Uma nova iniciativa para utilizar imagens do SENTINEL – 2

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Este artigo foi enviado pelo Prof. José Ricardo Pitanga Negrão e compartilhamos a pesquisa dele com vocês! Agradecemos a contribuição do professor com o Processamento Digital e a sua disponibilidade em contribuir com a ampliação do conhecimento. Caso queira entrar em contato com o autor do artigo, envie um e-mail para: rnegrao@ufba.br/ jricardonegrao@gmail.com.

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O uso de imagens SENTINEL-2

Uma nova iniciativa – uma tendência cada vez mais presente

No quadro do programa de Monitorização Global do Ambiente e Segurança (GMES) implementado pela Agência Espacial Europeia – ESA e pela Comissão Europeia – CE, está sendo desenvolvido o sistema Sentinel-2, que proporciona globalmente observações ópticas com a aquisição sistemática de alta resolução (10-20 m) e constante revisita para as necessidades dos serviços de terra operacionais.

A missão Sentinel-2 vai oferecer uma combinação sem precedentes das seguintes capacidades: (1) Cobertura global sistemática de superfícies de terra: a partir de 56 ° de latitude Sul e 84 ° Norte, águas costeiras e todo o mar Mediterrâneo; (2) Alta revisita: a cada 5 dias no Equador sob as mesmas condições de visualização com dois satélites; (3) Resolução espacial alta: 10m, 20m e 60m; (4) Informações Multiespectral com 13 bandas no visível, infravermelho próximo e infravermelho curto, e (5) Amplo campo de visão: 290 km.

Detalhamento dos níveis de disponibilização e qualidade dos dados

Todos os dados adquiridos pelo instrumento ou sensor MSI são sistematicamente processados para o Nível-1C pelo segmento Payload Data Ground Segment (PDGS).

Produtos como Level-2A, comentarei em seguida. Os principais níveis seguem abaixo:

Level-0 – É o nível de dados brutos comprimidos coletados pelo sensor. O produto de Nível 0 contém todas as informações necessárias para gerar o Nível-1 (e superior).

Level-1A – É o nível de dados brutos não comprimidos com bandas espectrais grosseiramente georreferenciados e dados auxiliares anexado.

Nota: Os produtos de nível 0 e Nível-1A não são divulgadas para os usuários comuns.

Level-1B – É o nível onde os dados corrigidos na radiância. O modelo geométrico físico é refinado usando pontos de controle disponíveis e anexado ao produto, mas não é aplicado.

Level-1C – É o nível onde os dados fornecidos têm a sua refletância ortorretificada na atmosfera (TOA), com subpixel registro multiespectral. Onde máscaras de nuvem e de terra / água estão incluídos no produto.

 Veja na imagem abaixo um diagrama dos níveis:1

Fonte: https://sentinel.esa.int

Para entender melhor

O produto Nível-1C fornece imagens de projeção ortorrectificada, onde é um dos seus processos metodológicos, foi usado um DEM para corrigir distorções geométricas de terra, é o que chamamos de Top-Of-Atmosfera (TOA).  Num segundo momento, foram corrigidos efeitos de reflectância dos alvos utilizando algoritmos como subpixel multi-espectral e registo multidata.

Processamento Nível 2-A – uma proposta interessante!!!

O processamento de Nível-2A do Sentinel-2, fornece Nível-2 produtos (BOA refletância) a partir de produtos de Nível 1C (TOA refletância). Estes produtos não são operacionalmente produzidos, mas podem ser gerados pelo usuário utilizando a caixa de ferramentas do Sentinel-2.

Nível 2A – O processamento é dividido em duas partes:

  • Cena Classificação (SC): tem como objetivo proporcionar um mapa de classificação de pixel (nuvem, sombras de nuvens, vegetação, solos / desertos, água, neve, etc.);
  • Correção Atmosférica (S2AC): visa transformar TOA refletância em refletância BOA.

Os algoritmos Nível-2A foram desenvolvidos por DLR / Telespazio, uma empresa alemã de consultoria, tecnologia e serviços de engenharia.

O processo consiste basicamente onde pixels defeituosos, não-existentes e saturados, são excluídos das etapas de processamento Nível-2A. A reflectância da superfície é realizada com a resolução dos produtos nativos, dependendo da resolução de banda (10, 20 e 60 m). Os algoritmos de Nível-2A exigem informações derivadas de bandas com diferentes resoluções. Alguns canais são reamostrados a 60 m para as necessidades dos algoritmos.

