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    APOSTILA PARA O CURSO 6

    INTRODUO AO SENSORIAMENTO REMOTO E PROCESSAMENTO DE IMAGENS

    Dias: 16 e 17 de abril (sbado e domingo) Horrio: 8:00 s 12:00 e das 14:00 s 18:00 horas

    Autores/Instrutores:

    Getulio T. Batista (UNITAU) Nelson W. Dias (UNITAU)

    Carga Horria: 16 horas

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    SUMRIO PREFCIO

    INTRODUO

    O que Sensoriamento Remoto?

    Descrio dos Componentes do SR - Exemplo do uso da Mquina Fotogrfica

    RADIAO

    Espectro Eletromagntico

    Influncia da Atmosfera

    INTERAO DA ENERGIA COM A SUPERFCIE DA TERRA

    SENSORES

    Caractersticas dos Satlites: rbitas e Faixa Coberta no Solo

    Resoluo Espacial, Tamanho do Pixel, e Escala

    Resoluo Espectral

    Resoluo Radiomtrica

    Resoluo Temporal

    SATLITES

    Landsat

    Spot

    Cbers

    Imageador de Largo Campo de Visada (WFI - Wide Field Imager)

    Cmara CCD de alta resoluo (CCD - High Resolution CCD Camera)

    Cmara de varredura no infravermelho (IR-MSS - Infrared Multispectral

    Scanner)

    Outros Satlites

    RECEPO, ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIO DOS DADOS

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    INTERPRETAO E ANLISE DOS DADOS

    Interpretao de Imagens

    Interpretao visual

    Composio colorida

    Interpretao Digital de Imagens

    COMENTRIOS FINAIS

    CITAO

    APNDICES

    Conceito de Processamento Digital

    Registro de Imagens

    EXERCCIOS DISCUTIDOS EM AULA

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    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1. Passos para o estudo do Sensoriamento Remoto

    Figura 2. Radiao eletromagntica, onde c=velocidade de propagao (velocidade da luz), E= campo eltrico e M=campo magntico.

    Figura 3. Comprimento de onda () e freqncia.

    Figura 4. Diagrama de ondas de diferentes freqncias que correspondem ao nmero de cristas de um mesmo comprimento de onda que passam por um ponto em um segundo.

    Figura 5. A luz ou a REM ao passar por um prisma se dispersa em diversos comprimentos de onda.

    Figura 6. A combinao das trs cores primrias (azul, verde e vermelho) produzem todas as outras cores (milhares de cores), correspondentes luz branca.

    Figura 7. Regies do espectro eletromagntico mais freqentemente usadas no SR.

    Figura 8. O espectro eletromagntico com as principais faixas espectrais conhecidas.

    Figura 9. Efeito atmosfrico: absoro e espalhamento.

    Figura 10. Radiao solar no topo da atmosfera e ao nvel do mar. Notar que a radiao ao nvel do mar bem menor em funo da absoro atmosfrica.

    Figura 11. Observar que a camada atmosfrica pela manh e ao entardecer bem maior do que ao meio dia e isso est relacionado com o cu vermelho que vemos ao entardecer.

    Figura 12. Janelas atmosfricas nos principais comprimentos de onda de interesse para o SR.

    Figura 13. A reflectncia pode ser difusa quando difunde-se em todas as direes, como ao atingir um pinheiro ou especular (na forma de espelho) quando atinge uma superfcie lisa.

    Figura 14. Reflectncia de uma folha de vegetao. Baixa reflexo no visvel, pequeno pico no verde, alta reflectncia no infravermelho prximo e picos invertidos de absoro devido gua no infravermelho mdio.

    Figura 15. Reflectncia de grama obtida com espectrorradimetro de campo na Fazenda Piloto do Departamento de Cincias Agrrias em 2002.

    Figura 16. Reflectncia da gua em diferentes localidades do Lago Parano, DF. Observar que ela menor do que 10% em todos os comprimentos de onda do visvel.

    Figura 17. Resposta espectral de diversos tipos de solos.

    Figura 18. Diferentes nveis de coleta de dados em SR. O nvel orbital hoje o mais usado, mas os demais nveis so importantes para calibrao dos dados.

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    Figura 19. Exemplos de imagens de diferentes resolues espaciais. Quanto melhor a resoluo menor ser a rea coberta. NOAA AVHRR (1,1km), CBERS WFI (260m), Landsat TM (30m), e IKONOS (1m).

    Figura 20. Resoluo espectral. O filme colorido tem uma resoluo espectral trs vezes melhor do que o filme preto e branco. Hoje temos sensores hiperespectrais com centenas de bandas o que aumenta o poder discriminatrio desses sensores.

    Figura 21. Ilustrao do efeito da resoluo radiomtrica na aparncia dos dados. bvio que enxergamos mais detalhes (mais tons) na imagem de 8 bits ( direita).

    Figura 22. Faixas espectrais do Landsat sensor ETM+.

    Figura 23. Composio colorida de 3 bandas da imagem Landsat 7 ETM+, reamostrada para15 m de resoluo espacial da regio de So Jos dos Campos, SP.

    Figura 24. Imagens SPOT com diferentes resolues. ( das imagens da SPOT Image).

    Figura 25. Exemplos de produtos SPOT

    Figura 26. Imagem CBERS WFI da Represa de Itaipu, PR

    Figura 27. Imagem CCD do CBERS-2 de So Jos dos Campos, SP obtida em 30/01/2004. Ressalta-se parte da represa de Paraibuna a oeste e cavas de areia no municpio de Jacare (manchas escuras ao longo do rio Paraba).

    Figura 28. Estao Terrena de Rastreio e Comando de Satlite em Cuiab, estado do Mato Grosso, Brasil. Essas antenas so de grande dimetro e com capacidade de rastreio.

    Figura 29. A imagem formada por pixels, que o cruzamento da linha e coluna e tem coordenadas (linha - coluna ou longitude latitude quando a imagem georreferenciada) e um valor de brilho (ND) associado com sua reflectncia ou emitncia. Quanto maior o ND mais claro o pixel. Observar que visualmente no se distingue o ND=59 do ND=61, mas para o computador so totalmente distintos.

    Figura 30. Interpretao visual de imagens de satlite. Com o overlay (papel transparente) sobreposto imagem, traa-se as principais feies (reas homogneas) que conhecimento da rea podem ser identificadas e rotuladas (e.g. rea desmatada).

    Figura 31. Resposta espectral do solo, vegetao e gua versus as bandas do Landsat TM. Notar que as bandas foram estrategicamente escolhidas para maximizar a distino entre as principais feies terrestres

    Figura 32. Caractersticas ou parmetros associados fotointerpretao ou interpretao visual de imagens.

    Figura 33. Exemplo de uma chave de interpretao para o mapeamento de reas sujeitas a diferentes tipos de danos causados pelo incndio florestal de Roraima de 1998.

    Figura 34. Composio colorida da imagem CBERS-2, obtida em 30/01/2004 das bandas do sensor CCD-2, bandas 2 (faixa espectral do verde) exibida na cor azul; 3 (faixa espectral do vermelho) exibida na cor vermelha; e, 4 (faixa do infravermelho prximo)

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    exibida na cor verde. Todas as bandas sofreram um realce de contraste.

    Figura 35. A interpretao digital ou classificao de imagens requer o uso de um computador com pacotes de software especialmente desenvolvidos para anlise de imagens.

    Figura 36. Ilustrao da regra de deciso do MAXVER. As classes A e B tm distribuio gaussiana (curvas normais). O ponto d pertence classe B (maior probabilidade, o ponto c poder pertencer a qualquer uma das classes e, embora, o ponto e tenha maior probabilidade de pertencer classe B do que a A, a probabilidade to pequena que melhor classificar o ponto e como no pertencente a nenhuma das classes.

    Figura 37. Integrao de dados atravs de SIG. O SPRING tambm tem essa funo e trata tanto dados vetoriais quanto matriciais.

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    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1. Faixas espectrais das bandas do sensor TM do Landsat.

    Tabela 2. Caractersticas do ETM+.

    Tabela 3. Caractersticas do SPOT

    Tabela 4. Sensores e suas faixas espectrais do SPOT-1,2,3 e 4.

    Tabela 5. Caractersticas do ETM+

    Tabela 6. Caractersticas do Sensor CCD do CBERS 1 e 2

    Tabela 7. Caractersticas do Sensor IRMSS do CBERS.

    Tabela 8. Fotointepretao vs. anlise quantitativa de imagens.

    Tabela 9. Caractersticas das imagens no processo de fotointerpretao

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    PREFCIO

    O objetivo desse curso ampliar os conhecimentos bsicos de sensoriamento remoto e compreender como os dados de sensores so gerados e quais suas caractersticas (sensores passivos); compreender como diferentes alvos interagem com a energia incidente e que tipo de resposta espectral produzem; e compreender como informaes temticas podem ser extradas das imagens atravs de diferentes mtodos de interpretao e classificao. Os participantes sairo do curso com o conhecimento bsico das tcnicas de sensoriamento remoto e com uma viso ampla das possibilidades de aplicao desta tecnologia.

    O curso ser ministrado em 16 horas com exerccios de interpretao em grupo com imagens analgicas e exerccios simultneos com todo o grupo utilizando software de interpretao de imagens e dados digitais de diferentes sensores orbitais.

    O programa do curso ser ministrado em quatro partes: 1) Apresentao e discusso das caractersticas da energia eletromagntica e como que esta utilizada pelos sensores para produzirem as imagens; Caractersticas das diferentes resolues dos sensores existentes e suas implicaes; Os diferentes tipos de interao da energia incidente sobre os alvos mais comuns da superfcie terrestre. 2) Apresentao e discusso das diferentes formas de se extrair informaes das imagens atravs de tcnicas de realce para anlise visual; Pr-processamento dos dados para a classificao; Tcnicas de classificao e de interpretao visual. 3) Discusso das diferentes aplicaes do sensoriamento remoto e suas relaes com as caractersticas dos dados e as tcnicas de processamento apresentadas anteriormente. 4) Exerccio prtico em grupo utilizando software de processamento de imagens para demonstrar processos tpicos de extrao de informaes digitais para algumas aplicaes selecionadas.

    Esta apostila deve ser complementado com o material didtico a ser utilizado em aula com apresentaes em PowerPoint em projetor multimdia, com exerccios interativos via analgica e via computador. Cada aluno receber um conjunto de CD-ROMs contendo um livro digital, interativo, sobre Sensoriamento Remoto e Preservao e Conservao (http://www.dsr.inpe.br/cdrom). Ter prtica de interpretao visual de imagens com base em impresses de imagens em papel.

