sensoriamento remoto

sensoriamento remoto

(Parte 5 de 10)

Com base na Figura 3.12 pode-se verificar que a escala da fotografia aérea pode ser obtida a partir da relação expressa pela equação 3.1:

E = ------------ = -----------(3.1)
A-a Av

Quando a altura de vôo é desconhecida ou quando a altura da superfície em relação ao nível do mar é desconhecida, pode-se estimar a escala da fotografia aérea estabelecendo uma relação entre o tamanho dos objetos na superfície e sua dimensão nas fotografias aéreas. Mede-se a distância entre dois pontos no terreno (DT) e a mesma distância entre os pontos na fotografia aérea (DF). A escala será dada pela razão conforme equação 3.2.

E =-------------- .................................................................................(3.2)

Introdução ao Sensoriamento Remoto

3.4.1 Visão estereoscópica

Uma das grandes vantagens da fotografia aérea é a possibilidade de visão tridimensional ou estereoscópica. Esta visão é possível devido ao chamado efeito de paralaxe. Este efeito consiste na possibilidade de observação simultânea de um mesmo objeto segundo dois ângulos de observação distintos. Este efeito é utilizado pelo cérebro humano para proporcionar a percepção de profundidade, no caso específico da visão humana. Este efeito é aproveitado ao se obterem fotografias aéreas para que possa reproduzir a percepção humana de visão em profundidade.

Para que as fotografias aéreas possam ser observadas estereoscopicamente são necessários equipamentos conhecidos pelo nome de estereoscópios. Existem dois tipos básicos de estereoscópios: os estereoscópios de bolso, que permitem a visualização de pequenas regiões da foto, e os esteroscópios de espelho, que permitem a visão de todo o modelo estereoscópio reproduzido por um conjunto de fotos.

A propriedade de paralaxe do modelo estereoscópico permite a aquisição de medidas de altura a partir de fotografias aéreas. A Figura 3.13 ilustra o procedimento utilizado para a obtenção de medidas de altura a partir de pares estereoscópicos.

Distância entre os topos da árvore

Distância entre as bases da árvore

Distância entre os centros da foto Fig. 3.13 – Esquema de aquisição de medidas de altura de objetos em fotografias aéreas verticais.

A altura do objeto de interesse pode ser obtida a partir da equação 3.3:

H=--------------------- ...................................................................................(3.3)

∆p x Av Pa + ∆p onde: h= altura do objeto

∆p= diferenças em distância entre o topo e a base do objeto nas duas fotografias (em m) Pa = distância entre o ponto central das fotos Av= altura de voo.

Introdução ao Sensoriamento Remoto

3.5 Interpretação de fotografias aéreas

A interpretação de fotografias aéreas pode ser formalmente definida como o ato de examinar imagens fotográficas com o propósito de identificar objetos e exercer julgamento sobre o seu significado. Durante o processo de interpretação, os intérpretes realizam tarefas tais como: detecção, reconhecimento e identificação, análise, dedução, classificação, idealização e determinação da exatidão.

O processo de detecção envolve o ato de identificar objetos que são imediatamente visíveis tais como confluências de rios, estradas, ou indiretamente visíveis, tais como áreas de solos encharcados. O processo de reconhecimento envolve dar nomes aos objetos e deduzir o seu significado e está relacionado aos chamados “elementos da fotointerpretação” que são: a forma, a textura, o tamanho, a cor, a tonalidade, a sombra e o contexto. Cada um destes elementos tem sua correspondência com os domínios das técnicas de sensoriamento remoto que são o domínio espacial, o espectral e o temporal. O intérprete de fotografias aéreas precisa primeiramente saber com exatidão a sensibilidade espectral do filme utilizado na geração das fotografias com as quais elaborará o serviço de interpretação, uma vez que a cor, a tonalidade e as sombras assumidas pelos objetos nas fotografias serão função do processo de interação da REM com esses mesmos objetos, assim como já discutido anteriormente. A escala das fotografias exerce influência direta na definição das formas, das texturas, dos tamanhos e no contexto assumidos pelos objetos.

Sob ponto de vista espectral, os filmes fotográficos atuam em regiões relativamente extensas do espectro eletromagnético, o que lhes confere resoluções espectrais grosseiras quando comparados com os sensores eletro-ópticos (que serão apresentados a seguir).

