Interpretação Visual de Imagens - Elementos e Fundamentos do Sensoriamento Remoto

Elementos de Interpretação Visual de Imagens Os seres humanos são adaptados para interpretar imagens de objetos Na realidade o homem faz isso ao longo de toda a sua vida Com alguma instrução ele pode tornarse um excelente analista de imagem A interpretação de foto ou imagem é definida como O exame de imagens com o propósito de identificar objetos e avaliar o seu significado Philipson 1997 McGlone 2004 Este capítulo introduz os conceitos fundamentais associados com a interpretação visual de imagens de objetos registrados principalmente por sistemas de sensoriamento remoto que operam nas porções ópticas do espectro eletromagnético azul verde vermelho e infravermelho refletivo As imagens interpretadas podem ser adquiridas usandose uma variedade de sensores incluindo as tradicionais câmeras analógicas pex Leica RC 30 câmeras digitais pex Leica ADS 40 sistemas de varredura escâneres multiespectrais pex Landsat Thematic Mapper e sistemas com sensores por arranjo de detectores em linha ou em área pex SPOT IRS1 C MODIS IKONOS QuickBird OrbView3 ImageSat Métodos quantitativos de extração de informação de imagens de sensoriamento remoto obtidas na porção óptica do espectro são apresentados no Capítulo 6 Fotogrametria Elementos característicos de interpretação de imagem associados com o infravermelho termal pex temperatura superficial e imageamento por microondas ativas RADAR são apresentados nos Capitulos 8 e 9 respectivamente Introdução Há um número significativo de aspectos que tornaram a interpretação de fotografia ou imagem uma poderosa ferramenta científica incluindo a perspectiva aérearegional a percepção tridimensional de profundidade a habilidade para obter conhecimento além da percepção visual humana a habilidade para obter imagens históricas que permitam documentar mudanças Este capítulo discute essas considerações e em seguida introduz os elementos fundamentais de interpretação de imagem usados pelos analistas de imagens Vários métodos de pesquisa também são apresentados incluindo o uso de informação colateral auxiliar a convergência de evidências e a aplicação do conceito multi na análise de imagens 130 CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens A Perspectiva AéreaRegional Uma fotografia aérea vertical ou oblíqua ou outro tipo de imagem do visívelinfravermelho próximo registra uma versão detalhada mas bem reduzida da realidade Uma única imagem normalmente engloba muito mais área geográfica do que a que um ser humano possa percorrer ao longo de um dia Por exemplo considere uma fotografia obtida por um astronauta através de uma janela da Apollo 17 que capta em uma única cena a metade de toda a Terra um hemisfério Figura 51 Grande parte da África é visível desde o árido Sahara a vegetação escura do Congo até o Cabo da Boa Esperança encoberto por nuvens Por outro lado uma única fotografia aérea vertical de 23 x 23 cm na escala 1 63360 1 cm 633 m cobre somente 210 km² de área geográfica A observação da Terra segundo uma perspectiva aérea permite aos cientistas e ao público em geral identificar objetos padrões e as interações entre o homem e o seu planeta que poderiam nunca ser completamente compreendidos se as observações fossem limitadas a uma visada a partir da superfície terrestre Não importa se a perspectiva aérea é obtida do topo de um prédio de uma colina elevada de uma pequena aeronave de um jato a grandes altitudes ou da plataforma de um satélite a imagem resultante obtida remotamente fornecerá informações espaciais do terreno que não seriam possíveis de adquirir ou apreciar de qualquer outra maneira Este é o motivo pelo qual a interpretação de imagens de sensoriamento remoto é tão importante para as atividades de reconhecimento militar e para as investigações civis sobre os recursos da Terra Alguns cuidados no entanto precisam ser observados quando se interpretam imagens verticais e oblíquas Os seres humanos estão acostumados a observar lateralmente os objetos a partir de sua perspectiva na superfície terrestre e normalmente não têm uma avaliação precisa dos objetos imageados a partir de uma perspectiva vertical ou oblíqua Haack et al 1997 Além disso nós não estamos acostumados a observar e interpretar ao mesmo tempo o significado de muitos quilômetros quadrados de terreno Nosso campo de observação no solo é normalmente menor do que um quilômetro Portanto a análise regional de dados de sensoriamento remoto verticais ou oblíquos requer treinamento e prática Percepção de Profundidade Tridimensional É possível observarmos uma única fotografia aérea ou imagem e obter uma avaliação da distribuição das feições na paisagem Além disso é também possível obter uma visão tridimensional do terreno como se estivéssemos observan A Terra Vista da Apolo 17 Figura 51 Uma fotografia da Terra obtida pelos astronautas da Apolo 17 tomada através da escotilha da espaçonave Quase todo o continente africano é visível assim como a Arábia Saudita e parte do Iraque e da Índia Note a região árida do Sahara e as áreas escuras das florestas tropicais ao longo do equador na África Central A Antártida está bem visível no Pólo Sul Fotografias como esta ajudaram a humanidade a perceber como a Terra é vulnerável e preciosa repousando como uma jóia multicolorida na escuridão do espaço cortesia da NASA do a partir de um balão ou de uma aeronave Uma forma para se conseguir este efeito tridimensional é através de duas fotografias ou imagens do terreno obtidas a partir de perspectivas ligeiramente diferentes Os nossos olhos podem ser treinados para observar duas imagens do terreno ao mesmo tempo Nossas mentes fundem esta informação estereoscópica em um modelo tridimensional que reproduz de forma real a paisagem registrada nas fotos ou imagens Linder 2003 Por exemplo o estéreoar do centro da cidade de St Louis Missouri mostrado na Figura 52 fornece informação tridimensional detalhada quando analisado através de um estereoscópio O homem aprendeu que é importante conhecer não apenas o tamanho e a forma de um objeto mas também que a sua altura a sua profundidade e o seu volume são importantes características diagnósticas A análise estereoscópica de imagens permite avaliar a natureza tridimensional de um terreno ondulado a declividade e a aparência das formas de relevo Além disso o processo de análise estereoscópica exagera a altura e a profundidade do terreno permitindo discernir diferenças muito sutis na altura de objetos e na declividade do terreno que de outra forma não poderiam ser caracterizadas O Capítulo 6 Fotogrametria introduz os princípios da estereoscopia e como eles são usados para extrair informação tridimensional de dados de sensores remotos A informação tridimensional também pode ser obtida através de dados de sensoriamento remoto por RADAR LIDAR e SONAR Introdução 131 Perspectiva Tridimensional Imagem Estereoscópica de St Louis Missouri Figura 52 Este estéreoar de St Louis Missouri consiste de duas cenas do terreno obtidas em duas diferentes estações posições de exposição ao longo de uma única linha de voo A informação tridimensional do terreno pode ser obtida observando o modelo par de fotos com um estereoscópio