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    INTRODUO

    O principal objetivo do Sensoriamento Remoto (SR) expandir a percepo sensorial do ser humano, seja atravs da viso sinptica (panormica) dada pela viso area ou espacial seja pela possibilidade de se obter informaes em regies do espectro eletromagntico inacessveis viso

    humana. O SR expande a oportunidade, o acesso, uma viso sinptica do terreno permitindo a anlise de um modelo da superfcie trazido para ser analisado dentro do laboratrio.

    O que Sensoriamento Remoto?

    Inclui uma srie de equipamentos, tcnicas e procedimentos de anlise que podem ser estudados atravs dos passos apresentados na Figura 1.

    Figura 1. Passos para o estudo do Sensoriamento Remoto.

    Fonte: CCRS (2005)

    Descrio dos Componentes do SR - Exemplo do uso da Mquina Fotogrfica

    Cada uma dos componentes do SR pode ser especificado e exemplificado com uma tomada de fotografias at a elaborao de um lbum:

    A Radiao - Fonte de Energia ou Iluminao (Sol ou outra fonte luminosa e.g. lmpada); B - Interao entre a Radiao e a Atmosfera

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    (Meio 1- entre a fonte e o alvo - Ar (atmosfera)) Meio 2- entre o alvo e o sensor - Ar (atmosfera)

    C - Interao com o Objeto (Pessoa ou uma paisagem) D - Registro da Energia pelo Sensor (Mquina fotogrfica - filme) E Transmisso, Recepo, e Processamento (Aparelhos do laboratrio de revelao) F - Interpretao e Anlise (Pessoa que observa -analisa a foto) G Modelagem e Aplicao (Integrao - Organizao do lbum)

    RADIAO

    A primeira exigncia do Sensoriamento Remoto a existncia de uma fonte de energia para iluminar o objeto (a menos que a energia detectada esteja sendo emitida pelo objeto). A esta energia d-se o nome de radiao eletromagntica, ou simplesmente REM.

    A radiao eletromagntica se comporta de acordo com os fundamentos de teoria de onda e consiste de um campo eltrico (E) que varia em magnitude em uma direo perpendicular direo na qual a radiao est viajando, e um campo magntico (M) orientado em ngulo reto com o campo eltrico. Ambos os campos viajam velocidade da luz (c) (Figura 2).

    Figura 2. Radiao eletromagntica, onde c=velocidade de propagao (velocidade da luz), E= campo eltrico e M=campo magntico. Fonte: CCRS (2004).

    Duas caractersticas da REM so particularmente importantes para se entender SR. Elas so

    o comprimento de onda e a freqncia.

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    O comprimento de onda a durao de um ciclo de onda que pode ser medido como a distncia entre cristas de ondas sucessivas (Figura 3). Comprimento de onda normalmente representado pela letra grega Lambda (). Comprimento de onda medido em metros (m) ou para comprimentos de onda menores em centmetros (cm, 10-2 metros), micrmetros (m, 10-6 metros) ou nanmetros (nm, 10-9 metros). Freqncia, representada pela letra f se refere ao nmero de ciclos de uma onda que passa por um ponto fixo por unidade de tempo (Figura 4). Freqncia normalmente medida em hertz (Hz), o que equivale a um ciclo por segundo.

    Figura 3. Comprimento de onda () e freqncia. Fonte: Tutorial de Fundamentos do SR do CCRS (2004).

    Figura 4. Diagrama de ondas de diferentes freqncias que correspondem ao nmero de cristas de um mesmo comprimento de onda que passam por um ponto em um segundo. Fonte: Tutorial de Fundamentos do SR do CCRS (2004).

    Comprimento de onda e freqncia esto relacionados pela frmula seguinte:

    c = f Onde,

    Comprimento de onda longo

    Comprimento de onda curto

    Baixa freqncia Baixa energia Alta freqncia Alta energia

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    = comprimento de onda (m) f= freqncia (ciclos por segundo, Hz) c= velocidade da luz (constante em um meio e igual a 3x108 m/s no vcuo)

    Ento, os dois so relacionados inversamente a um ao outro. Quanto menor o comprimento de onda, maior a freqncia. Um comprimento de onda longo corresponde a uma freqncia baixa.

    A luz que nossos olhos - nossos "sensores" remotos - pode detectar parte do espectro visvel. importante reconhecer quo pequeno a poro visvel do espectro em relao ao resto do espectro. H muita radiao ao redor de ns que "invisvel" aos nossos olhos, mas que pode ser detectada atravs de outros instrumentos de sensoriamento remoto.

    Examinemos como os comprimentos de onda so produzidos e como se descrevem os principais tipos de radiao eletromagntica. Qualquer objeto com temperatura acima do zero absoluto (0 Kelvin) emite radiao. Nossa principal fonte de radiao o sol. Reaes nucleares que acontecem internamente ao Sol produzem ondas de alta energia que incluem raios gama, raios

    x e muita radiao ultravioleta que radiada em direo Terra. Felizmente, muita dessa radiao de alta energia absorvida pelos gases presentes na alta atmosfera, principalmente o oznio e no atinge a superfcie da Terra. Muita da radiao de baixa energia que emitida pelo Sol produzida prximo da sua superfcie. Isso inclui a radiao das regies do visvel e do infravermelho, bem

    como do ultravioleta. Uma vez que uma poro dessa radiao nesses comprimentos de onda atinge a superfcie da Terra, ela pode ser refletida, tornando-se o principal objeto do sensoriamento remoto. Os comprimentos de onda de menor energia so emitidos pela prpria Terra. Esses comprimentos de onda incluem as regies do infravermelho termal e microondas.

    A radiao da regio do visvel a poro do espectro mais familiar para ns, uma vez que pode ser detectada pelos nossos olhos. H que se ressaltar que tambm na regio do visvel em que o sol emite mais radiao. Como a natureza perfeita!

    Pode-se verificar que a radiao do visvel composta por vrios comprimentos de onda

    (cores - Figura 5). O azul, verde e o vermelho so denominados cores primrias porque todas as outras cores so produzidas pelas vrias combinaes destas trs cores ou destes comprimentos de onda. (Figura 6).

    As cores que vemos num objeto so dependentes dos comprimentos de onda que so refletidos por ele. Por exemplo, quando toda ou a maior parte da radiao referente regio do visvel que atinge um objeto refletida de volta, sua aparncia ser de cor branca. por isso vemos areias claras em imagens ou fotografias areas. Quando a maioria da radiao, que atinge um objeto for absorvida por ele, este aparecer de cor preta i.e., ausncia de cor. Por isso que florestas naturais

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    ou mesmo o oceano aparecem escuros nas imagens (refletem pouco o visvel). Nossos olhos vem a cor ou cores principais refletidas por um objeto. Por exemplo, uma folha verde reflete duas vezes mais verde do que a radiao azul. Uma casca de banana reflete tanto vermelho quanto verde em

    grandes quantidades, mas no reflete muito a radiao referente ao azul, a combinao do vermelho

    Figura 6. A combinao das trs cores primrias (azul, verde e vermelho) produzem todas as outras cores (milhares de cores), correspondentes luz branca.

    e verde formam a cor amarela. Adicionalmente radiao do visvel que pode ser detectada por

    ns, o sensoriamento remoto utiliza ainda outros comprimentos de onda que no podemos detectar com nossos olhos, mas so igualmente importantes.

    A regio do infravermelho pode ser dividida em infravermelho prximo, mdio e termal. O infravermelho est fora do alcance da nossa observao visual quando observado diretamente com

    nossos olhos. Entretanto, ele pode ser medido por diversos sensores. O infravermelho prximo inicia exatamente aps a poro do espectro eletromagntico referente ao vermelho. O infravermelho mdio tem comprimentos de onda maiores do que o infravermelho prximo, mas

    Figura 5. A luz ou a REM ao passar por um prisma se dispersa em diversos comprimentos de onda.

    Cores

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    Ciano

    Amarelo

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    pode ser ainda considerado como pertencente poro ptica do espectro eletromagntico. O infravermelho termal tem os maiores comprimentos de onda da regio do infravermelho e no faz parte mais da poro ptica e sim daquilo que chamamos de calor. Tanto a poro ptica, quanto a

    do calor so exploradas pelas tcnicas de sensoriamento remoto. Muitos instrumentos podem ser concebidos com o objetivo de coletar radiao

    infravermelha, bem como referente regio do visvel. Utilizando ambas as pores do espectro, podemos obter informao que nos seria impossvel obter se utilizssemos somente nossos olhos.

    Conhecendo como a radiao interage com certas feies da Terra e especialmente como refletida, podemos obter informao dessas feies atravs da coleta e da anlise dessa radiao refletida. Esse basicamente o princpio do SR.

    Espectro Eletromagntico A luz solar ao passar por um prisma, deflete a luz em funo do conforme ilustrado na

    Figura 18.

    Aps a regio do visvel, os comprimentos de onda maiores do que 0.7 m at 100 m so chamados de infravermelho (IV) que correspondem a mais de 100 vezes a largura da faixa espectral do visvel e pode ser dividido em IV refletido e IV emitido ou trmico. (Figura 7). O IV refletido vai de 0.7 m at 3.0 m. O IV trmico vai de 3.0 m at 100 m e bastante diferente do visvel e do IV refletido. Nessa regio do espectro, a radiao emitida da superfcie da Terra na forma calor.

    Tem-se ainda a poro espectro de interesse recente sensoriamento remoto, a chamada regio das microondas de aproximadamente 1 mm at 1 m que so os comprimentos de onda mais longos em sensoriamento remoto. A Figura 8 apresenta o espectro eletromagntico em toda sua extenso.

    Visvel Infravermelho

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    Figura 7. Regies do espectro eletromagntico mais freqentemente usadas no SR. Fonte: Dias et al. (2003).

    Qualquer corpo que esteja acima do zero absoluto (0K) emite radiao por vibrao molecular. Quanto maior a temperatura do objeto, maior a quantidade de radiao que ele emitir. De fato, existe uma lei que diz que a radiao emitida proporcional a quarta potncia da temperatura, sendo ainda dependente da emissividade que uma caracterstica prpria de cada alvo. Essa lei conhecida como lei de Stefan-Boltzmann e exatamente por ela que podemos com o SR

    estimar a temperatura da superfcie do mar ou da terra via satlite. De fato, na rea da oceanografia isso uma rotina e temos hoje rotineiramente informaes sobre a temperatura da superfcie do mar sendo usadas em tempo real para orientar barcos de pesca.

    Um outro aspecto relativo emisso da radiao em funo da temperatura que quanto

    maior a temperatura, o pico de emisso mxima se desloca para comprimentos de onda menores, ou seja o comprimento de onda correspondente emisso mxima ser menor. Esse fato conhecido como lei de deslocamento de Wien. Dessa forma o sol emite o mximo de radiao em 0,5 m, enquanto a terra a uma temperatura bem menor emite o mximo em 10 m. A Figura 23 ilustra

    bem a lei de Wien.

