Em termos de conteúdo de informação do dado as imagens de radar diferem das imagens ópticas e termais. Isso tem a ver com a natureza dual da radiação eletromagnética:
onda e energia. Segundo o modelo corpuscular da radiação eletromagnética, onde E = hc/λ, a energia contida nas micro-ondas é muito pequena. Por ser muito pequena é insuficiente para interagir ao nível dos átomos e moléculas dos materiais e assim possibilitar a obtenção de informações sobre a composição do material. Consequentemente, as informações extraídas das imagens de radar são quase exclusivamente dependentes de uma relação entre o tamanho da onda com as variações texturais e estruturais das superfícies do terreno. Em outras palavras, as informações estão relacionadas com as formas dos objetos, podendo-se inferir muito pouco sobre as suas composições. Essa interação é classificada de interação macroscópica, como visto no capítulo 1. Por isso, em termos de método de interpretação, particularmente na interpretação geológica do relevo, as imagens de radar se aproximam muito dos métodos aplicados para as fotos aéreas (Paradella et al., 2005). Alguns parâmetros do sensor e da geometria de imageamento são importantes nesse processo de interação macroscópica do pulso de radar. Os principais são: o comprimento da onda; a direção de visada; e o ângulo de incidência local do pulso no terreno.
4.8.1
Em Relação ao Comprimento de onda
O comprimento de onda é importante para se determinar uma propriedade macroscópica do terreno, que no sensoriamento por radar é denominada de rugosidade da superfície. Uma superfície pode ser lisa ou rugosa. Numa imagem de radar, uma superfície rugosa é um refletor difuso que retroespalha o sinal em todas as direções, que é a condição
Introdução ao Processamento de Imagens de Sensoriameto Remoto 71 mais comum para os alvos terrestres. Para isso acontecer, o tamanho da onda deve ser menor que as variações de altitude da superfície. E uma superfície é classificada de lisa quando não há o retorno do sinal retroespalhado em direção à antena. Nesse caso, a superfície tem um comportamento especular e ocorre quando o tamanho da onda é muitas vezes maior que as variações de altitude da superfície. Os espelhos de água calmos são exemplos típicos de superfície lisa.
Na Figura 4.17, tomada por um sensor de radar com comprimento de onda de 23,5 cm, o lago (A) aparece em tons de cinza escuro, pois por ser uma superfície lisa causa uma reflexão especular da radiação eletromagnética incidente. Os demais alvos (B) exibem retroespalhamentos difusos e as variações em cinza identificam as variações de intensidade de retorno do sinal dos diferentes alvos presentes na cena. Um caso particular de radiação difusa é a reflexão de canto (C). Alvos como edificações, orientadas perpendicularmente à radiação incidente, refletem quase que toda a radiação incidente de volta para a antena. Esses alvos são conhecidos como refletores de canto e o fenômeno é conhecido como double bouncing.
Fig. 4.17 Imagem de radar da banda L (comprimento de onda de 23,5 cm) e polarização HH do satélite japonês ALOS PALSAR, mostrando alvos especulares (escuros; A) e difusores (tons de cinza claros; B). Em C, um tipo especial de alvo difusor conhecido como refletor de canto (no caso particular dessa imagem, composto por edificações que refletem praticamente toda a radiação incidente de volta para a antena).
Pode-se medir a rugosidade de uma superfície em termos de altura h das pequenas variações da altitude da superfície. A medida h possui escala centimétrica, o que significa que as variações topográficas do relevo sempre serão maiores dos que os comprimentos das ondas usados em radar, ou seja, são superfícies difusoras. A Figura 4.18 mostra os critérios para se determinar como se comportam as superfícies e os respectivos cálculos para classificá-las como lisa (reflexão especular), intermediária (reflexão difusa média) e rugosa (reflexão
Introdução ao Processamento de Imagens de Sensoriameto Remoto 72 difusa forte). Na figura foram considerados um comprimento de onda de 5,6 cm e um ângulo de depressão de 40o.
Fig. 4.18 Critérios para determinação de superfície lisa e com rugosidades intermediária e alta.
Convém salientar que a obtenção de estimativas de rugosidade de terreno no campo, para interpretar ou validar imagens de radar, não é uma tarefa simples. Alguns estudiosos têm utilizado suportes de madeira, nos quais se desenham grades regulares centimétricas com espaçamento conhecido. Esse suporte é colocado a alguns centímetros de profundidade em relação à superfície do terreno, nivelado e fotografado. O desvio-padrão da irregularidade do terreno (unidades em centímetros) corresponde à rugosidade do terreno.
