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Introduo ao Sensoriamento Remoto

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CURSO DE EXTENSO INTRODUO AO SENSORIAMENTO REMOTO

APOSTILA 2

SENSORES E SATLITES

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1- Sensores

Segundo Florenzano (2011) sensores remotos so equipamentos que captam e registram a energia refletida ou emitida por alvos/elementos da superfcie terrestre. Existem os sensores portteis e os instalados em plataformas, as quais podem ser terrestres, reas (bales, helicpteros e avies) e orbitais (satlites artificiais).

Um sistema sensor constitudo basicamente por um coletor, que pode ser um conjunto de lentes, espelho ou antena, e um detector, o qual considerado um sistema de registro, que pode ser um filme ou outros dispositivos e um processador, conforme mostrado na figura 1. (MOREIRA, 2001, p.4).

Figura 1: Partes de um Sistema Sensor. Fonte: Moreira (2001)

Moreira (2011) resume os tipos de sensores de acordo com a figura 2, e afirma que os sistemas sensores podem ser classificados em relao : sua fonte de radiao, seu princpio de funcionamento e ao tipo de produto gerado.

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Figura 2: Classificao dos sistemas sensores de acordo com a categoria, tipo de produto e fonte de radiao. Fonte: Moreira (2001)

Segundo Ferreira (2011) o sol uma fonte de energia ou radiao, o que a torna numa fonte muito consistente de energia para o sensoriamento remoto. Essa energia pode ser refletida (no caso de comprimentos de ondas visveis), absorvida ou reemitida (no caso de comprimentos de ondas termais).

Os sensores remotos podem ser classificados quanto fonte de energia/ radiao, em: ativos e passivos. Os sistemas sensores que medem a energia que est naturalmente disponvel so os passivos, ou seja, esses sensores dependem que ocorra iluminao da superfcie terrestre pelo sol. Entretanto se houver quantidade de energia suficiente para ser gravada, possvel captar durante a noite a energia naturalmente emitida pela Terra (ondas no infravermelho termal). Um exemplo de produto obtido por esse tipo de sensor podem ser as fotografias areas.

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Os sensores ativos possuem sua prpria fonte para iluminao. Esse sensor emite radiao que direcionada para o alvo a ser imageado e a radiao refletida do alvo detectada e medida pelo sensor. A vantagem desse tipo de sensor que ele no necessita do sol, ele possui a capacidade de obter imagens a qualquer momento e sob qualquer condio climtica. Um exemplo de produto obtido por esse tipo de sensor podem ser as imagens de radar.

Figura 3: Classificao dos tipos de sensores de acordo com a fonte de energia. Fonte: Ferreira (2011)

Quanto ao princpio de funcionamento, Moreira (2001) afirma que os sensores podem ser classificados como de varredura e de no varredura. Os sistemas de no-varredura registram a radiao refletida de uma rea em sua totalidade num mesmo instante, e so conhecidos tambm como sensores de quadro. Os dados coletados por esses sensores podem ser na forma de imagens e de no imagem (grfico ou numrico), nessa categoria enquadram-se os sistemas fotogrficos (formam imagens) e os radimetros (no formam imagens). Nos sensores de varredura a imagem formada pela aquisio sequencial de imagens do terreno, ou seja, feita uma leitura do elemento de resoluo que tambm chamado de pixel.

Em relao ao tipo de produto os sensores so classificados em fotogrficos e no-fotogrficos, que neste caso incluem os imageadores e no imageadores. Essa classificao dos sensores tem o objetivo de distinguir o processo de registro da radiao e a forma dos produtos que so gerados por

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eles. Nos produtos fotogrficos a energia representada de maneira analgica (contnua), enquanto nos sensores no-fotogrficos os produtos gerados so representados em quantidade discreta, de maneira que seus dispositivos meam a intensidade da radiao eletromagntica proveniente dos alvos de uma superfcie, esses sistemas so chamados de radimetros. (Moreira, 2001).