A mente humana usa a informação da paralaxe inerente às imagens para produzir um modelo tridimensional que pode conter informações detalhadas sobre o terreno Obtendo Conhecimento Além do Sistema Visual Humano Os nossos olhos são sensíveis primariamente à luz azul verde e vermelha Portanto nós amostramos uma porção muito limitada da energia eletromagnética que de fato está atuando no ambiente e interagindo com o solo a água a vegetação a atmosfera e a estrutura urbana Felizmente sensores engenhosos foram desenvolvidos com a capacidade de medir a atividade de raiosx do ultravioleta do infravermelho próximo do infravermelho médio do infravermelho termal das microondas e das ondas de rádio Sensores remotos cuidadosamente calibrados fornecem novas informações sobre um objeto as quais o ser humano jamais teria habilidade para avaliar Robbins 1999 Por exemplo consideremos a área de agricultura na Arábia Saudita mostrada na Figura 53 A vegetação sadia absorve mais a luz verde e vermelha do Sol para a sua fotossíntese Portanto as áreas agrícolas mostram tons de cinza escuro no imageamento multiespectral no verde e no vermelho Por outro lado a maior quantidade de biomassa presente nas plantações representa uma maior quantidade de energia refletida no infravermelho próximo tornando brilhantes tons de cinza claros as áreas densamente vegetadas em imagens no infravermelho próximo As imagens no verde e no vermelho sugerem pelos tons escuros que a vegetação está presente em quase todos os pivôs centrais O imageamento do infravermelho próximo dá uma informação mais definitiva sobre a distribuição e quantidade de vegetação biomassa encontrada no interior dos campos Uma composição colorida é mostrada na Prancha Colorida 51 CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens O Sensoriamento Remoto Pode Fornecer Informações Através da Medição das Características da Energia em Regiões Espectrais Além da Percepção Visual Humana a Reflectância no verde b Reflectância no vermelho c Reflectância no infravermelho próximo Figura 53 Imageamento IRS1C LISS III Índia 23 x 23 m de uma área de agricultura na Arábia Saudita a b A vegetação absorve mais da energia incidente verde e vermelha resultando em campos vegetados com tons escuros c Inversamente a vegetação reflete uma quantidade substancial da energia incidente no infravermelho próximo resultando em tons claros Neste exemplo diversos campos aparecem em tons escuros nas imagem no verde e no vermelho possivelmente devido à irrigação recente restos de uma colheita anterior ou preparação do solo para plantio sugerindo a presença de vegetação O exame cuidadoso dos mesmos campos na imagem do infravermelho próximo revela que a presença de vegetação é muito pequena A imagem do infravermelho próximo provê também informação detalhada sobre a distribuição espacial da biomassa presente em cada campo Uma composição colorida deste imageamento é apresentada na Prancha Colorida 51 as imagens são cortesia da Indian National Remote Sensing Agency Documentação de Registro Histórico de Imagens e a Detecção de Mudanças Uma única fotografia aérea ou imagem registra a atmosfera e a superfície da Terra em um momento único no espaço e no tempo que não se repetirá novamente Estas fotografias ou imagens são valiosos registros históricos de fenômenos naturais e da atuação do homem Quando adquirimos imagens múltiplas da Terra podemos comparar o imageamento histórico com o novo para determinar se há qualquer mudança sutil drástica ou particularmente significante Jensen e Cowen 1999 McCoy 2005 Normalmente o estudo das mudanças aumenta o nosso entendimento sobre os processos naturais e induzidos pelo homem que atuam sobre uma paisagem O conhecimento sobre as dinâmicas espacial e temporal dos fenômenos permitiu o desenvolvimento de modelos de previsão que consideram o que aconteceu no passado e o que poderá acontecer no futuro Lunetta e Elvidge 1998 A modelagem com vistas à previsão é um dos principais objetivos da ciência A interpretação de imagens de sensoriamento remoto tem desempenhado um papel de importância crescente na simulação e na modelagem previsionais Goetz 2002 Miller et al 2003 Jensen et al 2005 O sensoriamento remoto é especialmente útil no monitoramento da atividade do homem através do tempo indicando um caminho promissor para o desenvolvimento sustentável e para as decisões governamentais Por exemplo considere a Figura 54 que documenta os efeitos da decisão do Presidente Robert G Mugabe que ordenou em 2005 a demolição dos estabelecimentos rurais construídos informalmente pela população pobre do Zimbabwe O Presidente Mugabe afirmou que sua campanha de limpeza urbana Operação Murambatsvina era necessária para restabelecer o equilíbrio mental nas cidades do Zimbabwe que se tornaram segundo o presidente infestadas por criminosos O partido político de oposição que tem a sua base de apoio na população urbana pobre afirmou que a Operação Murambatsvina teve como objetivo forçar o deslocamento dessa população para a área rural onde o Governo Mugabe poderia controlála mais facilmente Estimase que mais de 200000 pessoas tornaramse sem teto O sensoriamento remoto forneceu um registro detalhado desses trágicos eventos BBC 2005 Elementos de Interpretação de Imagem Para desenvolver análises regionais observar o terreno em três dimensões interpretar imagens obtidas de múltiplas regiões do espectro eletromagnético e detectar mudanças é habitual o uso de princípios de interpretação de imagens que foram desenvolvidos por mais de 150 anos através de experiências empíricas Estes et al 1983 Kelly et al 1999 Elementos de Interpretação de Imagem Imageamento de Sensoriamento Remoto como um Registro Histórico Demolição de Moradias Informais em Harare Zimbabwe em 2005 a Imagem QuickBird 61cm obtida em 16 de Abril de 2005 b Imagem QuickBird 61cm obtida em 4 de Junho de 2005 Figura 54 A imagem de satélite pancromática de alta resolução espacial 61 x 61 cm registrou a destruição de moradias informais em Harare Zimbabwe que começou em 25 de maio de 2005 O Presidente Mugabe ordenou que a polícia com tratores e marretas demolisse mais de 20000 estruturas de habitações informais tornando mais de 200000 pessoas sem teto as imagens são cortesia da DigitalGlobe Inc McGlone 2004 Os princípios mais fundamentais são os elementos de interpretação de imagem que são usados rotineiramente quando se faz uma fotointerpretação visual em uma imagem Bossler et al 2002 Os elementos de interpretação de imagem incluem localização tonalidade e cor tamanho forma textura padrão sombra altura e profundidade volume declividade aspecto sítio situação e associação Figura 55 Alguns dos adjetivos associados com cada um desses elemento de interpretação de imagem estão resumidos na Tabela 51 Cada imagem é composta por cristais de haleto de prata ou pixels individuais que têm uma cor ou tonalidade únicas em uma determinada localização geográfica Estes aspectos constituem o bloco fundamental no qual os outros elementos estão baseados Portanto podese considerar esses elementos de interpretação de imagem como primários ou de primeira ordem Konecny 2003 Os elementos secundários e terciários são basicamente arranjos de tom e cor Os elementos