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Técnicas de Processamento de IMAGEM.
O termo Radar ("Radio Detection And Ranging") tem sido utilizado de forma genérica para classificar os sistemas que operam na faixa de freqüência de microondas.
Estes sistemas foram utilizados inicialmente para fins militares durante a Segunda Guerra Mundial e, posteriormente, para fins civis a partir da década de 70.
A crescente utilização da técnica de imageamento por microondas deve-se às características próprias do sistema imageador, em que a região espectral de operação permite a alta transmissão das ondas eletromagnéticas na atmosfera independente da iluminação solar, mesmo quando a atmosfera se apresenta nublada ou durante precipitações, podendo assim gerar imagens sob as condições mais adversas.
A transmissão das ondas eletromagnéticas por um meio é diretamente proporcional ao comprimento de onda; desta forma, quanto menor a freqüência do radar maior será a sua penetração. Esta facilidade permite imageamentos onde os sistemas imageadores na região do visível e do infravermelho mostram-se ineficientes, principalmente em situações de extensa cobertura de nuvens, como é o caso da região amazônica.
A figura a seguir apresenta a curva de percentual de transmissão das ondas, por comprimento de onda, que abrange a região do visível, infravermelho e microondas.
A extensão da penetração depende da umidade, da densidade da
vegetação, bem como do comprimento de onda. Assim, comprimentos de onda menores
interagem com as camadas superficiais da vegetação , e comprimentos de onda mais longos,
interagem com as camadas inferiores da vegetação, podendo em alguns casos, até mesmo
interagir com o solo ou mesmo com o subsolo.
Figura
- Penetração de sinais de Radar em vegetação.Fonte: Ulaby et al (1981a), p.4.
Enquanto na faixa do espectro ótico, a interação ocorre em nível de ressonância molecular na superfície de contato, em microondas a resposta é condicionada à geometria e às profundidades das grandezas dielétricas da superfície.
A combinação, por sua vez, de imagens por microondas e do espectro ótico permite uma maior compreensão dos alvos, permitindo inferir diferentes propriedades dos mesmos.
Os sistemas de radar podem ser agrupados em imageadores e não imageadores (Ulaby et al., 1981a). Os imageadores compreendem os sistemas de antena rotatória, os radares de visada lateral de abertura real (SLAR) e os radares de visada lateral de abertura sintética (SAR). Entre os não imageadores destacam-se os escaterômetros, os espectrômetros e os altímetros.
Os radares SLAR-RAR (Radares de Visada Lateral de Abertura Real) foram os primeiros sistemas imageadores por microondas, os quais foram utilizados durante a II Guerra Mundial como auxiliares à bombardeios noturnos.
O SLAR possui uma antena que ilumina lateralmente os alvos com um feixe que é amplo verticalmente e estreito horizontalmente. A varredura de geração da imagem é produzida pelo próprio movimento da aeronave durante a passagem sobre a área a ser recoberta. Este radar apresenta o inconveniente de possuir a resolução azimutal diretamente proporcional à distância entre a antena e o alvo imageado, e inversamente proporcional ao comprimento de onda da antena utilizada no imageamento.
Desta forma, para se obter uma melhor resolução azimutal, ou se diminuía a distância entre o radar e o alvo, ou se aumentava o comprimento da antena.
Com o advento do Radar de Abertura Sintética (SAR), desenvolvido na década de 50, este problema foi solucionado, uma vez que a resolução azimutal deste sistema independe da distância entre o radar e o alvo.
A utilização para uso civil iniciou-se na década de 70 , quando alguns programas foram realizados, utilizando-se imagens de radar a bordo de aeronaves.