    Influncia da Atmosfera

    Figura 8. O espectro eletromagntico com as principais faixas espectrais conhecidas.

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    A atmosfera interfere de forma significativa nos dados de SR. Ela absorve ou espalha a radiao de forma diferenciada em funo dos comprimentos de onda (Figura 9). Somente uma pequena parte da radiao que emitida pelo Sol chega at a Terra. De toda a radiao solar que

    chega Terra, somente 50% atinge a superfcie devido, principalmente, ao efeito atenuante do oznio e de outros gases ionizados presentes na atmosfera.

    As partculas presentes na atmosfera, como aerossis, poeiras, molculas de diversos gases, com diferentes tamanhos interferem na radiao que chega aos alvos terrestres ou ao sensor. A

    Figura 10 mostra a diferena entre a radiao solar no topo da atmosfera e ao nvel do mar.

    Figura 9. Efeito atmosfrico: absoro e espalhamento. Fonte: Tutorial de Sensoriamento Remoto do CCSR (2004).

    Figura 10. Radiao solar no topo da atmosfera e ao nvel do mar. Notar que a radiao ao nvel do mar bem menor em funo da absoro atmosfrica. Fonte: Novo e Ponzoni (2001).

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    Quanto maior a camada atmosfrica a ser atravessada e quanto mais partculas presentes nela maior ser o efeito atmosfrico. A Figura 11 ilustra este aspecto.

    Figura 11. Observar que a camada atmosfrica pela manh e ao entardecer bem maior do que ao meio dia e isso est relacionado com o cu vermelho que vemos ao entardecer.

    Os diferentes gases presentes na atmosfera absorvem a radiao em comprimentos de onda especficos. As faixas de comprimento de onda onde a radiao menos absorvida so chamadas de janelas atmosfricas. A Figura 12 ilustra de forma mais clara as janelas atmosfricas importantes em SR.

    Figura 12. Janelas atmosfricas nos principais comprimentos de onda de interesse para o SR.

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    Comprimentos de onda menores so afetados de forma mais severa pelo espalhamento atmosfrico do que comprimentos de onda maiores. Isso faz com que, por exemplo, pouca radiao ultravioleta e azul atinja a terra, uma vez que absorvida pela atmosfera. Por isso importante manter a camada de oznio na atmosfera responsvel por absorver a radiao ultravioleta que pode ser altamente danosa para os seres vivos. De fato, a luz azul espalhada quatro vezes mais do que o vermelho, e o ultravioleta (UV), 16 vezes mais espalhado do que o vermelho. Por isso, embora tenha aplicaes importantes, o UV pouco usado em SR.

    Agora se pode ver como que a radiao que atravessou a atmosfera interage com o alvo ou superfcie terrestre.

    INTERAO DA ENERGIA COM A SUPERFCIE DA TERRA

    A radiao solar ao atingir a superfcie terrestre interage com as diversas feies, podendo

    ocorrer: reflexo, absoro, ou transmisso. A reflexo ocorre quando a radiao que incide sobre um objeto refletida por ele. Ela pode

    ser difusa ou especular (Figura 13). A caracterstica de reflexo difusa importante, pois vrias leis fsicas ficam mais simplificadas quando os alvos so perfeitamente difusos, pois independente dos

    ngulos de incidncia e de observao a radiao no variar. Alvos perfeitamente difusos so chamados de Lambertianos.

    Figura 13. A reflectncia pode ser difusa quando difunde-se em todas as direes, como ao atingir um pinheiro ou especular (na forma de espelho) quando atinge uma superfcie lisa. Fonte: Tutorial de Sensoriamento Remoto do CCRS (2004).

    A absoro ocorre quando a radiao no refletida, mas sim absorvida ou, de alguma forma, transformada pelo objeto. o que ocorre com as plantas verdes que absorvem a energia fotossinteticamente ativa para realizar o processo da fotossntese e para os processos de respirao.

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    A energia que absorvida usada para aumentar a temperatura do objeto e posteriormente emitida e tambm pode ser detectada por SR. A emisso ocorre quando a radiao originada no prprio objeto. A ocorrncia mais comum desta radiao na forma de calor, mas microondas fracas tambm podem ser emitidas por objetos da superfcie terrestre. A transmisso ocorre quando a radiao atravessa parcial ou inteiramente um objeto.

    As vrias feies da Terra interagem com a radiao de diferentes formas. Analisemos a interao de algumas delas com a radiao incidente.

    A vegetao absorve muito da radiao visvel que incide sobre ela, principalmente o azul e o vermelho. Parte da radiao verde tambm absorvida, mas em menor quantidade do que as duas outras regies. Como uma parte da radiao verde refletida pela vegetao, ns vemos a vegetao na cor verde. Mas na verdade a vegetao reflete uma quantidade bem maior da radiao infravermelha, principalmente do infravermelho prximo. Na forma grfica, podemos ilustrar a

    reflectncia da folha e os fatores dominantes dessa reflexo, conforme Figura 14.

    Figura 14. Reflectncia de uma folha de vegetao. Baixa reflexo no visvel, pequeno pico no verde, alta reflectncia no infravermelho prximo e picos invertidos de absoro devido gua no infravermelho mdio.

    A Figura 15 uma medida real da reflectncia de grama onde se observa o comportamento tpico da reflectncia da folha.

    A gua absorve e transmite muito da radiao incidente, especialmente o infravermelho. A

    gua em geral, tem aparncia escura em fotografias e imagens orbitais, uma vez que reflete muito pouca radiao. O comportamento da gua permite se estabelecer correlaes entre alguns parmetros indicadores da qualidade da gua e as suas caractersticas espectrais. Pufal (2001) realizou um trabalho experimental em lagos do Distrito Federal e obteve os seguintes coeficientes

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    Figura 15. Reflectncia de grama obtida com espectrorradimetro de campo na Fazenda Piloto do Departamento de Cincias Agrrias em 2002.

    Figura 16. Reflectncia da gua em diferentes localidades do Lago Parano, DF. Observar que ela menor do que 10% em todos os comprimentos de onda do visvel. Fonte: Pufal (2001).

    Figura 17. Resposta espectral de diversos tipos de solos. Fonte: Alvarenga et al. (2003).

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    de correlao: 0,81, 0,91, 0,83, e 0,85, para Clorofila, turbidez, slidos totais, e profundidade do disco de Secchi, respectivamente. (Figura 16).

    Outra feio expressiva na superfcie terrestre o solo. Existe uma variedade de tipos de solos e cada um reflete a radiao de forma diferenciada. Solos claros tendem a ter melhor drenagem e refletir grandes quantidades de radiao do visvel e do infravermelho prximo. Solos menos claros ou escuros tendem a ter altos nveis de matria orgnica e so freqentemente mais

    midos devido deficincia da drenagem e, portanto, aparecem mais escuros em fotografias e imagens orbitais.

    De forma geral, a reflectncia do solo e outros materiais no cobertos pela vegetao aumenta medida que o comprimento de onda aumenta (visvel e infravermelho). (Figura 17).

    Segundo Alvarenga et al. (2003) nas curvas apresentadas na Figura 17 verifica-se que os xidos de ferro (Fe2O3) tiveram influncia nos solos NV, GS e LV1, na faixa espectral prxima a 900nm. Os seguintes valores para Fe2O3 foram observados nesses solos: NV = 17,8 %, LV1 = 1,8 % e GS = 1,5%. Os solos LV2 e LVE, embora, sem a anlise, demonstraram comportamento caracterstico de solos com presena de xidos de ferro. Na faixa entre 1400 e 1500nm pode-se verificar a influncia da gua e das hidroxilas (OH-) na absoro da radiao, exceto, para os solos LVE e AH na faixa centrada em 1400 nm. O solo LVE apresentou esta feio na faixa de

    aproximadamente 1900 nm. Solos com baixos valores de reflectncia no apresentaram bandas de absoro referentes gua (1400 nm e 1900 nm) de forma marcante (LA). Segundo ainda Alvarenga et al. (2003), na faixa entre 2100 e 2200 nm verificou-se em todos os solos, uma forte absoro pela caulinita, com exceo do solo AH, que mostrou valores no significativos na anlise

    pedolgica para o Al2O3 e SiO2. Verifica-se que na faixa de 1900nm (Figura 17) pode ter ocorrido absoro em funo da presena de vermiculita, pois o comportamento espectral para a maioria dos solos analisados apresentou caracterstica tpica de absoro deste constituinte mineralgico.

    De acordo com a curva espectral dos solos PP1, PP2 e AH pode-se deduzir que so solos arenosos, uma vez que a areia (quartzo) no solo aumenta a reflectncia em todo o espectro estudado. Alm disso, os baixos teores de matria orgnica diminuem a absoro e em conseqncia aumentam a reflectncia. Em relao ao constituinte mineralgico gibbsita, pode-se

    afirmar que os solos apresentaram feies deste mineral, vistas na faixa de 2300 nm, com exceo do AH e LVE que no apresentaram a absoro caracterstica deste mineral. A curva espectral do solo PP2 mostrou a presena de quartzo, notado pela variao da curva na faixa de 1000nm.

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    Feies que aparecem misturadas, como no caso de solos cobertos por vegetao esparsa, apresentaro uma resposta espectral combinada com parte da reflectncia de cada um dos objetos presentes, neste caso, vegetao e solos.

    Conhecendo como a radiao interage com cada feio da superfcie terrestre, e especialmente como elas refletem a radiao incidente, podemos obter informao sobre a superfcie da Terra coletando e analisando as caractersticas da radiao refletida. Por exemplo,

    sabendo-se que a vegetao reflete muito mais radiao do infravermelho prximo do que os solos, pode-se utilizar este conhecimento para distinguir estas duas feies entre si em grandes extenses de terra atravs de dados orbitais.

    Para viabilizar a aplicao das tcnicas de sensoriamento remoto, a radiao refletida deve

    ser coletada e registrada por algum tipo de sistema sensor. Portanto, iremos agora conhecer como as diversas formas de radiao, j discutidas anteriormente, so coletadas pelos satlites e outros equipamentos, a letra D Sensores, da Figura 1.

