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Perguntas & Respostas sobre Sensoriamento Remoto, Cartografia e Geoprocessamento, 2003

Disciplina de Fotointerpretação Departamento de Ciências Agrárias / Universidade de Taubaté

1 O que é Sensoriamento Remoto?

Sensor = equipamento capaz de detectar sinais; vem de “sentir”. Remoto = longínquo, distante.

Portanto, sensoriamento remoto é a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos da superfície terrestre, utilizando sensores, sem que haja contato direto entre eles, ou seja, à distância.

2 Que informação os sensores detectam? A informação que os sensores detectam é a energia ou radiação eletromagnética emitida, refletida ou transmitida pelos objetos.

3 De onde vem esta radiação eletromagnética? Toda matéria a uma temperatura superior a zero absoluto (0K ou -2730 C) emite radiação eletromagnética, como resultado de suas oscilações atômicas e moleculares. Porém, o principal corpo emissor de radiação eletromagnética é o Sol. Após incidir sobre a superfície terrestre, a radiação emitida pelo Sol poderá ser absorvida, refletida ou transmitida. Quando refletida ou transmitida, pode ser imediatamente detectada pelos sensores. Quando absorvida, a energia geralmente é reemitida em diferentes comprimentos de onda e só então detectada pelos sensores. Os processos de emissão, absorção, reflexão e transmissão serão detalhados mais adiante.

4 Como os sensores funcionam?

A radiação eletromagnética detectada pelos sensores é convertida em um sinal passível de ser registrado e é apresentado de forma adequada à extração de informações (valores ou imagens).

5 O que é radiação eletromagnética? Radiação é aquilo que irradia, que sai em raios de algum lugar. A radiação eletromagnética é a transmissão de energia produzida pela aceleração de uma carga elétrica em um campo magnético. Por se propagar de forma ondulatória, também é chamada de onda eletromagnética. Porém, a absorção e a emissão da radiação eletromagnética pela matéria dá-se na forma de quanta (plural de quantum; "pacote" em grego) de energia. Esta é a dualidade onda-partícula que caracteriza a radiação eletromagnética, ora contínua, ora discreta. Assim, a

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Disciplina de Fotointerpretação Departamento de Ciências Agrárias / Universidade de Taubaté radiação eletromagnética é constituída de um campo elétrico e um campo magnético, perpendiculares entre si e que oscilam perpendicularmente à direção de propagação da onda (figura abaixo), onde em vermelho (eixo Y) tem- se o campo elétrico; em azul (eixo Z), o campo magnético e no eixo X, a direção de propagação da onda.

A energia eletromagnética é caracterizada pelo seu comprimento de onda (λλλλ) e pela sua freqüência (f). A velocidade de propagação da radiação eletromagnética (c) num dado meio é sempre constante, atingindo seu valor máximo no vácuo (cerca de 300.0 km/s (ou 3 x 108 m/s) = velocidade da luz). O número de ondas que passa por um ponto do espaço num determinado tempo define a freqüência (f) da radiação. O comprimento de onda é inversamente proporcional à freqüência para uma determinada velocidade fixa, de forma que ao diminuirmos o comprimento de onda, aumenta-se o número de ondas que passam num determinado ponto:

λλλλ = c / f ou c = λλλλ x f

A radiação eletromagnética pode ser representada por uma escala crescente de comprimento de onda e decrescente de freqüência, chamada espectro eletromagnético.

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O espectro da radiação eletromagnética engloba a luz visível, os raios gama, as ondas de rádio, as microondas, os raios x, ultravioleta e infravermelho. Esses nomes indicam regiões do espectro, utilizadas para fins didáticos e práticos, pois o espectro é contínuo e não há diferenças abruptas entre as formas de radiação e todas constituem o mesmo fenômeno físico. Todas se irradiam pelo espaço com a mesma velocidade (300.0 mil km/s). As diferenças estão no comprimento das ondas e na freqüência da radiação, que fazem com que tenham diferentes características, como o poder de penetração dos raios X ou o aquecimento do infravermelho. Uma fonte de radiação, como o Sol, pode emitir luz dentro de um espectro variado. Por exemplo, decompondo-se a luz solar com um prisma é possível ver um espectro de cores, como as do arco- íris. Outras são invisíveis ao olho humano, mas detectáveis por instrumentos. Vale a pena observar na figura acima como é pequena a faixa espectral do visível em relação ao espectro eletromagnético. Este fato reforça a importância do Sensoriamento Remoto pela capacidade dessa técnica ampliar a detecção para outras faixas espectrais além do visível.

As principais faixas do espectro eletromagnético são descritas a seguir:

Ondas de rádio: Foram descobertas em 1887 por Heinrich Hertz, que conseguiu gerar e detectar ondas de 1 metro de comprimento. Possuem as mais baixas freqüências (até 109 Hz) e grandes comprimentos de onda, que vão de 30 cm até muitos quilômetros. São utilizadas para comunicação a longa distância, emissão de rádio e televisão e radares de velocidade.

