Constelação Plêiades: satélites de altíssima resolução espacial

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O programa surgiu a partir de demandas de usuários da missão SPOT e foi iniciado pela França e Itália, no Centre National d’Etudes Spatiales (CNES). Foi construído por empresa privada para a Agência Espacial Francesa.

A constelação Plêiades é composta por dois pequenos satélites, Plêiades 1A e 1B, que juntos conseguem adquirir imagens ópticas diárias de qualquer região do planeta. Suas imagens são de altíssima resolução espacial e, como padrão, entregam produtos ortorretificado de 50 cm. 

A espaçonave Plêiades 1A foi lançada em 16 de dezembro de 2011 em um Soyuz ST na base de lançamento espacial da Europa em Kourou, Guiana Francesa. Ela foi seguida por Plêiades 1B no final de 2012.

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Imagens Plêiades são produtos com resolução espacial de 50 cm.


Agilidade

Estes dois satélites gêmeos operam como uma verdadeira constelação na mesma órbita e em integrados 180° um do outro. 

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CONSTELAÇÃO PLÊIADES E SPOT

Além de sua capacidade de visualização obliqua (ângulo de até 45°) e excepcional agilidade, esta integração de órbita permite aos satélites revisitar diariamente qualquer ponto do globo, sendo ideal para antecipação de riscos, gestão de crises e cobertura de áreas amplas.

A órbita integrada dos satélites da constelação oferece:

  • Uma revisita/dia acima da latitude de 40° dentro de um corredor de ângulo de +/- 30°
  • Duas revisitas/dia entre o equador e a latitude de 40°
  • 1 Uma revisita/dia com dois satélites e ângulo de 45°

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PLÊIADES 1A e 1B CORREDOR COMBINADO DE VISIBILIDADE PARA O MESMO DIA (+/- 30°)

A capacidade de revisita diária é apoiada pelo loop operacional reativo: planos de trabalho são atualizados a cada 8 horas. As três estações de uplink Plêiades foram escolhidas de acordo com os três períodos de trabalho.

Eles estarão localizados em:

  • Ilhas Kerguelen, para passagens diurnas, o melhor horário para demandas de trabalho de carregamento para a Europa, África e Oriente Médio.
  • Na Suécia para órbitas de meio dia e cobertura da América do Norte e do Sul.
  • Em Toulouse para passagens noturnas sobre a Ásia e a Oceania.

Para o usuário, isto resulta em:

  • Mais oportunidades de captura de imagem;
  • Capacidade sem precedentes para resposta ao desastre, monitoramento regular, ou detecção de mudanças;
  • Capacidade aperfeiçoada de atualização de mapa  (cobertura).

Equipado com Giroscópio CMGs2, os satélites Plêiades se beneficiam do desempenho excepcional em termos de agilidade (Inclinação de rolagem 5° em 6,5 seg., 10° em 10 seg., 60° em 25 seg.). O tempo para cobrir 200 km é reduzido a 11 segundos incluindo tempo de estabilização (satélites não equipados com CMGs fazem a mesma coisa em aproximadamente 20 segundos).

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BENEFÍCIOS DE CMGs NOS SATÉLITES PLÊIADES

Esse tipo de desempenho permite que mais imagens sejam capturadas na mesma passagem, e portanto: 

  • Maiores oportunidades de captura;
  • Os conflitos entre pedidos contínuos são minimizados; 
  • Possibilidade de captura de vários alvos na mesma latitude.

Captura

Plêiades possui uma capacidade de captura impressionante. A capacidade de captura teórica máxima atinge 1 milhão de quilômetros quadrados por dia e por satélite (2 milhões para os dois). Ela atinge 450, e no melhor dos casos, até 600 segmentos por dia e por satélite.

A captura de imagem é personalizada para adequar-se a praticamente quaisquer necessidades do usuário.

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CENÁRIOS DE CAPTURA DE PASSAGEM ÚNICA

Target Collection – Capturas múltiplas durante a mesma
passagem. 

