Imagens geradas a partir de sensores Radar: o que são e como funcionam - Instituto Prístino
Imagens geradas a partir de sensores Radar: o que são e como funcionam
As imagens de satélite podem ser adquiridas a partir de sensores ativos ou passivos. Este último é o mais comumente utilizado. O sensor recebe a porção da luz que é refletida pelos objetos na superfície, neste caso ele não produz a energia e sim capta os retornos de outra fonte, por isso o nome passivo (Figura 1).
Figura 1 – A fonte de energia é o sol. Ele envia a radiação, na forma de luz em direção à superfície, parte desta energia é refletida pelos objetos, o sensor instalado em um satélite capta esta energia e a armazena. Este tipo de sensor é chamado de passivo por não enviar a energia e sim receber a reflexão da energia produzido a partir de outra fonte. Fonte: https://www.geoaplicada.com/blog/sensoriamento-remoto/, Acesso 19-nov-2019.
Apesar de amplamente utilizado, o sensor passivo possui limitações na obtenção de imagens quando há nuvens, pois a energia solar é parcialmente refletida no topo das nuvens e, a porção que é refletida pela superfície pode não alcançar o sensor. Essas limitações são comuns em regiões com alta nebulosidade ou em época chuvosa (Figura 2). Na região amazônica, por exemplo, imagens deste tipo só são de boa qualidade entre os meses de junho e agosto.
Figura 2 – Nível de cobertura de nuvens em imagens de satélite adquiridas a partir de sensores passivos, município Belém, PA. Fonte: https://apps.sentinel-hub.com/sentinel-playground. Acessado 20-nov-2019
Uma alternativa são os sensores ativos, os quais têm a capacidade de enviar energia eletromagnética em comprimentos de onda capazes de atravessar as nuvens, atingir a superfície e retornar ao sensor. Isso permite a obtenção de imagens da superfícies em condições adversas.
A formação das imagens a partir da energia gerada pelos radares está associada às bandas K, X, C, S, L e P que são do tipo microondas, e possuem baixa frequência e grande comprimento de onda (Figura 3). Além disso, para exibir a imagem no computador, utiliza-se a polarização dos sinais, que pode ser Horizontal, Vertical ou ainda a combinação das duas.
Figura 3 – Bandas Radar com seus nomes, herdados da II Guerra Mundial, comprimento e frequência aproximados. Fonte: http://qgis.pt/blog/2017/02/02/processamento-de-dados-de-radar-sentinel-1-com-o-qgis/, Acesso 19-nov-2019.
O sistema radar é composto por um sensor, um gerador de pulso e uma antena (Figura 4). As imagens são formadas a partir do envio de um pulso (através do gerador de pulso associado a antena) em direção a superfície, que é refletido e retorna ao sensor. Sabendo-se a distância entre o satélite e a superfície e a velocidade de deslocamento do pulso radar (velocidade da luz), é possível gerar imagens da superfície. O processo de aquisição e formação das imagens possui certas complexidades e, caso seja de seu interesse saber mais, aconselho acessar este site para começar a compreender melhor.
Figura 4 – Componentes do sistema Radar. Figura adaptada de Jansen (2009). Fonte: Pereira, E. O., de Campos Abreu, L. G. Á., & Maillard, P. (2017). Altimetria por Satélite RADAR aplicada a hidrologia no Brasil. Revista Brasileira de Cartografia, 69(2).
As imagens radar são utilizadas em diversas áreas tais como: cartografia, para levantamentos planimétricos e altimétricos; na agricultura para avaliação da umidade do cultivo e do solo, uma vez que os comprimentos de onda dos sensores são muito sensíveis a variação de umidade da superfície; mapeamentos, com a classificação de gelo, degelo e inundação; Meio Ambiente, com o monitoramento de riscos ambientais oriundos de movimentação de massa (Interferometria); Hidrografia, com o mapeamento de áreas alagadas devido a sua alta sensibilidade à variação de umidade (Figura 5); Oceanografia, para o monitoramento do mar, incluindo ventos, ondas, nível, entre outros, também para a detecção de poluição causada por derrames de óleo (Figura 6), etc.
Figura 5 – Imagem do satélite Sentinel-1. A imagem ASAR, obtida em agosto de 2002, mostra a extensão da área inundada pelo Rio Elbe, próximo a Dresden, Alemanha. A composição foi feita com as polarizações (HH, HV, diff. HH–HV). Fonte: http://esamultimedia.esa.int/multimedia/publications/SP-1322_1/, Acesso: 20-nov-2019.
Figura 6 – A imagem foi adquirida pelo satélite ERS-1 em 20 de Maio de 1994 às 14:20 UTC no Oceano Pacífico. Esta imagem mostra uma mancha de óleo, deixada por um navio, que é o ponto brilhante mais ao norte da mancha escura que representa o óleo. Fonte: ALPERS, Werner; HOLT, Benjamin; ZENG, Kan. Oil spill detection by imaging radars: Challenges and pitfalls. Remote sensing of environment, v. 201, p. 133-147, 2017.
A principal vantagem da imagem radar em relação às imagens ópticas é que ela não depende das condições meteorológicas e nem da iluminação, pode ser obtida a qualquer hora e em condições adversas. Contudo, é necessário mais tempo de processamento, maior recurso computacional e da expertise do operador quando comparado com a imagem óptica.