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Princípios Físicos em
Sensoriamento Remoto
Copyright (c) 1997
Rudiney Soares Pereira
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto
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SUMÁRIO
Pág.
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................................................................... II
1 INTRODUÇÃO AO SENSORIAMENTO REMOTO...........................................................................................1
1.1 - A FERRAMENTA SR..............................................................................................................................................2
1.1.1 - A Origem do SR Moderno..........................................................................................................................2
1.2 - PRODUTOS E APLICAÇÕES...................................................................................................................................3
1.3 - PRINCIPAIS PARÂMETROS DE DESEMPENHO DOS SISTEMAS SENSORES .....................................................5
1.3.1 - Resolução Espacial.....................................................................................................................................6
1.3.2 - Resolução Radiométrica............................................................................................................................7
1.3.3 - Resolução Espectral e Faixa Espectral ..................................................................................................8
1.3.4 - Reso lução Temporal (Repetitividade) .................................................................................................1 0
2 RADIAÇÃO ÓPTICA ............................................................................................................................................12
2.1 - FONTES DE R ADIAÇÃO ÓPTICA ........................................................................................................................12
2.2 - O ESPECTRO ÓPTICO ..........................................................................................................................................12
2.3 - GRANDEZAS DA R ADIAÇÃO ÓPTICA................................................................................................................15
2.3.1 - A Energia Radiante e sua Dependência do Tempo e do Espaço .....................................................16
2.3.2 - Grandezas da Radiação Relacionadas à Área e a Lei do Cosseno de Lambert ...........................2 1
2.3.3 - Grandezas Radiométricas Relacionadas à Natureza do Material.................................................. 26
2.3.4 - Grandezas Radiométricas Espectrais...................................................................................................28
2.3.5 - Grandezas Radiométricas, Fotométricas e Quânticas ......................................................................28
2.4 - CARACTERÍSTICAS DE FONTES DE R ADIAÇÃO ÓPTICA ...............................................................................29
2.4.1 - Leis da Radiação de Corpo Negro........................................................................................................ 30
2.4.2 - Emissores Espectralmente Seletivos ..................................................................................................... 37
2.4.3 - Fon tes de Radiação Coerente ................................................................................................................38
3 INTERAÇÕES DA REM COM A SUPERFÍCIE................................................................................................ 39
3.1 - R EFLECTÂNCIA ESPECTRAL DA VEGETAÇÃO, SOLO E ÁGUA.....................................................................41
3.2 - PADRÕES DE R ESPOSTA ESPECTRAL................................................................................................................46
3.3 - I NFLUÊNCIA DA ATMOSFERA NOS PADRÕES DE R ESPOSTA ESPECTRAL ..................................................48
4 INTERAÇÕES DA REM COM A ATMOSFERA..............................................................................................50
4.1 - ESPALHAMENTO..................................................................................................................................................50
4.2 - ABSORÇÃO ............................................................................................................................................................52
5 AQUISIÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE DADOS..............................................................................................54
5.1 - DADOS DE R EFERÊNCIA.....................................................................................................................................58
5.2 - O SISTEMA IDEAL DE SENSORIAMENTO R EMOTO .......................................................................................60
5.3 - CARACTERÍSTICAS DE SISTEMAS R EAIS DE SENSORIAMENTO R EMOTO..................................................62
5.4 - A CORRETA UTILIZAÇÃO DO SENSORIAMENTO R EMOTO.........................................................................64
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA .......................................................................................................................68
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
1.1 - Efeito da resolução espacial .................................................................................................................... 6
1.2 - Imagens reproduzidas em diferentes resoluções radiométricas ......................................................... 71.3 - Fotografias aéreas oblíquas de baixa altitude, obtidas simultaneamente, ilustrando a diferença
de comportamento espectral entre a grama natural, nos arredores do estádio, e a grama artificial, no
interior do mesmo, em função da resolução espectral do filme utilizado .................................................... 9
1.4 - Relação entre a natureza tático-estratégica dos alvos militares e as resoluções espacia l e
temporal dos sistemas de SR............................................................................................................................. 11
2.1 - Gráfico de propagação da luz, segundo a Teoria Ondulatória ............................................................. 14
2.2 - O Espectro Eletromagnético...................................................................................................................... 14
2.3 - Grandezas radiométricas ........................................................................................................................... 21
2.4 - Lei do cosseno de Lambert para uma superfície difusa...................................................................... 232.5 - Fluxo radiante em um hemi sfério............................................................................................................. 24
2.6 - Interação entre energia radiante e matéria ............................................................................................. 26
2.7 - Tipos de fontes de radiação óptica ........................................................................................................ 29
2.8 - Distribuição espectral da energia irradiada de corpos negros de várias temperaturas .................. 33
3.1 - Interação entre a REM e feições na superfície terrestre ....................................................................... 38
3.2 - Reflectância especular versus reflectância difusa................................................................................. 40
3.3 - Curvas típicas de reflectância espectral para vegetação, solo e água ............................................... 42
3.4 - Efeito atmosférico sobre medições da REM solar refletida .................................................................. 48
4.1 - Características espectrais de (a) fontes de energia e (b) efeitos atmosféricos ................................. 525.1 - Características de uma imagem digi tal..................................................................................................... 55
5.2 - Processo de conversão analógico-digital (A/D) .................................................................................... 57
5.3 - Componentes de um sistema ideal de SR................................................................................................ 61
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 1
1 INTRODUÇÃO AO SENSORIAMENTO REMOTO
“Sensoriamento Remoto é a ciência e a arte de obter informação acerca de um
objeto, área ou fenômeno, através da análise de dados adquiridos por um dispositivo que não
está em contato com o objeto, área ou fenômeno sob investigação”.
Essa definição, apresentada por Lillesand e Kiefer (1994), basta para que o leitor
tome consciência de que, no simples ato de ler este texto, ele está utilizando o Sensoriamento
Remoto (SR). Nesse caso, os olhos atuam como sistemas sensores capazes de responder à
luz refletida por esta página.
Os “dados” adquiridos pelos olhos são, na verdade, impulsos correspondentes à
quantidade de luz refletida das partes claras e escuras contidas no texto. Esses dados são
analisados pelo cérebro do leitor, tornando-o capaz de entender as áreas escuras como uma
coleção de letras que formam palavras que, por sua vez, formam frases. Ao final do processo,
a leitura dessas frases possibilitará a interpretação da informação nelas contida.
De certa forma, o SR pode ser entendido como um processo de leitura. Por meio de
vários sensores, dados são coletados remotamente, para que sejam analisados no intuito de
gerar informação acerca de objetos, áreas, ou fenômenos sob investigação.
Esses dados coletados remotamente podem apresentar-se de muitas formas. Podem
ser variações na distribuição de forças, distribuição de ondas acústicas, ou distribuição de
ondas eletromagnéticas - percebida, em parte, pelo olho humano - por exemplo.
Esta apostila discorre sobre sistemas sensores de energia eletromagnética empregados
em plataformas aerotransportadas e orbitais e a interação desses com a superfície terrestre.
Trata-se de sistemas que são adequados ao levantamento de dados que permitam a geração
de informações acerca de alvos dispostos na superfície terrestre.
Assim sendo, o SR eletromagnético também pode ser entendido como o conjunto de
atividades que têm por objetivo determinar propriedades de alvos pela detecção, registro e
análise da radiação eletromagnétca por eles refletida e/ou emitida.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 2
Ainda que o registro da radiação possa ser feito de várias maneiras, esta apostila irá
discorrer sobre sistemas, cujos dados registrados são apresentados sob forma de imagens.
Em termos militares, o SR constitui um conjunto de atividades de apoio às atividades
de Inteligência, particularmente a Inteligência de Imagens.
1.1 - A FERRAMENTA SR
Para que se possa fazer bom uso dos sistemas sensores, o planejador militar deve ser
capaz de responder às seguintes perguntas:
a) De que sistemas sensores disponho?
b) Em que circunstâncias posso utilizá-los?
c) Que informações eles são capazes de gerar?
Os conhecimentos essenciais para responder a essas três perguntas são apresentados
nos tópicos subseqüentes.
1.1.1 - A Origem do SR Moderno
O SR moderno é o “descendente” natural da fotografia convencional, tendo surgido
com a evolução das técnicas que permitem detectar e registrar outras formas de radiação
eletromagnética além da luz visível.
O SR teve seu crescimento lado a lado com a ciência da computação, a partir do final
dos anos 50. Isso se deveu a uma grande necessidade do programa espacial norte-americano
nesse sentido. O desenvolvimento conjunto dessas tecnologias fez com que o SR viesse a
englobar não apenas diferentes tipos de imagens e sensores, mas também, devido ao emprego
de técnicas de processamento de imagens digitais, propiciar a geração de uma gama de produtos bem mais variada que a oferecida até então pelas técnicas e sensores fotográficos
tradicionais.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 3
1.2 - PRODUTOS E APLICAÇÕES
Existem várias formas de se caracterizar sistemas de SR. Podem ser discriminados
quanto ao nível de aquisição (terrestre, aéreo e orbital), ou quanto ao processo de detecção
(fotográfica ou eletrônica), por exemplo. A mais usual delas é dividindo-os em função dodomínio espectral (vide 1.3.3), ou seja, a porção do Espectro Eletromagnético por eles
explorada (visível, infravermelho próximo, infravermelho médio, infravermelho distante ou
termal, e microondas). Alguns sistemas, por operarem em mais de uma faixa espectral,
recebem a denominação multiespectral , ou hiperespectral , em função do número de canais
adotados.