Single-Pass Strip Mapping – Mapeamento sobre grandes áreas, normalmente até 5 tiras contínuas de 150 km cada.

Stereo & Tri-Stereo – Capturas para aplicativos 3D.

Corridor Acquisition – Captura sobre alvos lineares (fronteiras, estradas, ferrovias, tubulações…)

Multiple acquisitions over crisis area – permite maximizar números de capturas em uma área determinada, normalmente 10 imagens sobre uma área de 100 x 200 km.

Multiple acquisitions over target on a single pass – para alvos móveis e/ou interepretação de foto aperfeiçoada.

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CENÁRIOS DE CAPTURA DE PASSAGEM ÚNICA

Uma grande característica de Plêiades é oferecer uma capacidade de cobertura estereoscópica de alta resolução. 

A cobertura estereoscópica é alcançada dentro de uma mesma passagem da área, que possibilita que um produto homogêneo seja criado rapidamente. O sistema oferece a possibilidade de atingir uma imagem estereoscópica “clássica”, composta por duas imagens para as quais a diferença angular (B/H) pode ser ajustada, mas também imagem estereoscópica com uma imagem adicional quase vertical (triestereoscópica), assim permitindo ao usuário ter uma imagem e seu ambiente estereoscópico.

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PLÊIADES STEREO / TRISTEREO B/H

Imagens Triestéreo podem ser utilizadas para criar modelos 3D mais precisos do que pode ser feito com base Estéreo, uma vez que a captura próxima a nadir minimiza o risco de perder itens ocultos. Isto é ideal para áreas urbanas e densamente montanhosas. 

O sistema de Plêiades oferece a capacidade de vigilância persistente. Este modo oferece até:

  • 17 imagens de 20 x 20 km
  • 25 imagens de 7 x 20 km

Ele é destinado a avaliar trajetórias, velocidade e direção de alvos móveis, como também detectar, caracterizar e identificar pequenos elementos móveis que seriam indetectáveis em outro local com um disparo único em uma mesma resolução (ex.: pessoas).

Qualidade

O primeiro parâmetro que garante a excelente qualidade de imagem da Plêiades é o algoritmo de reamostragem de pós processamento de 50 cm. Este processo, desenvolvido e implementado pela Agência Espacial Francesa, é executado conforme as seguintes etapas:

  • Deconvolução, para aperfeiçoar a nitidez da imagem.
  • Retirada de ruído.
  • Fator de zoom na resolução on-board.

A profundidade de pixel de Plêiades na captura é de 12 bits. Para cada banda espectral, significa que cada pixel pode tomar um valor de 4096. Outros sensores de Resolução Altíssima possuem uma profundidade de pixel na captura de 11 bits, o que significa que cada pixel pode tomar um valor de 2048, assim exibindo menor capacidade ao distinguir nuances sutis, especialmente no início e final do espectro:

  • É mais provável que a Plêiades detecte objetos no escuro da sombra de uma construção ou uma montanha, já que mais nuances podem ser tiradas por cada pixel.
  • De forma similar, será mais fácil detectar elementos de cor pálida, em ambientes com muita luz/brilho (areia, neve, solo quase branco), de acordo com o mesmo princípio, já que mais problemas de saturação são evitados.

Combinações de Bandas

O produto Multiespectral inclui quatro bandas coloridas: Azul, Vermelha, Verde e Infravermelho próximo. O tamanho do pixel do produto é de 2m (ortorretificado).

O produto pancromático inclui somente uma banda em tons de cinza. Ela cobre comprimentos de onda entre 0,47 e 0,83 micrometros do espectro visível. O tamanho do pixel do produto é de 0,5m (ortorretificado).

imagem8Ao combinar pancromático com bandas multiespectrais, as imagens podem ser visualizadas tanto em preto e branco (resolução de produto de 50 cm), cor natural e falsa cor (resolução de produto de 2 m) ou como produto fusionado (imagem colorida Pan-sharpened) com a resolução de 50 cm.