De acordo com Ferreira (2011) em sensoriamento remoto importante distino entre imagens e fotografias. As imagens se referem a qualquer representao pictria, a qual no considera os comprimentos de ondas e quais os dispositivos foram usados para detectar e armazenar a energia eletromagntica. As fotografias so as imagens que foram detectadas e gravadas usando filmes fotogrficos, neste caso os comprimentos de ondas so considerados. As fotos normalmente so produzidas por comprimentos de ondas que variam de 0,3m at 0,9m.

Com base nisso Ferreira (2011) afirma que todas as fotografias so imagens, mas nem todas as imagens so fotografias e que s usamos o termo imagem quando estivermos falando sobre imagens registradas fotograficamente. Uma fotografia tambm pode ser representada e exibida em formato digital, no qual a imagem subdividida em pequenos pedaos, os quais so chamados de pixels, que tem o seu brilho representado por um valor numrico ou nmero digital. O que permite que o computador exiba cada valor digital com diferentes nveis de brilho. Ainda de acordo com Ferreira (2011) o ser humano consegue ver objetos coloridos porque os olhos detectam todos os comprimentos de ondas visveis e o crebro processa a informao em cores separadas. Os sensores trabalham em uma estreita faixa de comprimento de ondas, dessa forma a informao de uma faixa do espectro capturada e armazenada em um canal ou banda, ento, ao combinarmos e exibimos os canais digitalmente usando as cores primrias azul, verde e vermelho formando assim uma imagem colorida.

Para alguns instrumentos de sensoriamento remoto, a distncia entre o alvo e o sensor determina o detalhe da informao obtida e a rea imageada pelo mesmo. Quando os sensores esto distantes de seus alvos eles imageam

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uma grande rea, porm no fornece muitos detalhes. Era como se comparssemos o que veramos se estivssemos a bordo de uma nave espacial observasse o planeta e o que poderamos ver a bordo de um avio. No caso da nave espacial poderamos ver uma grande rea ou todo um pas, mas no conseguiramos distinguir ruas, quadras, casas, como o caso se estivssemos no avio, pois conseguiramos visualizar uma rea bem menor do que a visualizada a bordo da nave espacial. Essa poderia ser considerada ento como uma diferena existente entre as imagens de satlite e as fotografias areas, por exemplo.

As caractersticas dos sistemas sensores variam de acordo com a sua resoluo espacial, espectral, radiomtrica e temporal. Segundo Florenzano (2011) a resoluo espacial a capacidade que o sensor tem de discriminar os objetos em funo do seu tamanho. Nos sensores atuais esse tipo de resoluo varia de 50 cm a 1 km. Por exemplo, um sensor com resoluo espacial de 15 metros tem a capacidade de detectar objetos maiores que 15m.

Moreira (2001) a resoluo espectral a capacidade que o sensor tem para discriminar os alvos sobre a superfcie terrestre, atravs de sua sensibilidade espectral. Portanto quanto mais fina for a largura da faixa que um sensor opera melhor ser sua resoluo espectral. Existem tambm os sensores que possuem vrias faixas espectrais, ou seja, operam em mais de uma faixa do espectro eletromagntico.

De acordo com Ferreira (2011) a resoluo espectral define a capacidade do sensor de definir intervalos de comprimento de onda, os quais permitem que diferentes classes e detalhes em uma imagem possam ser distinguidas pela comparao de suas respostas em diferentes faixas de comprimento de onda. Pois, classes bem distintas, como o caso da gua e da vegetao, por exemplo, podem ser discriminadas em comprimentos de onda distintos, enquanto outras classes mais especficas, como o caso de tipos de rochas, que possuem comprimentos de onda bastante prximos, no podem ser facilmente distinguidas com faixas de comprimentos de onda e necessitam

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de uma comparao de comprimentos mais prximos para separ-los. Portanto necessrio, neste caso, o uso de sensores com alta resoluo espectral.

Florenzano (2011) define a resoluo radiomtrica como a capacidade que o sensor possui de discriminar a intensidade de energia refletida ou emitida pelos objetos. Essa resoluo determina o intervalo de valores que so associados a nveis de cinza que possvel utilizarem para representar uma imagem digital.

