O sensoriamento remoto implica na obtenção de dados ou imagens de um objeto terrestre que se encontra distante do sensor. Isto inclui, além de imagens de satélite e radar, as fotografias aéreas, digitais ou não (PARANHOS FILHO; LASTORIA; TORRES, 2008, p.16).
As imagens de sensoriamento remoto são constituídas de arranjos de elementos na forma de uma malha ou grid. Cada célula do grid, denominada pixel (do inglês, Picture
Element), possui uma localização definida em um sistema de coordenadas do tipo “linha” e
“coluna”, representados por “x” e “y”, respectivamente, e ainda um atributo numérico, representado por “z”, que indica o nível de cinza da célula. Este, varia de preto a branco e é conhecido como DN, do inglês Digital Number (CRÓSTA, 1992). O DN representa a média da intensidade de energia eletromagnética (refletida ou emitida) dos objetos terrestres e medida pelo sensor.
O sistema de obtenção de informações por sensoriamento remoto consiste na aquisição e análise dos dados. A aquisição envolve a detecção da radiação proveniente da superfície, a transformação e a transmissão de arquivos de dados. O segundo compreende as etapas de pré- processamento da imagem (NOVO, 1992).
A imagem produzida é dependente do modo com que o sistema determina o valor do DN, que leva em conta a resolução espacial e o campo de visão instantâneo (Instantaneous
Field Of View - IFOV) do sensor, o qual determina o tamanho do pixel. O sensor realiza a
leitura espectral de uma área, de acordo com tamanho do pixel, e a amplitude deste valor depende da resolução radiométrica. O sistema de produção da imagem é apresentado na Figura 6.
CAPÍTULO 3 - PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO
Figura 6 - Representação do IFOV na definição do tamanho do pixel da imagem Fonte: Google (2015)
Como vantagens, as imagens de satélites se destacam por: i) terem menor custo quando comparado às técnicas de levantamento aerofotogramétrico e das fotografias aéreas; ii) sua disponibilidade devido à rapidez de coleta de dados; iii) sua cobertura que é praticamente global; iv) sua aplicabilidade em diversas áreas do conhecimento; e v) seu formato digital que permite a aplicação das técnicas de geoprocessamento entre outras (PARANHOS FILHO; LASTORIA; TORRES, 2008).
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3.1.1 Sensores remotos e resolução de imagens
Os sensores são capazes de coletar energia, proveniente de objetos da superfície terrestre e convertê-la em sinal passível de registro para extração de informações (NOVO, 1992).
Toda matéria a uma temperatura absoluta acima de zero Kelvin emite energia e é considerada uma fonte de radiação eletromagnética. A energia ou fluxo radiante que provém do sol varia com as temperaturas que ocorrem em sua superfície e com a opacidade de certas regiões da atmosfera terrestre. Essa energia pode ser ordenada de maneira contínua em função de seu comprimento de onda ou de sua frequência, sendo esta disposição denominada de espectro eletromagnético (NOVO, 1988; MORAES, 2002).
Os objetos da superfície terrestre, devido as diferentes propriedades físico-químicas e biológicas, interagem de diferentes maneiras com a energia eletromagnética incidente, sendo que essas interações possibilitam a distinção e o reconhecimento dos objetos pelo sensor.
A formação da imagem por meio de interações eletromagnéticas varia de acordo com o sensor utilizado, sendo que apenas uma parte do espectro desta radiação fará parte da imagem. No sensoriamento remoto as faixas utilizadas são: visível e infravermelho (Figura 7).
Figura 7 - Espectro eletromagnético Fonte: Griffiths (1999)
A radiação de cada objeto terrestre é captada dentro de um espectro específico, ou seja, em uma faixa de comprimento de onda específica. Assim, o comportamento espectral de um objeto pode ser definido como o conjunto dos valores sucessivos da reflectância do objeto
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ao longo do espectro eletromagnético, denominado assinatura espectral do objeto. Um exemplo de assinaturas espectrais de uma folha é apresentado na Figura 8.
