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INPE-8984-PUD/62

CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO

Elisabete Caria de Moraes

São José dos Campos 2002

DSR/INPE E.C.MORAES 1-1

F U N D A M E N T O SD E
S E N S O R I A M E N T OR E M O T O

C A P Í T U L O 1

E l i s a b e t e C a r i a d e M o r a e s 1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE

1 e.mail : bete@ltid.inpe.br

DSR/INPE E.C.MORAES 1-2 DSR/INPE E.C.MORAES 1-2

DSR/INPE E.C.MORAES 1-3

LISTA DE FIGURAS1-5
1. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO1-7
1.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA1-7
1.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO1-9
1.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICA1-12
1.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS NATURAIS1-15
1.5 SISTEMA SENSOR1-18
1.6 NÍVEIS DE COLETAS DE DADOS1-21

ÍNDICE 2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 1-2

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DSR/INPE E.C.MORAES 1-5

1 – COMPRIMENTOS DE ONDA1-8
2 – O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO1-10
ATMOSFERA ......................................................................................... 1-13
4 – TRANSMITÂNCIA ESPECTRAL DA ATMOSFERA1-14

3 – CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL DA ENERGIA SOLAR NA

5 – INTERAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA COM O OBJETO 1-16 6 – NIVEIS DE COLETAS DE DADOS ........................................................ 1-21

DSR/INPE E.C.MORAES 1-6 DSR/INPE E.C.MORAES 1-6

DSR/INPE E.C.MORAES 1-7

1. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO

O Sensoriamento Remoto pode ser entendido como um conjunto de atividades que permite a obtenção de informações dos objetos que compõem a superfície terrestre sem a necessidade de contato direto com os mesmos. Estas atividades envolvem a detecção, aquisição e análise (interpretação e extração de informações) da energia eletromagnética emitida ou refletida pelos objetos terrestres e registradas por sensores remotos. A energia eletromagnética utilizada na obtenção dos dados por sensoriamento remoto é também denominada de radiação eletromagnética.

A quantidade e qualidade da energia eletromagnética refletida e emitida pelos objetos terrestres resulta das interações entre a energia eletromagnética e estes objetos. Essas interações são determinadas pelas propriedades físicoquímicas e biológicas desses objetos e podem ser identificadas nas imagens e nos dados de sensores remotos. Portanto, a energia eletromagnética refletida e emitida pelos objetos terrestres é a base de dados para todo o processo de sua identificação, pois ela permite quantificar a energia espectral refletida e/ou emitida por estes, e assim avaliar suas principais características. Logo os sensores remotos são ferramentas indispensáveis para a realização de inventários, de mapeamento e de monitoramento de recursos naturais.

1.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA.

A energia eletromagnética é emitida por qualquer corpo que possua temperatura acima de zero grau absoluto (0 Kelvin). Desta maneira, todo corpo com uma temperatura absoluta acima de zero pode ser considerado como uma fonte de energia eletromagnética.

O Sol e a Terra são as duas principais fontes naturais de energia eletromagnética utilizadas no sensoriamento remoto da superfície terrestre. A energia eletromagnética não precisa de um meio material para se propagar,

DSR/INPE E.C.MORAES 1-8 sendo definida como uma energia que se move na forma de ondas eletromagnéticas à velocidade da luz (sKmc000.300=, onde ”c” é a velocidade da luz.).

A distância entre dois pontos semelhantes, como mostra a Figura 1, define o comprimento de onda e, o número de ondas que passa por um ponto do espaço num determinado intervalo de tempo, define a freqüência da radiação eletromagnética.

Fig. 1 – Comprimento de onda

Dado que a velocidade de propagação das ondas eletromagnética é diretamente proporcional à sua freqüência e comprimento de onda, esta pode ser expressa por:

λ⋅=fc(1)

onde: c = velocidade da luz (m/s) f = freqüência (ciclo/s ou Hz) λ = comprimento de onda (m)

A quantidade de energia (Q) emitida, transferida ou recebida na forma de energia eletromagnética, está associada a cada comprimento de onda ou freqüência e é definida por:

λhfhQ=⋅= (2)

DSR/INPE E.C.MORAES 1-9 onde h é a constante de Planck (6,625 10-34 joule segundo (J.s)) e a unidade que quantifica esta energia é dada em Joule (J). Através desta equação verifica-se que quanto maior a quantidade de energia maior será a freqüência ou menor será o comprimento de onda a ela associada e vice-versa.