Qualquer que seja a caracterização dada, é possível verificar que todos os sistemas
de SR podem apoiar, de alguma forma, as atividades de inteligência, sejam quais forem suas
aplicações primárias. A Tabela 1.1 apresenta, sinteticamente, os principais sistemas e
produtos de SR.
TABELA 1.1 - PRINCIPAIS SISTEMAS E PRODUTOS DE SR
SISTEMAS PRODUTOS/APLICAÇÕES
Sistemas fotográficos Inteligência, Cartografia, restituição altimétrica,
modelos para simulação de vôo
Sistemas multiespectrais e hiperespectrais Inteligência, Cartografia (carta-imagem), restituição
altimétrica (SPOT), modelos para simulação de vôo,
estudos de comportamento espectral de alvos
Imageadores infravermelho de visada frontal (FLIR) Imageamento noturno para f ins diversos
(navegação, Busca e Salvamento, Esclarecimento
Marítimo, designação de alvos)
Imageadores termais de varredura de linha (IRLS) Inteligência, reconhecimento tático noturno
Radares imageadores de visada lateral Inteligência, reconhecimento a qualquer hora e sob
quaisquer condições meteorológicas, Cartografia,
restituição altimétrica (Interferometria)
A Tabela 1.2 ilustra as circunstâncias de utilização dos sistemas de SR, em função da
faixa espectral na qual estiverem operando. Quando um sistema de SR utiliza radiação
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 4
refletida (visível e infravermelho próximo/médio), ele depende da iluminação solar e da
transparência atmosférica, pois os comprimentos de onda envolvidos são relativamente
pequenos (vide 4.1 - Espalhamento Atmosférico).
Caso a radiação empregada pelo sistema se situe no infravermelho termal, tal sistemaindepende de iluminação solar (vide “espectro emitido” em 2.1 - Fontes de Energia e
Princípios da Radiação). Entretanto, esse sistema ainda depende de transparência
atmosférica, pelas mesmas razões mencionadas para sistemas que operam no espectro
refletido.
Finalmente, quando se trata de radares imageadores, há independência tanto da
iluminação solar (são sistemas ativos, que emitem sua própria radiação), quanto da
transparência atmosférica (as microondas possuem comprimento de onda relativamente
longos, se comparados às partículas em suspensão na atmosfera terrestre).
As considerações anteriores estabelecem algumas características que podem
determinar a possibilidade, ou não, de utilização dos vários sistemas de SR. No entanto,
existem outras características pertinentes a cada sistema, aqui não mencionadas, que os
tornam mais ou menos adequados para determinado tipo de utilização, tornando a natureza
dos dados de SR essencialmente complementar. Em outras palavras, sempre que praticável, é
desejável a disponibilidade de dados dos vários sistemas existentes e, logicamente,
disponíveis.
Essa complementaridade entre os diversos sistemas de SR permite a extração de uma
quantidade superior de informações para uma mesma cena, na medida em que cada faixa do
Espectro Eletromagnético possui peculiaridades na forma de interagir com a matéria.
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TABELA 1.2 - PERFIL DE OPERAÇÃO DOS SISTEMAS SENSORES EM FUNÇÃO
DA FAIXA ESPECTRAL
QUALQUER LUGAR
(alcance físico)
QUALQUER HORA
(diurno-noturno)
QUALQUER TEMPO
(Meteorologia)
VISÍVEL & IV
REFLETIDO
SIM NÃO NÃO
INFRAVERMELHO
TERMAL
SIM SIM NÃO
RADAR
IMAGEADOR
SIM SIM SIM
1.3 - PRINCIPAIS PARÂMETROS DE DESEMPENHO DOS SISTEMAS SENSORES
Para fazer uso de um sistema de SR, o planejador deve estar apto a considerar os
fatores que contribuem para a definição do sistema ideal para cada tipo de aplicação. Da
mesma forma que, em função de uma série de parâmetros, um “Jeep” é um veículo mais
adequado à prática do chamado “off-road” do que uma limusine, e uma aeronave do tipo C-5
(“Galaxy”) é ideal para o transporte de grandes cargas, ao contrário de um F-5E (“Tiger II”),
por exemplo, os sistemas de SR têm sua maior ou menor aplicabilidade em determinadas
situações em função de alguns parâmetros do sensor, que serão abordados a seguir.
Quando se fala em resolução, qualquer que seja, é preciso ter em mente que, nesse
caso, os termos melhor resolução e pior resolução são conceitos relativos e, portanto, não
estão ligados a valores absolutos. Em outras palavras, se um sistema apresenta uma resolução
espacial de 30 m., enquanto um outro possui 20 m., significa dizer que este último possui uma
melhor resolução espacial do que aquele de 30 m.
Caso haja interesse em adotar os termos maior ou menor , deve-se ter o cuidado deacrescentar o conceito de poder de resolução, a fim de se evitar uma inversão nos
parâmetros considerados. Assim sendo, o sistema que possui 20 m. de resolução espacial, no
exemplo acima citado, detém um maior poder de resolução espacial do que o de 30 m., e não
uma resolução espacial maior.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 6
1.3.1 - Resolução Espacial
É definida como o menor elemento de área que um sistema sensor é capaz de
distinguir. Ela determina se o alvo pode ser identificado na imagem, em função de seu
tamanho.
A Figura 1.1 ilustra uma mesma cena imageada com três resoluções espaciais
diferentes. No caso, um “pixel” (“picture element” - menor elemento da imagem) é disposto
de maneira exagerada para exemplificar os diferentes graus de abragência, em função da
resolução espacial considerada.
Na representação da direita, de resolução espacial mais pobre (pior), um pixel integra
a informação disponível em dois tipos de cultura dispostas perpendicularmente uma à outra,
além da influência do fundo (solo). Na representação central, de resolução espacial
intermediária, um pixel integra a informação disponível em um tipo de cultura e no fundo à sua
volta (solo). Finalmente, na representação da esquerda, de melhor resolução espacial, um
pixel integra somente a informação disponível num tipo de cultura.
Fig. 1.1 - Efeito da resolução espacial.
Em outras palavras, no caso do imageamento de uma aeronave de transporte C-130
Hércules (aproximadamente 40 m. de envergadura por 30 m. de comprimento) estacionadanum pátio, por exemplo, seria necessária, para uma identificação precisa, uma resolução
espacial da ordem de centímetros. À medida que tal resolução for sendo degradada, o
intérprete terá seu leque de informações reduzido progressivamente. Assim, com uma
resolução de 2m., é possível determinar que se trata de uma aeronave quadrimotor de
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 7
transporte. Entretanto, no caso de uma resolução de 30 m., o C-130 estará praticamente
contido num ponto, ou seja, num único pixel.
1.3.2 - Resolução Radiométrica
É definida como a menor diferença de brilho que um sistema sensor é capaz de
perceber. Ela determina se o alvo pode ser visto na imagem, em função de seu contraste com
os alvos vizinhos.
A resolução radiométrica é dada pelo número de níveis digitais, representando níveis
de cinza, usados para expressar os dados coletados pelo sensor. Quanto maior o número de
níveis, maior é a resolução radiométrica.
Na Figura 1.2, por exemplo, uma mesma cena é apresentada em 256 níveis de cinza
(a) e em quatro níveis de cinza (b), variando do preto ao branco. A quantidade de detalhes
perceptíveis na primeira é claramente maior que na segunda. Portanto a cena “a” possui
melhor resolução radiométrica que a cena “b”.
Fig. 1.2 - Imagens reproduzidas em diferentes resoluções radiométricas:(a) - 8 bits (28 = 256 níveis); e (b) - 2 bits (22 = 4 níveis).
(a) (b)
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O número de níveis é comumente expresso em função do número de dígitos binários
(“bits”) necessários para armazenar em formato digital o valor do nível máximo. O valor em
bits é sempre uma potência do número 2, o que faz com que “6 bits”, por exemplo,
corresponda a 26 = 64 níveis.
Os sistemas sensores mais comuns, como as séries Landsat e SPOT, possuem
resolução radiométrica de 8 bits, o que significa 256 níveis de cinza. Já o olho humano, que é
bastante sensível a variações espectrais (vide 1.3.3), não apresenta grande sensibilidade a
variações de níveis de cinza (cerca de 30 níveis apenas). Por outro lado, o computador
consegue diferenciar qualquer quantidade de níveis, o que torna mais desejável o emprego de
imagens de melhor resolução radiométrica, nas aplicações de SR assistidas por computador.
1.3.3 - Resolução Espectral e Faixa Espectral
A resolução espectral é definida como a menor porção do Espectro Eletromagnético
que um sistema sensor é capaz de segmentar. Ela determina se o alvo pode ser visto na
imagem, em função de seu comportamento espectral.
Trata-se de um conceito inerente às imagens multiespectrais de SR. Quanto mais
estreitas, espectralmente falando, as bandas (canais) de um dado sistema, maior é a
capacidade desse sistema de discriminar variações no comportamento espectral do alvo a serestudado.
Na Figura 1.3a, por exemplo, uma cena foi fotografada com filme pancromático (de
0,4 µm. a 0,9 µm.), no qual, tanto a grama natural (fora do estádio), quanto a artificial (no
interior do estádio), apresentam tonalidades fotográficas similares. A Figura 1.3b, no entanto,
mostra a mesma cena fotografada com filme infravermelho preto e branco, atuando entre
0,7 µm. e 0,9 µm. Nesse caso, a grama natural possui uma tonalidade fotográfica bastante
clara (alta reflectância no infravermelho próximo), ao contrário da grama artificial, que possui
tonalidade bastante escura (baixa reflectância no infravermelho próximo).
