2 - Conceitos Básicos de SR

1 - DEFINIÇÃO

Sensoriamento Remoto (SR) é o processo de captação de informações dos fenômenos e feições terrestres, por meio de sensores a bordo de satélites, usando métodos e técnicas de armazenamento, tratamento e análise dessas informações.

2 - ORIGEM

O SR teve início com a invenção da câmara fotográfica (1822) e que, até hoje, é usada na tomada de fotos aéreas. Uma das primeiras experiências de SR foi para uso militar, usando pombos-correio, no peito dos quais era fixada uma câmara fotográfica para registrar as posições das tropas inimigas. Depois vieram os balões não tripulados (1859), presos por cabos e dotados também de câmaras, com a mesma finalidade dos pombos. Os aviões, para esse fim, são da década de 40 e os satélites artificiais, da década de 70. Hoje em dia, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA, que tem uma divisão de satélites, desenvolveu um aeromodelo (helicóptero) comandado por controle remoto de uma câmara em terra, que tira fotos aéreas de pequenas áreas, para fins de planejamento agrícola e com baixo custo.

3 - TIPOS DE SATÉLITES

Landsat, SPOT, CBERS, Ikonos, Quickbird e NOAA. Os cinco primeiros, destinados ao monitoramento e levantamento dos recursos naturais terrestres, enquanto que o NOAA, destina-se à pesquisa meteorológica.

4 - ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

A radiação eletromagnética é uma forma de propagação de energia, por meio da variação temporal dos campos elétrico e magnético da onda portadora. As ondas eletromagnéticas, também conhecidas como radiação eletromagnética (REM), podem ser consideradas como os "termômetros-mensageiros" do SR. Elas não apenas captam as informações das feições terrestres, mas também as conduzem até os sensores dos satélites artificiais. A radiação proveniente do sol chama-se irradiância, e a que deixa a superfície em direção ao satélite, radiância.

A faixa completa de comprimentos de onda e de frequências da REM é chamada de espectro eletromagnético. Ele varia das radiações gama, com comprimentos de onda da ordem de 10^-6um (micrômetros=milionésima parte do metro), até as ondas de rádio e TV, da ordem de 100m de comprimento. O SR usa pequenas faixas deste espectro, que consiste na faixa da luz visível (0,4 a 0,7um) e do infravermelho (1 a 2,5um), ambas provenientes do sol, e ainda, na faixa de ondas termais (2,5 a 13um) emitidas pela Terra.

5 - COMPORTAMENTO ESPECTRAL

O comportamento espectral, também chamado Assinatura Espectral, é a resposta dos objetos localizados na superfície da Terra à REM incidente. Ele depende da estrutura atômica e molecular dos objetos ou "alvos". Os objetos absorvem parte dessa energia radiante (do sol) e refletem outra parte, em certas faixas do espectro, denominadas bandas de absorção. A radiação solar interage de modo diferente com cada alvo ou objeto, em função da sua composição físico-química ou feições terrestres.

Como vemos na figura acima, que mostra o comportamento espectral de alguns alvos terrestres (no caso, a vegetação e as rochas), as bandas dos sensores foram projetadas para captarem a reflectância em certas faixas do espectro eletromagnético que interessam aos estudos ambientais. O caso da banda 4 do sensor Landsat TM (Thematic Map ou Mapa Temático), delimitada pelas linhas verdes, é bem visível e característico. Observe que a linha pontilhada que representa a percentagem de energia refletida pela vegetação, tem o seu valor máximo ou pico justamente no intervalo de 0,78 a 0,92 um dos comprimentos de onda eletromagnéticas (eixo horizontal ou dos X). Em todas as demais bandas deste sensor (bandas 1, 2, 3, 5, 7 e 6; esta não aparece por ter valores de onda entre 10,4 a 12,5 um), a REM (radiação eletromagnética) é inferior à da banda 4. Isto a torna mais sensível a este alvo (a vegetação), possibilitando, nas composições coloridas (reunião da banda 4 com outras duas), facilitar a identificação das culturas, para fins de previsão de safra, por exemplo.

Os sensores localizados nos satélites artificiais, registram essa radiação sob a forma de imagens de satélite.

6 - SENSORES DOS SATÉLITES

Os sensores são as máquinas fotográficas dos satélites, só que, bem sofisticadas. Eles captam a REM proveniente da Terra e a transforma em dados digitais, com valor proporcional à energia emitida. Segundo a fonte de onda eletromagnética, os sensores podem ser ativos (radares) ou passivos (não emitem radiação, só a recebem). A vantagem do sensor ativo é que suas ondas atravessam as núvens, podendo assim serem operados sob qualquer condição atmosférica.