    SENSORES

    Nos captulos anteriores ns aprendemos alguns dos conceitos fundamentais do SR. Estudou-se os primeiros trs componentes deste processo: a fonte de energia, interao da energia com a atmosfera, e interao da energia com a superfcie (alvos). Neste captulo ser examinado em maior detalhe, as caractersticas de plataformas para o sensoriamento remoto e sensores, assim como, os dados que eles coletam. Para que um sensor possa coletar e registrar a energia refletida ou emitida por um objeto ou superfcie, ele tem que estar instalado em uma plataforma estvel distncia do objeto ou da superfcie que esteja sendo observada. Plataformas de sensores remotos podem estar situadas no solo, em uma aeronave ou balo ou numa plataforma ao redor da Terra (satlite). (Figura 18). Sensores baseados no solo so usados para registrarem freqentemente informao detalhada sobre a superfcie que pode ser comparada com informao coletada a bordo de aeronaves ou sensores a bordo de satlites. Em alguns casos, esta informao de plataformas

    terrestres tem sido usada para caracterizar melhor o objeto que est sendo imageado por outros sensores, em plataformas mais altas, tornando possvel entender melhor a informao na imagem. Sensores podem ser colocados em uma escada de mo, andaime, torres ou colhedeiras de frutas, etc. Plataformas areas so principalmente aeronaves de asas estveis, embora helicpteros sejam ocasionalmente usados. Aeronaves freqentemente coletam dados e imagens muito detalhadas e

    facilitam a obteno de dados virtualmente, em qualquer parte da superfcie da Terra a qualquer hora. No espao, o sensoriamento remoto s vezes utiliza nave espacial ("Space Shuttle") ou, mais

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    comumente, satlites. Satlites so objetos que revolvem ao redor de outro objeto - no caso, da Terra. Por exemplo, a lua um satlite natural, enquanto que satlites artificiais incluem plataformas lanadas para sensoriamento remoto, comunicao, e telemetria (localizao e navegao, como, por exemplo, o Sistema de Posicionamento por Satlite - GPS). Por causa de suas rbitas, satlites permitem cobertura repetitiva da superfcie da Terra em base continuada. Custo freqentemente um fator significativo na escolha das vrias opes de plataforma.

    Figura 18. Diferentes nveis de coleta de dados em SR. O nvel orbital hoje o mais usado, mas os demais nveis so importantes para calibrao dos dados.

    Caractersticas dos Satlites: rbitas e Faixa Coberta no Solo Embora plataformas terrestres e a bordo de aeronaves podem ser usadas, os satlites

    provem a maioria das imagens de sensoriamento remoto usadas hoje. Satlites tm vrias caractersticas especiais que os tornam particularmente teis para o sensoriamento remoto da

    superfcie da Terra. O caminho seguido por um satlite chamado de sua rbita. Satlites so projetados em rbitas especficas para atender s caractersticas e objetivo do(s) sensor(es) que eles levam. A seleo da rbita pode variar em termos de altitude (altura sobre a superfcie da Terra), orientao e rotao em relao Terra. Satlites em altitudes muito altas, que observam a mesma

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    poro da superfcie da Terra continuamente so de rbita geoestacionria. Estes satlites geoestacionrios situam-se em altitudes de aproximadamente 36.000 quilmetros, circundando mesma velocidade da rotao da Terra, assim eles parecem estacionrios, em relao superfcie

    da Terra. Isto permite a esses satlites observarem e coletarem informao continuamente de reas especficas. Satlites de comunicaes e de observao do tempo (satlites de aplicao meteorolgica) tm comumente este tipo de rbita. Devido alta altitude, satlites de rbita geoestacionria podem monitorar o tempo e padres de nuvens de todo um hemisfrio da Terra de

    uma s vez.

    As rbitas de muitas plataformas so projetadas para seguirem uma rbita (basicamente norte-sul) que, junto com a rotao da Terra, (oeste-leste), permitem cobrir a maior parte da superfcie da Terra durante um certo perodo de tempo. Estas rbitas so quase-polares, assim

    denominadas devido inclinao da rbita em relao linha que une os plos Norte e Sul. Muitas destas rbitas de satlite so tambm sol-sncronas o que permite que elas cubram as diversas reas da terra aproximadamente mesma hora local do dia chamada hora solar local. A uma latitude determinada, a posio do sol no cu ser a mesma quando o satlite passar diretamente sobre o

    local (nadir) dentro da mesma estao. Isto assegura iluminao consistente mesmo quando se adquire imagens em uma estao especfica durante anos sucessivos, ou sobre uma rea particular durante uma srie de dias. Este um fator importante para o monitoramento de mudanas entre imagens ou para a mosaicagem de imagens adjacentes uma vez, que elas no tm que ser corrigidas para condies de iluminao diferentes. A maioria das plataformas de satlite em sensoriamento remoto hoje, so em rbitas quase-polares o que indica que os satlites viajam em direo ao norte em um lado da Terra e em direo ao sul na segunda metade de sua rbita. So chamadas de rbitas ascendentes e descendentes, respectivamente. Se a rbita tambm sol-sncrona, a passagem

    ascendente provvel de ficar do lado sombreado da Terra enquanto a passagem descendente do lado iluminado pelo sol. Sensores que registram a energia solar refletida s imageam a superfcie nas passagens descendentes, quando a iluminao solar est disponvel. Sensores ativos que provem a sua prpria iluminao ou sensores passivos que registram radiao emitida (por exemplo, trmica) podem tambm imagear a superfcie em passagens ascendentes. Quando um satlite revolve ao redor da Terra, o sensor "v" uma certa poro da superfcie da Terra.

    A rea imageada na superfcie chamada de "faixa de cobertura da rbita" ("path" ou swath). A faixa de cobertura de imageamento para sensores espaciais (satlites) geralmente varia entre dezenas a centenas de quilmetros de largura. Com o deslocamento das rbitas do satlite ao redor da Terra; de polo a polo, parece que o satlite est se deslocando para o oeste devido ao fato

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    da Terra estar girando (de oeste para leste) embaixo dele. Este movimento aparente permite que a rbita do satlite cubra uma rea nova a cada passagem sucessiva. A rbita do satlite e a rotao da Terra em conjunto permitem completar a cobertura total da superfcie da Terra, depois de um ciclo completo de rbitas. Um ciclo de rbita ser completado quando o satlite repassa seu caminho, passando diretamente em cima do mesmo ponto na superfcie da Terra abaixo do satlite (chamado nadir) por uma segunda vez. A durao exata de um ciclo orbital variar com cada satlite. O intervalo de tempo requerido para um satlite completar seu ciclo de rbita no igual

    ao "perodo de revisita". Sensores direcionveis permitem reduzir o tempo de "revisita". O perodo de revisita uma considerao importante para vrias aplicaes de monitoramento, especialmente quando um imageamento freqente requerido (por exemplo, para monitorar a expanso de um derramamento de leo, ou a extenso de inundao). Em rbitas quase-polares, reas situadas em altas latitudes sero imageadas mais freqentemente que a zona equatorial devido ao aumento da

    sobreposio das faixas de cobertura das rbitas adjacentes uma vez que as rbitas so mais prximas medida que se aproximam dos plos.

    Resoluo Espacial, Tamanho do Pixel, e Escala Para alguns instrumentos de sensoriamento remoto, a distncia entre o objeto a ser

    imageado e a plataforma, tem um papel importante para determinar o nvel de detalhe da informao obtida e a rea total imageada pelo sensor. Sensores a bordo de plataformas distantes dos objetos, tipicamente observam uma rea maior, mas no podem prover grande detalhe dos objetos imageados. O detalhe discernvel em uma imagem dependente da resoluo espacial do sensor e se refere ao menor tamanho de objetos possvel de ser detectado. Resoluo espacial de sensor passivo (ns examinaremos o caso especial de sensor ativo de microondas depois) depende principalmente do Campo Instantneo de Viso deles (IFOV). O IFOV o cone angular de visibilidade do sensor e determina a rea na superfcie da Terra que "vista" a uma determinada altitude em um momento particular. O tamanho da rea vista determinado multiplicando-se o IFOV pela distncia do solo at o sensor. Esta rea no solo chamada de elemento de resoluo e determina a resoluo espacial mxima do sensor. Para um objeto homogneo a ser detectado, seu tamanho geralmente tem que ser igual ou maior que o elemento de resoluo. Se o objeto menor que ele, pode no ser detectvel uma vez que o brilho mdio de todos os objetos no elemento de resoluo o que ser registrado. Porm, objetos menores podem as vezes ser detectveis se a reflectncia deles dominar dentro de um elemento de resoluo particular e nesse caso, pode

    ocorrer a deteco ao nvel de sub-pixel. Pixels de imagem normalmente so quadrados e representam uma certa rea em uma imagem.

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    A palavra pixel derivada do termo em ingls picture element (elemento de foto). Um exemplo comum de pixels pequenos pode ser observado em um monitor de computador ou na tela de televiso. As imagens nestas telas no so slidas, mas sim compostas por milhares de pontos

    muito pequenos chamados pixels, que vistos distncia nos do a impresso de formarem uma imagem slida. importante distinguir entre tamanho do pixel e resoluo espacial - eles no so intercambiveis. Se um sensor tem uma resoluo espacial de 20 metros e uma imagem daquele sensor exibida com resoluo total, i.e., sem degradao da imagem, cada pixel representa uma

    rea de 20m x 20m no solo. Neste caso o tamanho do pixel e a resoluo so o mesmo. Porm, possvel exibir uma imagem com um tamanho de pixel diferente da resoluo. Muitos cartazes ou posters de imagens de satlite da Terra tm o tamanho dos pixels calculados para representar reas maiores, embora a resoluo espacial original do sensor que gerou a imagem permanea a mesma. Imagens em que s objetos grandes so visveis so ditas de resoluo grossa ou baixa. Em imagens de resoluo alta ou fina, podem ser detectados objetos pequenos. Sensores militares, por exemplo, so projetados para "verem" o mximo de detalhe possvel, e tm, portanto, resoluo muito boa. Satlites comerciais provem imagem com resolues que variam de alguns metros a vrios quilmetros (Figura 19). Falando de modo geral, quanto melhor a resoluo, menor a rea de terreno que pode ser vista. A razo entre a distncia em uma imagem ou mapa, para distncia real no terreno chamada Escala. Se voc tivesse um mapa com uma Escala de 1:100.000, um objeto de 1cm de tamanho no mapa seria de fato um objeto de 100.000cm ou de 1km de tamanho no solo. Mapas ou imagens com relaes "mapa-para-solo pequenas" so chamados de pequena escala (por exemplo, 1:100.000), e os com relaes maiores (por exemplo 1:5.000) so chamados de grande escala.