de ordem mais alta sítio situação e associação são frequentemente baseados em diferentes métodos de pesquisa incluindo o uso de informação colateral auxiliar a convergência de evidências e o uso do conceito multi Um intérprete de imagens bem treinado utiliza de forma integrada os elementos de interpretação de imagem sem ter que pensar neles individualmente Lloyd et al 2002 Por outro lado um intérprete inexperiente pode ter que sistemática e conscientemente avaliar um objeto desconhecido com relação a cada um desses elementos para finalmente identificar e julgar o seu significado em relação a outros fenômenos na cena Localização x y Há dois métodos primários para obter informações precisas de coordenadas xy de um objeto 1 através de medidas de campo utilizando técnicas tradicionais de levantamento to CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Elementos de Interpretação de Imagem Ordem e Métodos de Pesquisa Ordem Localização TomCor Primário Arranjo espacial de tomcor Tamanho Forma Textura Padrão Sombra Altura Profundidade Volume Declividade Aspecto Sítio Situação Associação Secundário Terciário Superior Métodos de pesquisa Uso de Dados Colaterais Convergência de Evidências Uso do Conceito Multi Figura 55 A interpretação de foto ou imagem é normalmente baseada no uso de elementos de interpretação de imagem A localização de um cristal individual de haleto de prata em uma fotografia ou pixels em uma imagem representa os elementos primários primeira ordem de interpretação de imagem Elementos secundários e terciários são arranjos espaciais de tom e cor Os elementos de ordem mais alta superior como sítio situação e associação utilizam normalmente diversos métodos de pesquisa para desenvolver interpretações precisas de imagem pográfico ou instrumentos que utilizam o sistema de posicionamento global GPS ou 2 a coleta de dados de sensoriamento remoto do objeto o registro retificação da imagem para um mapabase e então a extração das informações de coordenadas xy diretamente da imagem retificada Se a opção um for a selecionada a maioria dos cientistas hoje utiliza no campo o instrumento GPS Figura 56 de custo relativamente baixo para obter medidas precisas da localização de um objeto em graus de longitude e latitude no globo terrestre ou em metros a leste e a norte em uma projeção em mapa pex Universal Transverse Mercator UTM McCoy 2005 É preciso então transferir as coordenadas de um ponto pex a localização de uma árvore específica ou polígono pex o perímetro de um pequeno lago para um mapa planimétrico preciso Nos Estados Unidos é comum o uso de quadrículas de 75 minutos do U S Geological Survey Na GrãBretanha usamse os mapas da Agência Ordinance Survey A maioria das aeronaves e satélites utilizados para coletar dados de sensoriamento remoto têm um receptor GPS Isto permite que os instrumentos de sensoriamento remoto a bordo obtenham coordenadas GPS xyz precisas em cada estação de exposição fotográfica ou no centro de cada linha de varredura No caso das fotografias aéreas significa que nós podemos obter informações sobre a localização exata do centro de cada cena ie o ponto principal no instante da exposição Podemos usar a informação GPS coletada pelo sensor e talvez também algumas coletadas no terreno para registrar retificar a foto ou imagem nãocontrolada numa projeção cartográfica com padrão de mapa UTM ou outra projeção Se corrigirmos também o deslocamento de relevo da topografia então a foto ou imagem tornase uma ortofoto ou ortoimagem com todas as qualidades métricas de um mapa McGlone 2004 As coordenadas geográficas xy de pontos e polígonos podem então ser extraídas diretamente da imagem retificada O Capítulo 6 Fotogrametria discute como as ortofotos são criadas Jensen 2005 descreve os métodos usados para retificar digitalmente ie registrar dados de sensores remotos para uma projeção padrão de mapa Tom e Cor Os materiais superficiais naturais como a vegetação a água e o solo descoberto refletem diferentes proporções de energia nas porções do espectro eletromagnético do azul do verde do vermelho e do infravermelho próximo Podemos plotar a quantidade de energia refletida por cada um desses materiais em comprimentos de onda específicos e criar uma curva de reflectância espectral algumas vezes chamada de assinatura espectral Jensen et al 2005 Por exemplo curvas de reflectância espectral generalizadas para objetos encontrados no ecossistema de mangue no sul da Flórida são mostradas na Figura 57a Davis e Jensen 1998 As curvas de reflectância de materiais selecionados dão indicações para que possamos entender como esses materiais aparecem em um imageamento brancoepreto Elementos de Interpretação de Imagem 135 Tabela 51 Elementos de interpretação de imagem Coleta de Dados por GPS Elemento Adjetivos Comuns quantitativos e qualitativos Localização xy coordenadas xy de imagem coordenada x coluna e y linha em uma imagem nãoretificada coordenadas xy de cartaimagem os cristais de haleto de prata ou pixels em fotografia ou imagem são retificados para projeção de mapas pex UTM Tom cor tom de cinza claro brilhante intermediário cinza escuro negro cor IHS intensidade matiz H saturação RGB vermelho verde e azul Munsell Tamanho comprimento largura perímetro área m² pequeno médio intermediário grande Forma características geométricas de um objeto linear curvilinear circular elíptico radial quadrado retangular triangular hexagonal pentagonal estrela amorfo etc Textura arranjo e disposição característicos de repetições de tom e cor liso intermediário médio rugoso grosseiro mosqueado salpicado Padrão arranjo espacial de objetos no terreno sistemático nãosistemático ou randômico linear curvilinear retangular circular elíptico paralelo centrípeto serrilhado estriado trançado Sombra uma silhueta causada por iluminação solar lateral Altura Profundidade Volume Declividade Aspecto Elevaçãoz altura batimetriaz profundidade volume m³ declividade aspecto Sítio Situação Associação Sítio elevação declividade aspecto exposição adjacente à água meios de transporte serviços públicos Situação os objetos estão colocados em uma ordem ou orientação um em relação ao outro Associação fenômenos relacionados estão normalmente presentes Figura 56 Cientista coletando dados de localização xy em capim liso Spartina alterniflora na Enseada de Murrels Carolina do Sul pelo sistema de posicionamento global GPS ou colorido Inicialmente iremos considerar por que os objetos aparecem em uma certa escala de tons de cinza em imagens brancoepreto Tom Uma banda de energia eletromagnética pex luz verde de 05 06 µm registrada por um sistema de sensoriamento remoto pode ser representada por variações de cinza do preto ao branco Essas variações de cinza são normalmente referidas como tom Frequentemente dizemos Esta parte de uma imagem tem um tom brilhante esta área tem um tom escuro e esta feição tem um tom cinza intermediário Naturalmente o quanto é escuro ou brilhante é uma função da quantidade de luz refletida de uma cena dentro do intervalo específico dos comprimentos de onda banda Por exemplo considere três imagens branco e preto do ecossistema de mangue do sul da Flórida Figura 57 bd As três imagens registraram respectivamente as