Na Figura 4.19 é mostrada outra possibilidade de medir a rugosidade do terreno.
Trata-se de um aparato de alumínio composto de dois conjuntos de 100 chumbinhos redondos com um centímetro de diâmetro, que ao serem dispostos no terreno conseguem reproduzir as irregularidades da superfície (no caso desse aparato, irregularidades ao longo de um perfil de 1 metro de comprimento).
Ainda com relação ao tamanho da onda, há uma particularidade quando se trata de coberturas vegetais densas. Os sinais retroespalhados pelas árvores têm dois componentes:
reflexão de superfície (das copas) e reflexão de volume, que é a que interage com os componentes internos (galho e troncos). Estabelece-se que quando maior for o comprimento da onda, maior é a penetração na vegetação. As bandas P teriam assim, um grande poder de penetração em vegetação densa, podendo trazer informações do solo subjacente.
superfície lisa
h
h < 5,6 cm 25 sen40o h < 5,6 cm 25x 0,642
h = 0,35 – 1,98 h
superfície intermediária
h superfície rugosa
h > 5,6 cm 4,4 sen40o h > 5,6 cm 4,4x 0,642
Introdução ao Processamento de Imagens de Sensoriameto Remoto 73
Fig. 4.19 Aparato de alumínio construído pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) para estimar rugosidade de um terreno ao longo de um perfil de um metro. Foto: E. E. Sano.
4.8.2
Em Relação à Direção de Visada
A direção de visada do sensor, ou a direção de iluminação ao longo da qual o pulso de radar se propaga, é um parâmetro crítico, principalmente, para estudos geológicos, porque há uma relação direta da direção de visada com a direção das estruturas geológicas. Ela é também importante para qualquer tipo de alvo que tenha uma orientação dominante no terreno, como linhas de plantio de culturas agrícolas ou direções de arruamentos urbanos. A Figura 4.20 mostra claramente esse fato. Observe como as feições lineares de relevo, que representam fraturas e falhas nas rochas, aparecem com maior densidade na imagem tomada na direção de iluminação para leste. Para isso, a regra básica para obter uma imagem com bom contraste acerca da orientação dos alvos, é dirigir o pulso numa direção de visada mais ortogonal possível à orientação dos alvos. Por exemplo, uma crista de relevo orientada na direção N-S terá as suas formas de relevo mais bem evidenciadas, quando a iluminação dos feixes de radar tiver uma orientação E-W ortogonal à direção das cristas. Se a iluminação é ortogonal à crista, a face voltada frontalmente ao pulso será intensamente iluminada e deverá ter um alto retorno do sinal, registrando um tom de cinza claro na imagem. Ao contrário, a face oposta será bem menos intensamente iluminada ou quase nada iluminada (sombreada), não havendo quase nada de retorno de sinal, e o registro será de uma imagem com tom de cinza escuro ou preto. É gerado, portanto, um par claro/escuro, que é a condição ideal para que o olho humano perceba melhor a dimensão em 3-D, conforme mencionado anteriormente.
Figura. 4.20 Realce das direções estruturais dos lineamentos de relevo em função da direção de iluminação.
(Disponível em: Http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/_4html).
Introdução ao Processamento de Imagens de Sensoriameto Remoto 74 4.8.3
Em Relação ao Ângulo de Incidência Local
O terceiro parâmetro que controla a interação macroscópica é o ângulo de incidência local, formado pela inclinação do pulso de onda e a linha perpendicular à superfície do terreno, em cada ponto do terreno onde a onda incide. Em um relevo não plano o ângulo de incidência local descreve a relação entre o pulso de radar e a declividade superficial das encostas de relevo. Serão inúmeros os ângulos de incidência, não havendo condições e nem a necessidade do intérprete saber os valores de cada ângulo de incidência. Um diagrama dessa relação é apresentado na Figura 4.21. Os diferentes ângulos de incidência local que ocorrerão ao longo da encosta resultarão em diferentes intensidades de retorno do sinal para o sensor, que na imagem se apresentarão em diferentes tons de cinza, e que dá ao intérprete a noção da forma textural da encosta. Quanto menor for o ângulo de incidência local, mais intenso será o retorno do sinal.
Fig. 4.21 Relação entre a inclinação do pulso da onda e a normal à superfície do terreno onde a onda incide, como forma de medir o ângulo de incidência local.