Figura 8 - Assinaturas espectrais de uma folha Fonte: INPE (2016)
Analisando a assinatura espectral da folha verde na Figura 8 é possível entender as variações da refletância de cada banda do visível (azul, verde e vermelho) e do infravermelho. Na banda do visível, a menor reflectância (maior absortância) é produzida por pigmentos da folha (clorofila, xantofila e carotenos) enquanto que na banda infravermelha (IR), a maior reflectância resulta da interação da radiação com a estrutura celular superficial da folha.
A maior refletância na banda verde (Green) resulta na cor da folha. Já a elevada reflectância na banda infravermelha (IR) está relacionada com os aspectos fisiológicos da folha e varia com o conteúdo de água na sua estrutura celular superficial; por isso é um forte indicador da sua natureza, estágio de desenvolvimento, sanidade, etc (STEFFEN, 2016).
Os sensores remotos utilizados para coleta da energia eletromagnética proveniente dos objetos terrestres são compostos por: i) coletor capaz de concentrar o fluxo de energia proveniente da amostra no detector; ii) filtro responsável pela seleção da faixa espectral da energia a ser medida; iii) detector que possui propriedades elétricas capazes de absorver o fluxo da energia e produzir um sinal elétrico; iv) processador responsável pela amplificação do sinal gerado pelo detector e pela digitalização do sinal elétrico gerado; e v) unidade de
saída capaz de registrar sinais elétricos captados pelo detector para extrair informações
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Os sensores são classificados em função da fonte de energia e do tipo de produto que ele produz. Com relação à primeira classificação, são passivos quando não possuem fonte própria de radiação e ativos quando possuem sua própria fonte de radiação eletromagnética, trabalhando em faixas restritas do espectro. Os sensores eletro óticos, por exemplo, são passivos, pois se utilizam da energia eletromagnética emitida pelo sol. Já os sensores ativos são aqueles que emitem um sinal, em geral de radar, e quantificam algumas características do sinal de retorno emitido pela superfície terrestre.
A classificação em função do tipo de produto que ele produz está dividida em: Não-
imageadores e Imageadores. Os primeiros não geram imagem da superfície observada,
como por exemplo, os espectrorradiômetros (assinatura espectral) e os radiômetros (saída em dígitos ou gráficos). Já os segundos são aqueles que capturam uma imagem e fornecem informações sobre a variação espacial da resposta espectral da superfície observada.
As características dos sensores estão relacionadas com suas resoluções: espacial, espectral, radiométrica e temporal. O termo resolução da imagem, por sua vez, é utilizado para descrever o número de pixels de uma imagem. Estes podem ser exibidos em uma tela e representam a área da superfície terrestre. As definições das resoluções são:
Resolução espectral: largura espectral em que opera o sensor. Esta define o intervalo espectral no qual são realizadas as medidas, e consequentemente a composição espectral do fluxo de energia que atinge o detector, portanto, quanto mais estreitas forem as faixas espectrais, e/ou quanto maior for o número de bandas espectrais captadas pelo sensor, maior é a resolução espectral da imagem (MORAES, 2002);
Resolução espacial: capacidade do sensor em distinguir objetos. Esta depende principalmente do detector, da altura e do posicionamento do sensor em relação ao objeto (CRÓSTA, 1992; MORAES, 2002);
Resolução radiométrica: define a eficiência do sistema em detectar pequenos sinais, ou seja, refere-se à maior ou menor capacidade do sistema sensor em detectar e registrar diferenças na energia refletida e/ou emitida pelos elementos que compõe a imagem. Esta eficiência é apresentada em valor numérico e representa a intensidade da radiância proveniente da área do terreno correspondente ao pixel, chamado de nível de cinza. A quantidade de níveis de cinza é igual a 2(Número de Bits).
Resolução temporal: tempo necessário para que o satélite obtenha uma nova imagem do mesmo ponto da superfície terrestre, também conhecido como tempo de revisita.
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A qualidade de um sensor é geralmente especificada pela sua capacidade de obter medidas detalhadas da energia eletromagnética; portanto, deve-se levar em conta a discretização do sinal elétrico.