quantidades de energia refletidas pela cena no verde no vermelho e no infravermelho A luz verde 05 06 µm incidente penetra na coluna de água mais do que a energia vermelha e a infravermelha e é refletida pelo fundo arenoso ou pelo recife de coral Figura 57b Portanto a banda no verde fornece detalhes de subsuperfície sobre a estrutura do recife nos arredores das ilhas de mangue A vegetação de mangue absorve aproximadamente 86 por cento da luz verde incidente para a sua fotossíntese e reflete aproximadamente 14 por cento Por isso o mangue aparece relativamente escuro em uma imagem com uma única banda no verde A areia tem 136 CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Tom e Cor a Curvas de reflectância espectral para areia mangue e água na Flórida b Fotografia branco e preto da energia refletida no verde de mangues da Flórida c Fotografia branco e preto da energia refletida no vermelho d Fotografia branco e preto da energia refletida no infravermelho próximo e Plantação de pinheiro folhagem sempre verde circundado por floresta folhagem sazonal cortesia de Emerge Inc f A vegetação é escura o solo descoberto é brilhante e as águas turbulentas são cinza GeoEye Inc g Fotografia U2 do local de lançamento de um Sputnik Russo cortesia de John Pike FAS h Fotografia terrestre de alto contraste de um Dálmata i Fotografia terrestre de alto contraste de uma vaca Figura 57 Elementos de Interpretação de Imagem Tom e Cor alta reflexão da energia incidente em proporções iguais de azul verde vermelho e infravermelho resultando em tons de alto brilho em todas as imagens O mangue reflete aproximadamente 9 por cento da energia da luz vermelha 06 07 µm enquanto absorve cerca de 91 por cento da energia incidente para realizar a fotossíntese Isto causa uma resposta do mangue em tons muito escuros na fotografia no vermelho Figura 57c A luz vermelha não tem grande penetração na coluna de água resultando em tons levemente escuros especialmente nos canais mais profundos Como esperado áreas arenosas apresentam tons brilhantes Elementos de Interpretação de Imagem 137 Nas imagens branco e preto sensíveis somente à energia do infravermelho próximo 07 092 µm a vegetação aparece em tons brilhantes Figura 57d A vegetação sadia reflete grande parte da energia incidente no infravermelho próximo aproximadamente 28 por cento Geralmente os tons mais brilhantes de uma superfície vegetada relacionamse a uma maior quantidade de matéria biológica biomassa presente Jensen et al 1999 Inversamente a água absorve grande parte da energia incidente no infravermelho próximo aparecendo em tons escuros na imagem Há um grande contraste entre as áreas emersas brilhantes pela resposta da vegetação e da areia e a água escura Portanto não é surpreendente que a região do infravermelho próximo seja considerada a melhor para a discriminação entre as áreas emersas e a interface com a água Uma imagem infravermelho branco e preto de uma plantação de pinheiro folhagem perene circundada por uma floresta decídua folhagem sazonal é mostrada na Figura 57e O contraste tonal torna fácil a discriminação entre as duas espécies principais Devese no entanto ser cuidadoso quando se interpretam bandas individuais de imagens branco e preto Por exemplo considere a imagem TM Thematic Mapper Landsat na banda 3 vermelho de uma área de agricultura no Colorado Figura 57f Como esperado a maior quantidade de vegetação significa uma maior absorção da luz vermelha incidente e consequentemente áreas mais escuras na imagem dentro do sistema de irrigação do pivô central Por outro lado campos descobertos e áreas que não se encontram em produção agrícola mostram tonalidades muito mais brilhantes Infelizmente o lago também aparece em tons intermediários de cinza Isto acontece porque o lago recebeu uma quantidade substancial de sedimentos em suspensão causando uma maior reflexăo da energia radiante no vermelho do que seria normalmente esperado se a água do lago fosse profunda é límpida Se estivéssemos analisando bandas adicionais no azul no verde e talvez no infravermelho próximo provavelmente ficaria evidente que se trata de um corpo dágua Portanto neste caso quando observamos uma única imagem com variações de tons entre o branco e o preto nós podemos chegar à conclusão de que o lago é simplesmente um grande campo vegetado talvez em seus estágios iniciais de desenvolvimento quando alguma quantidade do solo arenoso é ainda visível através do dossel De fato o lago tem aproximadamente o mesmo tom de cinza de diversas áreas adjacentes no interior dos sistemas de irrigação por pivô central O ser humano pode diferenciar aproximadamente 4050 gradações de cinza em uma fotografia ou imagem de sensoriamento remoto em branco e preto Entretanto é necessário prática e habilidade para extrair a informação útil de imagens branco e preto pancromáticas ou em bandas individuais Por exemplo considere a fotografia U2 da base de lançamento de um Sputnik Russo mostrado na Figura 57g O exame cuidadoso dos tons de cinza e das sombras por um analista treinado revela que a terra escavada da depressão da área de lançamento foi em grande parte depositada em uma elevação nas proximidades O ser humano não está acostumado a ver a parte superior dos objetos em tons de cinza Ele precisa ser treinado Além do mais o homem frequentemente tem grande dificuldade para identificar feições se a cena é composta de informações com contraste muito alto Isto é exemplificado pela observação de fotografias de dois objetos muito bem conhecidos um Dálmata e uma vaca nas figuras 57h e i respectivamente Muitos analistas inexperientes não conseguem identificar o Dálmata ou a vaca nas fotografias Isto sugere que fotografias aéreas ou imagens de contraste extremamente alto são difíceis para interpretar e que é melhor adquirir e interpretar imagens de sensoriamento remoto que tenham uma escala de cinza contínua com tons variando do preto para o cinza até o branco se possível Cor Nós podemos utilizar técnicas de combinação de cores aditivas para criar composições coloridas a partir de bandas individuais de dados de sensoriamento remoto como discutido anteriormente no Capítulo 4 Essas composições introduzem o matiz cor e a saturação à escala de tons de cinza intensidade A Prancha Colorida 52 mostra uma composição colorida de bandas do verde do vermelho e do infravermelho próximo em área de mangue Observe que há um grande ganho de informação visual na composição colorida O homem tem a capacidade de diferenciar cerca de mil variações sutis de cores Nesta imagem falsacor toda a vegetação está representada por matizes de vermelho magenta a areia aparece como um branco brilhante e a água em vários matizes de azul Muitos estudiosos preferem adquirir dados de diferentes tipos para criar as suas composições coloridas Tais dados podem incluir fotografias aéreas em cores naturais fotografias aéreas infravermelho coloridas ou dados multiespectrais onde muitas bandas individuais são coletadas e algumas são selecionadas e combinadas por adição de cores para produzir imagens coloridas Infelizmente a percepção de cores em algumas pessoas não é bem desenvolvida Isto significa que elas não experimentam a mesma sensação mental de uma cor pex verde