Área educativa - SATÉLITES METEOROLÓGICOS
3.3 Imagens de Satélite – Visualização
Os instrumentos (radiómetros e/ou espectro - radiómetros) a bordo de satélites de observação da Terra captam a energia em várias bandas (ou canais) do espectro eletromagnético, podendo medir a energia solar refletida ou a energia infravermelha emitida pelos corpos. Para cada banda é produzida uma imagem (uma matriz de valores) que é estruturada em pixels (elementos da matriz que representam os elementos de imagem), Fig 3.3.1. Cada pixel corresponde a uma área do objeto também chamada cena, relacionada com o IFOV (Instantaneous Field of View, isto é, campo de visão instantânea), com a altitude do satélite e com a inclinação do angulo de observação, (Fig.3.3.2).
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O valor de um pixel numa determinada banda é designado por número digital (ND). O ND é a conversão da radiância que chega ao sensor numa gama de valores inteiros. O número de níveis em que a radiância pode ser traduzida, i.e. o número de ND, é frequentemente designado por resolução radiométrica e depende do número de bits da representação dos números. As imagens de satélite/radiómetro são adquiridas em formato digital. O termo imagem é, na verdade, um conjunto de matrizes, uma por cada banda do sensor. O ND de um determinado pixel, de uma determinada banda, traduz a quantidade de energia do espectro eletromagnético captada pelos sensores dessa banda, e que é refletida/emitida pelos corpos.
As imagens obtidas por observação remota (os pixels da matriz imagem) apresentam distorções geométricas As distorções geométricas das imagens podem ter origem numa grande diversidade de fatores, tais como:
» Em satélites de órbita polar, a combinação da rotação da terra com a deslocação do satélite sobre uma região, apresenta uma imagem com desvios das posições relativas dos pixels à medida que o varrimento tem lugar.
» A distorção devida ao varrimento que provoca na imagem uma alteração da representação do valor do pixel quando se vai do centro da imagem (nadir) para a periferia, onde o pixel corresponde a uma maior área.
» A curvatura da terra pode afetar a geometria de imagens para sensores como o NOAA/AVHRR.
» As variações na altitude, velocidade e posição da plataforma podem causar distorções acentuadas, especialmente se nas imagens que são obtidas por avião
As técnicas usadas para reduzir distorções geométricas são essencialmente de dois tipos:
» Modelar os fatores de distorção e deduzir as correções a efetuar.
» Transformações polinomiais (polinómios lineares, quadráticos ou cúbicos) e pontos de controlo. Este processo consiste em criar uma nova imagem, num sistema de referência escolhido, e “projetar” a imagem original sobre esse sistema de referência. Para estabelecer a transformação é necessário identificar, na imagem a corrigir, um conjunto de pontos de controlo e identificar as coordenadas originais e as coordenadas no sistema de referência. Os pontos de controlo são usualmente objetos que podem ser facilmente identificados na imagem de satélite, como por exemplo, cruzamentos de estradas, zonas de água ou outros.
3.4. Resolução das imagens
As imagens obtidas são caracterizadas por quatro tipos diferentes de resolução:
Resolução espacial
Uma imagem digital obtida por um sensor a bordo de satélite é representada por uma matriz de elementos de imagens (pixels - "picture elements"). Portanto, o pixel é o menor elemento que o sensor pode identificar/medir.
O tamanho do pixel é a projeção geométrica do IFOV (Instantaneous Field of View - Campo de Visão Instantânea) do instrumento na superfície da Terra.
O tamanho do pixel e, portanto, a resolução espacial, varia em função do ângulo de observação: é máximo no nadir (ponto subsatélite) e decresce à medida que este ângulo cresce, atingindo valores mínimos nos limites da imagem. Isto é normalmente acompanhado pela distorção geométrica do pixel.
Resolução espectral
A resolução espectral é determinada pela função de resposta do sensor, a qual caracteriza a largura do canal, centrada num dado comprimento de onda. A alta resolução espectral corresponde a canais (bandas espectrais) relativamente estreitos.
Resolução temporal
A resolução temporal é o resultado combinado do tipo de órbita do satélite e das características do sensor. Por exemplo, no caso da órbita geoestacionária é possível, em princípio, obter imagens em qualquer instante. No entanto, o sensor necessita de tempo para efetuar a aquisição de dados sobre uma região que depende das características do sensor e da área definida. Normalmente, a resolução temporal está associada ao tempo que medeia entre duas observações sucessivas do mesmo local.
A resolução radiométrica
Caracteriza a precisão das medidas do sensor num dado canal. Quanto maior o número de bits, maior a resolução radiométrica. Assim, em imagens de 10 bits é possível distinguir 1024 tons de cinza, enquanto com 8 bits é possível distinguir 256 tons e com 6 bits apenas 64 tonalidades de cinza. Quanto maior o número de níveis de valores possíveis de distinguir melhor a resolução radiométrica. Normalmente este número de valores está relacionado com a representação informática da medida (número de bits)