor em água. Na região do IV médio existem picos de absorção em 1.4, 1.9 e 2.7 µm aproximadamente, causados pela presença de água nas folhas. O aumento do teor de água nas folhas provoca uma diminuição de reflectância.

• Índice de área foliar. Consequentemente, a reflectância de um coberto verde depende fortemente do índice de área foliar.

Absorção pela clorofila eoutros pigmentos

[Jen00]

Factores que afectam a reflectância da vegetação

[Jen83]

Efeito da senescência

[Chu00]

Zonas de absorçãoda clorofila

Efeito das fases do ciclo

vegetativo

[Jen00]

Imagens em falsa cor (a reflectância no IV próximoé representada por vermelho)

Interacção da radiação com o solo

• A rugosidade do solo causa em geral um aumento de reflectância.

• O aumento do teor de matéria orgânica está associado a uma diminuição da reflectância.

• O aumento do teor de água do solo provoca uma diminuição de reflectância

Interacção da radiação com a água

• A água não reflecte radiação para c.d.o. acima da região do visível

• A existência de sedimentos na água provoca um aumento da reflectância.

• O aumento do teor de clorofila na água provoca uma diminuição de reflectância na zona do azul e um aumento na zona da verde

Assinaturas espectrais (níveis radiométricos no sensor) de alguns tipos de coberto

[Chu00]IV prox IV médiovisível