3.6 Sistemas sensores: imageadores eletro-ópticos 3.6.1 Sistemas imageadores

A principal diferença entre os sistemas fotográficos e os sistemas imageadores eletro-ópticos reside no fato de que estes podem produzir um sinal elétrico o qual pode ser transmitido a uma estação remota. Enquanto os sensores fotográficos possui um detetor fotoquímico (o filme), os sensores imageadores eletro-ópticos possuem detetores capazes de transformar a radiação eletromagnética em um sinal elétrico.

Se for abstraída a diferença entre os tipos de detetores, os sistemas imageadores eletro-ópticos possuem basicamente os mesmos componentes de um sistema fotográfico, ou seja, um sistema coletor de energia composto por lentes e espelhos, cuja principal função é concentrar a radiação proveniente do objeto sobre um detetor.

Para o caso dos sistemas fotográficos, a resolução espectral é dada pela sensibilidade espectral do filme fotográfico utilizado, enquanto que a resolução espacial é dependente do tamanho dos sais de prata. Nos sistemas eletro-ópticos, a resolução espectral é dependente da sensibilidade espectral de detetores, geralmente constituídos por ligas metálicas que têm a propriedade de “traduzirem” determinados valores de radiância em pulsos elétricos; enquanto que a resolução espacial é função do tamanho do elemento de resolução da cena, corriqueiramente denominado de pixel (Picture Element). Para melhor entender do que estamos tratando, observemos a Figura 3.14 que ilustra a configuração básica de um sistema imageador. Como pode ser observado nessa figura, a radiação proveniente de um pixel da superfície terrestre passa através de um telescópio (um conjunto de lentes que permite focalizar a radiação proveniente de um pixel do terreno sobre um espelho giratório, o qual reflete a radiação para um sistema ótico a partir do qual ela é direcionada para uma grade dicrômica com a propriedade de

Introdução ao Sensoriamento Remoto dividir a radiação em dois grandes conjuntos no tocante ao comprimento de onda: radiação solar refletida; radiação solar emitida. A radiação solar refletida é dividida em seus diferentes comprimentos de onda através de um prisma, e detectada e amplificada pelos detetores e préamplificadores. A radiação termal por sua vez e direcionada aos detetores e pré-amplificadores. Toda a informação passa por um sistema de controle eletrônico que a direciona para os diferentes sistemas de registro.

Fig. 3.14 – Configuração básica de um sistema imageador

Como pode ser observado na Figura 3.14, o telescópio controla o campo instantâneo de visada do sensor (instantaneous field of view –IFOV), o qual representa a porção do terreno projetada sobre o detetor a cada instante. O IFOV é uma variável muito importante do sistema sensor visto que ele interfere na resolução espacial das imagens geradas. Para uma dada altura de vôo, o IFOV está relacionado diretamente com o tamanho do pixel e inversamente com a resolução espacial. Quanto maior o IFOV, maior o tamanho do pixel e menor a resolução espacial. O IFOV pode ser utilizado para calcular a resolução espacial da imagem a partir da equação 3.4:

D = Hβ .....................................................................................................(3.4)

Onde:

D= diâmentro do elemento de amostragem no terreno (em metros) H= altura da plataforma β = IFOV ( em radianos)

O IFOV é uma medida angular e é determinado através da equação 3.5:

Introdução ao Sensoriamento Remoto

IFOV = D/f radianos(3.5)

29 Onde:

D= dimensão do detetor f= distância focal Pode-se também determinar a dimensão linear do IFOV a partir da equação 3.6:

IFOV = HD/f metros(3.6)

Onde

D= dimensão do detetor H= altura da plataforma F = distância focal.

A Figura 3.15 ilustra a relação entre IFOV, altura da plataforma e distância focal.

Fig. 3.15 – Ilustração do conceito de IFOV

O espelho giratório é acionado por um pequeno motor e é mantido a um ângulo de 45o, de tal forma que à medida em que gira, ele “varre” uma faixa do terreno perpendicularmente ao deslocamento da plataforma. O comprimento da linha de varredura determina o Campo de Visada do Sensor (Field of View). Para um dado FOV, o comprimento da linha de varredura determina a largura da faixa imageada pelo sensor e depende da altura da plataforma. O tempo de varredura (ou seja a velocidade do espelho giratório) deve ser ajustada à velocidade de deslocamento da plataforma.