    Resoluo Espectral Resoluo espectral descreve a habilidade de um sensor definir intervalos de comprimento

    de onda estreitos. Quanto melhor a resoluo espectral, mais estreita ser o intervalo de comprimento de onda para um canal particular ou faixa. Filmes branco e preto registram comprimentos de onda que se estendem ao longo de toda a poro visvel do espectro

    eletromagntico. Sua resoluo espectral bastante grossa (ou baixa), os vrios comprimentos de onda, do espectro visvel, no so distinguidos individualmente e a reflectncia mdia (integrada) na poro visvel inteira registrada. Filmes coloridos tambm so sensveis energia refletida da poro visvel do espectro, mas tm resoluo espectral mais alta, uma vez que eles so sensveis

    individualmente energia refletida no azul, verde, e no vermelho do espectro. (Figura 20). Assim, podem representar as diferentes feies de vrias cores com base na reflectncia delas em cada comprimento de onda distinto da luz visvel. Muitos sistemas de sensoriamento remoto registram

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    energia ao longo de intervalos separados de comprimentos de onda com vrias resolues espectrais distintas. Desta forma, so chamados sensores multi-espectrais e sero descritos nas sees seguintes. Atualmente existem sistemas bastante avanados em termos multi-espectrais so

    os chamados sensores hiperespectrais, que cobrem centenas de faixas espectrais muito estreitas ao

    Figura 19. Exemplos de imagens de diferentes resolues espaciais. Quanto melhor a resoluo menor ser a rea coberta. NOAA AVHRR (1,1km), CBERS WFI (260m), Landsat TM (30m), e IKONOS (1m).

    Figura 20. Resoluo espectral. O filme colorido tem uma resoluo espectral trs vezes melhor do que o filme preto e branco. Hoje temos sensores hiperespectrais com centenas de bandas o que aumenta o poder discriminatrio desses sensores.

    Fonte: Tutorial de Sensoriamento Remoto do CCRS (2004).

    NOAA AVHRR (1,1 Km) 27/03/2004 CBERS WFI (260 m)

    Landsat ETM (30m) 27/02/2003

    IKONOS (1m) 13/12/2003

    Esconderijo do ex-presidente Saddan Hussein ao nordeste da cidade de Ad-Dawr (IRAQUE)

    Municpio de Taubat

    Eixo Rio-SP

    Ciclone Catarina

    Ilha Bela

    Mancha urbana So Paulo

    Mancha urbana e Bahia de Guanabara Rio de Janeiro

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    longo do visvel, infravermelho prximo, e pores do infravermelho mdio do espectro eletromagntico. A resoluo espectral alta facilita a discriminao entre objetos diferentes com base nas suas respostas espectrais em cada faixa estreita.

    Resoluo Radiomtrica Enquanto o arranjo de pixels descreve a estrutura de espao de uma imagem, as

    caractersticas radiomtricas descrevem o contedo real de informao em uma imagem. Toda vez

    que uma imagem adquirida por um filme ou por um sensor, sua sensibilidade energia eletromagntica determina a resoluo radiomtrica. A resoluo radiomtrica de um sistema de imageamento descreve sua habilidade em separar diferenas muito pequenas de energia. Quanto melhor a resoluo radiomtrica de um sensor, mais sensvel a pequenas diferenas de energia refletida ou emitida ele ser. A resoluo radiometrica final do sensor aps gerao da imagem

    corresponde ao nmero de bits usados para codificar nmeros em formato binrio. Cada bit registra um expoente da potncia de 2 (por exemplo 1 bit = 21 = 2). O nmero mximo de nveis de brilho (ou de cinza) disponvel depende do nmero de bits usados para representar a energia registrada. Assim, se um sensor usasse 8 bits para registrar os dados, haveria 28 = 256 valores digitais disponveis, variando de 0 a 255. Porm, se s 4 bits fossem usados, ento s 24 = 16 valores variando de 0 a 15 estariam disponveis. Assim, a resoluo radiomtrica seria muito menor. Geralmente so exibidos dados de imagem em um intervalo de tons de cinza, onde o negro representa um nmero digital, de valor igual a 0 e o branco representa o valor mximo (por exemplo, 255 em dados de 8 bits). Comparando uma imagem de 2 bits com uma imagem de 8 bits, ns poderamos ver que h uma grande diferena no nvel de detalhe em funo das suas resolues radiomtricas. (Figura 21).

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    Resoluo = 2 bits = 22 = 4 nveis de cinza Resoluo = 8 bits = 28 = 256 nveis de cinza

    Figura 21. Ilustrao do efeito da resoluo radiomtrica na aparncia dos dados. bvio que enxergamos mais detalhes (mais tons) na imagem de 8 bits ( direita). Fonte: Tutorial de Sensoriamento Remoto do CCRS (2004

    Resoluo Temporal Alm de resoluo espacial, espectral, e radiomtrica, o conceito de resoluo temporal

    tambm importante em um sistema de sensoriamento remoto. O perodo de revisita de um sensor de

    satlite normalmente de vrios dias. Ento, a resoluo temporal absoluta de um sistema de sensoriamento remoto imageador igual ao perodo entre a primeira e a segunda tomada de imagem da mesma rea com o mesmo ngulo. Porm, por causa da sobreposio entre rbitas adjacentes para a maioria dos satlites e devido ao aumento da sobreposio medida que a latitude cresce, algumas reas da Terra so imageadas mais freqentemente. Tambm, alguns sistemas de satlite so capazes de apontar o sensor para imagear a mesma rea entre diferentes passagens do satlite separadas por perodos de um a cinco dias. Assim, a resoluo temporal atual de um sensor depende de uma variedade de fatores, inclusive a capacidade do satlite/sensor, a sobreposio de

    cobertura da rbita, e latitude. A habilidade de se obter imagens da mesma rea da Terra em perodos diferentes de tempo um do mais importantes elementos em aplicaes de dados de sensoriamento remoto. Caractersticas espectrais de feies podem mudar com o passar do tempo e estas mudanas podem ser detectadas obtendo-se e comparando-se imagens multi-temporais. Por exemplo, durante a estao de crescimento, a maioria das espcies vegetais est em um estado

    contnuo de mudana e nossa habilidade para monitorar essas mudanas sutis usando sensoriamento remoto funo de quando e quo freqentemente ns obtemos imagens da rea monitorada. Pelo imageamento em base contnua, em diversos momentos ns somos capazes de

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    monitorar as mudanas que acontecem na superfcie da Terra, sejam elas de natureza natural (como mudanas na cobertura natural da vegetao ou inundao) ou induzidas pelo homem (como desenvolvimento urbano ou desmatamento). O fator tempo para o imageamento importante quando:

    nuvens persistentes limitam a possibilidade de vises claras da superfcie da Terra

    (freqentemente nas regies tropicais); fenmenos de vida curta (inundaes, vazamentos de leo, etc.); quando imageamentos freqentes para comparaes multi-temporais (por exemplo a

    expanso de uma doena de floresta de um ano para o outro); separao entre feies ou alvos similares, quando mudam atravs do tempo, exemplo, trigo

    / milho. Tendo visto os principais parmetros para caracterizao dos sensores, examina-se agora

    alguns sensores principais.

    SATLITES

    Em funo do sistema de coleta de dados os sensores podem ser ativos ou passivos. Os sensores passivos medem a radiao refletida ou emitida por um objeto enquanto que os sensores ativos emitem radiao prpria e medem o retorno dessa radiao aps ser modificada pelos objetos, exemplos so os sistemas de radar, hoje amplamente utilizados em plataformas areas e orbitais. Outro exemplo o LIDAR, a base de laser que tem um potencial enorme para o estudo de ecossistemas terrestres. Nesse curso, trataremos dos principais sensores passivos a bordo de satlites.

    Landsat O primeiro satlite destinado ao estudo dos recursos naturais, denominado Landsat 1, foi

    lanado pelos Estados Unidos em 1972. Este satlite carregava um sensor chamado MSS ou Multispectral Scanner Subsystem. Este sensor possua 4 bandas, sendo uma na regio do verde, outra na regio do vermelho e duas outras bandas no infravermelho prximo. O MSS possua uma resoluo espacial de 80 x 80 m. Atualmente o valor destes dados apenas histrico, de suma

    importncia para estudos de mudanas de longo prazo. O Landsat 4 foi lanado em 1982 e adicionalmente ao MSS, ele carregava ainda outro sensor, ento denominado Thematic Mapper, ou TM. Devido a problemas com os componentes eltricos, o Landsat 4 foi desativado logo aps o lanamento e substitudo pelo Landsat 5. O Landsat 5 tambm levava a bordo o MSS e o TM.

    O Landsat-7 ETM+, lanado em abril de 1999 o stimo de uma srie de satlites para monitoramento e observao da Terra. Este satlite possui as mesmas caractersticas de seus

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    antecessores, mas com algumas inovaes: uma banda pancromtica com resoluo espacial de 15 metros; um canal infravermelho termal com resoluo espacial de 60 metros e uma calibrao radiomtrica absoluta de 5 % on board.

    A plataforma do Landsat-7 ETM+ opera a uma altitude de 705 Km, em rbita quase-polar, sol-sncrona, imageando uma faixa de 185Km com repetio a cada 16 dias. O sensor ativo a bordo o Enhanced Thematic Mapper (ETM+), com 6 bandas pticas (azul, verde, vermelho, Tabelas 1 e 2).

    Figura 22. Faixas espectrais do Landsat sensor ETM+.

    Tabela 1. Faixas espectrais das bandas do sensor TM do Landsat.

    Banda Faixa espectral

    1 0,45 a 0,52 m - azul

    2 0,52 a 0,60 m - verde

    3 0,63 a 0,69 m - vermelho

    4 0,76 a 0,90 m - infravermelho prximo

    5 1,55 a 1,75 m - infravermelho mdio

    6 10,4 a 12,5 m - infravermelho termal

    7 2,08 a 2,35 m - infravermelho distante

    Tabela 2. Caractersticas do ETM+.

    LANDSAT ETM+ RESOLUO NO SOLO 30 m, 60m (termal) e 15m (pan) DIMENSO DE UMA CENA 185 km x 185 km

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    32

    PROPRIEDADES ESPECTRAIS 8 canais espectrais

    Figura 23. Composio colorida de 3 bandas da imagem Landsat 7 ETM+, reamostrada para15 m de resoluo espacial da regio de So Jos dos Campos, SP.

    infravermelho prximo e duas no infravermelho mdio; 0,45-2,35 m), de resoluo espacial de 30 metros, uma outra banda no infravermelho termal 10,4-12,5 m, com 60 metros de resoluo, e

    uma terceira banda pancromtica (0,52-0,90 m) com 15 metros de resoluo. (Figuras 22 e 23,

    Spot O programa francs SPOT j lanou cinco satlites que possuem dois sensores idnticos,

    um ao lado do outro e que podem ser operados independentemente. Com o SPOT possvel a observao estereoscpica de dados atravs da orientao programvel dos sensores, que pode ser usada para produo de cartas topogrficas e modelo digital do terreno. A revisita pode no estar

    restrita a 26 dias do ciclo de revoluo, mas diminui na dependncia da latitude geogrfica e da programao flexvel da visada (Tabelas 3 e 4).

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    33

    Tabela 3. Caractersticas do SPOT.