Microondas: Localizam-se entre 1mm a 30cm (λ) ou entre 3x109 a 3x1011Hz (f). Dado que o comprimento de onda capaz de penetrar a atmosfera terrestre varia de 1cm a 30m, as microondas são interessantes para radio astronomia e para comunicação com veículos espaciais. Outras aplicações são os eletrodomésticos, orientação de aeronaves, estudos sobre origem do universo, entre outros. Feixes de radiação eletromagnética altamente concentrados podem ser gerados, criando os chamados radares.

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Infravermelho: Foi detectado a primeira vez por William Herschel em 1800. Qualquer corpo com temperatura acima do zero absoluto (0K ou -2730 C) emite radiação infravermelha e a maioria das substâncias absorve facilmente a radiação infravermelha, criando um efeito de aquecimento. Assim, qualquer aparelho que reaja a alterações de temperatura pode medir radiação infravermelha. Estende-se de 3x1011 a 4x1014Hz. Informalmente, é subdividido em 3 regiões: próximo (0,78 a 1,1µm), médio (2,5 a 5,0 µm) e distante (5,0 µm a 1mm). Grande importância para o Sensoriamento Remoto por fornecer informações a respeito da vegetação. É utilizado em controles remotos, em algumas câmeras fotográficas e em tratamentos fisioterapêuticos.

Visível: Foi Newton quem descobriu que a luz branca é constituída por todas as cores do espectro e que o prisma não altera a luz branca, mas sim a dispersa nas suas cores constituintes. O sensor humano (olho-cérebro) é sensível apenas a esta região do espectro, não sendo capaz de detectar as demais. Pequena variação de comprimento de onda (0,38µm para o violeta até

0,78 µm para o vermelho). Em termos de freqüência, vai de 384x1012 até

769x1012Hz. Importante para o Sensoriamento Remoto, pois imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam excelente correlação com a experiência visual do intérprete.

Ultravioleta: Descoberto por Johann Wilhelm Ritter no início do século 19. Possui efeito nocivo à pele humana, porém é absorvido pela camada de ozônio da atmosfera. O olho humano não consegue percebê-lo, no entanto alguns insetos e aves sim. Engloba extensa faixa do espectro (de 10 nm a 0,38 µm).

Algumas substâncias, chamadas fluorescentes e fosforescentes, sujeitas à radiação ultravioleta emitem luz visível. Os vaga-lumes e alguns relógios

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Disciplina de Fotointerpretação Departamento de Ciências Agrárias / Universidade de Taubaté digitais possuem estas substâncias. Utilidade como bactericida pela grande atividade química e na detecção de minerais por luminescência.

Raios X: Descobertos por William Roentgen em 1895, teve grande impacto pelas suas propriedades. Localiza-se na faixa de 10nm a 1Ao (1Ao = 10-10m) e de 2,4x1016 a 5x1019Hz. São gerados pela rápida desaceleração ou freada de elétrons em alta velocidade. Pelo seu alto poder penetrante, são utilizados no exame de ossos e dentes, na inspeção de bagagens em aeroportos, na detecção de pequenos defeitos metalúrgicos e na datação de documentos antigos.

Raios GAMA: É a radiação eletromagnética mais penetrante e mais energética devido aos menores comprimentos de onda (abaixo de 1Ao = 1x10-10m). Seu comprimento de onda é tão pequeno que se torna muito difícil estudar seu comportamento ondulatório. A radiação gama provém de núcleos atômicos. Esta faixa de radiação é utilizada em tratamentos contra câncer por destruir as células malignas. O problema é que destrói também, indiscriminadamente, as células sãs. Este é o perigo que constitui os raios gama e por isso o poder de destruição da bomba nuclear lançada em Nagasaki em 1945. Não existe, em princípio, limite superior para a freqüência das radiações gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de freqüência para a radiação conhecida como raios cósmicos.

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6 Quais tipos de sensores existem? Os sensores podem ser classificados em função da fonte de energia ou em função do tipo de produto que produzem.

Em função da fonte de energia:

Passivos: Não possuem fonte própria de radiação, detectando apenas a radiação solar refletida, emitida ou transmitida pelos objetos da superfície.

Dependem, portanto, de uma fonte de radiação externa (geralmente, o Sol) para que possam operar.

Ex.: Sistemas fotográficos (sem flash como é o caso das câmeras aerofotogramétricas).

Ativos: São aqueles que produzem sua própria radiação eletromagnética, emitindo-a e depois registrando a resposta que retorna após interação com o alvo. Trabalham em faixas restritas do espectro (microondas). Ex.: Radares e Lidares (laser).

Em função do tipo de produto:

Não imageadores: Não geram imagem da superfície sensoriada, mas sim gráficos ou dígitos, que são transferidos para um computador acoplado. São essenciais para aquisição de informações precisas sobre o comportamento espectral dos objetos. Operados manualmente, são utilizados em terra, embarcados ou aerotransportados. Ex.: Radiômetros

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Imageadores: Obtém-se uma imagem da superfície observada como resultado. Fornecem informações sobre a variação espacial da resposta espectral da superfície observada. Programados para funcionar automaticamente por um longo tempo. Geralmente estão a bordo de aeronaves ou satélites. Ex.: CBERS, Landsat, etc.

Os sistemas imageadores podem ser divididos em:

Sistema de quadro ("framing systems"): adquirem a imagem da cena em sua totalidade, num mesmo instante.

Ex.: sensor RBV do Landsat ou câmeras aerofotográficas.

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