Nível de aquisição de dados

A figura a seguir mostra os níveis de aquisição de dados de sensoriamento remoto, pois a altitude do sensor em relação à superfície imageada também é um fator de grande interferência, não só na intensidade e qualidade do sinal, como nas formas de registro e análise dos dados.

Níveis de Aquisição de Dados.

Ao passar de um nível para outro, modificam-se as dimensões da área a ser imageada, consequêntemente obtemos imagens com diferentes resoluções, o que exigirá estudos para metodologias de análise diferentes.

A-) Nível de laboratório (0 a 20 m) - trabalha-se com porções reduzidas da matéria e estudamos seu comportamento espectral quase que sem interferência de fatores ambientais. A área passível de ser analisada por estes métodos é reduzida.

B-) Nível de Aeronave (300 a 3.000 m) - a energia registrada pelo sensor não se refere a um determinado objeto, mas a um arranjo de objetos da cena. Alguns objetos podem ser individualmente detectados por sua configuração.

C-) Nível Orbital (400 a 920 m) - em cada elemento de resolução no terreno, a energia registrada é a integração da resposta de diferentes objetos.

As técnicas de Sensoriamento Remoto evoluiram primariamente a partir de necessidades militares. Atualmente essas técnicas e as pesquisas realizadas têm produzido ferramentas cada vez mais sofisticadas, ampliando sua aplicabilidade a uma grande gama de problemas ecológicos, urbanos e de recursos naturais. Porém, na seleção de determinada técnica de sensoriamento remoto, o usuário deve ter o conhecimento antecipado do significado dos parâmetros medidos com relação ao problema que esta sendo investigado.

Basicamente, devemos dar atenção a duas partes no Sensoriamento Remoto: a aquisição de dados e a utilização dos dados.

Na fase de aquisição de dados podemos dividi-la em:

• Plataforma: aérea ou espacial, a seleção desta depende dos objetivos do programa. A combinação dos dois (aéreo e espacial) fornece excelentes resultados.
• Sensor: de diversos tipos e sua seleção esta intimamente relacionada com o tipo de fenômeno a ser investigado.
• Trajetória: depende da localização da área de interesse, necessidade de recobrimento espacial e temporal.
• Verdade terrestre: dados de campo (fator vital). É através da amostragem que se consegue o treinamento, verificação e avaliação de todo o sistema de Sensoriamento Remoto.
• Pré-processamento: engloba as modificações das informações coletadas pelos sensores, antes da plataforma retornar à Terra ou antes de ser transmitida às estações de rastreio. Aqui incluimos correções radiométricas, geométricas, conversão de dados analógico em digitais, etc... Os diversos produtos necessários à interpretação são gerados ou processados como é o caso das imagens e fitas compatíveis com o computador (CCT).

Introdução ao SR

Trataremos neste item com maior profundidade do sistema Landsat e menos do sistemas SPOT e ERS-1. Estes sistemas, no atual estado da arte, representa a maior fonte da dados de sensoriamento remoto e com maior potencial de continuidade ao longo do tempo. Além disso temos disponível no país, através do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espacias, toda uma infraestrutura para recepção, processamento e distribuição das imagens enviadas por estes sistemas.

Antes de falarmos de cada um dos sistemas, apresentamos as características orbitais destes, as quais são baseadas nas seguintes premissas:

• a órbita deveria ser circular, para garantir que as imagens tomadas em diferentes regiões da Terra tivessem a mesma resolução e escala;
• a órbita deveria permitir o imageamento cíclico da superfície, para garantir a observação periódica e repetitiva dos mesmos lugares;
• a órbita deveria ser síncrona com o Sol (heliosincrono), para que as condições de iluminação da superfície terrestre se mantivessem constantes;
• o horário da passagem do satélite deveria atender às solicitações de diferentes áreas de aplicação (geologia, geomorfologia, agricultura, etc..).

A tabela abaixo apresenta as características do Landsat, SPOT e ERS-1.

