Aula 5 - Comportamento espectral do alvos

SAVE OFFLINE

1/12/2021

Introdução • Corpos terrestres quando observados com sensores remotos apresentam aparência que depende da relação deles com a energia incidente. Eles recebem e emitem energia, interagindo com outros corpos de maneiras complexas.

Aula 5: Comportamento Espectral dos Alvos

• As principais propriedades dos corpos são: • Temperatura (coeficiente de absorvicidade); • Coeficientes de emissividade, transmissividade e refletividade;

Disciplina: Georreferenciamento e Geoprocessamento Prof. Dr. Cirano Melville Janeiro de 2021

1

2

Introdução

Conceitos

• Já as propriedades importantes da energia são:

• O conceito de comportamento espectral de alvos:

• Quantidade e qualidade (comprimento de onda).

• É o conjunto de medidas de radiância (Lλ) de um objeto, efetuadas sob condições conhecidas ou controladas, sendo que cada medida corresponde ao valor médio em diferentes comprimentos de onda (Slater, 1980). • Esse comportamento é válido para os instantes da aquisição da informação!

3

4

Conceitos Reflectância espectral

Comportamento Espectral dos alvos • É o estudo da reflectância espectral de alvos (objetos) como: vegetação, solo, minerais, etc. • É a intensidade relativa com que cada alvo reflete a radiação eletromagnética (REM), nos diversos comprimentos de onda.

5

6

1

1/12/2021

Nova York no inverno e no verão

Elementos do sensoriamento remoto Relembrando...

Nova York no inverno e no verão

Por Original Horst Frank, with some modifications by Jailbird. Tradución da versión de Alebergen. - Obra derivada de image:Electromagnetic_spectrum-es.svg, 15:39, 5 May 2011., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18122584

7

8

Comportamento Espectral dos alvos

Propriedades Espectrais das plantas superiores • Do que dependem as propriedades espectrais das plantas superiores?

5 4,5 4

• • • • • •

Morfologia das folhas; Estrutura interna das folhas; Composição química; Estado fisiológico; Geometria das plantas (disposição espacial); Etapa de crescimento ou de desenvolvimento na qual encontra práticas culturais; • Condições climáticas antes e durante o ciclo de vida das plantas.

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Categoria 1

Categoria 2 Série 1

Categoria 3

Categoria 4

Série 2

9

10

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Interação da radiação/objeto

FACE SUPERIOR

I = Incidência

CÉLULAS GUARDAS

CUTÍCULA EPIDERME Difunde bastante as r.e.m e reflete pouco TECIDO PALIÇÁLICO

R = Reflexão A = Absorção T= Transmissão

MESÓFILO ESPONJOSO Cotem pigmentos (clorofila) absorvendo radiação visível EPIDERME

CAVIDADE SUBESTOMATAL FACE INFERIOR

Seção transversal de uma folha mostrando possíveis trajetórias das radiações eletromagnéticas (GATES, 1970)

11

12

2

1/12/2021

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Propriedades Espectrais das plantas superiores

TEORIA DE WILLSTATE & STOLL (1918) BASEADA NA REFLEXÃO CRÍTICA DA R.E.M. NAS PAREDES CELULARES (REFLEXÃO ESPECULAR)

TEORIA DE SINCLAIR • A refletividade no IV próximo (0,7 – 1,3 mm) está relacionada com o número de espaços de ar existentes entre células. A refletividade é maior quanto maior é o número de espaços de ar porque as rem passam com maior freqüência das partes da folha que tem alto índice de refração para aquelas partes que têm baixo índice de refração:

Reflexão especular r.e.m Célula

Parede celular

Célula Parede hidratada (índice 1,4) Célula

Esquema da teoria de WILLSTATER & STOLL

Célula

Ar inter-celular (índice 1,0)

A r.e.m. atinge a parede celular e é difundida em todas direções na cavidade intercelular.