como acontece com a grande maioria da população Apesar das naturais dificuldades que essa disfunção representa no diaadia das pessoas muitos excelentes analistas de imagem apresentam algum tipo de limitação na percepção de cores Existem testes especiais como aquele exemplificado na Prancha Colorida 53 que podem determinar a capacidade de percepção das cores CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Tamanho a Automóveis diversos mas aproximadamente com 45 m de comprimento e 18 m de largura b Ferrovia 143 m de bitola e 20 cm entre dormentes c Uma carreta tem aproximadamente 135 a 15 m de comprimento d Baseball 27 m entre bases 18 m do arremessador à sua base e Trampolim aproximadamente 36 m de comprimento f Carros e caminhões podem ser usados como escala para determinar o tamanho das unidades de ar condicionado Figura 58 Elementos de Interpretação de Imagem Tamanho Tamanho Comprimento Largura Perímetro e Área O tamanho de um objeto é uma de suas características mais distintivas e um dos mais importantes elementos de interpretação de imagem Os parâmetros mais comumente medidos são comprimento m largura m perímetro m área m² e ocasionalmente volume m³ O analista deve medir rotineiramente o tamanho de objetos desconhecidos Para fazer isto é necessário conhecer a escala da fotografia pex 124000 e a sua unidade geral equivalente ou escala verbal ie 1 cm 240 m No caso do imageamento digital é necessário conhecer a resolução espacial nominal no terreno do sistema sensor pex 1 x 1m A medição do tamanho de um objeto desconhecido permite ao intérprete excluir muitas alternativas possíveis No entanto é necessário ser cuidadoso porque todos os objetos nos dados de sensoriamento remoto estão em uma escala menor do que 11 e nós não estamos acostumados a observar a ver são miniaturizada de um objeto que pode medir em uma imagem somente uns poucos centímetros de comprimento e de largura A medição numa imagem do tamanho de alguns objetos bem conhecidos tais como o comprimento de um carro a largura de uma rodovia e de uma ferrovia o tamanho de uma típica residência familiar etc permitenos uma melhor compreensão do tamanho das feições desconhecidas na imagem e possivelmente identificálas Há diversos adjetivos subjetivos e relativos que descrevem o tamanho dos objetos incluindo pequeno médio e grande Esses adjetivos devem ser usados moderadamente Objetos que apresentam tamanhos relativamente padronizados podem ser usados para avaliar o tamanho de outros objetos na cena Por exemplo nos Estados Unidos um carro de tamanho médio tem aproximadamente 45 m de comprimento por 18 m de largura Figura 58a Eles podem ter dois terços desse tamanho na Europa na Ásia etc Observe que é possível diferenciar carros de caminhonetes Note também que a linha branca de 15 cm separando os espaços de estacionamento é bem visível dando indicações sobre a alta re Elementos de Interpretação de Imagem 139 solução espacial desta fotografia aérea A bitola padrão para as ferrovias nos Estados Unidos é de 143 m Figura 58b Esta é uma informação diagnóstica para se inferir o comprimento dos vagões ferroviários O comprimento médio de uma carreta de um caminhão é de 135 a 150 m Figura 58c permitindonos avaliar o tamanho do depósito adjacente As dimensões dos campos das principais modalidades esportivas como o futebol o baseball Figura 58d e o tênis são padronizadas no mundo todo A distância entre as bases no baseball é de 27 m enquanto a distância do arremessador à sua base é de 18 m A maioria dos trampolins em piscinas Figura 58e tem um comprimento de 36 m Exemplos adicionais podem ser encontrados no Capítulo 13 Sensoriamento Remoto de Áreas Urbanas Se esses objetos são visíveis em uma imagem é possível determinar o tamanho de outros objetos na cena pela comparação entre as suas dimensões Por exemplo o diâmetro das duas unidades de ar condicionado de teto mostradas na Figura 58f equivale no mínimo ao comprimento do carro e do caminhão também visíveis na imagem É arriscado fazer medições precisas de comprimento perímetro e área de objetos em fotografias aéreas ou outros dados de sensoriamento remoto nãoretificadas São raras as superfícies totalmente planas dentro do campo de visada instantâneo de uma fotografia aérea ou de outro tipo de imagem Isso faz com que pontos que sejam mais altos do que a elevação média estejam mais próximos do sensor e pontos que sejam menores do que a elevação média estejam mais distantes do sistema sensor Assim diferentes partes da imagem têm diferentes escalas Prédios altos montes e depressões podem ter escalas significativamente diferentes do que a escala calculada pela elevação média na fotografia Portanto a situação ideal é aquela em que os dados da fotografia aérea ou de outra imagem tenham sido retificados e corrigidos geometricamente para se tornarem de fato uma ortofotografia ou ortoimagem onde todos os objetos estão em sua real localização planimétrica x y Então é possível medir o comprimento o perímetro e a área das feições usandose diversos métodos incluindo o planímetro polar mesa digitalizadora análise de grade de pontos dotgrid ou análise digital de imagem Estes métodos de medição do tamanho de objetos estão descritos no Capítulo 6 Fotogrametria Forma Seria maravilhoso se todas as coisas tivessem uma única forma que pudesse ser facilmente discernida a partir de uma perspectiva vertical ou oblíqua Infelizemente intérpretes inexperientes muitas vezes encontram dificuldades para identificar até mesmo a forma do prédio em que se encontram Essa dificuldade é ainda maior quando se avalia a forma planimétrica xy de objetos naturais ou feitos pelo homem registrados em uma fotografia aérea ou outro tipo de imagem Há numerosos adjetivos para descrever a forma tais como Tabela 51 linear curvilinear circular elíptico radial quadrado retangular triangular hexagonal estrela alongado e amorfo sem uma forma clara Há no mundo real uma infinidade de objetos cujas formas devemse a eventos da natureza ou à interferência do homem Infelizmente podemos mostrar apenas alguns poucos exemplos Figura 59 Uma moderna aeronave a jato Figura 59a tem tipicamente uma forma triangular e sombras com formato característico Construções residenciais e públicascomerciais podem variar desde a forma retangular muito simples de construções residenciais Figure 59b até padrões geométricos complexos como o Pentágono em Washington DC Figura 59c A imagem infravermelha branco e preto foi obtida usandose uma câmera digital Normalmente os sistemas de transporte do homem Figura 59d têm uma forma curvilinear e exibem grandes obras de engenharia O ser humano modifica a natureza de modos muito diversos alguns deles muito interessantes Por exemplo a Figura 59e realça a forma curvilinear de pequenos aterros cuidadosamente construídos elevandose cerca de 60cm acima da superfície do terreno que direcionam a água continuamente através de um campo de arroz em Louisiana Um campo adjacente apresentase sistematicamente arado No entanto a natureza constrói as mais bonitas formas padrões e texturas como exemplificado pelo padrão radial das palmeiras na Figura 59f O bom intérprete de imagens dedica uma grande quantidade de tempo no campo observando e avaliando