O sistema LANDSAT compõe-se até o momento de 5 satélites, que foram desenvolvidos pela NASA (National Aeronautics and Space Administration, recebendo inicialmente o nome de Earth Resouces Technology Satellite-1 (ERST-1), que passou a ser chamado de LANDSAT em janeiro de 1975.

O Landsat 1 e 2 carregaram a bordo dois sistemas sensores com a mesma resolução espacial, mas com diferentes concepções de imageamento: o sistema RBV, com imageamento instantâneo de toda a cena e o sistema MSS, com imageamento do terreno por varredura de linhas (line-scanner).

Ambos os sistemas propunham-se à aquisição de dados multespectrais, mas o desempenho do sistema MSS, em termos de fidelidade radiométrica, fez com que o 3º satélite da série tivesse seu sistema RBV modificado, de modo a prover dados com melhor resolução espacial em uma única faixa do espectro. Por outro lado, foi acrescentada uma faixa espectral ao sistema MSS, para operar na região do infravermelho termal.

A partir do Landsat 4 e 5, ao invés do sensor RBV, a carga útil do satélite passou a contar com o sensor TM (Thematic Mapper), operando em 7 faixas espectrais. Esse sensor conceitualmente é semelhante ao MSS pois é um sistema de varredura de linhas (line-scanner). Incorprora, entretanto, uma série de aperfeiçoamentos, quer nos seus componentes ópticos, quer nos seus componentes eletrônicos.

IMAGEADOR RBV

RBV (Return Beam Vidicon): é um sistema semelhante a uma câmera de televisão e permite o registro instantâneo de uma certa área do terreno. A energia proveniente de toda a cena impressiona a superfície fotossensível do tubo da câmera e, durante certo tempo, a entrada de energia é interrompida por um obturador, para que a imagem do terreno seja varrida por um feixe de elétrons. O sinal de vídeo pode então ser transmitido telemetricamente.

IMAGEADOR MSS

MSS (Multispectral Scanner): é um sistema sensor que permite o imageamento de linhas do terreno numa faixa de 185 km, perpendicularmente à órbita do satélite. A varredura do terreno é realizada com auxílio de um espelho que oscila perpendicularmente ao deslocamento do satélite. Durante a oscilação do espelho, a imagem do terreno, ao longo da faixa, é focalizada sobre uma matriz de detectores. A dimensão de cada detector que compõe a matriz de detectores, é responsável pelo seu campo de visada instantâneo (área observada por cada detector na superfície da Terra). A energia registrada por cada detector é transformada em um sinal elétrico e este transmitido para as estações em terra.

A cada oscilação do espelho, o satélite desloca-se ao longo da órbita, para proporcionar o imageamento contínuo do terreno. Entretanto, o movimento de rotação da Terra provoca um pequeno deslocamento do ponto inicial da varredura para oeste a cada oscilação do espelho, ou seja, a cada seis linhas imageadas. Se considerarmos o deslocamento de 185 km ao longo da órbita do satélite, há um deslocamento de 12,5 cm entre a primeira e a última coluna de pixels.

IMAGEADOR TM

TM (Thematic Mapper): é um sistema avançado de varredura multiespectral concebido para proporcionar: resolução espacial mais fina, melhor discriminação espectral entre objetos da superfície terrestre, maior fidelidade geométrica e melhor precisão radiométrica em relação ao sensor MSS.

A energia proveniente da cena atinge o espelho de varredura que oscila perpendicularmente à direção de deslocamento do satélite em sentido leste-oeste e oeste-leste. O sinal atravessa um telescópio e um conjunto de espelhos, cuja função principal é corrigir o sinal coletado pelo espelho de varredura. Dessa maneira, o sinal detectado em cada matriz de detectores de cada canal é transferido para um amplificador e convertido em sinal digital através de um sistema A/D (analógico/digital). A saída de dados é, então transmitida via telemetria.