Célula Célula

Esquema da teoria de SINCLAIR

13

14

Propriedades Espectrais das plantas superiores TEORIA DE SINCLAIR • A refletividade no IV próximo (0,7 – 1,3 mm) está relacionada com o número de espaços de ar existentes entre células. A refletividade é maior quanto maior é o número de espaços de ar porque as r.e.m. passam com maior freqüência das partes da folha que tem alto índice de refração para aquelas partes que têm baixo índice de refração: Célula Parede hidratada (índice 1,4) Célula

Célula

Ar inter-celular (índice 1,0)

A r.e.m. atinge a parede celular e é difundida em todas direções na cavidade intercelular.

Propriedades Espectrais das plantas superiores

• A quantidade de energia refletida ou emitida varia de acordo com a natureza dos objetos e se dá em diversos comprimentos de onda.

Célula Célula

Esquema da teoria de SINCLAIR

15

Fonte: Oliveira, 2007.

16

Vegetação

Refletividade espectral de uma folha verde e a capacidade de absorção de água e refletividade, absorvidade e transmissividade numa folha verde para a radiação no VIS e NIR.

17

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Curva de reflectância de diferentes culturas.

Fonte: Oliveira, 2007.

18

3

1/12/2021

Assinatura Espectral dos alvos

Propriedades Espectrais das plantas superiores Fatores de influência na assinatura espectral

• Define as feições, intensidade e localização das bandas de absorção dos objetos.

19

20

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Fatores de inflência na assinatura espectral

21

Fatores de influência na assinatura espectral

22

Vegetação: árvores no infravermelho

Propriedades Espectrais das plantas superiores

Árvores no infravermelho

• Mesmo alvos similares possuem respostas espectrais diferentes

• Identifica-se características comuns ecompara- se o comportamento espectral através de curva característica de um alvo.

23

Carvalho

Alfarrobeira

Ulmeiro

Platanus

24

4

Propriedades Espectrais dos Solos • As curvas espectrais dos solos sem vegetação apresentam, no intervalo espectral correspondente ao azul, valores de reflexão baixos, os quais aumentam continuamente em direção da luz vermelha, do NIR e do MIR ("mid infrared"). • Deve-se ressaltar a existência de elevada correlação entre os parâmetros constantes e os variáveis.

Propriedades Espectrais dos Solos

1/12/2021

Curvas de reflectância de um mesmo solo com diferentes contéudos de umidade.

Fonte: Oliveira, 2007.

Refletividade de um solo argiloso (a) e um solo de arenoso (b) no VIS, NIR e MIR em dependência da umidade (Fonte: Kronberg, 1984, p. 50; Lowe, 1969).

27

Propriedades Espectrais dos Solos

26

Propriedades Espectrais dos Solos

25

28

Propriedades Espectrais dos Solos

Propriedades Espectrais dos Solos

• Do que dependem as propriedades espectrais dos solos? • • • • • • •

• Do que dependem as propriedades espectrais dos solos?

• Conteúdo mineral: a matéria reflete as r.e.m que recebe, em função de vibrações intermoleculares superficiais. A região espectral ótima para identificação de minerais está compreendida entre 8 e 14 mm

Conteúdo mineral; Tamanho dos agregados; Textura; Cor; Conteúdo de matéria orgância; Conteúdo de óxidos de ferro; Estrutura;

Fonte: Oliveira, 2007.

29

Solos com aproximadamente a mesma unidade, mas com diferente textura.

Fonte: Oliveira, 2007.

30

5

1/12/2021

Propriedades Espectrais dos Solos

Propriedades Espectrais dos Solos

• Do que dependem as propriedades espectrais dos solos?

• Do que dependem as propriedades espectrais dos solos?

• A refletivididade dos minerais a nível macromolecular é afetada por:

• Tamanho dos agregados: ORLOV (1966) observou em laboratório que aumentando-se o diâmetro dos agregados, ocorre um decréscimo da refletividade,

• • •

Rugosidade da superfície do mineral; Tamanho dos agregados formados pelo mineral; Película de água que as vezes recobre os agregados (precipitações, orvalho, etc.); • Descontinuidades físicas existentes entre os agregados; • Presença de contaminantes (poeira, outros minerais, etc.).

Relação entre refletividade e diâmetro dos agregados. Fonte: Oliveira, 2007.

32

Propriedades Espectrais dos Solos

31

Propriedades Espectrais dos Solos • Do que dependem as propriedades espectrais dos solos? • Cor do solo: as regiões vermelha e IV próxima são mais favoráveis para a descrição qualitativa e quantitativa dos solos.