    SPOT 4 - MULTIESPECTRAL SPOT 4 - PANCROMTICO

    RESOLUO NO SOLO 20 m 10m

    DIMENSO DE UMA CENA 60 Km x 60 Km 60 Km x 60 Km

    PROPRIEDADES ESPECTRAIS 3 canais espectrais visveis + infravermelho 1 canal pancromtico

    Tabela 4. Sensores e suas faixas espectrais do SPOT-1,2,3 e 4.

    Sensores Bandas Espectrais Resoluo Banda-1: 0.50 ~ 0.59 m Verde Banda 2: 0.61 ~ 0.68 m Vermelho Banda 3: 0.79 ~ 0.89 m Infravermelho Prximo

    HRV-XS : Multiespectral 3 bandas no SPOT 1-2-3

    HRVIR-XI : Multiespectral 4 bandas no SPOT-4 Banda 4: 1.58 ~ 1.75 m Infravermelho Mdio

    20m

    HRV-PAN : Pancromtico no SPOT 1-2-3

    HRVIR-M : Monoespectral no SPOT 4

    Banda nica: 0.51 ~ 0.73m Visvel (menos Azul) Dados comprimidos a bordo (DPCM ) Banda nica: 0,61 ~ 0,68 m igual Banda 2 Dados comprimidos a bordo (DPCM )

    10m

    O SPOT-5 lanado em 2003 apresenta um sensor de baixa resoluo espacial e alta resoluo temporal, denominado Vegetation e um sensor com uma banda pacromtica de alta resoluo espacial 2,5m, com faixa larga de cobertura (60km x 60km). Imagens multiespectrais (coloridas) apresentam a resoluo de 5m. A SPOT Image, firma que comercializa os produtos

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    34

    Imagem SPOT de Toulouse, Frana.

    Figura 24. Imagens SPOT com diferentes resolues. ( das imagens da SPOT Image).

    Figura 25. Exemplos de produtos SPOT.

    Imagem SPOT reamostrada para a resoluo de 10m da cidade do Rio de Janeiro, RJ.

    Imagem SPOT 3D gerada a partir de pares estereoscpicos.

    20m 10m

    5m 2,5m

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    35

    SPOT, est atualmente comercializando dados de Modelos Numricos de Terreno (MNT ou DEM) por km2. As Figuras 24 e 25 apresentam diversos produtos SPOT.

    Cbers O satlite CBERS (China Brazil Earth Resources Satellite) fruto da cooperao entre

    Brasil e China. Ele foi lanado em 1999, projetado para cobertura global contendo cmaras para observao ptica e um sistema de coleta de dados ambientais. Ele possui trs tipos de sistemas

    sensores de coleta de dados de sensoriamento remoto para recursos naturais: o sensor CCD, o IR-MSS e o WFI.

    Imageador de Largo Campo de Visada (WFI - Wide Field Imager) O WFI, sensor sob a responsabilidade brasileira, imageia uma faixa de 890 km de largura,

    fornecendo uma viso sintica com resoluo espacial de 260 x 260 m. Em cerca de 5 dias obtm-se uma cobertura completa do globo em duas bandas espectrais centradas em: 0,66m (vermelho) e 0,83m (infravermelho prximo). (Tabela 5 e Figura 26).

    Tabela 5. Caractersticas do ETM+.

    Caractersticas do WFI Bandas Espectrais 0,63 - 0,69 m (vermelho)

    0,77 - 0,89 m (infra-vermelho Campo de visada 60 Resoluo espacial 260 x 260 m Largura da faixa imageada 890 km Resoluo temporal 5 dias

    Figura 26. Imagem CBERS WFI da Represa de Itaipu, PR.

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    Cmara CCD de alta resoluo (CCD - High Resolution CCD Camera) A cmara CCD fornece imagens de uma faixa de 113km de largura, com uma resoluo de

    20m. Esta cmara tem capacidade de orientar seu campo de visada dentro de 32 graus, possibilitando a obteno de imagens estereoscpicas de uma certa regio, similar ao satlite SPOT.

    Alm disso, qualquer fenmeno detectado pelo WFI pode ser focalizado pela Cmara CCD

    atravs do apontamento apropriado de seu campo de visada, no mximo a cada 3 dias. Opera em 5 faixas espectrais incluindo uma faixa pancromtica de 0,51 a 0,73 m. As duas

    faixas espectrais do WFI so tambm empregadas na cmara CCD para permitir a combinao dos dados obtidos pelas duas cmaras. So necessrios 26 dias para uma cobertura completa da Terra com a cmara CCD. (Tabela 6 e Figura 27).

    Tabela 6. Caractersticas do Sensor CCD do CBERS 1 e 2.

    Caractersticas do Instrumento Imageador CCD

    Bandas espectrais

    0,51-0,73m (pan) 0,45-0,52m (azul) 0,52-0,59m (verde) 0,63-0,69m (vermelho) 0,77-0,89m (infravermelho prximo)

    Campo de Visada 8,3 Resoluo espacial 20 x 20 m Largura da faixa imageada 113 km Capacidade de apontamento do espelho 32 Resoluo temporal 26 dias com visada vertical (3 dias com visada lateral)

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    Figura 27. Imagem CCD do CBERS-2 de So Jos dos Campos, SP obtida em 30/01/2004. Ressalta-se parte da represa de Paraibuna a oeste e cavas de areia no municpio de Jacare (manchas escuras ao longo do rio Paraba). Cmara de varredura no infravermelho (IR-MSS - Infrared Multispectral Scanner)

    A cmara de varredura IR-MSS tem 4 faixas espectrais e estende o espectro de observao do CBERS at o infravermelho termal. O IR-MSS produz imagens de uma faixa de 120 km de

    largura com uma resoluo de 80 m (160 m na banda termal) (Tabela 7). Em 26 dias obtm-se uma cobertura completa da Terra que pode ser correlacionada com aquela obtida atravs da cmara CCD.

    Tabela 7. Caractersticas do Sensor IRMSS do CBERS.

    Caractersticas do Instrumento Imageador IRMSS:

    Bandas espectrais 0,50 - 1,10 m (pancromtica) 1,55 - 1,75 m (infravermelho mdio) 2,08 - 2,35 m (infravermelho mdio) 10,40 - 12,50 m (infravermelho termal)

    Campo de Visada 8.8 Resoluo espacial 80 x 80 m (160 x 160 m termal) Largura da faixa imageada 120 km Resoluo temporal 26 dias

    Em outubro de 2003 foi lanado o CBERS-2 com as mesmas caractersticas do CBERS-1,

    porm com imagens de muito melhor qualidade. A inovao mais importante que o CBERS trouxe foi o sistema de distribuio de dados para o Brasil. A disponibilizao gratuita dos dados (http://www.dgi.inpe.br/pedidos_CBERS/licenca-CBERS.htm) aumentou de forma significativa o uso de seus dados e essa atitude tem atrado a ateno mundial dos distribuidores de dados de

    satlites, como uma nova abordagem a ser refletida.

    Outros Satlites Existe uma outra famlia de sensores orbitais que cobrem reas mais extensas da superfcie

    terrestre, mas que possui uma resoluo espacial bem menor, normalmente maior do que 1 km. Estes sensores so denominados sensores globais, ou regionais, e tm rbitas muito mais altas do que as dos satlites discutidos at o momento. Estes sensores so capazes de mapear grandes pores da superfcie terrestre em curtos perodos de tempo, desde 30 minutos at alguns dias. O

    GOES um satlite meteorolgico utilizado para previso climtica, o SeaWiFS usado no monitoramento de oceanos e de ventos martimos e o NOAA AVHRR usado no mapeamento dos recursos naturais em geral.

    Vrios pases, como os Estados Unidos, Canad, Japo, Alemanha, Frana, China, Brasil,

    ndia e Rssia tm ou tero seus prprios sensores orbitais. Estes satlites, coletivamente,

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    permitiro a coleta de dados em novas bandas espectrais, com diversas resolues espaciais e espectrais e, tambm, uma maior freqncia de coleta de dados. Por exemplo, nos Estados Unidos satlites muito pequenos esto sendo construdos para atender a comunidade agrcola no

    monitoramento do crescimento de culturas e na maximizao da produtividade agrcola. O Ikonos foi o primeiro satlite comercial a produzir imagens orbitais com resoluo

    espacial de um metro. Este satlite foi lanado em setembro de 1999 e tornou-se operacional em janeiro de 2000. O desenvolvimento do Ikonos fruto da deciso do governo americano em transferir tecnologia, at ento exclusivamente militar, para a iniciativa privada a partir de 1994.

    O sensor a bordo do Ikonos possui cinco bandas, sendo uma pancromtica, trs no visvel e uma no infravermelho prximo. Sua resoluo espacial de 1m (pancromtica) e 4 m (multiespectral). Sua freqncia de observao varia de acordo com o ngulo de visada, que pode variar entre 60o e 90o, fazendo assim com que sua resoluo temporal varie entre 2 e 3 dias.

    Em funo da sua alta resoluo espacial, existem inmeras aplicaes para dados do Ikonos, que vo desde a gesto do espao geogrfico complexo, at a anlise pontual de ambientes. De forma mais especfica, as imagens produzidas por este satlite podem ser utilizadas para a elaborao de mapas urbanos, cadastro, mapeamento de uso e cobertura do solo em grandes escalas

    e aplicaes integradas com SIGs (por exemplo: redes, telecomunicaes e planejamento). O primeiro satlite comercial de sensoriamento remoto a produzir imagens com resoluo

    espacial abaixo de 1 m o chamado QuickBird. Este satlite foi lanado em outubro de 2001 e gerou suas primeiras imagens no final daquele ano.

    Da mesma forma que o Ikonos, o QuickBird permite inmeras aplicaes, principalmente com relao a trabalhos em reas urbanas, que exigem maior nvel de detalhe. Por exemplo, mapeamento de ruas, mapeamento do uso e cobertura do solo em escalas grandes e aplicaes integradas com SIG. As aplicaes desses satlites de alta resoluo so usados em substituio s

    fotografias areas de mdia escala. Para cadastro de imveis urbanos eles ainda so limitados em termos de resoluo espacial.

    RECEPO, ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIO DOS DADOS Os dados obtidos pelos sensores so em geral transmitidos diretamente para uma estao

    receptora que rastreia o satlite desde que ele aponta no horizonte a partir de 5 de altura. Outras vezes os dados so armazenados no prprio satlite e descarregados quando passam por uma estao receptora terrestre. Esse procedimento passa a ser mais usado medida que gravadores de

    estado slido passam a ser mais confiveis e disponveis. No Brasil, as estaes de recepo de dados de satlites de alta resoluo so operadas pelo INPE e localizam-se em Cuiab, MT, que o

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    centro geodsico da Amrica do Sul, maximizando dessa forma, a rea de cobertura dessas estaes. (Figura 28).