A radiação refletida geralmente é detectada por detetores de silício. A radiação termal é geralmente detetada por detetores de antimoneto de índio (sensível à radiação entre 3 e 5 µm), ou de telureto de mercúrio e cádimio (sensível á radiação de 8 a 14 µm). Todos os detetores

Introdução ao Sensoriamento Remoto termais precisam ser resfriados á temperaturas de –243o C o que é feito a partir do uso de hélio ou nitrogênio líquido.

O tipo e o sistema de registro de um sistema imageador depende da tecnologia utilizada. A maioria dos sistemas aerotransportados possuem um tubo de raios catódicos que permite que o operador observe os dados na medida em que são adquiridos. Alguns sistemas possuem também subsistemas de registro analógico dos dados em filmes. Outros sistemas registram os sinais eletricos diretamente em fitas magnéticas, outros sistemas, os mais modernos, permitem a conversão dos sinais analógicos em digitais antes de serem armazenados ou trasmitidos telemetricamente.

Conforme mencionado anteriormente, a resolução espacial destes sistemas eletro-ópticos é dependente do tamanho do pixel. A Figura 3.16 apresenta uma cena imageada com quatro diferentes resoluções espaciais. À medida que o tamanho do pixel aumenta, a imagem resultante apresenta-se menos definida, o que implica em concluirmos que quanto maior o tamanho do pixel, menor a resolução espacial do sensor.

1m2m

3m 5m

Fonte: Jensen (1995), p.9

Fig. 3.16 - Simulação de dados de sensoriamento remoto orbital (resoluções 1m, 2m, 3m e 5m).

As alterações da escala destas imagens também difere um pouco do procedimento adotado com os filmes fotográficos. Aqui, imaginando uma imagem gerada a partir de um sistema eletro-óptico e visualizada em uma tela de um computador na escala de 1:100.0. Para alterarmos essa escala para 1:50.0, por exemplo, ocorrerá um processo denominado de reamostragem, no qual alguns pixels de cada linha gerada no imageamento serão “retirados” da imagem e seus vizinhos passarão a ocuparem seus lugares, dando a impressão de que os objetos

Introdução ao Sensoriamento Remoto contidos na cena aumentam de tamanho, mas em realidade, o que está de fato acontecendo é a perda de informação.

3.6.2 Tipos de imageadores

Os sistemas imageadores podem ser grosseiramente classificados em três tipos: imageadores de quadro; matriz linear de detetores, e varredores mecânicos. A Figura 3.17 ilustra as principais diferenças de configuração desses diferentes tipos.

Fig. 3.17 – Tipos de Sistemas Imageadores (Adaptado de Elachi, 1987)

Os imageadores de quadro são os mais antigos e se desenvolveram a partir dos sistemas de televisão. Tais sensores possuem um sistema óptico grande angular que focaliza toda a energia proveniente da cena sobre um tubo foto-sensível. Ao contrário do esquema de imageamento da Figura 3.16, em que a imagem é “vista” e construída ponto a ponto, no sistema de quadro, a imagem é formada instantaneamente sobre o tubo foto-sensível. Essa imagem é então “varrida” por um feixe de eletróns e é convertida em sinal.

As superfícies foto-sensíveis que formavam o tubo desses sistemas eram limitadas a radiação visível o que reduzia problemas de difração da luz e permitia um longo tempo de exposição o que garantia melhor definição do sinal recebido. Um exemplo dos sistemas de quadro são as câmaras RBV (“Return Beam Vidicon”) que operavam a bordo dos três primeiros satélites da série Landsat. Mais informações sobre a configuração do sistema podem ser obtidas em Slater (1980). Esse tipo de sistema sensor foi substituído amplamente pelos sistemas de varredura mecânica e pelos sistemas baseados em matrizes de detetores. As principais limitações tecnológicas que o tornaram superado foram: 1) sensibilidade espectral limitada; 2) precisão radiométrica limitada.

Introdução ao Sensoriamento Remoto

(Parte 5 de 10)

Comentários