as formas dos objetos naturais e feitos pelo homem O intérprete adquire então uma melhor capacidade para entender como essas formas aparecem quando registradas em uma imagem vertical ou oblíqua Textura A Textura é a disposição e o arranjo característico dos tons de cinza ou cores que se repetem em uma imagem Em uma fotografia aérea ela é criada pelas repetições tonais de grupos de objetos que podem ser muito pequenos para serem discernidos individualmente Muitas vezes duas feições que tenham características espectrais muito similares pex tons branco e preto ou cores similares mostram características de textura diferentes que permitem a um intérprete experiente CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Forma a Forma triangular delta de um típico jato de passageiros b Formas retangulares de residências com módulos de larguras simples ou duplas para venda c Imagem infravermelho branco e preto do Pentágono cortesia de Positive Systems Inc d Trevo de autoestrada de forma curvilinear nos Estados Unidos e Formas curvilineares de barreiras cuidadosamente construídas em um campo de arroz na Louisiana f Forma radial de copas de palmeiras em San Diego CA Figura 59 Elementos de Interpretação de Imagem Forma distinguir entre elas Para caracterizar textura frequentemente utilizamos os adjetivos liso uniforme homogêneo intermediário e rugoso grosseiro heterogêneo É importante entender que a textura em uma certa porção de uma fotografia é estritamente uma função da escala Por exemplo em uma fotografia aérea de escala muito grande pex 1500 é possível identificar as folhas e os galhos no dossel de um conjunto de árvores e descrever a área como tendo uma textura grosseira Entretanto quando se diminui a escala do imageamento pex 15000 as folhas e galhos individuais e até mesmo a copa das árvores poderão coalescer dandonos a impressão que o conjunto de árvores tem agora uma textura intermediária ie ela não é lisa mas definitivamente não é rugosa Quando essas mesmas árvores são observadas em uma escala muito pequena pex 1 50000 elas vão aparecer como uma floresta uniforme com uma textura lisa Portanto a textura é função da escala do imageamento e da habilidade do intérprete de percebêla e de descrevêla Outros adjetivos são frequentemente utilizados para descrever a textura entre os quais mosqueado pontilhado etc É difícil definir exatamente o que significa cada uma dessas texturas É melhor mostrar alguns exemplos como os apresentados na Figura 510 Tanto o pomar de abacate como as árvores têm uma textura grosseira na fotografia de grande escala da Figura 510a Por outro lado a estrada de concreto e o gramado apresentam uma textura lisa Próximo à piscina o solo exibe graus variados de conteúdo de umidade resultando em uma textura mosqueada Na Figura 510b a floresta de pinheiro à esquerda tem uma textura relativamente grosseira onde as copas das árvores são visíveis A areia da praia em tons claros apresenta uma textura lisa As plantas rabodegato mais próximas e os aguapés mais distantes no LagoL da Usina Nuclear do Rio Savannah apresentam texturas intermediárias a rugosas Finalmente os aguapés dão lugar aos tons escuros da água com uma textura lisa Elementos de Interpretação de Imagem Textura a Textura relativamente grosseira de plantação de abacate O gramado e a rodovia têm textura lisa b O pinheiro tem uma textura grosseira os rabodegato e os aguapés apresentam textura intermediária c Textura grosseira de troncos de pinheiro de corte recente em uma serraria na Geórgia d Textura grosseira de um campo de milho na Carolina do Sul entremeado com pés de maconha circulares e Textura mosqueada em solo exposto em um sistema de irrigação de pivô central na Geórgia f Variedades de texturas ao longo de um tributário do Mississipi Figura 510 Elementos de Interpretação de Imagem Textura Duas pilhas de troncos de pinheiro com 15 m em uma serraria na Geórgia são mostradas na Figura 510c Os troncos apresentam uma textura grosseira heterogênea com um padrão linear A sombra entre as pilhas tem uma textura lisa A Figura 510d é uma fotografia interessante mostrando uma plantação de pés de maconha de forma circular sistematicamente dispostos entremeados em um campo de milho A fisiologia estrutura dos dois tipos de plantas seu espaçamento e orientação combinam para produzir uma textura grosseira As sombras produzidas pelos pés de maconha contribuem substancialmente para a textura da área Poucos intérpretes inexperientes notariam as diferenças sutis de textura na fotografia Uma parte do campo na Figura 510e está sendo cultivada enquanto a parte restante permanece sem cultivo A porção sudoeste do sistema de irrigação de pivô central é vegetada e apresenta uma textura relativamente lisa A porção remanescente sem cultura parece ter áreas com variações na quantidade de umidade no solo ou ser constituída por diferentes tipos de solos resultando em uma textura mosqueada Uma parte da região com textura mosqueada mostra ainda os sulcos circulares das seis rodas do sistema de irrigação de pivô central Diversas texturas formadas pela vegetação e cordões arenosos estão presentes em uma fotografia de grande escala de um tributário do Rio Mississipi na Figura 510f Um denso conjunto de salgueiros paralelos à margem inferior cria uma textura relativamente fina quando comparada com a textura grosseira da floresta com a qual faz limite Os cordões de areia entremeados com a água criam uma textura sinuosa única assim como um padrão serrilhado Muitas das copas das árvores na porção superior da imagem estão bem espaçadas criando uma textura mais grosseira Padrão Padrão é o arranjo espacial dos objetos na paisagem Figura 511 Os objetos podem estar arranjados aleatória ou sistematicamente Os objetos podem ser naturais como em 142 CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Padrão a Padrão triangular e sistemático dos B52 sendo desmontados cortesia USGS b Sete silos de armazenagem de grãos mostrando um padrão curvilinear em uma fazenda no SW dos EUA c Padrão sinuoso de canais em forma de trança dispostos aleatoriamente em um solo arenoso no braço do Rio Pen SC d Padrão de distribuição de glebas em um solo mosqueado no Texas e Fileiras de batatas lineares e sistemáticas mostrando áreas escuras onde a batata foi afetada por doença f Padrão de ruas radiais em Paris Sovinformsputnik and Aerial Images Inc Figura 511 Elementos de Interpretação de Imagem Padrão um padrão de drenagem ou feitos pelo homem como o sistema de posse de terra subdividida em distritos comum no oeste dos EUA O padrão é uma característica bastante diagnóstica de muitas feições Os adjetivos típicos do padrão incluem aleatório sistemático circular centrípeto oval curvilinear linear radial retangular hexagonal pentagonal octogonal etc Exemplos de padrões típicos observados em dados de sensoriamento remoto são mostrados na Figura 511 O primeiro exemplo representa um padrão triangular e sistemático dos B52 sendo desmontados na Base da Força Aérea de Monthan Figura 511a Uma grande lâmina de metal corta a fuselagem em um número determinado de partes As partes precisam permanecer visíveis por um certo número de dias para que os outros países possam através de sua própria