Tipos de sensores de imageamento remoto

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

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

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.

Único detector – Cross-Track
Varredura
transversal
à trajetória
do satélite
Direção
Movimento
do Satélite

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.

Sensores e Varreduras - FOV
Satélite
Considerando 16 órbitas por dia,
qual deve ser a largura (GFOV)
para cobrir toda a Terra em um dia?

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= ?

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

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.

Cross-Track Scanners – Whiskbroom Scanners:
Único Detector
Tempo para observar uma linha inteira =
___________________________________ =
Número de pixels numa linha =
(comprimento do pixel / velocidade orbital)
= _________________________________________
(largura da imagem/largura do pixel)

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;

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;

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

Detectores lineares – Cross-Track
Varredura
transversal
à trajetória
do satélite
Direção
Movimento
do Satélite

Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners
Varredura
ao longo da
trajetória
do satélite
Direção
Movimento
do Satélite
Não há
movimento
mecânico

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;

Tempo para observar uma linha inteira =
= (comprimento do pixel / velocidade orbital)

Vantagens e desvantagens
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;

Vantagens e desvantagens
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

Sensores de área – 2D
Matriz de detectores
em ambas as
dimensões lineares.
Cada observação
resulta numa imagem
como uma fotografia
aérea
Direção
Movimento
do Satélite

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
Cobertura Orbital
Órbita do Landsat Multispectral Scanning SystemÓrbita do Landsat Multispectral Scanning System

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
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
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
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
“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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