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Fig. 1.3 - Fotografias aéreas oblíquas de baixa altitude, obtidassimultaneamente, ilustrando a diferença de comportamentoespectral entre a grama natural, nos arredores do estádio, e agrama artificial, no interior do mesmo, em função da resoluçãoespectral do filme utilizado. Em (a), uma foto pancromática
(0,4 a 0,9 µm.); e em (b), uma foto infravermelho (0,7 a 0,9µm.), de melhor resolução espectral.
FONTE: Lillesand e Kiefer, p. 91 (1994).
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A faixa espectral, por sua vez, é definida como a região do Espectro Eletromagnético
na qual um sistema sensor opera. Ela determina o domínio do sistema sensor utilizado, em
função da característica da radiação por ele empregada.
Via de regra, o Espectro Eletromagnético é dividido, para efeito de SensoriamentoRemoto, em 5 faixas espectrais, assim distribuídas do menor para o maior comprimento de
onda: visível, infravermelho próximo, infravermelho médio, infravermelho distante (termal), e
microondas.
1.3.4 - Resolução Temporal (Repetitividade)
A resolução temporal é definida como a freqüência com a qual um sistema sensor é
capaz de imagear um mesmo alvo. Ela determina o período mínimo a ser aguardado para um
novo imageamento de determinado alvo.
Trata-se de um parâmetro somente aplicável aos satélites de SR, uma vez que estes
possuem órbitas de períodos regulares como característica imposta pela Mecânica Orbital, ao
contrário das aeronaves, por exemplo.
Dois parâmetros relacionados à plataforma - o nível de emprego (orbital, aéreo e de
superfície) e a capacidade de uso (posse e grau de imunidade à interceptação) - afetam a
resolução temporal.
O nível de emprego determina, de maneira geral, o alcance do sistema e sua
manobrabilidade. A capacidade de uso determina a disponibilidade do mesmo para emprego
durante um conflito armado.
As informações apresentadas até aqui são de grande importância para o planejador
militar não-especializado em SR, sendo adequado, portanto, tecer alguns comentários
adicionais a respeito.
Apesar de não constituir regra, em geral os alvos de valor estratégicos (usinas de
energia, instalações portuárias, siderúrgicas, indústrias, entre outros) possuem dimensões
maiores que os alvos de valor tático (uma aeronave pousada, ou uma coluna de blindados,
por exemplo). Um sistema com elevado poder de resolução espacial pode “enxergar” ambos
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os tipos de alvos, enquanto um sistema com resolução espacial relativamente limitada permite
a identificação apenas dos alvos de grandes dimensões.
Assim sendo, pode-se dizer que todos os sistemas imageadores podem ser usados
para o reconhecimento estratégico, mas apenas os que possuem poder de resolução espacialelevado se prestam ao reconhecimento tático.
Usando uma abordagem semelhante, em geral se pode dizer que os alvos de valor
estratégico são imóveis e sujeitos a poucas alterações no decorrer do tempo (refinarias de
petróleo, fábricas de armamentos, aeródromos), enquanto os alvos de valor táticos podem ser
movidos (tropas, embarcações, aeronaves), ou modificados (defesas de um aeródromo,
pontes móveis) com relativa rapidez.
Dessa forma, qualquer que seja a resolução temporal do sistema, ele se prestará para
o reconhecimento estratégico, mas somente os sistemas de alta resolução temporal poderão
ser considerados para o reconhecimento tático. Os princípios abordados acima são
sintetizados e esquematizados na Figura 1.4.
E M P R E G O T Á T I C O
E M P R E G O E S T R A T É G I C O
b a i x a r e p e t i t i v i d a d e r e s o l u ç ã o e s p a c i a l
p o b r e
a l t ar e p e t i t i v i d a d e
b o a r e s o l u ç ã oe s p a c i a l
Fig. 1.4 - Relação entre a natureza tático-estratégica dos alvos militares eas resoluções espacial e temporal dos sistemas de SR.
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2 RADIAÇÃO ÓPTICA
2.1 - FONTES DE R ADIAÇÃO ÓPTICA
A radiação óptica proveniente de um objeto tem duas origens possíveis. Uma, a
emissão, é a atividade interna dos átomos que constituem o objeto. Energias correspondentes
aos comprimentos de onda do espectro óptico envolvem tipicamente transições de elétrons no
átomo.
À medida que esses elétrons mudam seus níveis de energia, eles absorvem e/ou
emitem energia na forma de radiação eletromagnética. Os elétrons podem ser estimulados a
fazer transições por meio de energia interna, reações químicas, ou fontes externas de energia,
como campos eletromagnéticos, por exemplo. A intensidade e os comprimentos de onda da
radiação emitida dependem da natureza da estimulação.
A segunda fonte de radiação a partir de um objeto é a reflexão ou a transmissão de
fontes radiantes no ambiente em que se encontra o objeto. A reflexão pode ocorrer em
função de um simples espalhamento, ou pode envolver a absorção seguida de reemissão de
comprimentos de ondas selecionados. Um comprimento de onda transmitido é aquele que
passa através do objeto.
2.2 - O ESPECTRO ÓPTICO
A luz visível é apenas umas das muitas formas de radiação eletromagnética (REM).
Outras formas familiares são as ondas de rádio, raios-ultravioleta, raios-X e o calor. Todos
esses tipos de REM são similares e são irradiadas segundo a Teoria Ondulatória.
Conforme mostra a Figura 2.1, essa Teoria nos ensina que a REM se propaga
segundo uma senoidal harmônica e à velocidade da luz (c). A distância entre dois picos de
onda determina o comprimento de onda (λ) da REM, enquanto o número de picos a passar
num determinado ponto fixo no espaço, por unidade de tempo, determina a freqüência ( ν)
dessa mesma REM.
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Fig. 2.1 - Gráfico de propagação da luz, segundo a Teoria Ondulatória.
FONTE: Adaptada de Lillesand e Kiefer (1994), p. 4.
Das leis da Física, tem-se a seguinte equação geral para a REM:
c = ν λ. (2.1)
10 102 103 104 105 106 107 108 10910 -110 -210 -310 -410 -510 -6 1λλ µµ( )m λλ µµ( )m
Visível
0,4 0,5 0,6 0,7 µµ( )m
IVPUV R GB
(1 mm) (1 m)
Fig. 2.2 - O Espectro Eletromagnético.
FONTE: Adaptada de Lillesand e Kiefer (1994), p. 5.
Uma vez que a velocidade da luz é constante no meio em que se desloca (3 x 10 8 m/s
, no vácuo), note-se, pela Equação 2.1 que, para qualquer que seja a REM considerada, a
freqüência e o comprimento de onda serão sempre inversamente proporcionais. Em SR, a
forma mais comum para se categorizar a REM, ao longo do Espectro Eletromagnético
(EEM - Figura 2.2), é através do comprimento de onda. Entretanto, a partir das microondas
(λ ≥ mm), o emprego da freqüência torna-se mais usual.
distânciacampo
ma nét ico
E
M
λ = comprimento de onda (distânciaentre dois picos de onda sucessivos)
velocidade da luzc
ν= freqüência (número de ciclos porsegundo em relação a um ponto fixo)
campoelétrico
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Embora as características da REM sejam mais facilmente entendidas através da
Teoria Ondulatória, uma outra teoria, a Teoria Quântica, oferece outras abordagens para
explicar como a energia eletromagnética interage com a matéria. Segundo essa Teoria, a REM
é composta de partículas denominadas fótons, cuja energia é discretizada em quanta. A
energia de um quantum é dada por:
Q h= ν. (2.2)
onde:
Q = energia de um quantum, em Joules (J)
h = constante de Planck, 6,626 × 10-34 J⋅s
ν = freqüência, em Hertz (Hz)
Ao relacionarmos as Equações 2.1 e 2.2, obtemos:
Qh
=c
λ. (2.3)
Note-se, portanto, que a energia de um quantum é inversamente proporcional ao seu
comprimento de onda. Ou seja, quanto maior for o comprimento de onda, menor será a
energia nele contida. Essa asserção tem implicações importantes para o SR, uma vez que
radiações emitidas que possuam comprimentos de onda maiores, como emissões na faixa das
microondas por objetos, ou feições, da superfície terrestre, são mais difíceis de detectar do
aquelas emitidas em comprimentos de onda menores, como no infravermelho termal. Significa
dizer que, de maneira geral, sistemas operando em comprimentos de onda maiores necessitam
“enxergar” áreas maiores para obter um sinal detectável.
A Seção 2.3 define grandezas e unidades radiométricas úteis para descrever a
radiação óptica em termos quantitativos.
Embora determinadas faixas do EEM tenham sido “batizadas”, por conveniência,
com termos tais como ultravioleta, infravermelho, microondas etc, não há, no EEM, uma
separação clara entre essas faixas. Na verdade, termos foram sendo atribuídos muito mais em
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 15
função da maneira utilizada para perceber a REM, do que por quaisquer diferenças inerentes
às características dos diversos comprimentos de onda.
Pode-se notar, ainda na Figura 2.2, que o EEM estende-se num contínuo
caracterizado por mudanças de magnitudes1
da ordem de várias potências de 10. Assimsendo, o uso de representações logarítmicas em gráficos é bastante comum.
