Análise comparativa de métodos de recuperação de emissividade com dados do infravermelho termal do sensor Aster

Abstract

A emissividade da superfície terrestre (EST) é uma propriedade importante na caracterização de alvos através do Sensoriamento Remoto (SR). A estimativa da EST envolve a aplicação de uma função indeterminada de várias variáveis em dados de radiância contaminados por uma atmosfera de complexa modelagem. Dunas, em geral, são compostas por quartzo, cujo comportamento emissivo é bem caracterizado com sensores que operam entre 8–12μm. Neste trabalho foram avaliados 4 métodos de recuperação de temperatura-emissividade a partir de dados de radiância corrigida dos efeitos atmosféricos. Os quatro métodos foram aplicados em dados do subsistema do infravermelho termal (TIR) do sensor ASTER e são: Método da Emissividade Normalizada (MEN), Método da Banda de Referência (MBR), Separação de Emissividade e Temperatura (TES) e Resíduos Alpha (α-Residual). Foram geradas imagens de emissividade, cujas amostras puras (controle) de quartzo foram comparadas com uma curva homóloga da biblioteca espectral do Laboratório de Sensoriamento Remoto do Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Neste trabalho, os métodos foram comparados pelas diferenças na emissividade média, temperatura média de uma imagem ASTER e geometria da curva através de seus valores alphas. Obteve-se como resultado que o método TES apresentou uma emissividade média absoluta maior em relação ao MEN e MBR. A temperatura média para métodos MEN e MBR foi de 35,18ºC, TES de 30,10ºC e o α-Residual não gerou um valor de temperatura, pois não considera esta variável na estimativa do espectro alpha. A geometria da curva do método TES foi a mais próxima da curva espectral de referência. Os métodos comparados neste trabalho não obtiveram um desempenho quantitativo dentro dos limiares certos, é dizer no intervalo de emissividade de um quartzo a 29ºC. Os métodos neste trabalho tiveram uma tendência a superestimar os valores de temperatura e consequentemente os valores de emissividade, devido a uma correção atmosférica inexata em condições de alta umidade, suposições iniciais (emissividade) com grande erro, heterogeneidade do alvo. Em contrapartida se obteve bom desempenho na individualização dos campos de dunas preservando a forma da curva espectral (geometria) do quartzo.

The land surface emissivity (LSE) is an important property in the characterization of targets through Remote Sensing (RS). The estimation of LSE involves the application of an indeterminate function of several variables in radiance data contaminated by an atmosphere of complex modeling. In general, sand dunes are composed of quartz, whose spectral behavior is well characterized with sensors operating between 8-12μm. In this work, four methods of temperature-emissivity recovery were evaluated from atmospheric effects corrected radiance data. The four methods were applied to data from the thermal infrared (TIR) subsystem of the ASTER sensor, and they are: Normalization Emissivity Method (NEM), Reference Channel Method (RCM), Temperature Emissivity Separation (TES) and Alpha Residuals Method (α- Residual). Emissivity images were generated, whose pure quartz samples (control) were compared to a homologous curve of the spectral library of the Remote Sensing Laboratory of the State Center for Remote Sensing and Meteorology Research at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In this study, the methods were compared by differences in mean emissivity, mean temperature of ASTER image and curve geometry through their alpha values. As a result, the TES method presented a higher mean absolute emissivity, in relation to NEM and RCM. The mean temperature for NEM and RCM methods was 35.18 °C, TES was 30.10 °C and α-Residuals did not generate a temperature value, since it does not consider this variable in the estimation of the alpha spectrum. The geometry of the TES method curve was the closest to the reference spectral curve. The methods compared in this work did not obtain a quantitative performance within the certain thresholds, in the emissivity range of a quartz at 29 °C. The methods tend to overestimate the temperature values and consequently the emissivity values due to an inaccurate atmospheric correction under conditions of high humidity, initial assumptions (emissivity) with great error, heterogeneity of the target. In contrast, a good performance was obtained in the individualization of the dune fields, preserving the shape of the spectral curve (geometry) of the quartz.