Sensoriamento remoto: descubra sobre essa tecnologia!

Você certamente já ouviu falar em Sensoriamento Remoto (SR) e provavelmente já precisou de alguma informação gerada por esse conjunto de tecnologias no dia de hoje.

Desde a previsão do tempo para os próximos dias até o levantamento de recursos naturais ou previsão de doenças em plantas, o SR tem se tornado parte do dia-a-dia de todos.

Aqui, vamos abordar um pouco sobre o que é, como surgiu e como funciona o sensoriamento remoto.

O que é sensoriamento remoto? 

O termo Sensoriamento Remoto abrange toda a tecnologia usada para obter,  registrar, processar e analisar imagens e outros dados da superfície terrestre. Para tanto, são utilizados sensores remotos, isto é, distantes dos objetos na superfície terrestre, que captam e registram a energia refletida ou emitida pela superfície.

Normalmente os sistemas sensores estão instalados em plataformas terrestres, aéreas (balões e aeronaves) e orbitais (satélites artificiais).

Os sistemas sensores captam e registram a radiação eletromagnética (REM) que será posteriormente analisada e interpretada.

Nos dias de hoje, com o avanço das tecnologias empregadas, é possível obter imagens de altíssima resolução espectral e espacial.

Dessa forma, é possível utilizar o SR para levantamento de recursos naturais e mapeamentos temáticos, monitoramento ambiental, detecção de desastres naturais, desmatamentos florestais, previsões de safras, cadastramento rural, cartografia de precisão, defesa e vigilância, entre outras.

Evolução do sensoriamento remoto: da fotografia aérea aos satélites

A história do SR está muito relacionada com o surgimento da fotografia aérea no Século XIX, e seu desenvolvimento associado a assuntos militares e bélicos.

A primeira fotografia aérea foi tirada a partir de um balão em 1856.

Já em 1862, durante a guerra civil, o corpo de balonistas do exército americano usava fotografias aéreas para o reconhecimento das tropas.

As primeiras fotografias tiradas de aviões surgiram em 1909 e impulsionaram o desenvolvimento do SR na Primeira Guerra Mundial (1914-1918).

Foi nesse período que o filme infravermelho foi desenvolvido, especialmente com o objetivo de detectar camuflagem de alvos inimigos.

Além disso, foram introduzidos novos sensores, como o radar, além de melhorias nos sistemas de comunicação.

De 1860 até 1960 as imagens aéreas da superfície terrestre eram obtidas principalmente por câmeras fotográficas em aviões, dirigíveis e balões.

Já a partir de 1960, as imagens obtidas por vários tipos de satélites começaram a se tornar populares.

Durante a “Guerra Fria” entre os Estados Unidos e a União Soviética vários sensores de alta resolução foram desenvolvidos para fins de espionagem.

Na década de 1960, com a corrida espacial, houve um rápido desenvolvimento de foguetes lançadores de satélites artificiais.

Assim, é nesse período que as primeiras fotografias orbitais tiradas de satélites da superfície da Terra foram obtidas dos satélites tripulados Mercury, Gemini e Apolo.

Com o lançamento do primeiro satélite meteorológico da série Tiros (Television IR Operational Satellite), em 1960, começaram os primeiros registros sistemáticos de imagens da Terra.

Essas missões demonstraram o potencial da aquisição de imagens orbitais, incentivando o uso de satélites de coleta de dados meteorológicos e de recursos terrestres.

Em 1972 os EUA colocaram em órbita o primeiro satélite de sensoriamento remoto, ERTS-1, posteriormente renomeado para Landsat-1, a cerca de 919 km de altura.

O sensor imageador multiespectral Landsat-1 possibilitava a obtenção simultânea de quatro imagens nas faixas do espectro do visível e do infravermelho próximo e uma imagem no termal, portanto além do que era possível com o uso de filmes fotográficos.

Como funciona o sensoriamento remoto?

Para o funcionamento de um sistema de Sensoriamento Remoto são necessários três elementos fundamentais: a radiação eletromagnética (REM), um objeto de estudo e um sensor.

A radiação eletromagnética é a energia utilizada no SR. Ela se propaga em forma de ondas eletromagnéticas com a velocidade da luz (300.000km por segundo).

A REM é medida em frequência, em unidades de herts (Hz) e seus múltiplos e comprimento de onda, em unidades de metro e seus submúltiplos. As ondas podem ter comprimentos da ordem de bilionésimo de metro (raios cósmicos), até dimensões de quilômetros (ondas de rádio).

O objeto de estudo pode ser quaisquer objetos na superfície terrestre, como a vegetação, a água e o solo etc.

De acordo com as suas características biofísicas e químicas, o objeto reflete, absorve e transmite radiação eletromagnética em proporções que variam com o comprimento de onda.

Materiais de diferentes constituições de elementos químicos de átomos e moléculas, têm absorções e reflectâncias diferentes, resultando nas imagens em diferentes tons de cinza.

Então, as variações da energia refletida pelos objetos permitem distinguir os objetos da superfície terrestre nas imagens de sensores remotos.