De acordo com Moreira (2001) apesar de serem distintos, alguns alvos refletem ou emitem radiao eletromagntica com valores de intensidade muito prximos entre si, o que os torna quase idnticos espectralmente. Considerando que a radiao ao incidir no detetor transformada em sinal eltrico, ampliada e retransmitida para um sistema de recepo ou gravao, que esto contidos na plataforma, pode-se afirmar que a resoluo radiomtrica est associada capacidade do sensor em discriminar sinais eltricos que possuem pequenas diferenas de intensidade.

Moreira (2001) considera que para representar os valores da intensidade do sinal so atribudos tons de cinza que variam de escuro, no caso de intensidade igual ou prxima de zero, e cinza claro para o valor de mxima intensidade. A quantidade de nveis de cinza que um produto de satlite pode apresentar depende do sistema de gravao do sensor. Se os sinais so gravados em 2 bits, a resoluo radiomtrica ser de 4 nveis de cinza. Portanto se numa dada rea imageada por este sensor, tivermos 20 alvos com reflectncias diferentes, essas reflectncias sero representadas apenas por 4 nveis de cinza. O que ocorre que muitos dos alvos sero agrupados numa nica classe, havendo assim um agrupamento de alvos com os valores de reflectncias muito prximos entre si.

De acordo com Ferreira (2011) os dados de imagens so representados por nmeros que variam de 0 at o valor final que 2 elevado ao nmero de bits da imagem. Ou seja, cada bit um expoente de 2 (1 bit = 2 = 2). O nmero mximo de nveis de brilho depende do nmero de bits usado na

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representao da energia registrada. Se um sensor usa 8 bits para registrar o dado ento ele teria 256 valores digitais disponveis, variando de 0 a 255. Entretanto se apenas 4 bits forem usados ento o sensor s teria 16 valores digitais, variando de 0 a 15. O que resulta numa resoluo radiomtrica menor e num nvel de detalhamento menor tambm, conforme a ilustra a figura 4.

Figura 4: Resoluo radiomtrica. Fonte: Ferreira (2011). E por fim temos a resoluo temporal que definida por Florenzano

(2011) como a frequncia de imageamento de uma mesma rea, ou seja, qual o perodo que o sensor demora a passar novamente na mesma rea realizando o seu mapeamento. Por exemplo, a resoluo temporal do TM-Landsat 5 de 16 dias.

2- Satlites

De acordo com Florenzano (2011) um satlite um objeto que se desloca em crculos em torno de outro objeto. Existem os satlites naturais, como o caso da Lua, que gira em torno da Terra, e existem os satlites construdos pelo homem, que so os satlites artificiais, que

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dependendo da finalidade deslocam-se na rbita (caminho que o satlite percorre) da Terra ou de outro corpo celeste.

Ainda de acordo com Florenzano (2011) os satlites artificiais so construdos para diversas finalidades como: telecomunicao, espionagem, experimentos cientficos, meteorologia, posicionamento global e sensoriamento remoto.

Liu (2007) afirma que necessrio conhecer a capacidade e o limite de dados adquiridos pelos satlites, para que possa explorar suas possveis aplicaes.

Os satlites de sensoriamento remoto, tambm conhecidos como satlites de observao da Terra se deslocam em torno do planeta com a mesma velocidade de deslocamento dele em relao ao Sol, e isso garante as mesmas condies de iluminao para a superfcie terrestre e a passagem aproximadamente no mesmo local sobre os diferentes pontos da Terra. (FLORENZANO, 2011).

O CEPSRM (Centro Estadual de Pesquisa em Sensoriamento Remoto e Metereologia) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul lista em seu site uma srie de sensores e plataformas orbitais, dos quais esto transcritos, a seguir, os que sero fonte de imagens para nosso curso:

2.1 Landsat essa srie foi iniciada no final da dcada de 60 a partir, visando observao dos recursos naturais terrestres. O primeiro satlite da srie comeou a operar em 1972 e a ltima atualizao ocorreu em 1999 com o lanamento do LANDSAT-7, porm suas atividades foram encerradas em 2003. Atualmente o nico satlite em operao o LANDSAT-5 que leva a bordo o sensor TM e contribui para o mapeamento temtico da superfcie terrestre.