Devido a ordem de grandeza destas variáveis é comum utilizar unidades submúltiplas do metro (micrometro: 1 µm = 10-6 m, nanometro: 1 nm = 10-9 m) para comprimento de onda e múltiplas do Hertz (quilohertz: 1 kHz = 103 Hz, megahertz: 1 mHz = 106 Hz) para freqüência.

1.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

A energia eletromagnética pode ser ordenada de maneira contínua em função de seu comprimento de onda ou de sua freqüência, sendo esta disposição denominada de espectro eletromagnético. Este apresenta subdivisões de acordo com as características de cada região. Cada subdivisão é função do tipo de processo físico que dá origem a energia eletromagnética, do tipo de interação que ocorre entre a radiação e o objeto sobre o qual esta incide, e da transparência da atmosfera em relação à radiação eletromagnética. O espectro eletromagnético se estende desde comprimentos de onda muito curtos associados aos raios cósmicos, até as ondas de rádio de baixa freqüência e grandes comprimentos de onda, como mostra a Figura 2.

A medida que se avança para a direita do espectro eletromagnético as ondas apresentam maiores comprimentos de onda e menores freqüências. A faixa espectral mais utilizada em sensoriamento remoto estende-se de 0,3 µm a

15 µm, embora a faixa de microondas também é utilizada.

Nuvem

DSR/INPE E.C.MORAES 1-10

Fig. 2 - O espectro eletromagnético.

Podem-se observar na Figura 2 a existência das seguintes regiões:

Radiação Gama: é emitida por materiais radioativo e, por ser muito penetrante (alta energia), tem aplicações em medicina (radioterapia) e em processos industriais (radiografia industrial).

Raio X: é produzido através do freamento de elétrons de grande energia eletromagnética. Seu médio poder de penetração o torna adequado para uso médico (raio X) e industrial (técnicas de controle industrial).

Ultravioleta (UV): é produzida em grande quantidade pelo Sol, sendo emitida na faixa de 0,003 µm até aproximadamente 0,38µm. Seu poder de penetração a torna nociva aos seres vivos, porém esta energia eletromagnética é praticamente toda absorvida pela camada de ozônio atmosférico.

Visível (LUZ): é o conjunto de radiações eletromagnéticas que podem ser detectadas pelo sistema visual humano. A sensação de cor que é produzida pela luz está associada a diferentes comprimentos de ondas. As cores estão associadas aos seguintes intervalos espectrais.

DSR/INPE E.C.MORAES 1-1 violeta: 0,38 a 0,45 µm azul: 0,45 a 0,49 µm verde: 0,49 a 0,58 µm amarelo: 0,58 a 0,6 µm laranja: 0,6 a 0,62 µm vermelho: 0,62 a 0,70 µm

Infravermelho (IV): é a região do espectro que se estende de 0,7 a 1000 µm e costuma ser dividida em três sub-regiões:

IV próximo: 0,7 a 1,3 µm IV médio: 1,3 a 6 µm IV distante: 6 a 1000 µm

A energia eletromagnética no intervalo espectral correspondente ao infravermelho próximo é encontrada no fluxo solar ou mesmo em fontes convencionais de iluminação (lâmpadas incandescentes), enquanto as energias eletromagnéticas correspondentes ao intervalo espectral do infravermelho médio e distante (também denominadas de radiação termal) são provenientes da emissão eletromagnética de objetos terrestres.

Microondas: são radiações eletromagnéticas produzidas por sistemas eletrônicos (osciladores) e se estendem pela região do espectro de 1mm até cerca de 1m, o que corresponde ao intervalo de freqüência de 300GHz a 300MHz. Os feixes de microondas são emitidos e detectados pelos sistemas de radar (radio detection and ranging).

Radio: é o conjunto de energias de freqüência menor que 300MHz (comprimento de onda maior que 1m). Estas ondas são utilizadas principalmente em telecomunicações e radiodifusão.

Algumas regiões do espectro eletromagnético têm denominações que indicam alguma propriedade especial, como por exemplo:

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