Uma vez que a REM de cada comprimento de onda interage de formas e intensidades distintas com os objetos, é fundamental definir os comprimentos de onda das imagens que o sensor irá adquirir.

As imagens não são definidas num específico comprimento de onda, mas abrangendo pequenos intervalos, chamados de bandas ou faixas espectrais.

Assim, as faixas espectrais mais utilizadas no SR vão desde a região do visível (0,38 – 0,76 µm) ao micro-ondas (1 mm – 100 cm).

Contudo, como parte da REM é absorvida pela atmosfera, os intervalos em que é possível obter imagens com sensores usados no SR são mais restritos:

Intervalos espectrais que podem ser usados pelos sensores remotos.

Tabela adaptada de Meneses & Almeida (2012)

A representação dos objetos nas imagens obtidas vai variar do branco (quando refletem muita energia) ao preto (quando refletem pouca energia).

O que são os sensores remotos?

Os sensores remotos são os equipamentos que captam e registram a energia refletida ou emitida pelos elementos da superfície terrestre.

Esses sensores podem ser portáteis ou instalados em plataformas terrestres, aéreas (aviões ou drones, por exemplo) ou orbitais (satélites artificiais).

Os sensores podem ser passivos, quando apenas registram a energia emitida ou refletida por uma objeto, ou ativos, quando também são capazes de emitir energia.

Exemplos de sensores passivos são as câmeras fotográficas, câmeras de vídeo, radiômetros e escâneres (sistemas de varredura).

Cada sensor pode captar dados de uma ou mais regiões do espectro eletromagnético a depender de suas características e finalidades.

Assim, uma câmera fotográfica, por exemplo, capta energia da região do visível e infravermelho próximo, enquanto o sensor eletrônico multiespectral TM do satélite Landsat-5, é um sistema de varredura que capta dados em diferentes faixas espectrais (três da região do visível e quatro da região do infravermelho).

Como ambos os sensores são passivos, eles dependem da luz do sol e a cobertura de nuvens pode limitar a obtenção de imagens.

Já os radares são sensores ativos que enviam pulsos de energia para a superfície, e assim obtêm imagens em qualquer condição meteorológica ou mesmo no escuro.

Os sensores também são classificados em imageadores e não imageadores.

Resolução dos sensores remotos

A resolução de um sensor é um aspecto importante a ser considerado, mas o termo pode representar características diferentes, como veremos a seguir.

A resolução espacial é a capacidade que um sensor tem para discriminar objetos em função do tamanho dos objetos.

Assim, um sensor com resolução espacial de 10m, por exemplo, é capaz de detectar objetos maiores que 10 m x 10 m (100 m²).

Por outro lado, uma imagem de satélite com resolução espacial de 1 m permitiria por exemplo identificar árvores de um pomar ou carros estacionados em uma rua.

Existe também a resolução espectral, que é a capacidade do sensor para discriminar objetos em função da sua sensibilidade espectral.

Quanto mais estreita for a faixa espectral da qual um sensor capta dados, maior é a possibilidade de registrar variações de energia refletida pelo objeto.

Há, ainda, a resolução radiométrica, que é a capacidade de o sensor discriminar a intensidade de energia refletida ou emitida pelos objetos.

É a resolução radiométrica que determina o intervalo de valores (ou níveis de cinza) que é possível utilizar para representar uma imagem digital.

Finalmente, existe a resolução temporal, que nada mais é do que a frequência de imageamento sobre uma mesma área ou objeto.

Fatores que interferem no comportamento espectral dos objetos

Alguns fatores interferem no comportamento espectral dos objetos:

Nível de aquisição de dados, isto é, a altitude da plataforma à qual está acoplado o sensor;

Método de aquisição de dados – envolve a forma como é detectada a radiação até a transformação e o processamento do sinal recebido pelo sensor;

Condições intrínsecas ao alvo – ou de sua própria natureza, como água em estado sólido ou líquido, biomassa e vigor das culturas (estágio de crescimento);

Condições ambientais – como iluminação, precipitação, inundação, poluição, desmatamento, entre outras;

Localização do alvo em relação à fonte da REM e ao sensor;

Atmosfera – dependendo do comprimento de onda, a radiação eletromagnética pode ser absorvida, refletida ou espalhada pelos constituintes da atmosfera.

Conclusão

Desde sua criação em meados do Século XIX até a forma como o conhecemos hoje, o sensoriamento remoto incorporou-se em diferentes aspectos da vida moderna.

O funcionamento do sensoriamento remoto baseia-se no registro das alterações na energia eletromagnética refletida pela superfícies dos objetos de interesse e captada por sensores remotos.

As tecnologias utilizadas no sensoriamento remoto foram desenvolvidas principalmente para atender primeiramente interesses militares e, posteriormente relacionada os ao levantamento e monitoramento dos recursos naturais.

Atualmente, as aplicações do Sensoriamento Remoto são ainda mais abrangentes e ele tem se tornado uma ferramenta essencial para a agricultura, silvicultura e gestão ambiental.

LITERATURA

Meneses, P. R., & Almeida, T. D. (2012). Introdução ao processamento de imagens de sensoriamento remoto. Universidade de Brasília, Brasília.