A utilização de radar orbital iniciou-se com o lançamento do SEASAT em 1978, e com base em seus dados , a NASA iniciou o Programa SIR ("Shuttle Imaging Radar"), que consistiria de uma série de vôos de curta duração. Dentro deste programa foram lançados o SIR-A e o SIR-B em 1981 e 1984 e o SIR-C em 1994. Missões mais longas iniciaram-se com o lançamento do ALMAZ-1 em 1981, ALMAZ-2 em 1991, ERS-1 em 1991 e JERS-1 em 1992, ERS-2 em 1995 e o RADARSAT em 1995.
A seguir são apresentadas as principais aplicações com radar nas diversas áreas ambientais:
Geologia:
Agricultura:
Cartografia:
Florestas:
Gelo e neve:
Hidrologia:
Meio Ambiente:
Oceanografia:
Uso da Terra:
Tópicos de Radar
A geometria básica de um sistema de imageamento por Radar de Abertura Sintética é
mostrada na figura abaixo. Nesse sistema, a plataforma (avião ou satélite) com o sensor
SAR se desloca a uma velocidade V em relação ao solo, a uma altura H, apontando a antena
lateralmente com um ângulo
em relação ao nadir.
Figura - Geometria do sistema SAR
A medida que a plataforma se desloca o transmissor envia pulsos de largura Tp a intervalos regulares de T segundos, como mostra a figura abaixo
Figura - Pulso transmitido
O pulso transmitido é modulado linearmente em freqüência (conhecido como "chirp"),
com uma variação de freqüência entre um valor mínimo 
e um
valor máximo 
. Esta variação de freqüência é conhecida como
largura de banda do pulso, 
, e determina a resolução na
direção perpendicular ao vôo (range).
Para entender melhor o que ocorre em um sistema de imageamento SAR, utiliza-se como modelo o comportamento de um alvo pontual, desde a sua entrada até a saída do campo visual da antena.
A figura abaixo mostra o imageamento de um ponto P, desde a sua entrada no campo visual
da antena, no instante 
, até sua saída no instante 
. No intervalo de tempo 
o radar envia um certo
número N de pulsos, dessa maneira coleta-se N amostras do eco do ponto P, nesse
intervalo. Estas amostras são armazenadas em algum dispositivo de memória. Durante o
intervalo 
, a plataforma SAR desloca-se V.
metros, que é conhecido como o comprimento da "Abertura
Sintética".
Figura - Intervalo da abertura sintética 
.
O eco recebido de um certo pulso enviado, sofre uma variação de freqüência devido
à velocidade V da plataforma. Essa variação é conhecida como efeito Doppler. A
variação de freqüência no intervalo 
até 
é conhecida como largura de banda Doppler, 
.
As variações de freqüência 
e 
influenciam diretamente nas resoluções de "range" e azimute
respectivamente; quanto maiores, melhores são as resoluções.
Os dados (ecos) adquiridos por um sistema SAR necessitam passar por um processamento que vai gerar uma imagem sobre esses dados. No passado, esse processamento era feito por sistema ótico, pouco flexível, impreciso e caro. Com o desenvolvimento de computadores cada vez mais rápidos, é possível gerar imagens SAR digitais mais precisas, através de algorítmos apropriados.
O processo "multi-Look" consiste em dividir a abertura sintética em visadas (looks). A figura abaixo ilustra um exemplo da divisão da abertura sintética em 3 "looks".
Figura - Exemplo de "multi-look", no"looks"= 3.
A imagem final é composta pela média das imagens de cada "look", que são gerados separadamente. Assume-se que as imagens de cada "look" sejam estatisticamente independentes entre si. Esta técnica aumenta a relação sinal-ruído da imagem final, proporcional a raiz quadrada do número de "looks", diminuindo, assim, o efeito do ruído Speckle.
O processamento "multi-look" provoca uma degradação na
resolução em azimute, uma vez que as imagens de cada "look" possuem uma
largura de banda menor que a largura total 
, ou seja:
onde "nl" é igual ao
número de "looks".
A resolução em azimute nesse caso torna-se "nl" vezes menor que a imagem de apenas um "look".
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