Relação entre diâmetro dos agregados e reflectância

34

Propriedades Espectrais dos Solos • Do que dependem as propriedades espectrais dos solos? • Conteúdo de matéria orgânica e de óxido de ferro: influenciam a cor do solo, mas os efeitos mudam consideravelmente segundo condições climáticas e de manejo do solo.

35

Propriedades Espectrais dos Solos

33

Refletividade de um solo chernozêmico (a), um solo argiloso (b) e um solo laterítico (c) no VIS e NIR em função da umidade (Fonte: Kronberg, 1984, p.38; Condit, 1970).

36

6

1/12/2021

Propriedades Espectrais dos Solos

Propriedades Espectrais das águas

• Lagos, rios, oceanos, etc., são relativamente fáceis de serem identificados nas imagens. Estes corpos são identificados para a realização de estudos hidrológicos e para a preparação de mapas ou interpretação de imagens

• O conteúdo de matéria orgânica produz efeitos: • • • • •

Na cor; Na capacidade para retenção de água; Na capacidade para troca de cátions; Na estrutura; Na probabilidade de ocorrência de erosão. Relação entre Reflectância e conteúdo de matéria orgância.

37

38

Propriedades Espectrais das águas

Propriedades Espectrais das águas • A profundidade das águas pode ser determinada mediante imagens obtidas entre 0,5 e 0,58 m m.

• O planctom e outros tipos de vegetais e organismos alteram a natureza da refletividade da água (quando estão presentes acima da superfície da água alteram a refletividade em todos os comprimentos de onda; • Quando estão presentes debaixo da superfície, afetam somente os comprimentos de onda menores).

39

40

Assinatura Espectral das águas Assinatura Espectral de Alvos

Propriedades Espectrais do Concreto • A refletividade do concreto é de 20% a 0,4 m m e é de 40% de 0,5 a 0,6 m m (nesta última região, os vegetais refletem aproximadamente 20%, de modo que resulta fácil identificar cidades, pequenos povoados e ainda grandes prédios rodeados de vegetação.

41

42

7

1/12/2021

Propriedades Espectrais do Asfalto

Alvos similares

Alvos antrópicos

• O comportamento espectral de alguns materiais muito similar: • Pavimentação e telhados de cimento esmaltado e cimento amianto

• O asfalto, uma vez identificado, permite a localização de outras feições. Ele apresenta grande refletividade na região do ultravioleta e no azul da região visível.

43

44

Assinatura Espectral dos alvos

Nova York no inverno e no verão Nova York no inverno e no verão

China finge reflorestamento com tinta verde •

Um município do sul da China tomou uma decisão quase surrealista: para economizar o dinheiro e o esforço de reflorestar uma de suas montanhas, decidiu pintá-la de verde em vez denplantar árvores, denunciaram nesta quarta-feira (14 de fevereiro de 2007) vários jornais do país.

•

O incidente ocorreu na localidade de Fumin, onde funcionou durante sete anos uma pedreira que arrasou mil metros quadrados da encosta da montanha Laoshou.

45

46

Bibliogra fia CENTENO, J. A. S. Sensoriamento Remoto e Processos de Imagens Digitais. Curitiba, 2009. JENSEN, J. R., EPIPHANIO, J. C. N. (Coord.). Sensoriamento remoto do ambiente: uma perspectiva em recursos terrestres. São José dos Campos, SP: Parêntese, 2009. 598 p. MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicações. Universidade Federal de Viçosa, 2012.

https://www.youtube.com/watch?v=DJBj-ZRHtUw

NOVO, Evlyn M. L. de Moraes. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. 3. ed. rev. e amp. São Paulo: Edgard Blücher, 2008. xv, 363 p.

https://www.youtube.com/watch?v=pfjfsvnB11Y

RUDORFF, Bernardo F. T; SHIMABUKURO, Yosio Edemir; CEBALLOS, Juan C. (Org.). O sensor modis e suas aplicações ambientais no Brasil. São José dos Campos, SP: Parêntese, 2007 423 p. SLATER, P. N. Remote sensing: optics and optical systems.1980

47

48

8