Dessa forma, tendo uma amplitude de apenas 0,3 µm, a porção relativa ao Espectro
Visível2, nele representada, é extremamente pequena e é dividida, uma vez mais por
conveniência, em três faixas, que são as cores primárias. A cor azul ocorre entre 0,4 e
0,5 µm, a verde entre 0,5 e 0,6 µm e a vermelha entre 0,6 e 0,7 µm.
Já fora do Espectro Visível, a radiação ultravioleta avizinha-se imediatamente antes da
azul, enquanto a radiação infravermelho, situada imediatamente após a vermelha, também
pode, a exemplo das cores primárias, ser dividida em três faixas. O infravermelho próximo, de
0,7 a 1,3 µm, o infravermelho médio, de 1,3 a 3 µm e o infravermelho termal, além de 3 µm.
Com comprimentos de onda bem maiores, a faixa das microondas estende-se de 1 mm a 1 m.
Os sistemas mais comuns de SR operam em uma ou mais porções das faixas que se estendem
do visível até as microondas.
2.3 - GRANDEZAS DA R ADIAÇÃO ÓPTICA
Da definição de sensoriamento remoto, depreende-se que a essência dessa tecnologia
é a detecção das alterações sofridas pela REM na interação desta com a superfície terrestre.
Para se discutir a radiação óptica em termos quantitativos, torna-se necessário definir
um sistema de grandezas da radiação (grandezas radiométricas). As definições e unidades
utilizadas, nesta apostila, estão de acordo com o Sistema Internacional de Medidas (SI).
1 - A unidade mais freqüentemente utilizada em SR para exprimir comprimentos de onda é omícron - µm - que equivale a 10 -6 m.
2 - Parte do EEM que contém a radiação que o olho humano é capaz de detectar (aproximadamente de 0,4 a0,7 µm).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 16
Outro conjunto de grandezas, conhecidas como fotométricas, é definido por causa de
seu uso na caracterização de alguns dispositivos eletro-ópticos3 disponíveis comercialmente.
Entretanto, grandezas fotométricas são baseadas na resposta espectral de um observador
jovem padrão. Em outras palavras, as grandezas fotométricas são ponderadas para a curva
de resposta espectral do olho humano considerado padrão.
Essa restrição provoca dois grandes problemas quando grandezas fotométricas são
utilizadas para descrever dispositivos eletro-ópticos. Primeiro, o conceito de “observador
padrão” traz consigo incertezas na quantificação das medidas. Segundo, vários dispositivos
eletro-ópticos atuam numa faixa mais abrangente que aquela utilizada pelo olho humano. Não
faz sentido, por exemplo, caracterizar um sensor infravermelho, utilizando-se grandezas
fotométricas.
Grandezas radiométricas, por outro lado, provêm uma caracterização precisa de
todas as aplicações eletro-ópticas, incluindo as respostas visuais do olho humano. Para
caracterizá-las em termos de grandezas radiométricas, basta a inclusão da curva de resposta
espectral adequada. Embora as grandezas fotométricas sejam apresentadas, a título de
comparação, esta apostila enfatizará as grandezas radiométricas.
Definições e relações entre as várias grandezas radiométricas serão apresentadas a
seguir. A Tabela 2.1 apresenta, de forma resumida, essas grandezas, enquanto a Tabela 2.2
fornece os seus correspondentes fotométricos, além de descriç ões e símbolos formalmente
adotados4.
2.3.1 - A Energia Radiante e sua Dependência do Tempo e do Espaço
Energia Radiante
3 - Uma definição bastante simplificada para o termo eletro -óptica é “o estudo dos efeitos de camposelétricos em fenômenos ópticos”.
4 - Esses símbolos e unidades já eram utilizados anteriormente à adoção do SI e aparecem na maioria dostrabalhos científicos da área de SR.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 17
A grandeza fundamental da radiação óptica é a energia radiante. É caracterizada pelo
símbolo Q e é dada em joules (J). É a partir dessa grandeza fundamental que derivam todas
as outras grandezas radiométricas usadas para descrever a radiação óptica.
A energia radiante geralmente apresenta uma complexa dependência de inúmerasvariáveis, incluindo tempo, comprimento de onda e coordenadas espaciais. Além disso, se a
fonte da energia radiante é considerada, então Q possui também dependência das
propriedades do material, sua temperatura, área superficial e orientação relativa. A
dependência dessas variáveis forma a base para as grandezas radiométricas aqui definidas.
F luxo Radiante
O fluxo radiante é definido como a derivada parcial da energia radiante em função do
tempo. É caracterizada pelo símbolo Φ e é dada em watts (W).
Φ = δ
δ
Q
t W ( ) (2.4)
Densidade Radiante
A densidade radia nte nada mais é do que a concentração de energia por unidade de
volume (derivada parcial da energia radiante - Q - em função do volume - V). É caracterizada pelo símbolo w e é dada em joules por metro cúbico (J/m3).
wQ
V J m=
δ
δ( )3 (2.5)
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 18
TABELA 2.1 - DEFINIÇÕES DE GRANDEZAS RADIOMÉTRICAS
GRANDEZA
RADI OMÉTRICASÍMBOLO EQUAÇÃ O UNI DADE DE MEDI DA CONCEI TO
Energia Radiante Q joule (J); erg (erg); ekilowatt-hora (kWh)
Energia transmitida em forma de ondaseletromagnéticas.
Fluxo Radiante Φ δ
δ
Q
t
Werg/s
Taxa de variação de energia radiante notempo
Densidade Radiante ω δδ
Q
V
J/m3 erg/cm3
Taxa de variação de energia radiante por unidade volumétr ica.
Intensidade Radiante I δ
δ
ΦΩ
watt por esferorradiano (W/sr)Fluxo deixando uma fonte por unidadede ângulo sólido numa dada di reção.
Exitância Mδ
δ
ΦA
W/m2 W/cm2
Fluxo deixando uma superfície porunidade de área.
Irradiância Eδ
δ
ΦA
W/m2 W/cm2
Fluxo incidente sobre uma superfície por unidade de área.
Radiância L δ
δ δ θ
δ
δ θ
2 Φ
Ω ( cos ) ( cos )A
I
A=
W/srm2
W/srcm2
Intensidade radiante por unidade de
área normal à fonte numa dada direção.
Emissividade ε M M
CR
CN
adimensionalRazão entre a exitância de um material ea exitância de um corpo negro à mesmatemperatura.
Absortância α ΦΦ
a
i
adimensional Razão entre o fluxo absorvido e o Fluxoincidente numa superfície.
Reflectância ρ ΦΦ
r
i
adimensionalRazão entre o fluxo refletido e o fluxoincidente numa superfície.
Transmitância τ ΦΦ
t
i
adimensional Razão entre o fluxo transmitido e o fluxoincidente numa superfície.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 19
TABELA 2.2 - DEFINIÇÕES DE GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS
GRANDEZA
RADI OMÉTRICASÍMBOLO EQUAÇÃ O UNI DADE DE MEDI DA CONCEI TO
Energia Luminosa(quantidade de luz)
Qv K Q d e( )λ λ λ380760
∫ lumen (lm)Energia na faixa do visível em função daeficácia luminosa da radiação
Fluxo Luminoso Φ v δ
δ
Q
tv
lumen-segundo ou talbot (lms)
lumen-hora (lmh)
Taxa com a qual a energia luminosa étransferida de um ponto a outro dasuperfície.
Densidade Luminosa ωv δ
δ
Q
Vv
lm/m3 Taxa de variação de energia luminosa por unidade volumétr ica.
IntensidadeLuminosa
Iv δ
δ
ΦΩ
v candela (cd) ou lm/sr
Fluxo luminoso deixando uma fonte porunidade de ângulo sólido, numa dadadireção.
Exitância Luminosa Mv δ
δ
Q
Av
lux (lm/m2 ou lx)Fluxo luminoso deixando uma superfície por unidade de área.
Iluminância Ev δ
δ
Q
Av
lux (lm/m2 ou lx)Fluxo luminoso incidente sobre umasuperfície por unida de de área.
Luminância Lv δ
δ δ θ
δ
δ θ
2 ΦΩ
v
( cos ) ( cos )A
I
Av= cd/m
2 Intensidade luminosa por unidade deárea normal à fonte, numa dada direção.
Eficácia Luminosa K ΦΦ
v lm/W
Razão entre o fluxo visível e o fluxoradiante.
Eficiência Luminosa V K
K max adimensional
Razão entre a eficácia luminosa naregião visível pela eficácia luminosamáxima.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 20
Ângul o Sól ido
Uma superfície com área “∆ A”, situada a uma distância “r ” de uma fonte pontual,
define com esta uma direção e um ângulo sólido, caracterizado pela letra Ω. Sua unidade é o
esferorradiano5
ou esterradiano (sr).
14
42 2
2
2 sr unidade A
r esfera
A
r
r
r sr = = ⇒ = = =δ
δ ππΩ Ω( ) ( ) ( ) (2.6)
δδΩ Ω
r δδA
FONTE
ESFERA
Fig. 2.3 - Conceito de ângulo sólido (Ω).
I ntensidade Radiante
É o fluxo por unidade de ângulo sólido irradiado numa certa direção a partir de uma
fonte pontual. É caracterizada pelo símbolo I e é dada em watts por esferorradiano (W/sr). A
Figura 2.4a ilustra uma fonte pontual irradiando energia num ângulo sólido.