O sistema SPOT é um programa espacial francês semelhante ao programa Landsat, que foi concebido pelo Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) e leva a bordo dois sensores de alta resolução (HRV - HAUT Resolution Visible). Estes sensores foram concebidos para operarem em dois diferentes modos. O modo multiespectral permite a aquisição de dados em três faixas do espectro eletromagnético com uma resolução espacial de 20 metros. E o modo pancromático com uma banda de resolução espacial de 10 metros.

Uma das características marcantes dos instrumentos a bordo do SPOT é a possibilidade de observação "off-nadir" (apontamento direcional). O sensor poderá ser direcionado de modo a observar cenas laterais à órbita em que se encontra inserido o satélite em dado momento. Esta possibilidade de observação "off-nadir" aumenta os meios de obter-se um aumento no recobrimento repetitivo de determinadas áreas. Outra vantagem da visada "off-nadir" é a possibilidade de serem obtidos pares estereoscópicos de determinadas áreas.

A luz proveniente da cena atinge um espelho plano, que pode ser controlado a partir das estações terrenas variando em ângulos de +/- 0,6 até 27^o em relação ao eixo vertical.

A energia que atinge o espelho plano é focalizada sobre uma matriz linear de detectores do tipo CCD (charge-Coupled Device). Cada matriz consiste em 6000 detectores arranjados linearmente, formando o que se convenciona chamar de "push-broom scanner" ou sistema de varredura eletrônica. Este sistema permite o imageamento instantâneo de uma linha completa no terreno, perpendicularmente à direção de deslocamento do satélite em sua órbita.

Foi construído pela Agência Espacial Européia (ESA), o ERS-1 foi lançado do centro espacial da Guiana Francesa pelo foguete Ariane 4 em 16 de julho de 1991. Com uma missão noninal de dois anos, os objetivos são voltados principalmente para estudos oceânicos e de geleiras, nas várias áreas de ciências naturais.

Dentre os vários aparelhos a bordo do satélite, temos o AMI (Active Microwave Instruments), constituído por um radar de Abertura Sintética (SAR) e um escaterômetro (aparelho para medição de ventos). As imagens adquiridas pelo SAR, fornece dados de uma faixa de 100 x 100 km, com uma resolução espacial de 30 metros.

Uma antena de 10 x 1 metros emite e recebe um feixe de microondas na faixa de 5,3 Ghz (banda C), com polarização VV e um ângulo de incidência de 23 graus.

A operação do SAR no modo Imagem produz uma taxa de dados muito alta (105 Mbps), fazendo com que as imagens só possam ser geradas em zonas equipadas com estações receptoras. A superfície terrestre poderá ser inteiramente coberta e imageada em ciclos de 35 dias.

Consulte também:
Formato de Imagens.

Introdução ao SR

Sistema de Recepção de Imagens

O sistema Brasileiro de Recepção de Dados de Satélite compõe-se de uma Estação de Recepção, implantada em Cuiabá e operando desde 1973. Esta estação de recepção está localizada no centro geográfico da América do Sul, o que permite a aquisição de dados sobretodo o território brasileiro e parte do território dos países limítrofes.

Outro componente do sistema brasileiro de recepção de dados de satélite é o laboratório de processamento eletrônico e fotográfico dos dados coletados pelos sensores a bordo dos satélites, localizado em Cachoeira Paulista-SP.

Em Cuiabá, os dados são recebidos através de uma antena parabólica e gravados em fitas magnéticas de alta densidade (High Density Digital Magnetic Tape- HDDT). Estas fitas são então enviadas para Cachoeira Paulista - São Paulo.

O laboratório de processamento de imagens em Cachoeira Paulista tem a função de transformar os dados recebidos pelas estações de recepção em imagens fotográficas, fitas magnéticas compatíveis com o computador (CCT-Computer Compatible Tapes, Streamer, Dat) ou discos ópticos (CD-ROM).

Introdução ao SR