    Uma vez gravados em fitas magnticas de alta densidade de gravao, so gerados quick

    looks para uma avaliao da qualidade dos dados, principalmente percentagem de cobertura de nuvens. Essas fitas so transportadas para a Estao Terrestre de Tratamento de Dados que no caso

    Figura 28. Estao Terrena de Rastreio e Comando de Satlite em Cuiab, estado do Mato Grosso, Brasil. Essas antenas so de grande dimetro e com capacidade de rastreio.

    do Brasil fica nas instalaes do INPE, em Cachoeira Paulista, SP. Nesta estao os dados so calibrados em termos de radiometria (calibrao dos sensores devido diferenas entre os diversos detetores usados em um mesmo sensor e/ou degradao dos mesmos ao longo do tempo). So tambm feitas correes geomtricas do sistema nesses dados com base nos dados de efemrides do satlite e/ou correes adicionais com base em pontos de controle em funo do nvel de correo solicitado. Nessa estao, ento so gerados os produtos para os usurios finais,

    ou seja, os intrpretes e analistas que extraem informaes temticas a partir dos dados originais. Esses produtos so basicamente imagens em papel, em diversas escalas ou disponibilizados na forma digital, atualmente, em CD-ROMs contendo dados no formato Geotiff que j vm com informaes das coordenadas geogrficas dos dados e podem ser lidos por diversos softwares projetados para trabalharem com imagens.

    INTERPRETAO E ANLISE DOS DADOS Interpretao de Imagens

    Nesta seo examinaremos como os dados digitais so convertidos em imagem fotogrfica e como podemos interpretar a imagem gerada.

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    A radiao emitida pelo Sol refletida pela Terra e coletada pelo sensor a bordo do satlite. No sensor, a radiao refletida convertida em um nmero digital ou ND, em funo da intensidade desta reflexo (brilho). Quanto maior for o brilho, ou mais refletiva for uma feio, mais altos sero os valores digitais registrados.

    O sensor Landsat TM, com 8 bits de resoluo radiomtrica, possui valores de NDs compreendidos entre 0 e 255. Um pixel com ND = 240 representa uma reflectncia ou emitncia (no caso da banda termal, banda 6 do TM) muito alta, enquanto um pixel com valor ND =10 representa reflectncia ou emitncia muito baixa.

    Um computador tem a capacidade de analisar estes nmeros e extrair informaes sobre a superfcie terrestre, mas a visualizao da imagem, como se fosse uma fotografia, comumente usada para a anlise visual. De fato, a anlise visual muito importante quando as caractersticas tpicas do objeto que queremos analisar for espacial e no puramente espectral. Em outras palavras quando a forma for mais importante do que a cor ou tonalidade. Para criar uma imagem, um programa de computador deve associar uma escala de nveis de cinza para cada valor de ND em cada pixel. Valores altos de ND recebero tonalidades claras, enquanto valores baixos recebero tonalidades escuras, como mostrado na Figura 29.

    Figura 29. A imagem formada por pixels, que o cruzamento da linha e coluna e tem coordenadas (linha - coluna ou longitude latitude quando a imagem georreferenciada) e um valor de brilho (ND) associado com sua reflectncia ou emitncia. Quanto maior o ND mais claro o pixel. Observar que visualmente no se distingue o ND=59 do ND=61, mas para o computador so totalmente distintos.

    Interpretao visual Existem duas abordagens principais para a interpretao de uma imagem ou fotografia:

    digital e visual. No sensoriamento remoto o procedimento mais comum inclui a integrao destas

    duas formas.

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    A interpretao de uma imagem permite a extrao de informaes sobre os objetos existentes na cena, sem necessidade de se ir ao local. (Figura 30). A viso panormica das imagens cobre uma grande rea e permite melhor visualizao de fenmenos e dos alvos a serem analisados.

    A interpretao visual uma metodologia prtica e mais barata e permite ainda uma anlise temporal do ambiente.

    Figura 30. Interpretao visual de imagens de satlite. Com o overlay (papel transparente) sobreposto imagem, traa-se as principais feies (reas homogneas) que conhecimento da rea podem ser identificadas e rotuladas (e.g. rea desmatada).

    A legenda um dos primeiros passos a serem realizados em funo do objetivo do trabalho e do sensor a ser utilizado. Por exemplo, com o Landsat TM, que possui resoluo de 30m pode-se

    realizar:

    mapeamento e monitoramento dos remanescentes de Mata; avaliao do grau de fragmentao; estudos de expanso urbana;

    anlise dos agentes do desmatamento.

    Com o NOAA AVHRR de resoluo de 4 km, pode-se realizar: mapeamento e monitoramento dos grandes biomas brasileiros (Floresta Tropical, Cerrado e

    Caatinga); avaliao do grau de vigor da vegetao (variao fenolgica sazonal); estudos de expanso urbana em larga escala; processos de antropizao na Amaznia.

    Na interpretao propriamente dita fundamental se rever as caractersticas do sensor utilizado e a resposta espectral dos alvos a serem analisados. A Figura 31 ilustra a resposta da vegetao, gua e solos com a indicao da localizao das bandas do Landsat TM.

    Imagem em papel ou na tela

    do computador

    Overlay de papel vegetal

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    Figura 31. Resposta espectral do solo, vegetao e gua versus as bandas do Landsat TM. Notar que as bandas foram estrategicamente escolhidas para maximizar a distino entre as principais feies terrestres.

    A fotointerpretao pode ser facilitada, se as imagens a serem submetidas anlise visual

    forem previamente processadas de modo a realar aspectos relevantes da cena. o que chamamos de pr-processamento da imagem.

    Numa seqncia lgica, a interpretao de imagens orbitais deve passar pelos seguintes passos:

    Definio do objetivo da interpretao; Definio do nvel de detalhe (regional, local...); Definio da legenda; Escolha do produto a ser utilizado; Definio e adaptao da Legenda em funo do sensor a ser utilizado;

    Obteno da imagem orbital (em papel ou digital). No Brasil, o INPE o grande provedor de dados, embora, hoje vrias empresas esto tambm no mercado. Pode-se encontrar na Internet os contatos;

    Preparao de uma base cartogrfica no overlay (em papel, Figura 30); Registro e contraste da imagem (digital). Fase de pr-processamento que garante que a imagem

    esteja numa projeo cartogrfica conhecida e que tenha coordenadas para localizao das feies no campo. O contraste permite um realce da imagem para ressaltar os alvos de interesse;

    solo

    Vegetao

    gua

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    Ajustar a base imagem em cada quadrante (em papel). A conformao local da imagem com um sistema de projeo funciona melhor para pequenas reas; Ajustar a escala da imagem na tela para a escala de mapeamento definida quando a

    interpretao for diretamente no monitor do computador (delineamento digital). Esta prtica est cada vez mais freqente; Interpretao da cena; Delimitao das feies em um papel vegetal ou diretamente na tela do computador (Figura

    30); Ajuste do overlay na mesa digitalizadora e digitalizao dos polgonos, quando o trabalho for

    feito utilizando papel apenas; Gerao do mapa temtico atravs da designao de uma classe para cada polgono.

    A anlise quantitativa, por sua vez, depende de informaes fornecidas pelo analista. Os

    dois mtodos, portanto, dependem do conhecimento do usurio sobre os objetos pesquisados: seu comportamento espectral, sua fenologia, estrutura, no caso da vegetao, a composio mineralgica e a textura, no caso dos solos e rochas, etc.

    A interpretao visual mais eficiente no reconhecimento de padres de objetos caracterizados por distintos arranjos espaciais.

    Por exemplo, pode-se facilmente distinguir entre uma cidade e um campo preparado para cultivo atravs de interpretao visual de imagens porque o olho humano integra informao de

    forma, textura, contexto, etc. O mesmo no ocorre numa interpretao digital convencional. Uma comparao entre a interpretao visual e a digital pode ser apreciada na Tabela 8.

    Tabela 8. Fotointepretao vs. anlise quantitativa de imagens. Fotointerpretao (analista humano) Anlise Quantitativa (amplamente baseada em

    algoritmos implementados em computadores) A anlise feita em escalas muito grandes em relao ao tamanho do pixel. A anlise feita ao nvel do pixel.

    As estimativas de rea so imprecisas. Estimativas precisas de rea so possveis desde que os pixels estejam classificados corretamente. Limitada a anlise simultnea de apenas trs faixas espectrais.

    Permite analisar simultaneamente tantas faixas espectrais quantas existirem nos dados originais.

    Permite a distino de um nmero limitado de nveis de brilho ou nveis de cinza (no mximo 16).

    Permite fazer a anlise quantitativa de diferentes ranges de nveis digitais (imagens de 8 bits, 16 bits e 32 bits).

    Permite a extrao de informao espacial para ser utilizada de modo qualitativo.

    Existem poucos algoritmos operacionais que permitam a extrao de informaes espaciais.

    Permite fcil determinao de formas. Determinao de forma envolve operaes complexas e nem sempre bem sucedidas.

    Fonte: Richards (1993).

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    A fase final do processo de interpretao visual a avaliao da preciso de classificao. Para isto, pode-se, por exemplo, identificar uma srie de pontos a serem visitados no campo para confirmar ou refutar a interpretao, ou pode-se ainda, utilizar dados a partir de mapas de referncia

    ou de outros sensores.

    A interpretao propriamente dita, baseada em caractersticas das imagens que podem ser descritas conforme a Tabela 9.

    Tabela 9. Caractersticas das imagens no processo de fotointerpretao. Caractersticas da

    Imagem Definio

    Tonalidade/Cor

    Representa o registro da radiao que foi refletida ou emitida pelos objetos da superfcie. Tonalidades claras esto associadas a rea de elevada radincia, emitncia ou retro-espalhamento em imagens de sensores ticos, termais e ativos de microondas, respectivamente. Tonalidades escuras indicam reas de reas de baixa radincia ou emitncia em imagens ticas e termais, e reas de sombra ou de reflexo especular em sensores ativos de microondas. As cores mais claras e mais escuras, e suas combinaes so derivadas da combinao de tonalidade das bandas individuais.

    Textura

    A textura de imagem representa a freqncia de mudanas tonais por unidade de rea dentro de uma dada regio. A textura da imagem depende da resoluo espacial do sistema, do processo de imageamento e da escala da imagem utilizada. O significado da textura tambm varia com o tipo de imagem utilizada.

    Padro O padro define o arranho espacial dos objetos na cena. O significado do padro tambm depende do tipo de imagens analisadas, de sua escala e sua resoluo espacial. Um exemplo de padro regular um pomar ou um conjunto de casas de um bairro planejado.

    Localizao

    A localizao representa a posio relativa do objeto ou feio dentro da cena. Muitas vezes, em imagens TM-Landsat no se pode identificar diretamente o rio, mas pela localizao da mata galeria, e levando em conta o conhecimento de que esta acompanha o curso do rio, este pode ser mapeado, indiretamente.