5 - Grandeza correspondente ao ângulo sólido que, projetado em uma superfície esférica, cujo centro
encontra-se no vértice desse ângulo, forma uma área igual ao quadrado do raio, ou seja,1
4π da área total
da esfera. Em outras palavras, como a área da esfera é dada por A = 4πr 2, conclui-se que esta possui 4πr 2/r 2
esferorradianos, ou seja, 4π esferorradianos (vide Equação 2.6).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 21
I Q
t W sr = =
δ
δ
δ
δ δ
ΦΩ Ω
2
( ) (2.7)
2.3.2 - Grandezas da Radiação Relacionadas à Área e a Lei do Cosseno de Lambert
Densidade de F luxo Radiante
Ex itância Radiante (Emi tância Radiante - M). É o termo usado para definir a
densidade de fluxo radiante emitida por uma superfície. É dada pelo fluxo radiante
por unidade de área da superfície considerada (W/m2).
Irradiância (E). Quando o fluxo radiante incide na superfície, ele é chamado
irradiância. Da mesma forma que a exitância, é dado em watts por metro
quadrado.
A Equação 2.8 define, ao mesmo tempo, exitância e irradiância. A diferença entre
essas grandezas é ilustrada nas Figuras 2.4b e 2.4c como o fluxo radiante emitido por uma
superfície ou incidente sobre ela.
M E A
Q
t AW m, ( )= =
δ
δ
δ
δ δ
Φ 2 2 (2.8)
Radiância
É o fluxo radiante numa certa direção, a partir de uma superfície normalizada com
respeito à área da superfície e unidade de ângulo sólido. Para um ângulo de visada normal à
superfície emissora, conforme mostrado na Figura 2.4d, a radiância, caracterizada pelo
símbolo L, é dada por:
L I
A
Q
A
Q
t AW m sr = = = ⋅
δ
δ
δ
δ δ
δ
δ δ δ
2 32
Ω Ω( ) (2.9)
Para direções outras que não a normal à superfície, vale ressaltar o fato de que a
superfície aparente é proporcional ao cosθ e inversamente proporcional a θ , onde θ é o
ângulo formado entre a normal à superfície e a linha de visada, que estabelece a superfície
aparente (Figura 2.4e).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 22
( ) I W sr = δ
δ
ΦΩ
/
Fonte pontualΦ (W) Ângulo sólido
δΩ (sr)
(a)
M A
W m= δ
δ
Φ( )2
Φ (W): Fluxo total da superfície
Área da superfície δA (m2)
(b)
E
A
W m= δ
δ
Φ( )2
Φ (W): Fluxo total para a superfície
Área da superfície δA (m2)
(c)
L
A
= δ
δ δ
Φ
Ω
Φ (W): Fluxo total da superfície
Área da superfície δA (m2)
(d)
(W/m2 - sr)Ângulo sólidoδΩ (sr)
θ
Área da superfície δ A (m2)
δS
Linha de visada
(e)
δS =δ A cos θ
Fig. 2.4 - Grandezas radiométricas. (a) Intensidade radiante. (b) Exitância
radiante. (c) Irradiância. (d) Radiância. (e) Relação entre a
superfícieδ
A e a superfície aparenteδ
S .
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 23
Lei do Cosseno
Para a energia radiante emitida por uma superfície plana, a intensidade radiante I
(W/sr) varia com o cosseno do ângulo entre a linha de visada e a superfície normal.
Superfícies para as quais essa relação é válida são chamadas de superfícies lambertianas (oudifusas). Considerando-se a geometria apresentada na Figura 2.5a, a intensidade radiante é
plotada no gráfico em 2.5b. Definindo-se I θ como a intensidade radiante para o ângulo θ, e
I n como a intensidade radiante normal à superfície, a Lei do Cosseno de Lambert é dada por:
I I W sr nθ θ= cos ( ) (2.10)
O efeito da Lei do Cosseno na radiância de uma superfície como função do ângulo de
visada merece destaque. Uma vez que a radiância é definida como L I A= δ δ , a radiância, para o ângulo de visada θ, conforme mostra a Figura 2.5c, é dada por:
L I
A
I
S
I
A L W m sr nθ
θδ
δ δ
θ
δ θ= = = = ⋅
cos
cos( )2 (2.11)
Assim sendo, a radiância de uma superfície lambertiana é independente do ângulo de
visada. Essa relação pode ser verificada experimentalmente. Além disso, verifica-se essa
propriedade na grandeza fotométrica luminância (também conhecida como brilho). Isso
explica, por exemplo, porque o brilho emitido por uma superfície lambertiana não se modifica
com o ângulo de visada (a tela de cinema se aproxima dessa condição).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 24
Normal
θ
Direção de visadaIθ , Lθ
(a)
− π2
π
2
In
Iθ = In cos θ (W/sr)
0 θ
(b)
L I
A
I
S
I
A L Ln nθ
θ
δ δ δ= = = = =
θ
Área da superfície δ A (m2)
δS = δ A cos θ
(independente de θ)
(c)
Fig. 2.5 - Lei do Cosseno de Lambert para uma superfície difusa. (a)
Superfície lambertiana. (b) Intensidade radiante a partir de uma
superfície lambertiana. (c) Radiância a partir de uma superfície
lambertiana.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 25
Caso Parti cular - Radiância de uma Fonte Lambertiana
Na Figura 2.6, a intensidade radiante I θ (na direção θ em relação à normal da
superfície de área δA) é dada pela Lei do Cosseno como:
I I W sr nθ θ= cos ( )
A partir da definição de intensidade radiante, temos I = δ δΦ Ω e considerando
ainda a Figura 2.6, temos que:
δ δ θ θ δθ δθΦ Ω Ω= = I I n cos sen
Ao se integrar o fluxo radiante total num hemisfério, tem-se:
Φ Φ= ∫ ∫ d d I nθ θ θπ π0
202 cos sen
ou Φ = π I n . Uma vez que a radiância é independente de orientação, para uma superfície
lambertiana, temos que:
L I
dA dA
M W m sr n= = = ⋅
Φπ π
( )2
Esse resultado provê relações simplificadas entre radiância ( L), fluxo radiante (Φ),
exitância radiante ( M ) e intensidade radiante ( I ), para uma dada fonte lambertiana.
area r d d =2sen θ θ φ
r senθ
θ
r d sen θ φ
φ
d φd θ
I θ
rd θ
Su erfície radiantedA
Fig. 2.6 - Fluxo radiante em um hemisfério.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 26
2.3.3 - Grandezas Radiométricas Relacionadas à Natureza do Material
As propriedades básicas na interação dos materiais com a radiação óptica são a
emissividade (ε), reflectância (ρ), absortância (α ) e a transmitância (τ). Variações dessas
grandezas básicas são encontradas em certas áreas específicas de eletro-óptica, comocoeficiente de retroespalhamento e coeficiente de absorção, utilizados na caracterização das
propriedades de propagação óptica da atmosfera.
A energia radiante incidente sobre a superfície de dado material pode ser absorvida,
refletida, ou transmitida através do material. O Princípio de Conservação de Energia requer
que a soma das energias absorvida, refletida e transmitida seja igual à energia incidente.
Entretanto, como resultado da energia absorvida pelo material, há um incremento no estado
energético interno desse material. Uma vez que, em equilíbrio, qualquer material possui uma
energia interna constante, conclui-se que deve haver outro mecanismo pelo qual parte da
energia é perdida pelo material na mesma razão em que é absorvida.
Em 1860, Kirchhoff demonstrou que radiadores térmicos devem emitir e absorver
radiação na mesma proporção, independentemente do comprimento de onda e da natureza da
superfície do radiador (Lei de Kirchhoff ). Assim, bons radiadores são também bons
absorvedores. Materiais que tenham alta reflectância ou transmitância, por outro lado, são
maus emissores ou absorvedores.
A Seção 2.4 mostra que todos os materiais emitem energia, por causa de seus
estados internos de energia. Da Figura 2.7, podem ser extraídas as seguintes relações:
Qincidente = Qabsorvida + Qtransmitida + Qrefletida (2.12)
Qemitida = Qabsorvida (em equilíbrio) (2.13)
As definições apresentadas a seguir são dadas em termos relativos de grandezas
radiométricas. Mais especificamente, são dadas em termos de energia radiante (Q).
Entretanto, são aplicáveis a relações de fluxo radiante (Φ), exitância radiante ( M ), irradiância
( E ), intensidade radiante ( I ), bem como radiância ( L).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 27
Absorvida
Refletida
Incidente
EmitidaTransmitida
Fig. 2.7 - Interação entre energia radiante e matéria.
Absortância
A absortância é definida como a razão entre a energia radiante absorvida e a energia
radiante incidente.
α =Q
Qabsorvida
incidente(adimencional) (2.14)
Reflectância
A reflectância é definida como a razão entre a energia radiante refletida e a energiaradiante incidente.
ρ =Q
Q
refletida
incidente(adimencional) (2.15)
Transmitância
A transmitância é definida como a razão entre a energia radiante transmitida e a
energia radiante incidente.
τ =Q
Qtransmitida
incidente(adimencional) (2.16)
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 28
Emissividade
A emissividade é definida como a razão entre a energia radiante emitida pelo material
considerado e a energia radiante emitida por um corpo negro6 à mesma temperatura.