tecnologia de reconhecimento aéreo verificar que o número especificado de B52 foi desativado como parte do processo estratégico de limitação de armas O equipamento pesado movendose entre as aeronaves cria um padrão único curvilinear Sete grandes silos de estocagem de grãos podem ser vistos na Figura 511b Os silos são circulares e estão dispostos na paisagem em um padrão curvilinear Numerosas edificaçõ es retangulares da fazenda orientadas nortesul estão dispostas em um arranjo aleatório Um padrão sinuoso e aleatório de canais em forma de tranças presente na desembocadura do braço do Rio Pen é apresentado na Figura 511c Este padrão particular assemelhase a uma trança de cabelo daí a terminologia Os principais padrões de drenagem que podem ser identificados em dados de sensoriamento remoto são discutidos no Capítulo 13 A Figura 511d representa o sistema cadastral de subdivisão de glebas Township Range superimposto em uma região de agricultura no Texas A fotografia NAPP Programa Nacional de Fotografias Aéreas revela pequenas áreas de trabalho da fazenda separadas por grandes campos de terra agricultuável As diferenças de conteúdo de umidade nos tipos de solo dos campos combinamse para criar uma textura mosqueada não sistemática Elementos de Interpretação de Imagem 143 Sombra a Fotografia de pessoas e bancos cortesia de Cris Benton b Disposição das sombras do La Gloriette Arco da Glória em Viena na Áustria c As sombras da placa de sinalização e da ponte fornecem informações úteis d As Pirâmides de Gisa cortesia de Sovinforpsputnik and Aerial Images Inc e As sombras dão informações sobre a altura dos objetos Emerge Inc f Imagem orientada durante a análise de forma que as sombras posicionemse em direção ao observador Figura 512 Elementos de Interpretação de Imagem Sombra As batatas arranjadas em fileiras lineares espaçadas sistematicamente são mostradas na Figura 511e As fileiras estão arranjadas em um padrão retangular Esta fotografia do infravermelho próximo revela que alguns desses campos aparecem em tons escuros indicando áreas afetadas por doença Uma fotografia do satélite russo KVR1000 revela o padrão radial de ruas centradas no Arco do Triunfo em Paris Figura 511f Sombra A maioria dos dados de sensoriamento remoto é coletada num intervalo de 2 horas ao redor do meio dia para evitar sombreamentos extensivos nas imagens Isto ocorre porque as sombras podem obscurecer outros objetos dificultando a sua detecção e identificação Por outro lado a sombra ou silhueta de um objeto pode ser o único indicador real para a sua identificação Por exemplo considere as sombras formadas por duas pessoas em pé no cais do porto e por dois bancos na Figura 512a As sombras na imagem dão mais informações do que os próprios objetos La Gloriette Arco da Glória em Viena na Áustria tem uma única estátua em seu topo Figura 512b Através de uma avaliação cuidadosa das sombras em uma fotografia vertical é possível determinar a localização da estátua no topo do prédio De forma similar as sombras da placa de sinalização da rodovia e da pista elevada sobre a rodovia Figura 512c dão mais informação que os próprios objetos em uma fotografia aérea vertical Imagens ou fotografias em escalas muito pequenas normalmente não contêm sombras de objetos a não ser que tenham um grande destaque em relação à topografia ao seu redor como montanhas construções extremamente altas etc Por exemplo as sombras feitas pelas grandes pirâmides de Gisa no Egito Figura 512d As sombras distintivas são bastante diagnósticas na interpretação de imagens Algumas vezes quando o intérprete não tem acesso a um imageamento estereoscópico as sombras podem dar informações sobre a altura de um objeto Por exemplo as sombras do edifício na Figura 512e contêm informações CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Altura e Profundidade a Deslocamento de relevo como um importante indicativo monoscópico sobre a altura de objetos b Sombras e mascaramentos na cidade de São Francisco cortesia GeoEye Inc c A batimetria da Baia de Monterey CA cortesia HJW Inc SPOT Image Inc Figura 513 Elementos de Interpretação de Imagem Altura e Profundidade valiosas sobre a altura do edifício permitindo identificálo como uma residência familiar térrea O Capítulo 6 Fotogrametria descreve como a sombra pode ser usada para medir a altura de objetos Quando se interpreta uma imagem com uma quantidade substancial de sombra devese orientar a imagem de forma que as sombras se posicionem em direção ao intérprete como mostrado na Figura 512f Isto evita que o intérprete tenha a ilusão pseudoscópica onde há uma inversão da percepção de profundidade os pontos mais baixo aparecem como os mais elevados e viceversa Por exemplo é difícil interpretar a floresta e as áreas alagadas da Figura 512f quando se posicionam as sombras no sentido contrário ao observador Por favor rotacione 180 e perceba como é difícil interpretar corretamente Infelizmente muitas fotografias aéreas do hemisfério norte são obtidas durante os meses de primavera quando o Sol posiciona as sombras no sentido norte A solução é reorientar as fotografias invertendo o sul e o norte No entanto se estivermos fazendo um fotomapa ou ortofotomapa é convenção cartográfica a colocação do norte no topo do mapa Isto pode causar alguns problemas na interpretação do fotomapa se o intérprete não tiver conhecimento sobre a ilusão pseudoscópica As sombras no imageamento de radar são completamente negras e não contém nenhum tipo de informação Felizmente não é isso o que ocorre com as sombras em uma fotografia aérea Ainda que as áreas sombreadas apareçam em tons relativamente escuros elas podem conter ainda alguma luz espalhada das áreas vizinhas suficiente para iluminar o terreno em diferentes graus e permitir que se obtenha alguma informação a respeito da área sombreada Altura e Profundidade A habilidade para observar e medir a altura elevação ou profundidade batimetria de um objeto ou forma de relevo é um dos mais diagnósticos elementos de interpretação de imagem Figura 513 A paralaxe estereoscópica está presente nos dados de sensoriamento remoto quando o mesmo objeto é observado sob duas diferentes perspectivas A observação através de instrumentos estereoscópicos dessas imagens ou fotografias tomadas com superposição de áreas é o melhor método para visualizar tridimensionalmente um terreno e para extrair informações precisas xyz de topografia eou batimetria As técnicas de análise estereoscópica são apresentadas no Capítulo 6 Fotogrametria Entretanto também há indicadores monoscópicos que permitem avaliar a altura ou profundidade de um objeto Por exemplo qualquer objeto como um prédio que se projete acima de um datum local apresentará um deslocamento radial a partir do ponto principal em uma fotografia aérea vertical Assim poderemos ver um dos lados de uma feição como mostrado na Figura 513a Além disso todos os objetos que se projetem acima do datum local apresentarão uma sombra que fornecerá informações diagnósticas sobre suas alturas ou elevações como exemplificado pelos vários edifícios de São Francisco mostrados na Figura 513b Ocorre também que a sombra de objetos obscureçam outros ao seu lado tornando claro que um objeto tem maior