Sensoriamento Remoto

Conceitos de Imagens de Satélite e Sensoriamento Remoto
1.1 - Sensoriamento Remoto
Conceito Geral
De um modo geral, o Sensoriamento Remoto pode ser definido como:
“O conjunto de técnicas que permite obter informações de um objeto sem necessidade de ter contato direto com ele, realizado através da detecção da energia eletromagnética dele proveniente”.
Uma definição mais específica define o sensoriamento remoto como:
“O conjunto de técnicas de aquisição, processamento e interpretação de imagens obtidas desde aviões ou satélites, nas quais é registrado algum aspecto da interação entre a matéria e a energia eletromagnética.”
Sistemas Sensores
Os sistemas sensores são equipamentos que estão a bordo dos satélites e sua função é captar e registrar a energia eletromagnética proveniente dos objetos na superfície terrestre.
Sem eles não seria possível para o satélite obter imagens, ele estaria literalmente “cego”.
Da mesma forma como nós captamos as cores dos objetos através dos nossos olhos, os sensores a bordo dos satélites captam a energia eletromagnética que é refletida ou emitida pelos objetos da superfície terrestre.
Os sensores podem ser classificados de várias formas, porém existe uma diferença básica que permite caracterizar os sensores em apenas duas classes: ATIVOS E PASSIVOS.
Este tipo de classificação refere-se à capacidade do sensor de emitir a energia que irá interagir com os objetos. Se não emitir energia, é passivo. Se emitir, é ativo.
Sensores Passivos
A maioria dos satélites de sensoriamento remoto são PASSIVOS, isto quer dizer que o sensor capta a energia originada de uma fonte externa ao sistema sensor.
A principal fonte de energia disponível para estes fins é a energia do Sol que incide sobre o nosso planeta e que é captada pelos sensores depois de haver interagido com a superfície e a atmosfera.
Observe a figura abaixo: 1











Conceitos de Imagens de Satélite e Sensoriamento Remoto

Espectro Eletromagnético
Para entendermos o que é espectro eletromagnético, devemos compreender inicialmente o que é energia eletromagnética.
A energia eletromagnética é aquela que se propaga na forma de ondas eletromagnéticas através do espaço. Estas ondas são perturbações periódicas de campos elétricos e magnéticos originados por uma fonte energética, como por exemplo, o Sol.
Todas as ondas eletromagnéticas viajam através do espaço na mesma velocidade, (300.000 km/s), conhecida comumente como velocidade da luz.
Uma onda eletromagnética é caracterizada pela sua freqüência (f) e comprimento de onda (l). Estas duas variáveis estão relacionadas com a velocidade da onda (velocidade da luz) através da equação:




Assim sendo, é possível diferenciar uma determinada onda eletromagnética a partir da sua freqüência, comprimento de onda e quantidade de energia. As diferenças entre as ondas eletromagnéticas dependem basicamente da fonte energética que originou a onda.
Todo corpo que possua uma temperatura acima de 0° absoluto tem a capacidade de emitir energia eletromagnética, assim, na natureza podemos encontrar diferentes tipos de fontes capazes de gerar uma grande variedade de ondas eletromagnéticas.
Uma das principais fontes de energia próximas ao nosso planeta é o Sol.
Os seres humanos têm a capacidade de captar, através dos olhos, uma pequena parte da energia eletromagnética emitida pelo Sol, denominada de espectro visível ou luz visível.
A luz visível ou luz branca é um conjunto de ondas, com diferentes freqüências e comprimentos, que nosso cérebro traduz como cores. Portanto, cada cor identificadacorresponde a uma determinada onda eletromagnética, com freqüência e comprimento característicos.
O conjunto de todas as ondas eletromagnéticas compõe o Espectro Eletromagnético, no qual as ondas estão ordenadas segundo sua freqüência e catalogadas em grupos ou regiões com características semelhantes.
Os sistemas de sensoriamento remoto óptico-passivo operam principalmente nas regiões do espectro visível e infravermelho do espectro eletromagnético, já a maioria dos sistemas sensores ativos como os sistemas de RADAR , trabalham na região das microondas.