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Produtos Pan-sharpened combinam a informação visual dos dados Multiespectrais com a informação espacial dos dados Pancromáticos, resultando em uma melhor resolução do produto colorido de 0,5 m. A fusão da imagem é um conceito de combinação de imagens múltiplas dentro de produtos compostos, através dos quais podem ser geradas mais informações do que aquelas proveniente da imagem individual de entrada. IMAGEM PLÊIADES.

Nível de Processamento

Produtos de imagem Plêiades estão disponíveis em dois níveis diferentes de processamento: Primário e Ortorretificado (Produto ORTO).

Todos os produtos Plêiades são corrigidos quanto a distorções radiométricas e de sensor, utilizando parâmetros de calibração interna, efemérides e medições de posicionamento.

Os produtos padrão oferecem o canal Pancromático (resolução de produto: 0,5m) ou os canais Multiespectrais (4 bandas, resolução de produto: 2m) já registrados e possivelmente fusionados.

Produto Primário

O produto Primário é o nível de processamento mais próximo da imagem natural capturada pelo sensor. Este produto restaura as condições de captura perfeitas, o sensor é colocado em geometria reto linear, e a imagem é isenta de toda distorção radiométrica. O produto Primário é indicado para usuários familiarizados com técnicas de processamento de imagem de satélite que desejam aplicar seus próprios métodos de produção (ortorretificação ou modelagem 3D por exemplo). Para esse fim os RPCs e o modelo de sensor são
fornecidos com o produto para assegurar plena autonomia e simplicidade para os usuários.

O produto Primário está:

  • Em geometria de sensor, sintetizado em uma matriz única e linear de varredura,
  • Com uma radiometria equalizada no alcance dinâmico natural do sensor, 12 bits (valores 4096).

O produto é extraído de uma captura de tira. O apoio para essa extração é uma região de polígono de interesse nas coordenadas WGS84.

O processamento geométrico principal inclui:

  • A combinação de todas as sub pistas transversais no campo de visão (condição nadir de 20km): síntese em um plano focal virtual representado por uma matriz linear única para todas as bandas espectrais.
  • Correção de distorções instrumentais e óticas: ângulos de visualização ajustados para um único modelo matriz linear.
  • Co-registro de todas as bandas espectrais: Multiespectral e Pancromática.
  • Dados de posicionamento e efemérides são definidos no solo em estimativa média: O ajuste da amostragem de registro de tempo (ao longo da linha de varredura); Posicionamentos filtrando o decorrer do tempo de captura ou ampliado posteriormente sobre várias órbitas (Dados de Posicionamento Redefinidos).
  • Alinhamento consistente dos dados auxiliares de modelo físico e dados de modelo analítico RPC.

O processamento radiométrico principal inclui:

  • Equalização inter-detector: correção de diferenças na sensibilidade entre os detectores (correção on board);
  • Correção de detectores;
  • Banda Pancromática restaurada e sem ruídos;
  • Amostragem de pixel em qualidade de imagem otimizada Shannon para processamento de downstream de valor agregado: reamostragem de núcleo Spline em geometria Primária, com zoom de fator 7/ 5 (resolução equivalente de 0,5/2m em condição de nadir).

O formato final inclui:

  • Máscara de pixels (preenchimento em preto) fora da região de polígono de interesse.
  • Formação de mosaico físico: imagens além de um determinado tamanho são divididas em várias peças.

O usuário escolhe:

  • A combinação de banda espectral: Pancromática, Pan-sharpened de Cor Natural com 3 Bandas, Pan-shapened de Falsa Cor com 3 Bandas, Pan-sharpened de 4 bandas, Multiespectral de 4 bandas.
  • A profundidade de bit: 12 bits natural (4096 valores) ou reduzido para 8 bits (ajustado linearmente a 256 valores) para exibição em tela sem adaptação.
  • O formato de arquivo raster: JPEG 2000, com compactação otimizada ou regular, ou TIFF.

