Absorção da luz

A aquisição de uma imagem depende da quantidade de luz incidente na cena e da quantidade de luz refletida pelos objetos da cena.

Quando a luz incidente na cena ou radiação eletromagnética atravessa um meio absorvente, os fótons irão interagir com os materiais orgânicos e inorgânicos presentes no meio (átomos, íons ou moléculas). Como resultado dessa interação, fótons serão absorvidos, passando a existir uma diferença entre a intensidade da luz antes e após a interação com o meio.

Se o fluxo luminoso Φ0( )

λ

incide em um material absorvente de espessura

homogênea

L

, o fluxo Φ_L( )

λ

emergente do material, por transmissão, é dado por:

0

( )

( ) exp(-

)

L

λ

λ

k L

λ

Φ

= Φ

(2.11)

onde:

k

_λé o coeficiente de absorção.

A Eq. (2.11) é conhecida como lei de Buggert-Lambert. A dimensão de

k

_λé [L]-1 e geralmente é dada em (m-1).

Em resumo, há um decaimento exponencial do fluxo luminoso quando a luz atravessa uma matéria. Este decaimento depende do coeficiente de absorção que, por sua vez, depende do material e também do comprimento da onda da luz.

No caso da água, um fator que influencia diretamente a absorção da energia luminosa é o índice de turbidez, que é a medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar certa quantidade de água com presença de partículas em suspensão, compostas por matérias sólidas, orgânicas e inorgânicas. Essa medição pode ser feita utilizando-se um turbidímetro e os valores são expressos, normalmente, em Unidades Nefelométricas de Turbidez – UNT. (RUDORFF, et al. 2007).

Em ambientes fluviais, os coeficientes de absorção e espalhamento da energia luminosa também variam de acordo com a natureza, tamanho e forma das partículas em suspensão.

Em rios, a origem dessas partículas pode ser do solo, quando não há mata ciliar; a mineração, quando há retirada de areia ou exploração de argila; o esgoto das indústrias ou doméstico lançado no manancial sem tratamento.

Em lagos, lagoas, açudes e represas as amostras de água apresentam, em geral, menor índice de turbidez, quando comparado ao dos rios. Porém, isso é variável em função dos ventos e das ondas que, em águas rasas, podem remover os sedimentos do fundo.

Normalmente, após uma chuva forte, as águas dos mananciais de superfície ficam turvas, graças ao carregamento dos sedimentos das margens pela enxurrada. Os solos argilosos e as águas em movimentação ocasionam a turbidez (RUDORFF,et al. 2007).

A Tabela 2.1 apresenta alguns índices de turbidez de rios e lagos brasileiros e pode se observar que, quanto maior o índice de turbidez menor a distância limite de visualização de objetos, estruturas, fauna e flora subaquática.

Tabela 2.1 - Índice de turbidez da água em alguns rios e lagoas (RUDORFF,et al. 2007) adaptada pelo autor

Rio Amazonas Boca do

Surubim-Açu

Lago

Curumuru Rio Tapajós

Rio Jacaré Pepira Índice de Turbidez (UNT) 66,10 22,30 6,30 2,40 22,52 Distância de visualização(m) 0,30 0,70 1,10 2,9 0,70

As limitações da propagação da luz em ambientes subaquáticos têm sido alvo de constantes estudos e devem ser levadas em consideração na concepção e desenvolvimento de sistemas de aquisição de imagem (AUSTER et al,. 1998).

No trabalho de Chu et al (1992), os autores mediram o coeficiente de absorção da energia para águas com baixo índice de turbidez, de acordo com o comprimento de onda da luz visível. O gráfico de absorção da energia luminosa versus o comprimento de onda, a Figura 2.9, apresenta os resultados do trabalho. Nota-se que o menor coeficiente de absorção está localizado próximo ao comprimento de onda de 460 nm e aumenta consideravelmente a partir de 550 nm.

Atenuação da energia luminosa na água limpa

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 400 450 500 550 600 650 700 Faixa de espectral (nm) C o e fi ci e n te d e a b so rç ã o ( m -1 )

Figura 2.9- Gráfico com coeficiente de absorção X comprimento de onda

Nos oceanos, a atenuação da energia luminosa, como pode se observar através da Figura 2.10, pode ter comportamentos diferentes, de acordo com o nível de turbidez e coloração da água. O coeficiente de absorção pode variar de acordo com o espectro visível da energia luminosa, apresentando coeficientes diferentes para águas oceânicas profundas, águas costeiras e baías.

Atenuação da energia luminosa no oceano 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 400 500 600 700 Faixa de espectral (nm) C o e fi ci e n te d e a b so rç ã o ( m -1 ) águas profundas águas costei ras baías

Figura 2.10 - Gráfico apresentando o coeficiente de absorção da energia luminosa para águas profundas, costeiras e baías (WALTZ A., 1992).

Na Figura 2.10, observa-se que para águas profundas do oceano, a faixa espectral que possui menor coeficiente de absorção da energia luminosa está compreendida entre 470 nm e 550 nm, que correspondem à faixa do azul e verde, respectivamente. Já em águas costeiras, ocorre um aumento do coeficiente de absorção em todo o espectro de luz visível. Em baías, além do aumento do coeficiente em todo espectro de luz visível, a faixa do azul apresenta um maior coeficiente comparado com as condições anteriores. A faixa do verde em todas as situações apresentadas tem um menor coeficiente de absorção, podendo ser o mais indicado para esses tipos de ambientes subaquáticos (WALTZ A., 1992).

A Figura 2.11 ilustra os vários componentes formados por um sistema de iluminação utilizado em ambientes subaquáticos. Representado pelos traços brancos, o componente de luz emitida pelas lâmpadas é refletido pelo objeto, formando um componente de luz chamado de direta, que é representado pelas linhas verde escuro. O componente de luz direta é captado pela câmera de vídeo formando a imagem do objeto.

Figura 2.11 - Ilustração dos componentes de iluminação na água

Porém, a luz incidente também é refletida pelas partículas em suspensão do ambiente, formando outro componente representado pelas linhas marrons, que recebe o nome de indireta e que dificulta a focalização do objeto pela câmera.

Por fim, o componente de luz direta do objeto também é refletido ao incidir nas partículas em suspensão do ambiente e é representado pelas linhas verde claro, diminuindo o contraste do objeto e causando um efeito de borramento na imagem captada.

Através de ensaios realizados no rio Jacaré, próximo à cidade Ibitinga, foi constatado que o campo de visão em ambientes subaquáticos fluviais é reduzido, permitindo que os objetos sejam visualizados a uma distância aproximada de 800 mm. Para a aplicação de um sistema de visão para o VSNT – Jaú II, essa distância limite é um fator que dificulta a captação de imagens e, por conseqüência, compromete a sua aplicação para o controle do posicionamento do veículo. Neste caso, é importante combinar a visão computacional com outro tipo de sensor, bem como técnicas de iluminação que melhore as condições da captação e a extração de informações úteis para o veículo (BUSCARIOLLO, 2003).

No documento Sistema de posicionamento dinâmico baseado em visão computacional e laser (páginas 48-53)