O Sensoriamento Remoto com Sensores Hiperespectrais

Desde que as técnicas e softwares de sensoriamento remoto surgiram, diversos procedimentos e metodologias utilizadas por décadas caíram por terra. Os avanços das tecnologias de sensoriamento remoto deram início a uma nova era em diversos campos de aplicação. Na agricultura, por exemplo, atualmente, o sensoriamento remoto hiperespectral permite a obtenção de dados detalhados sobre os alvos, (plantas, terras, corpos hídricos) sem que o contato seja necessário, ou seja, tudo é possível de forma remota.

Sensores multiespectrais já se mostravam bastante funcionais em culturas agrícolas, sendo possível com eles estimar áreas plantadas, fazer um levantamento do número de plantas de determinada área, realizar a verificação da saúde da cultura, detecção de pragas dentre outros. Já com sensores hiperespectrais, além das funcionalidades citadas, é possível também detectar-se as propriedades físico-químicas dos materiais imageados, o grau de cristalinidade e morfologia dos mesmos. De fato, sensores hiperespectrais representam uma evolução dos sensores.

 

2. Objetivo

O principal objetivo dos sensores hiperespectrais que os difere dos multiespectrais é a possibilidade de identificar de que material é constituído o alvo via assinatura espectral da matéria imageada. Esta possibilidade abre muitas portas. No campo da astronomia, o sensoriamento hiperespectral é usado com objetivo para análise da composição química em corpos estelares, como o sol, lua e planetas. Recentemente, foi verificado no planeta Vênus, o gás fosfina em grande quantidade, o que pode ser um indício de que haja vida neste planeta.

No campo ambiental, a imagem hiperespectral é utilizada para monitorar emissões de CO2 pelo globo e também para estudos da qualidade do ar. A figura 1 ilustra diferente gases captados pela câmera hiper espectral.

Figura 1 - Gases na atmosfera definição hiperespectral

Fonte: google images

No processamento de alimentos, o objetivo da câmara hiperespectral é realizar um controle de qualidade do produto de forma que toda a produção passe por uma inspeção e a câmera detecte se há elementos provenientes de processos de decomposição, resultando na remoção do produto que apresenta esta decomposição, como mostra a figura 2.

Figura 2 - Detecção de material diferente na fruta

Fonte: Google imagens

No ramo da mineração as imagens hiperespectrais são muito desenvolvidas, sendo diferenciais para a identificação de minérios relacionados a minerais valiosos como ouro e diamante. A figura 3 mostra a varredura de uma vasta área de forma remota.

Figura 3 - Imagem hiperespectral para mineração

Fonte: Wikipedia

Portanto, nota-se diversos objetivos em áreas de atuação distintas em que sensoriamento hiperespectral pode ser utilizado.

 

3. Base de conceitos

O que está por trás desta ferramenta poderosa e com diversas aplicações é explicado pela diferente composição de bandas espectrais. As imagens multiespectrais são compostas por relativamente poucas bandas de grande largura, normalmente utilizando entre 3 e 20 bandas, sendo elas não consecutivas umas das outras, ou seja, não há captura de todo comprimento de onda ao longo do espectro.

Já as imagens hiperespectrais são formadas por um número significantemente maior de bandas, chegando a mais de 200 bandas em alguns sensores do mercado. Estas mais de 200 bandas possuem um intervalo espectral bem reduzido, tornando-as assim, mais precisas.

A tabela 1 ilustra alguns dos sensores orbitais utilizados atualmente.

Tabela 1 - Dados sensores utilizados atualmente

Fonte: MundoGeo

Desta forma, a imagem hiperespectral além de possuir uma resolução muito mais precisa, ela nos informa a intensidade que cada comprimento de onda é captado sem perder nenhum comprimento de onda do espectro eletromagnético. Este fato faz com que cada material tenha uma “assinatura eletromagnética” que pode ser lida. A figura 4 nos exemplificaa leitura de alguns materias comumente observados.

Figura 4 - Assinatura Espectral de materiais

Fonte: Mundo Geo

Portanto, o elemento que gera esta grande diferença entre a imagem hiperespectral e a imagem multiespectral e inferiores são as bandas. Tanto a quantidade de bandas, quanto a precisão dessas bandas alocadas, de forma contínua, a intervalos menores do espectro resultam nesta ferramenta poderosa que tem diversas atribuições em tantos campos diferentes. A figura 5 resume estas diferenças numa comparação ilustrativa.

Figura 5 - Comparação composição Multi x Hiper

Fonte: Wikipedia 

4. Metodologia

O pré-processamento em sensores hiperespectrais visa corrigir efeitos atmosféricos e a redução dos dados de radiância para a reflectância de superfície.

O espalhamento é um desvio de trajetória que gases ou aerossóis, causam na radiação eletromagnética, tanto no sentido descendente e ascendente. Para reduzir os os efeitos que o espalhamento e a absorção dos gases atmosféricos causam nos dados adota-se algoritmos baseados em modelos de transferência radiativa ou de radiação