Conceitos de Imagens de Satélite e Sensoriamento Remoto
1.2 - Imagens de Sensoriamento Remoto
Características Técnicas das Imagens
Resoluções de uma Imagem de Sensoriamento Remoto. Existem quatro variáveis que
permitem diferenciar os produtos ou imagens geradas pelos diferentes sensores remotos a
bordo de satélites, estas são:
■ Resolução Espacial
■ Resolução Temporal
■ Resolução Espectral
■ Resolução Radiométrica
As resoluções dependem tanto das propriedades técnicas dos sensores quanto das características da órbita do satélite ou plataforma orbital, e são normalmente utilizadas para caracterizar uma imagem.
Resolução Espacial
A resolução espacial indica o tamanho do menor objeto que é possível representar na imagem. Formalmente, é definida como a menor separação angular ou linear que um sensor pode diferenciar, medido em linhas por milímetro, metros ou estéreos radianos.
Para sensores eletro-ópticos, a resolução espacial é função do sistema óptico do sensor composto por prismas e espelhos, da quantidade e sensibilidade dos detectores do sensor e também da altitude do satélite.
No caso de sensores ativos do tipo radar, a resolução está diretamente relacionada com a altura da plataforma, o raio de abertura da antena e o comprimento de onda emitido.
A resolução espacial de uma imagem determinará o tipo de aplicação na qual pode ser utilizada, em função da escala de trabalho e/ou do grau de detalhamento desejado da superfície terrestre. As feições da superfície terrestre são representadas de forma diferente em imagens
de resoluções espaciais diferentes, isto permite a caracterização da superfície de acordo com a quantidade de informação apropriada para aplicações com escalas diferentes.
Resolução Espectral
A resolução espectral dos sensores indica a quantidade de regiões do espectro
eletromagnético nas quais o sensor é capaz de gerar uma imagem de níveis de cinza. Estas imagens denominam-se bandas espectrais.
Cada uma destas imagens representa a energia registrada pelos detectores do sensor numa determinada região do espectro eletromagnético. Assim, quanto maior a quantidade de bandas ou imagens geradas, maior será a resolução espectral sensor.
Devido às diferenças na composição físico-química dos materiais que compõem os objetos, estes interagem de maneira diferente com as ondas eletromagnéticas. Assim, a reflexão dos comprimentos de onda acontece em quantidades diferentes para cada tipo de material ou objeto, o que permite estabelecer uma caracterização espectral de cada um deles.



Conceitos de Imagens de Satélite e Sensoriamento Remoto
Este fato viabiliza a identificação de diferentes coberturas sobre a superfície terrestre, através da uma análise multiespectral realizada com imagens de diferentes regiões do espectro.
Quanto maior a quantidade de bandas de um determinado sensor, podemos assumir que a capacidade do sensor em discriminar coberturas diferentes sobre a superfície é também maior.
Contudo, outro fator importante da resolução espectral para a identificação de coberturas, é intervalo de comprimentos de onda integrados na imagem, por exemplo; pode ser mais útil um sensor com apenas 5 bandas que representem individualmente intervalos de 0.1mm, do que um sensor com 10 bandas com larguras individuais de 0.4mm.
Resolução Temporal
A resolução temporal se refere ao intervalo de tempo em dias ou horas, que o sistema demora em obter duas imagens consecutivas da mesma região sobre a Terra.
A resolução temporal é também conhecida como tempo de revisita e depende das características da órbita do satélite. Porém, sensores com capacidade de imageamento com visada lateral ou off-nadir, podem aumentar o tempo de revisita, nominalmente estabelecido pela órbita do satélite para imageamento no nadir.
A resolução temporal é de fundamental importância quando se pretende monitorar processos dinâmicos como, por exemplo: a ocorrência de incêndios ou queimadas em reservas florestais, derramamento de óleo no oceano, mudanças fenológicas de culturas e o crescimento de uma cidade.
Da mesma forma em que a resolução espacial das imagens deve ser associada a uma escala espacial para uma determinada aplicação, a escolha da resolução temporal deve ser coerente com a escala temporal e dinamismo do processo monitorado.
Resolução Radiométrica







As imagens de Sensoriamento Remoto são uma
representação, em formato digital ou analógico,
de uma parte da superfície terrestre. As imagens
adquiridas por sensores satelitais têm geralmente formatos digitais, já as fotografias aéreas são tradicionalmente imagens analógicas.
Uma imagem digital é a composição de um conjunto de elementos denominados pixels (picture elements) ordenados na forma de uma
matriz bidimensional. Para cada um destes elementos de imagem
existe uma única posição na matriz, indicada pela intersecção de uma linha e uma coluna. Cada pixel ou elemento da matriz representa uma área definida da superfície terrestre, assim a área total do conjunto de todos os pixels da matriz corresponde à área total coberta pela imagem sobre a superfície.

Conceitos de Imagens de Satélite e Sensoriamento Remoto
























Para cada pixel é associado um valor de intensidade denominado número digital (DN) que representa a medida física da quantidade de energia eletromagnética incidente nos detectores do sensor (radiância), seja pela reflexão da energia solar nos objetos sobre a superfície terrestre, ou pela radiação infravermelha emitida por eles.
O número digital é armazenado com uma quantidade finita de bits, ou seja, números compostos de valores 0 e 1. Por exemplo, o número 10010110 é um número binário de 8 bits por ter 8 dígitos com valores 0 ou 1.
Resolução Radiométrica de uma Imagem Digital
O número de bits utilizado para armazenar os números digitais define a resolução radiométrica de uma imagem. Esta indica a quantidade máxima de níveis de cinza que podem ser utilizados para representar uma imagem.
Por exemplo, uma imagem é formada por números digitais de 8 bits, o total de níveis de cinza para representar a imagem será 256 ( 28 = 256). Desta forma, a imagem será identificada como tendo uma resolução radiométrica de 8 bits, na qual o valor zero é associado à cor preta e o valor 255 à cor branca.