Produto Padrão Orto

O produto Orto é uma imagem georreferenciada na geometria da Terra, corrigida a partir da captura e efeitos terrenos sem nadir. O Orto é produzido como um padrão, com processamento completamente automático.

O produto Padrão Orto é uma imagem que foi corrigida (ângulo de visualização e efeitos de solo) para que possa ser sobreposta em um mapa. No topo dos ajustes radiométricos e geométricos, um processo geométrico utilizando um modelo de relevo (conhecido como ortorretificação) elimina o efeito de perspectiva no solo (não nas construções), restaurando a geometria de uma tomada vertical. 

O Produto Orto é excelente para uso simples e direto da imagem. Ele pode ser usado e assimilado diretamente em um Sistema de Informação Geográfica. Este nível de processamento facilita a gestão de várias camadas de produtos, a partir do mesmo sensor ou de outros, enquanto reduz as falhas de localização que podem ser causadas pelos diferentes ângulos de visualização ou relevo entre as várias camadas. O modelo padrão 3D utilizado para correções de solo é uma base de dados de Reference3D mundial, que é parte do conjunto de Elevação 30 da Astrium.

O produto ortorretificado adquire correções geométricas a partir do produto Primário, com ajustes adicionais:

  • Restauração planimétrica: Mediante pedido, se os dados de referência de solo estiverem disponíveis, a localização é redefinida nos Pontos de Controle de Solo (camada Orto de Reference3D)
  • Restauração altimétrica: correção dos efeitos panorâmicos induzida por ângulos incidentes sem nadir sobre o relevo graças ao Modelo de Elevação Digital (DEM). Por default, a camada DEM de Reference3D é usada quando disponível caso contrário o SRTM é utilizado.
  • Mosaicos de capturas de passagem contínua (se capturados durante a mesma passagem)
  • Projeção de mapa ou projeção geográfica.

O produto Orto adquire correções radiométricas a partir do produto Primário, com ajustes adicionais:

  • Formação de mosaico, balanceamento de cor de capturas (ininterrupta);
  • Amostragem de Pixel na Amostragem Shannon (núcleo bi cúbico otimizado) a uma resolução fixa de 6m para produtos Multiespectrais e 1,5m para produtos Pancromáticos e Pan-sharpened.

O formato final inclui :

  • Máscara de pixels (preenchimento em cor preta) fora da região do polígono de interesse e corte de raster para a caixa de interação da região de interesse.
  • Mosaico físico: imagens além de um determinado padrão são divididas em vários mosaico

O usuário escolhe:

  • A possibilidade de redefinir a localização nos Pontos de Controle de Solo, se disponível;
  • A combinação de banda espectral: Pancromática, Pan-sharpened de Cor Natural de 3 Bandas, Pan-sharpened de Falsa Cor de 3 Bandas, Pan-sharpened de 4 Bandas, Multiespectral de 4 Bandas.
  • A profundidade de bit: natural de 12 bits( valores de 4096) ou reduzido a 8 bits (ajustado linearmente a valores de 256) para exibição em tela sem adaptação.
  • O formato de arquivo raster: JPEG 2000, com compactação Regular ou Otimizada ou GeoTIFF.

Como adquirir imagens Plêiades

Como foi explicado na publicação do Processamento Digital em 2016:

http://www.processamentodigital.com.br/2016/11/04/passo-a-passo-para-pesquisa-por-imagens-pleiades-no-catalogo-online-do-inpe/

o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) disponibiliza uma cobertura de imagens de alta resolução. Porém, para ter acesso à estas imagens é necessário fazer parte da administração pública (prefeitura municipal, universidade, etc.).

Caso você não pertença a administração pública e precise adquirir imagens de alta resolução como Plêiades, a empresa HEX é sua representante no Brasil. Basta enviar um email para contato@hexgis.com e solicitar um orçamento sem compromisso. Para facilitar a busca da imagem, no email, envie a área de interesse em formato KML ou shapefile.


A empresa HEX é representante de imagens Plêiades no Brasil. 


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Fonte: Astrium/Airbus.

 

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