A saída principal Nível-2A é um Bottom-Of-Atmosfera (BOA) – onde o produto é submetido a processos de correção radiométrica.

Para realizar a conversão de produto Nivel-1C para Nível- 2A – siga as instruções no link abaixo:

https://sentinel.esa.int/web/sentinel/technical-guides/sentinel-2-msi/level-2a/algorithm

Na imagem, é possível perceber a diferença de cena antes e após a correção atmosférica.

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O satélite Sentinel-2 oferece a possibilidade de gerar produtos classificados como Nível-2A, que são imagens que passaram pelo processo de Correção de Reflectância na Base da Atmosfera (Bottom Of Atmosphere Reflectance ou BOA). Este produto é derivado de outra classificação, ou seja, a partir de imagens Sentinel-2 Nível 1C (com Correção de Reflectância no Topo da Atmosfera ou TOA).

Enfim, o processamento de nível-2A consiste na classificação das cenas e correção atmosférica aplicada ao produto ortoimagem do Nível-1C. Comentado logo acima

Correção Radiométrica/ Atmosférica

Existem conceitos importantes que devem ser investigados antes de responder à pergunta acima. Na literatura sobre sensoriamento remoto, é importante ter conhecimento sobre quais informações são armazenadas nos valores de pixel por suas imagens, e como obter a partir dos valores que eles têm para os valores que precisam.

Os processos podem ser chamados de: Calibrações

Número Digital (DN)

O termo genérico para valores de pixel é o número Digital ou DN. É comumente utilizada para descrever valores de pixels que ainda não foram calibrados em unidades fisicamente significativas.

Se você só quer olhar para uma imagem, e não pretende interpretar os valores de pixel em termos de algum valor fisicamente significativo, quantitativo, como radiância ou refletância, pode ser convincente manter sua imagem em seus valores originais DN.

Radiância

É a quantidade de radiação que vem a partir de uma área. Para obter o brilho de uma imagem não calibrada e um ganho de compensação que deve ser aplicada aos valores de pixel, estes valores de ganho e deslocamento são tipicamente recuperados do metadados da imagem ou recebidos do provedor de dados. A ESA fornece um aplicativo chamado SNAP para Calibração Radiométrica que irá corrigir os valores DN e a radiância para muitos produtos de dados que são distribuídos com o ganho de calibração e valores de deslocamento nos metadados.

Tipicamente, para análise quantitativa de dados de imagens multiespectrais ou hiperespectrais, imagens de radiância são corrigidas para imagens de refletância.

Refletância

A refletância é a proporção da radiação que atinge uma superfície à radiação refletida fora dele. Alguns materiais podem ser identificados pelo seu espectro de refletância, por isso é comum para corrigir uma imagem de refletância como um primeiro passo para a localização ou identificação de características de uma imagem.

Refletância no Topo da Atmosfera -TOA

Top-of-atmosphere reflectance (ou refletância TOA) é a refletância medida por um sensor baseado no espaço voando mais alto do que a atmosfera da Terra. Estes valores de refletância incluirão contribuições de nuvens e aerossóis atmosféricos e gases. O processo converte valores de nível de cinza (DN – digital number = valor do pixel) para valor de radiância no topo da atmosfera

Refletância de superfície

Bottom-of-atmosphere reflectance (ou refletância BOA) é a reflectância da superfície da Terra. Nuvens e outros componentes atmosféricos não afetam os espectros de reflectância de superfície. Tipicamente imagens de reflectância da superfície são derivados a partir de imagens de radiância calibrados. A correção atmosférica vai estimar um valor de pixel da superfície (a qual converte o valor da radiância no topo da atmosfera para o valor de radiância na superfície) ou inferior da atmosfera, BOA. A refletância é feita a partir do sinal gravado pelo sensor de satélite no topo da atmosfera (TOA).

Em resumo, é comum receber uma imagem não calibrada diretamente do provedor de dados, em seguida, é preciso calibrar a imagem para radiância. A imagem de radiância realiza a correção atmosférica, resultando em uma imagem de refletância de superfície. Neste ponto, a imagem de refletância está pronta para ser utilizada para extrair a informação quantitativa sobre os recursos na superfície.

Quero agradecer em especial ao meu nobre amigo Jorge Santos, cientista em PDI. Por ter iniciado todo o processo em busca do aperfeiçoamento na área e por todos os seus conhecimentos honradamente compartilhados através das redes sociais, sobretudo com o Processamento Digital.

 

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