7 - IMAGEM DE SATÉLITE

A imagem de satélite nada mais é do que um arquivo digital, com dados captados pelo sensor, de uma dada área da superfície. Cada imagem do Landsat 7, p.ex., cobre uma superfície da Terra de 185 x 185 km. Cada imagem é formada por uma série grande de números inteiros, que representam áreas geográficas (cada área representa um ponto, pixel ou unidade de informação do terreno) fotografadas pelo(s) sensor(es) do satélite artificial, num local e data determinados. Esses dados registrados em cada pixel, referem-se às coordenadas geográficas do ponto/alvo (X e Y) e ao brilho ou radiância (Y) da área correspondente ao pixel, no terreno. Os 3 pontos que formam cada pixel são, portanto, a latitude, a longitude e o nível de cinza.

Como veremos abaixo, em imagens de satélite (ou imagens digitais), quanto maior o intervalo de possíveis valores dos tons de cinza do pixel, maior será a resolução radiométrica; e quanto maior o número de elementos ou pontos por unidade de área do terreno, maior a sua resolução espacial. Há também a resolução temporal, relativa ao intervalo de tempo para o satélite sobrevoar o mesmo ponto entre duas "passadas".

Resolução Radiométrica
Está relacionada à faixa de valores numéricos dos tons de cinza (chamados níveis de cinza) associados aos pixels. Esse número é função da quantidade de bits usados em cada píxel, e equivale ao resultado da elevação dos bits ao número 2, base do sistema binário utilizado na informática. As imagens Landsat e Spot, p.ex., utilizam 8 bits para cada pixel e, portanto, o número máximo de tons de cinza registrados pelos seus sensores, é de 2^8 = 256 (faixa de 0 a 255). Já as imagens do satélite NOAA, meteorológico, usam 10 bits, sendo de 1.024 (faixa de 0 a 1.023) o número máximo de tons de cinza possuindo, portanto, uma maior resolução radiométrica que os demais. Quanto maior a resolução radiométrica, melhor é o nível de detalhes dos objetos ou alvos sobre o terreno, permitindo assim uma mais fácil identificação.

Resolução Espacial
Cada sensor tem uma capacidade de definição do tamanho do pixel, que corresponde à menor parcela imageada. A dimensão do pixel da imagem é denominada de resolução espacial. O Landsat 7, com seus vários sensores, tem três resoluções: 15, 30 e 60 m, sendo considerado um satélite de "média resolução". O SPOT e o Ikonos têm resolução de 1 m, sendo considerados de "alta definição". O NOAA, com 1.100m, é de "baixa resolução". Quanto menor a dimensão do pixel, maior é a resolução espacial da imagem. Imagens de maior resolução espacial têm melhor poder de definição dos alvos terrestres.

Resolução Temporal
Está relacionada ao período de tempo (contado em dias) que o satélite leva para dar uma volta completa na Terra e voltar a passar pelo mesmo ponto da superfície. Isso depende da altura da sua órbita e, logicamente, da sua velocidade de deslocamento. O satélite Spot (francês) tem resolução temporal de 26 dias; o Landsat (americano) de 16 dias; e o NOAA (também norteamericano), de apenas 1 dia. Portanto, o Landsat tem maior resolução temporal que o Spot e o NOAA é o campeão. Quanto maior a resolução temporal, mais facilmente imagens sucessivas do satélite podem monitorar alterações da paisagem, como no caso de queimadas, por exemplo.

Aquisição da Imagem
Antes de adquirir a imagem, devemos saber a priori as informações que dela queremos extrair: áreas com cultivos, arruamento urbano, áreas desmatadas, erosão na foz de um rio, são algumas delas. Em segundo lugar, vamos procurar quem as fornece. Há empresas públicas, como o INPE e também privadas, como a Engesat, distribuidora autorizada dos produtos e serviços IKONOS (o satélite de melhor resolução espacial para estudos ambientais conhecido) no Brasil. Uma vez conhecidas as características das imagens disponíveis (custo, data, resolução e outras) e definida nossa área de estudo (em geral um Município ou parte dele, dependendo da resolução espacial da imagem), vamos ao site do fornecedor para a escolha da imagem que atende nossos propósitos. As imagens dos satélites SPOT e LANDSAT têm um sistema de identificação das imagens composto de 2 números: o primeiro é o número da órbita e o segundo, o número da cena dentro daquela órbita, chamado de ponto. Assim, p.ex., a imagem 217/76 do satélite Landsat 7 (correspondente à região de Curitiba-PR), como dou detalhes na comunidade Água e Efluentes do Orkut (post do dia 5/2/09) e obtida gratuitamente no site do INPE (link acima, neste mesmo parágrafo), corresponde ao ponto 76 da órbita 217.

8 - PROCESSAMENTO DIGITAL
Entende-se por processamento digital as transformações que devem sofrer as imagens brutas recebidas (pela Internet ou pelos Correios, sob a forma de CDs, cada qual custando, em média US$ 400/imagem), para correções visuais e posterior extração de informações relevantes aos estudos pretendidos. Para tal, contamos com dezenas de softwares, tais como: SPRING, ENVI, IDRISI, PCI, ER-MAPER, ERDAS, MAPWINDOW, TERRAVIEW, ARCGIS e outros (os sublinhados são nacionais, em português e gratúitos). Não entraremos em mais detalhes sobre este tópico, pois que ele é detalhado nos demais capítulos desta página.

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