ε =Q
QCR
CN
(adimencional) (2.17)
Assim sendo, para qualquer material que seja considerado um radiador térmico,
temos:
α ρ τ α ε+ + = =1 (2.18)
2.3.4 - Grandezas Radiométricas Espectrais
Todas as grandezas radiométricas já definidas dependem, em geral, do comprimento
de onda da radiação óptica. Dessa forma, cada grandeza apresenta uma dependência
funcional do comprimento de onda. Essa dependência do comprimento de onda é
especificada por meio do acréscimo do termo “espectral” à frente de cada grandeza
empregada (por exemplo, densidade de fluxo radiante espectral). Grandezas radiométricas
espectrais são identificadas pela adição do símbolo “λ” subscrito aos símbolos definidos para
cada grandeza e do termo “por mícron” às unidades. O mícron (µm) é usado para medir o
comprimento de onda porque é uma unidade conveniente para a maioria das aplicações
eletro-ópticas. O nanometro é outra unidade conveniente para comprimentos de onda ópticos
e poderá ser visto em muitas aplicações.
2.3.5 - Grandezas Radiométricas, Fotométricas e Quânticas
As grandezas radiométricas foram definidas, até aqui, no sistema de unidades MKS.
Na Seção 2.2, foi mostrado que fótons têm sua energia dada por hc λ , donde se concluique grandezas radiométricas espectrais podem ser expressas em termos de fluxo de fótons
(fótons/s). Essa alternativa para grandezas radiométricas é útil na avaliação de sistemas eletro-
6 - Corpo negro é a expressão utilizada para definir um radiador hipotético ideal que absorve e reemitecompletamente toda a energia nele incidente. Objetos reais apenas se aproximam deste ideal teórico.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 29
ópticos, nos quais efeitos quânticos são importantes. Por exemplo, vários tipos de ruído em
detectores quânticos são descritos em termos de fluxo de fótons. Uma prática comum para se
distinguir representações de fluxo de fótons de grandezas radiométricas é a utilização de um
“e” subscrito em cada um dos símbolos previamente definidos.
2.4 - CARACTERÍSTICAS DE FONTES DE R ADIAÇÃO ÓPTICA
Um fator fundamental para qualquer sistema eletro-óptico é a radiação com a qual
esse sistema interage. Para melhor entender e quantificar o desempenho de um sistema desses
é necessário entender, primeiramente, a natureza da radiação óptica. Utilizando as grandezas
radiométricas definidas há pouco, é possível observar os vários tipos de fontes de radiação
óptica e caracterizar suas medições.
Fontes de radiação óptica podem ser classificadas genericamente em três tipos, de
acordo com o comprimento de onda presente na radiação. Os tipos são os seguintes:
1. Discreto;
2. Banda estreita;
3. Banda larga.
Esses três tipos são ilustrados graficamente na Figura 2.8, que mostra o fluxo radiante
em função do comprimento de onda.
A fonte discreta é caracterizada por energia radiante concentrada em um ou poucos
comprimentos de onda individuais (vide Figura 2.8a). O laser é o melhor exemplo de uma
fonte discreta.
Fontes de banda estreita, como os LED (“Light-Emitting Diodes”), têm a maior parte
de sua energia radiante confinada a uma faixa relativamente curta de comprimentos de onda
(vide Figura 2.8b). A distribuição é considerada como sendo tipicamente contínua ao longo
da faixa, em contraste aos comprimentos de onda individuais de uma fonte discreta.
Fontes de banda larga (vide Figura 2.8c) incluem essencialmente todas as outras
fontes de radiação óptica. Uma subclasse de fonte de banda larga, o radiador de corpo
negro, será examinado em detalhes a seguir. Ele irradia em todos os comprimentos de onda,
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 30
de zero a infinito, com uma distribuição particular que é função do comprimento de onda e
tem um formato fixo para uma dada temperatura de fonte.
Φ (λ)
(c)
Φ (λ)
λ
(a)
λ1 λ2
λ(b)
Φ (λ)
λ
Fig. 2.8 - Tipos de fontes de radiação óptica. (a) Monocromática -
discreta. (b) Espectralmente seletiva - banda estreita. (c) Banda
larga.
2.4.1 - Leis da Radiação de Corpo Negro
O Sol é a mais óbvia fonte de energia para SR. Entretanto, toda matéria, cuja
temperatura exceda o Zero Absoluto (0 K, ou -273° C), emite radiação continuamente.
Assim sendo, todos os objetos dispostos na superfície terrestre são também fonte de
radiação, embora de magnitude e composição espectral consideravelmente distintas da
radiação solar.
A intensidade espectral da radiação depende primariamente da temperatura do objeto
e das propriedades radiantes do material de que esse objeto é feito (em particular, a
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 31
emissividade espectral do material). Já foi mencionado, no corpo desse trabalho, que
absortância e emissividade são iguais para um mesmo objeto. Assim sendo, um objeto com
alta emissividade deve possuir, igualmente, uma alta absortância. Portanto, nunca é demais
relembrar a Lei de Kirchhoff, segundo a qual um bom emissor é também um bom absorvedor.
Pode-se definir um absorvedor perfeito como sendo aquele que absorve toda a
radiação incidente sobre ele. Esse objeto será, obrigatoriamente, um emissor perfeito. Um
corpo com essas características é chamado de corpo negro e possui emissividade e
absortância igual a 1 em todos os comprimentos de onda, de zero a infinito. Um absorvedor-
emissor não tão perfeito, mas que possua uma absortância-emissividade constante e menor
que a unidade em todos os comprimentos de onda é chamado de corpo cinza.
Uma definição mais formal do radiador de corpo negro é “um radiador hipotético
(emissividade = absortância = 1; reflectância = transmitância = 0) que emite isotropica e
aleatoriamente energia radiante numa distribuição contínua de comprimentos de onda que
varia de zero a infinito. A exitância radiante, função da temperatura e do comprimento de
onda, é dada pela Lei de Distribuição de Planck”.
Lei de Planck
Os primeiros esforços para descrever experimentalmente a radiação emitida por umobjeto, numa dada temperatura, eram baseados na Eletrodinâmica Clássica. Um resultado
desses esforços foi a Lei de Stefan-Boltzmann (a ser apresentada nesta Seção), que mostra
que o fluxo total radiante proveniente de um corpo negro é proporcional à quarta potência de
sua temperatura absoluta. Entretanto, outros esforços na caracterização de uma dependência
espectral da exitância radiante de um corpo negro resultou em equações de aplicações
limitadas. Max Planck realizou um desenvolvimento teórico que gerou resultados consistentes
com dados experimentais, assumindo que o corpo negro emite e absorve energia em valores
discretos (quanta), chamados fótons, cada qual com a energia definida por “h ν”, conforme
foi visto na Seção 2.1.
Baseado nessa abordagem da Teoria Quântica, Planck desenvolveu sua lei de
radiação, que fornece a exitância radiante espectral para um radiador de corpo negro.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 32
Detalhes dessa teoria podem ser encontrados em diversos textos de Física Moderna. A
precisão dessa lei de radiação foi verificada experimentalmente e é dada por:
M T c
e
W m mc T λ λλ
µ( ) ( )=
−
−1521
12
(2.19)
onde:
c1 = 2πc2h = 3,7413 × 108 (W-µm4/m2)
c2 = hc/k = 1,4388 × 104 (µm-K)
As constantes c1 e c2 são chamadas constantes da radiação de Planck, e Mλ
(Equação 2.19) fornece a exitância radiante num ângulo sólido de 2π radianos (um
hemisfério). Uma vez que um radiador de corpo negro é lambertiano (difuso), sua radiância éconstante em todas as direções e pode ser obtida pela substituição de c 1 = 2π c2h na Equação
2.19, tendo em mente que L = M/ π .
L T c h
eW m m sr c T λ λλ
µ( ) ( )=−
⋅ ⋅2 11
2
52
2 (2.20)
As fórmulas clássicas anteriores para a exitância radiante espectral são deriváveis
como casos limites da Lei de Distribuição de Planck, ou simplesmente Lei de Planck, e sãomostradas, nesse contexto, nos próximos parágrafos.
Lei da Radi ação de Wien
Se e c T 2 λ for maior do que 100, então o termo 1 2( )ec T λ é aproximado, numa
margem de erro de 1%, para e c T − 2 λ , de forma que:
M T c
e W m mc T λλ
λµ( ) ( )≈ ⋅−1
5
22 (2.21)
A Equação 2.21 é chamada de Lei da Radiação de Wien. É interessante notar que
Wien desenvolveu esse resultado antes de Planck, utilizando uma abordagem de “tentativa-e-
erro” com formas de curvas de corpos negros experimentais, aliado ao conhecimento da Lei
de Stefan-Boltzmann.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 33
Para se resolver a inequabilidade condicional apresentada acima, a Lei de Wien
requer, para ser precisa numa margem de erro inferior a 1%, que λ T seja menor que
0,31 cm⋅K. Em outras palavras, para uma dada temperatura T , a Lei de Wien pode ser usada
para representar, com precisão, a exitância radiante espectral para comprimentos de onda
variando de 0 a 3100 µm.