Site Principal: http://landsat.gsfc.nasa.gov

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Fonte: UFRGS (20??)

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2.2 CBERS

O programa CBERS (China-Brasil Earth Resources Satellite Satlite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres), possui satlites equipados com sensores que possuem diferentes resolues espaciais que so capazes de cobrir o planeta em menos de 5 dias. O CBERS considerado um sistema nico, pois os seus instrumentos em rbita combinam sensores com caractersticas temporais e espaciais necessrias ao monitoramento ambiental.

Atualmente o sistema no possui satlites ativos. Em 1999, ocorreu o lanamento do primeiro satlite CBERS e o segundo satlite foi lanado em 2003. Foi ento considerado vivel, a partir da concluso de estudos, pelas equipes tcnicas do Brasil e da China, a construo de mais 2 satlites da famlia CBERS, o CBERS-3 e o CBERS-4. (UFRGS, 20??)

De acordo com o INPE (2011) o lanamento do CBERS-3 s seria vivel quando o CBERS-2 j tivesse deixado de funcionar, com isso ambos os pases e inmeros usurios teriam prejuzos, ento o Brasil e a China, em 2004, decidiram construir o CBERS- 2B e lan-lo em 2007, porm esse satlite operou apenas at o comeo de 2010. O CBERS-3 possui cronograma de lanamento com previso para o final de 2012 e o CBERS-4 est em construo.

Site principal: http://www.cbers.inpe.br

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Fonte: EMBRAPA (2009)

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Fonte: EMBRAPA (2009) Um dos satlites dos quais no usaremos seus dados, durante o curso,

mas que possui aplicaes muito importantes devido sua alta resoluo espacial o QUICKBIRD. De acordo com a EMBRAPA (2009), a srie de satlites QUICKBIRD comercial e controlada pela Empresa DigitalGlobe. O satlite, que obteve sucesso em seu lanamento em 2001 continua em operao e oferece imagens de alta resoluo espacial. O sistema oferece dados com 61cm de resoluo espacial no modo pancromtico e 2,4m no modo multiespectral. Devido alta resoluo suas imagens so usadas em aplicaes diretas na rea de mapeamentos urbanos e rurais, os quais necessitam de alta preciso dos dados, como o caso de: cadastro; redes; planejamento; telecomunicaes; saneamento; transportes; alm de aplicaes na rea ambiental voltadas para dinmica de uso e cobertura do solo.

Exerccios obrigatrios:

1- O que so sensores e como eles podem ser classificados? 2- H alguma vantagem dos sensores passivos em relao aos passivos?

Justifique. 3- Qual a diferena entre imagem e fotografia? Justifique. 4- O que determina o nvel de detalhe de uma imagem? Exemplifique. 5- Defina e exemplifique:

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a) Resoluo espacial; b) Resoluo espectral; c) Resoluo Radiomtrica; d) Resoluo temporal;

6- O que um satlite? Qual a sua importncia?

Sugesto de vdeo complementar:

Vdeo educacional do INPE: Satlites e seus subsistemas. Disponvel em:

Bibliografia:

EMBRAPA (2009). Sistemas Orbitais de Monitoramento e Gesto Territorial. Embrapa Monitoramento por Satlite. Disponvel em: . Acesso em: 11 abr. 2012.

FLORENZANO, Tereza Galloti. Iniciao em Sensoriamento Remoto. 3ed. ampl.e atual. So Paulo: Oficina de Textos, 2011.

INPE (2011). CBERS Satlite sino-brasileiro de Recursos Terrestres. Disponvel em: http://www.cbers.inpe.br/. Acesso em: 11abr.2012.

LIU, Willian Tse Horng. Aplicaes de Sensoriamento Remoto. Campo Grande: Ed.UNIDERP, 2007.

MOREIRA, Maurcio Alves. Sistemas Sensores. INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), 2001. Disponvel em: . Acesso em 10 abr.2012.

UFRGS (20??). Sensores e Plataformas Orbitais. Pgina Dinmica para o Aprendizado do Sensoriamento Remoto.Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia. Engenharia Cartogrfica. Disponvel em:. Acesso em 11 abr.2012.