    Forma

    Forma refere-se aos contornos que as feies assumem em uma imagem ou fotografia e pode ser utilizada para descrever a natureza do objeto. Por exemplo, rios, estradas e campos agrcolas tm formas distintas e podem ser facilmente distinguidos uns dos outros. Representa a configurao espacial do objeto. Esta forma pode ser observada em duas dimenses em imagens que no possuem o atributo de estereoscopia, ou em trs dimenses em imagens estereoscpicas (viso tri-dimensional).

    Sombra

    A sombra dos objetos pode ser utilizada como fonte de informao sobre limites de unidades geolgicas, dimenses relativas de escarpas ou rvores. O significado das sombras tambm afetado pelo tipo de sensor utilizado, pela resoluo espacial do sensor, pela escala da imagem e pela posio do Sol. especialmente importante quando se trabalha em reas montanhosas, uma vez que dever ocorrer um grande nmero de pixels sombreados ao longo da imagem.

    Tamanho O tamanho dos objetos funo da resoluo do sistema e da escala das imagens. O tamanho do objeto pode ajudar em sua identificao.

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    (Adaptado de Curran (1985).

    Figura 32. Caractersticas ou parmetros associados fotointerpretao ou interpretao visual de imagens.

    A Figura 32 apresenta imagens que correspondem s caractersticas descritas na Tabela 9.

    Uma forma simplificada de se interpretar dados atravs da construo de uma chave de interpretao. A Figura 33 sugere a estrutura de uma chave de interpretao utilizada para avaliar os impactos do incndio florestal de Roraima a partir de imagens videogrficas.

    Este um exemplo de uma chave bastante genrica. Quanto mais especfica for a chave, menos subjetiva se torna a interpretao das informaes. Observe que o significado das cores dependente do produto utilizado e da combinao de filtros utilizada. Esta chave no tem validade geral, colocada aqui somente para ilustrar como usar sistematicamente os diversos parmetros da

    fotointerpretao.

    Composio colorida A anlise visual de imagens em bandas individuais muito trabalhosa. Portanto, uma forma

    de examinar imagens de satlite atravs da combinao de bandas individuais das imagens em

    Tonalidade Textura Forma

    Padro Sombra/Tamanho Associao

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    Floresta

    Textura RugosaCor verde

    Textura rugosaCor magenta

    Alta freqncia de copas de rvores

    cor magenta

    Ausncia de copas de rvores cor

    magenta

    Copas no carbonizadas

    Copas esub-bosque

    carbonizados

    Floresta sujeita a fogo de superfcie

    Floresta intacta Floresta carbonizada Floresta sujeita aqueima de subbosque

    Figura 33. Exemplo de uma chave de interpretao para o mapeamento de reas sujeitas a diferentes tipos de danos causados pelo incndio florestal de Roraima de 1998.

    composies de bandas, corriqueiramente denominadas composies coloridas. Este tipo de

    imagem permite realar as feies atravs das cores. Combinando trs bandas de dados em uma nica imagem, a composio colorida contm

    mais informao sobre as feies terrestres do que uma nica imagem de uma nica banda. Ela torna o trabalho de interpretao mais fcil porque o olho humano pode distinguir melhor cores do

    que tonalidades de cinza. A Figura 34 uma composio colorida de uma imagem CBERS da regio do Vale do Paraba, mostrando as reas urbanas na cor magenta. A vegetao densa mostrada em tonalidades de verde escuro, enquanto reas de pastagem aparecem em verde claro.

    Os monitores de computador utilizam trs canhes coloridos, um azul, um verde e outro vermelho. Estes canhes pintam a tela com diferentes intensidades de azul, verde e vermelho, de

    acordo com o brilho de cada pixel para produzir as imagens que vemos. Como os monitores tm somente trs canhes de cores, ns somente podemos combinar trs bandas espectrais de cada vez para fazer as composies coloridas. Entretanto, podemos usar qualquer banda espectral e associar com qualquer canho do monitor do computador e observar que cada combinao ir ressaltar

    certas feies da superfcie. Usando-se comprimentos de onda do infravermelho possvel se obter informao que no se poderia perceber com nossos olhos.

    Interpretao Digital de Imagens A interpretao de dados de sensoriamento remoto, atravs do uso de computadores, requer

    o conhecimento dos padres da radiao refletida e emitida pelas vrias feies da superfcie

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    Figura 34. Composio colorida da imagem CBERS-2, obtida em 30/01/2004 das bandas do sensor CCD-2, bandas 2 (faixa espectral do verde) exibida na cor azul; 3 (faixa espectral do vermelho) exibida na cor vermelha; e, 4 (faixa do infravermelho prximo) exibida na cor verde. Todas as bandas sofreram um realce de contraste.

    terrestre. Como j vimos, diferentes feies apresentam diferentes padres de refletncia e emitncia. A forma como a energia refletida em cada banda forma um padro chamado de

    resposta espectral. Os sistemas computacionais de processamento de imagem auxiliam na tarefa de analisar as imagens e identificar as diferenas em reflectncia e, dessa forma, permitir a identificao das feies terrestres.

    Programas computacionais apropriados facilitam em muito a identificao e anlise de

    sries complexas de dados espectrais, em muitos casos de regies vastas e complexas. (Figura 35).

    Figura 35. A interpretao digital ou classificao de imagens requer o uso de um computador com pacotes de software especialmente desenvolvidos para anlise de imagens.

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    O principal software que usamos para analisar imagens no Brasil o SPRING Sistema de Processamento de Imagens Georreferenciadas, desenvolvido pelo INPE (Cmara et al., 1996). Os dados (imagens) entram principalmente atravs de um CD-ROM e saem na forma de um mapa temtico correspondente imagem classificada. Temos tambm um sistema bastante flexvel para anlise de imagens disponibilizado de forma gratuita pela Internet que o MultiSpec (http://dynamo.ecn.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/).

    O SPRING ou outro sistema qualquer de anlise de imagem envolve vrias fases de pr-processamento como o realce das imagens para anlise prvia da imagem para seleo de amostras, transformaes envolvendo filtragem ou correes da imagem, registro da imagem, i.e. tornar a imagem conforme a uma projeo cartogrfica definida, etc. A fase final ser a classificao propriamente dita e gerao do mapa temtico.

    Existem diversos algoritmos para classificao de imagens. Uma distino importante se o classificador analisa pixels individuais da imagem nas diversas bandas ou analisa regies. Classificadores por regies so mais recentes e mais promissores, pois imitam de certa forma, a anlise humana. Outra distino importante se o classificador supervisionado ou no-

    supervisionado. No primeiro caso o analista tem conhecimento prvio da rea e instrui o computador atravs de amostras de treinamento como cada classe se comporta espectralmente e o classificador classifica o restante da imagem com base no que ele aprendeu com o analista. No caso do no-supervisionado, o computador separa a imagem em classes espectrais distintas, por

    conta prpria, atravs de um algoritmo de agrupamento, e, posteriormente, o analista decide a qual classe informacional pertence cada classe espectral que o computador identificou. O analista pode controlar o nmero de classes que deseja e qual a regra e nmero de iteraes que ele deseja do classificador. Existem ainda, regras de deciso usadas em diversos classificadores que podem ser

    probabilsticas ou determinsticas. Ou seja, voc instrui o computador e solicita a ele que classifique os pixels de uma imagem que sejam exatamente iguais s amostras de treinamento (determinstico) ou que ele classifique os pixels que sejam mais provveis de pertencerem a uma determinada classe de treinamento, mas no necessariamente iguais s reas de treinamento. A

    Figura 36 ilustra a regra de deciso de um classificador probabilstico mais tradicionalmente utilizado em SR, conhecido como classificador de mxima verossimilhana ou simplesmente MAXVER.

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    Figura 36. Ilustrao da regra de deciso do MAXVER. As classes A e B tm distribuio gaussiana (curvas normais). O ponto d pertence classe B (maior probabilidade, o ponto c poder pertencer a qualquer uma das classes e, embora, o ponto e tenha maior probabilidade de pertencer classe B do que a A, a probabilidade to pequena que melhor classificar o ponto e como no pertencente a nenhuma das classes.

    Com o aparecimento das imagens de alta resoluo (e.g. SPOT, IKONOS, etc.) vrios novos algoritmos de classificao tm sido desenvolvidos usando inteligncia artificial, classificadores neurais, regras de deciso fuzzy, entre outros.

    Aps a classificao gerado um mapa temtico, ou seja, o resultado da classificao que no SPRING gerado pelo mdulo SCARTA, esse deve normalmente, ser integrado com diversos outros dados para ampliar ou adicionar valor interpretativo a essa informao. Essa etapa entra ento, nos conceitos de Geoprocessamento ou Sistemas de Informaes Geogrficas (SIG), conforme ilustrado na Figura 37.

    Figura 37. Integrao de dados atravs de SIG. O SPRING tambm tem essa funo e trata tanto dados vetoriais quanto matriciais.

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    COMENTRIOS FINAIS

    A leitura desta apostila deve ser complementada com exerccios de aula, medida que o

    curso vai sendo desenvolvido e complementada tambm com leituras adicionais, especialmente com o CD-ROM educacional em Sensoriamento Remoto: Aplicaes para a Preservao, Conservao e Desenvolvimento Sustentvel da Amaznia, do INPE (http://www.dsr.inpe.br/cdrom/). Assim como, podero ser consultadas no site http://www.agro.unitau.br/sensor_remoto/ vrias outras apostilas, publicaes e referncias bibliogrficas complementares.

    CITAO Batista, G. T.; Dias, N. W. Introduo ao sensoriamento remoto e processamento de imagens. So Jos dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2005-04-02. (INPE ePrint sid.inpe.br/ePrint@80/2005/04.01.14.06).

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    APNDICES

    Conceito de Processamento Digital

    O pr-processamento de imagens antecede normalmente interpretao dos dados. O mais freqentemente usado o esticamento de contraste (Figura A1). Como os satlites so normalmente projetados para imagearem o globo terrestre inteiro (desertos, oceanos, gelo, neve, florestas, etc.) para uma rea especifica normalmente tem-se que fazer um esticamento de contraste para a imagem ficar visvel.

    Figura A1. Pr-Processamento: Esticamento de contraste.

    O que ocorre no esticamento de contraste uma mudana (linear no caso) dos valores (ND) menores e maiores que aparecem na cena especfica e proporcionalmente nos demais pixels, conforme Figura A2.

    Figura A2. Contraste Linear.

    Outras transformaes da imagem original comuns no preprocessamento envolvem a Equalizao de Histogramas, eliminao de Striping (rudo na imagem devido a diferenas de resposta dos detetores no sensor), ou perda de linhas.

    Registro de Imagens

    O registro envolve a transformao geomtrica de uma imagem para se conformar a uma outra imagem da mesma cen