Lei de Deslocamento de Wien
A Figura 2.9 mostra uma série de curvas de distribuição de corpos negros em várias
temperaturas. Essas curvas mostram que, à medida que a temperatura aumenta, há um desvio
na direção daquelas curvas com menor comprimento de onda situado no pico de distribuição
da radiação do corpo negro, que determina o comprimento de onda dominante. Esse
comprimento de onda, no qual uma curva de radiação de corpo negro atinge o seu máximo de
emissão, está relacionado à sua temperatura através da Lei de Deslocamento de Wien, que
estabelece o seguinte:
λ m3c
T = . (2.22)
onde:
λm = comprimento de onda de máxima exitância espectral, em µm
c3 = 2898 µm⋅K
T = temperatura absoluta (K) do corpo negro
Assim sendo, para um corpo negro, o comprimento de onda, no qual ocorre a
máxima exitância espectral, varia de forma inversamente proporcional à temperatura absoluta
do corpo negro. Tal relação pode ser constatada, quando se aquece um pedaço de metal,
como o ferro, por exemplo. À medida que esse metal se torna progressivamente mais quente,
ele começa a incandescer e sua cor vai adquirindo tonalidades de cores que caminham no
sentido dos comprimentos de onda menores - de um vermelho opaco para o laranja, depois
para o amarelo, e assim prossegue sucessivamente.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 34
Comprimento de Onda (µm)
E x i t â n c i a E s p e c t r a l ( W m - 2 µ
m - 1 )
Fig. 2.9 - Distribuição espectral da energia irradiada de corpos negros de
várias temperaturas. (Note-se que a exitância espectral M λ é a
energia emitida por unidade de intervalo de comprimento de
onda. A exitância total M é dada pela área sob as curvas de
exitância espectral).
FONTE: Adaptada de Lillesand e Kiefer (1994), p. 8.
O Sol emite radiação da mesma forma que um corpo negro cuja temperatura é de
cerca de 6.000 K (Figura 2.9). Muitas lâmpadas incandescentes emitem radiação similar à de
um corpo negro à temperatura de 3.000 K. Conseqüentemente, elas apresentam baixa
emissão de radiação azul e não possuem a mesma constituição espectral da luz solar.
Em função disso, filmes fotográficos são manufaturados de formas diferentes, de
modo a permitir um balanço apropriado de cores sob diferentes condições de iluminação.
Filmes para tomadas externas são balanceados para a luz solar. Se esse tipo de filme é
empregado em ambientes iluminados artificialmente - com lâmpadas incandescentes - as
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 35
fotografias resultantes do processo terão uma coloração amarelada. A solução para tal é a
utilização de um “flash” com alta emissão de radiação azul, a fim de compensar o efeito
indesejado. Uma outra solução aplicável é a adoção de filmes balanceados especialmente
para ambientes fechados, com iluminação artificial.
A temperatura de superfície da Terra (solo, água, vegetação etc.) é de
aproximadamente 300 K (27 °C). Isso significa, do ponto de vista da Lei de Deslocamento
de Wien, que a máxima exitância espectral ( M λ) de feições da superfície terrestre ocorre na
radiação cujo comprimento de onda é de aproximadamente 9,7 µm.
Pelo fato de corresponder ao calor da superfície terrestre, essa radiação é conhecida
como infravermelho termal. Trata-se de uma radiação que não pode ser vista ou fotografada,
mas que pode ser detectada através de dispositivos, tais como radiômetros e “scanners7”.
O Sol possui um pico de energia bem superior ao da Terra. Esse pico ocorre a
aproximadamente 0,5 µm e o olho humano, da mesma forma que os filmes fotográficos, são
sensíveis a essa radiação. Portanto, somente podemos observar objetos na superfície
terrestre em virtude da radiação solar nelas refletida, obviamente quando há iluminação solar.
Por essa razão, nunca é demais repetir, comprimentos de onda maiores emitidos por
objetos na superfície terrestre só podem ser observados por sistemas de SR não-fotográficos.A “linha divisória” entre o infravermelho refletido e o emitido localiza-se em torno de 3 µm.
Abaixo desse comprimento de onda, predomina a radiação refletida, enquanto acima dele,
prevalece a radiação emitida.
Determinados sistemas sensores, como os radares, trazem consigo sua própria fonte
de energia para “iluminar” os alvos de interesse. São denominados sistemas ativos, em
contraste com os sistemas passivos, descritos anteriormente, que detectam a energia
naturalmente disponível.
Lei de Rayleigh -Jeans
7 - Os scanners, ou dispositivos imageadores por varredura, geram imagens através da aquisição desegmentos do campo de visada do sistema sensor, ou seja, “varrendo” a cena, uma vez que não sãocapazes de imageá-la de uma só vez.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 36
A Lei de Rayleigh-Jeans foi desenvolvida a partir da Teoria Clássica de
Eletrodinâmica para predizer a exitância radiante espectral de um radiador de corpo negro.
Ela é dada por:
M T c T c ckT W m mλ λπλ
µ( ) ( )= = ⋅12
4 422 (2.23)
A maior dificuldade com a Equação 2.23 é que ela se torna insolúvel à medida que λ
tende a zero. Uma análise mais detalhada mostra que essa Equação é derivável como um caso
limite da Lei de Planck. A partir da Equação 2.19, ao se expandir o termo exponencial do
denominador, obtém-se o seguinte:
M T c cT
cT λ λ λ λ
( )!
=
+
+ ⋅⋅⋅ + ⋅⋅⋅
−
15
2 2
2 1
12
(2.24)
Se c T 2 λ for muito menor que 1, então os termos de ordem igual ou superior a 2
podem ser ignorados, gerando a seguinte aproximação:
M T c c
T
c T
cλ λ λ λ( ) ≈
=
−
15
2
1
1
24
(2.25)
Assim, a Lei de Rayleigh-Jeans também é mostrada como uma aproximação da Lei
de Planck, onde a condição é que λ T seja muito maior que c2. Para uma margem de erro
máxima de 1%, a inequabilidade começa com λ T maior que 7,2 × 105 (µm⋅K).
Lei de Stefan -Boltzmann
Conforme já foi mencionado, a quantidade de energia que um objeto irradia é função,
entre outras coisas, da temperatura de superfície desse objeto. Baseado em argumentos
termodinâmicos e num tratamento, onde a radiação era o “carro-chefe” de um motor de ciclo
Carnot , Ludwig Boltzmann desenvolveu uma expressão que fornece a exitância radiante total
de um corpo negro. Seu trabalho verificou, teoricamente, uma relação da ordem de quarta
potência para a temperatura que havia sido afirmada anteriormente por Josef Stefan.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 37
Essa propriedade, expressa pela Lei de Stefan-Boltzmann, estabelece:
M T 4= σ . (2.26)
onde:
M = exitância total da superfície de um corpo, em Watts por metro quadrado (W ⋅m-2)
σ = constante de Stefan-Boltzmann, 5,6697 × 10-8 W⋅m-2⋅K -4
T = temperatura absoluta (K) do corpo emitente
Antes do trabalho de Planck, o valor de σ teve de ser determinado
experimentalmente. Obviamente, não é absolutamente necessário ao leitor memorizar valores
particulares desta ou aquela constante. No entanto, é extremamente importante notar que a
energia total emitida por um objeto é diretamente proporcional a T 4 . Em outras palavras, à
medida em que a temperatura desse objeto aumenta, a energia total emitida aumentará muito
rapidamente. Também deve-se ter mente que a Lei de Stefan-Boltzmann é válida somente
para fontes de energia que se comportam como um corpo negro.
Sempre que a energia total emitida por um objeto varia em função de mudanças na
sua temperatura, a distribuição espectral da energia emitida por esse objeto também irá variar.
Na Figura 2.9, que mostra curvas de distribuição de corpos negros com temperaturas
variando entre 200 e 6.000 K, as unidades no eixo das ordenadas (W⋅m-2⋅µm-1) expressam a
potência radiante emitida por um corpo negro, em intervalos espectrais de 1µm.
A área sob cada uma das curvas de distribuição, portanto, é equivalente à exitância
total ( M ). Dessa forma, as curvas ilustram graficamente aquilo que a Lei de Stefan-Boltzmann
expressa matematicamente: quanto maior a temperatura do radiador, maior quantidade de
radiação ele emite.
Da mesma forma que as anteriores, a Lei de Stefan-Boltzmann também é derivável a
partir da Lei de Planck, como uma integração de todos os comprimentos de onda na
Equação 2.19.
2.4.2 - Emissores Espectralmente Seletivos
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 38
Fontes de radiação óptica seletivas espectralmente são aquelas cuja exitância
espectral radiante não coincidem com uma curva de corpo negro. Mais precisamente, fontes
de radiação óptica seletivas espectralmente possuem, genericamente, uma exitância radiante
confinada a uma faixa relativamente estreita de comprimentos de onda e de freqüências. Um
exemplo típico é o diodo emissor de luz (LED).
Os LED são semi-condutores que emitem radiação óptica, quando são induzidos por
corrente elétrica. A radiação óptica é de faixa estreita (normalmente alguns décimos de
mícrons) e a largura de faixa se modifica em função da magnitude da corrente. O domínio de
comprimentos de onda depende primariamente do material semi-condutor.
2.4.3 - Fontes de Radiação Coerente
Antes do desenvolvimento do laser , fontes ópticas coerentes eram obtidas por meio
de filtragens de fontes seletivas espectralmente. Filtros ópticos passivos com largura de faixa
relativamente estreita já estavam disponíveis então.
Certamente, as aplicações mais significantes de óptica coerente se utilizam de lasers.
Para o nível de detalhamento desta apostila, é suficiente afirmar que a pureza espectral
alcançável por meio de lasers não pode ser obtida por nenhuma outra fonte óptica. Uma série
de aplicações eletro-ópticas atuais seriam impossíveis antes do desenvolvimento do laser .
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 39
3 INTERAÇÕES DA REM COM A SUPERFÍCIE
Quando a REM incide sobre qualquer superfície, pode interagir com esta de três
modos: refletindo-se na superfície, sendo absorvida pela superfície e transmitindo-se através
da superfície. Tais interações podem ocorrer simultaneamente como ilustra a Figura 3.1.Aplicando-se o princípio da conservação de energia, pode-se estabelecer a relação entre
essas três interações como sendo:
Qi = Qr (λ) + Qa (λ) + Qt (λ) . (3.1)
onde Qi representa a energia total incidente, Qr a energia refletida, Qa a energia absorvida e Qt
a energia transmitida, todos os componentes sendo função do comprimento de onda.
Q i (λλ) = Energia incidente
Q r (λλ) = Energia refletida
Q a (λλ ) = Energia absorvida Q t ( λλ) = Energia transmitida
Q i (λλ) = Q r (λλ) +Q a (λλ) +Q t (λλ)
Fig. 3.1 - Interação entre a REM e feições na superfície terrestre.
FONTE: Adaptada de Lillesand e Kiefer (1994), p. 12.
No que concerne a essa relação, dois pontos devem ser notados. Em primeiro lugar,
as proporções de energia refletida, absorvida e transmitida irão variar para diferentes objetos,
dependendo do tipo e das condições do material de que são compostos. São essas variações
que permitem distinguir diferentes feições numa imagem.
Em segundo lugar, a dependência com relação ao comprimento de onda significa que,
para um mesmo tipo de material, as proporções de energia refletida, absorvida e transmitida
irão variar para diferentes comprimentos de onda. Assim sendo, dois materiais diferentes
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 40
podem ser indistiguíveis numa determinada faixa espectral e serem completamente diferentes
noutra faixa.
No Espectro Visível, tais variações espectrais resultam no efeito visual chamado cor .
Por exemplo, chamamos de azuis objetos que possuem alta reflexão na porção azul doespectro. O mesmo ocorre com o verde e assim sucessivamente. Portanto, o olho humano
utiliza variações espectrais, na magnitude da energia refletida, para discriminar os vários
objetos.
Como muitos sistemas de SR operam em faixas do espectro nas quais predomina a
energia refletida, as propriedades de reflectância de feições na superfície terrestre são muito
importantes. Assim sendo, é comum pensar no balanço energético expresso pela Equação 3.1
na seguinte forma:
Qr (λ) = Qi - [Qa (λ) + Qt (λ)] . (3.2)
ou seja, para um dado objeto, a energia refletida é igual à energia incidente, reduzida das
energias absorvida e transmitida por aquele objeto.
A maneira como um objeto reflete energia é um fator importante que deve ser levado
em consideração. Esse fator é função primária da rugosidade8 superficial do objeto.
Refletores especulares são superfícies lisas que manifestam comportamento
semelhante ao do espelho em relação à luz visível. Neles, o ângulo de reflexão da REM é igual
ao de incidência. Já os refletores difusos, ou lambertianos , são superfícies rugosas que
refletem uniformemente em todas as direções.
8 - Eletromagneticamente, uma superfície é considerada lisa quando obedece o critério de Rayleigh, ou
seja, quando a irregularidade média de sua superfície, de magnitude h, é dada por h8cos
≤ λθ , onde
λ é o comprimento de onda e θ o ângulo de incidência da REM. Uma superfície assim, é chamadaespecular. Quando ocorre o oposto, a superfície é considerada rugosa (Ulaby et al ., 1981). Em outras
palavras, uma superfície é especular quando ∆h é muito menor que o comprimento de onda (∆h > λ).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 41
A maioria das superfícies presentes na Terra, entretanto, não são nem perfeitamente
especulares, nem perfeitamente difusas. Suas características se encontram, via de regra, numa
posição intermediária àqueles dois extremos.
A Figura 3.2 ilustra as características geométricas de refletores especulares, quase-especulares, quase-difusos e difusos. A categoria que caracteriza qualquer superfície é
determinada pela rugosidade dessa superfície em comparação ao comprimento de onda da
energia nela incidente.
Fig. 3.2 - Reflectância especular versus reflectância difusa.
FONTE: Adaptada de Lillesand e Kiefer (1994), p. 14.
Por exemplo, para as ondas de rádio, de comprimentos de onda relativamente longos,
terrenos rochosos podem parecer suaves (especulares ou quase-especulares) à energia
incidente. Por outro lado, para a faixa do visível, mesmo a areia mais fina se apresenta rugosa
(difusa ou quase-difusa). Em outras palavras, quando o comprimento de onda da energia
incidente é muito menor que as variações de altura da superfície, essa superfície é difusa.
Quando ocorre o contrário, a superfície é especular.
As reflexões difusas, ao contrário das reflexões especulares, contêm informação
espectral acerca da “cor” da superfície refletora. Portanto, em SR, as atenções estão quase
sempre concentradas na medição das propriedades de reflectância difusa dos objetos.
3.1 - R EFLECTÂNCIA ESPECTRAL DA VEGETAÇÃO, SOLO E ÁGUA
As características de reflectância de objetos na superfície terrestre podem ser
quantificadas, medindo-se a porção de energia incidente que é refletida. Tal medição é feita
como função do comprimento de onda e é chamada de reflectância espectral - ρλ.
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 42
Um gráfico da reflectância espectral de um objeto, em função do comprimento de
onda, é conhecido como curva de reflectância espectral . A configuração dessa curva
denota as características espectrais do objeto e exerce forte influência na escolha da região
espectral na qual os dados de SR deverão ser coletados, visando alguma aplicação em
particular.
A experiência tem mostrado que muitas feições de interesse na superfície terrestre
podem ser identificadas, mapeadas e estudadas, tomando-se por base suas características
espectrais. A experiência também tem mostrado que algumas feições de interesse não podem
ser separadas espectralmente. Assim sendo, para uma efetiva utilização dos dados de SR,
torna-se necessário conhecer e entender as características espectrais das feições sob
investigação, bem como os fatores que influenciam tais características.
A Figura 3.3 ilustra curvas de reflectância espectral típicas para as três feições básicas
encontradas na superfície terrestre: vegetação verde sadia, solo exposto seco e água lacustre
limpa. As linhas apresentadas no gráfico da Figura 3.3 constituem a média da medição de
várias amostras e são representativas das três classes consideradas. Embora a reflectância das
feições, individualmente, varie bastante em torno da média, essas curvas denotam alguns
pontos fundamentais no que diz respeito à reflectância espectral.
Por exemplo, curvas de reflectância espectral de vegetação verde sadia quase sempre
manifestam a configuração de “vales” e “picos” ilustrada na Figura 3.3. Os vales no visível
decorrem dos pigmentos das folhas. A clorofila, por exemplo, aborve fortemente nos
comprimentos de onda de 0,45 e 0,67 µm. Dessa forma, o olho humano percebe a vegetação
sadia como sendo de cor verde, por causa da alta absorção de radiação azul e vermelho,
aliada à forte reflexão da radiação verde pelas folhas.
Se uma planta é submetida a alguma forma de estresse que interrompa seu
crescimento e produtividade normais, isso poderá reduzir ou mesmo cessar a produção de
clorofila. O resultado imediato será a redução da absorção nas bandas azul e vermelho.
Freqüentemente, a reflectância do vermelho cresce ao ponto de tornar a coloração da planta
amarela (combinação de verde e vermelho).
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 43
R e f l e c t â
n c i a ( % )
Fig. 3.3 - Curvas típicas de reflectância espectral para vegetação, solo e
água.
FONTE: Adaptada de Lillesand e Kiefer (1994), p. 18.
À medida que se prossegue em direção ao infravermelho próximo, a partir de
aproximadamente 0,7 µm, a reflectância da vegetação sadia aumenta bastante. Na faixa entre
0,7 e 1,3 µm, uma folha reflete 40 a 50% da energia incidente sobre ela. A maior parte da
energia remanescente é transmitida, uma vez que a absorção nessa faixa espectral é mínima
(menos de 5 %).
A reflectância das plantas na faixa entre 0,7 e 1,3 µm resulta basicamente da estrutura
interna das folhas. Pelo fato dessa estrutura sofrer grandes variações de espécie para espécie,
medições de reflectância nessa faixa possibilitam a discriminação entre diferentes espécies
vegetais, mesmo que pareçam iguais no visível. Do mesmo modo, várias formas de estresse
afetam as plantas nessa faixa espectral e sistemas sensores podem ser utilizados para a
detecção desses fenômenos.
Após 1,3 µm, a energia incidente na vegetação é essencialmente aborvida ou refletida,
com pouca ou nenhuma transmissão. Depressões na curva de reflectância espectral ocorrem a
1,4; 1,9 e 2,7 µm, devido à forte absorção por parte da água nesses comprimentos de onda
que, por essa razão, são chamados de bandas de absorção d’água. Os picos de reflectância
ocorrem aproximadamente em 1,6 e 2,2 µm, entre as bandas de absorção. Por toda essa
faixa, que se estende após 1,3 µm, a reflectância das folhas está aproximadamente
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Princípios Físicos de Sensoriamento Remoto 45
Várias condições dos corpos d’água, entretanto, se manifestam, acima de tudo, no
visível. As interações energia/matéria nessa faixa espectral são muito complexas e dependem
de inúmeros fatores interrelacionados. A reflectância de um corpo d’água, por exemplo, pode
se originar da interação com a superfície do corpo d’água (reflexão especular), com material
suspenso na água, ou com o fundo do corpo d’água. Me