elevação do que outro Por exemplo o edifício no topo da Figura 513b está mascarando o edifício ao seu lado sugerindo que ele tem uma altura maior A melhor forma de obter medidas batimétricas é através do equipamento de sensoriamento remoto denominado so Elementos de Interpretação de Imagem Sítio Situação e Associação a Planta da Usina Termelétrica de Haynes em Long Beach CA b Uma serraria com suas pilhas de troncos enfileirados e tábuas serradas c Planta da Usina Nuclear de Vogle perto de Augusta GA Figura 514 Elementos de Interpretação de Imagem Sítio Situação e Associação nar que envia um pulso de som e mede o tempo necessário para que ele atravesse a coluna dágua seja refletido pelo fundo e retorne ao sensor A imagem da Baia de Monterey CA mostrada na Figura 513c foi obtida usandose sonar e integrada com uma imagem SPOT Sítio Situação e Associação Sítio situação e associação são características muito importantes quando se busca identificar um objeto ou atividade Um sítio tem características físicas eou sócioeconômicas únicas As características físicas podem incluir elevação declividade aspecto e tipo de cobertura superficial pex solo descoberto grama arbustocerrado pastagem nativa floresta água asfalto concreto residência etc As características sócioeconômicas do sítio incluem o valor da terra o sistema de posse da terra a proximidade da água eou a certo tipo de população profissional horista aposentado A situação referese à organização e orientação de certos objetos na cena um em relação ao outro Frequentemente conjuntos de materiais de construções de oleodutos de produtos etc estão distribuídos de uma maneira lógica previsível A associação referese ao fato de que quando se avalia um certo fenômeno ou atividade quase que invariavelmente encontramse feições ou atividades relacionadas ou associadas Quando se analisa uma imagem os elementos de interpretação sítio situação e associação raramente são usados de forma independente O normal é serem usados sinergicamente para atingir uma conclusão lógica Por exemplo as estações de tratamento de esgoto são quase sempre localizadas em uma área sítio plana próximas de uma fonte de água para que possa dispor de água tratada e relativamente próximas da comunidade Alamedas que compõem grandes centros comerciais têm tipicamente múltiplos edifícios térreos muitas áreas de estacionamento e são idealmente situadas próximo às principais artérias de transporte e centros populacionais Plantas de usinas termelétricas como a de Haynes Steam em Long Beach mostrada na Figura 514a normalmente estão localizadas em áreas planas com diversas obras de engenharia e próximas a grandes reservatórios de petróleo ou outro tipo de recurso natural para serem utilizados na geração de vapor dágua que irá movimentar os geradores de energia elétrica Anteparos feitos pelo homem normalmente envolvem a área onde se situa o tanque para conter o petróleo em caso de ocorrer algum acidente As plantas das usinas termelétricas são frequentemente refrigeradas pela circulação de algum tipo de líquido armazenado em pequenos lagos A água é utilizada para refrigerar os componentes críticos geradores de vapor dágua Serrarias como a mostrada na Figura 514b estão normalmente situadas em um terreno plano com muitas árvores disponíveis num raio de 20 km e contendo muitas pilhas de troncos enfileirados e outras pilhas de tábuas bem organizadas uma fornalha para queimar os restos de madeira e amplas instalações de processamento da madeira Frequentemente um ramal ferroviário é utilizado para escoar a madeira As plantas de usinas nucleares localizamse em áreas caracterizadas por grandes obras de engenharia Elas contém um ou mais grande edifício de concreto onde se situa o reator A área pode conter grandes lagos para a recirculação da água que refrigera o reator ou possuir enormes torres refrigeradoras como aquelas em construção na Usina Nuclear de Vogle próximo de Augusta GA mostrada na Figura 514c Como a eletricidade pode ser transportada economicamente a grandes distâncias não há necessidade de que as usinas nucleares sejam construídas próximas à população consumidora CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Um intérprete experiente traz o seu conhecimento sobre sítio situação e associação para a solução de um problema de interpretação de imagem Esse conhecimento é obtido pela observação dos fenômenos que ocorrem no mundo real O intérprete mais eficiente é aquele que teve a oportunidade de observar um grande número de ambientes naturais e modificados pelo homem É difícil identificar um objeto em uma imagem se ele nunca foi observado in situ e nunca teve as suas características de sítio situação e associação avaliadas Métodos de Pesquisa A fotointerpretação tem sido utilizada desde que Gaspard Felix Tournachon Nadar obteve com sucesso a primeira fotografia aérea na França em 1858 Nesses anos os cientistas desenvolveram muitas abordagens para interpretar dados de sensores remotos incluindo 1 utilização de informações colaterais auxiliares 2 aplicação da convergência de evidências e 3 aplicação do conceito multi na análise de imagens Usando a Informação Colateral Os intérpretes experientes raramente analisam uma fotografia aérea ou outros dados de sensoriamento remoto sem ter previamente algum outro tipo de informação Na realidade o intérprete deve coletar o maior número possível de informações colaterais frequentemente chamadas de anteriores ou auxiliares sobre a área e o objeto de estudo Os principais tipos de informações colaterais estão resumidos na Tabela 52 incluindo o uso de uma variedade de mapas para orientação informação sobre limites políticos dados cadastrais de propriedades controle geodésico x y z dados florestais dados geológicos informação sobre riscos dados hidrológicos de superfície e subsuperfície dados sócioeconômicos taxonomia do solo dados topográficos e batimétricos características de transporte informação sobre áreas alagadas ou úmidas O ideal é que esses dados estejam arquivados em um Sistema de Informações Geográficas SIG para que sejam facilmente acessados e superpostos aos dados de sensoriamento remoto É importante contactar um serviço nacional de previsão de tempo que forneça informações quantitativas sobre as condições meteorológicas cobertura de nuvens visibilidade e precipitação no dia em que os dados de sensoriamento remoto foram coletados e nos dias imediatamente anteriores Podese obter também mapas sobre as ruas locais fotografias terrestres livros sobre a geografia local e regional e artigos e revistas populares sobre o local ou objeto de estudo Podese também obter informações com a população local Tabela 52 Informações colaterais frequentemente usadas na interpretação de fotografias aéreas e outros dados de sensoriamento remoto nos Estados Unidos Tópico Informação Colateral Orientação Geral Mapa Internacional do Mundo 11000000 National GeospatialIntelligence Agency NGA 1100000 1250000 USGS 75 min 124000 USGS 15 min 163300 Sistemas de navegação de imagens Google Earth Space Imaging DigitalGlobe SPOT Limites ou Distritos USGS 75 min 124000 USGS 15 min 163300 Estado município cidade escola corpo de bombeiro incêndio cadastro eleitoral águailesgoto Cadastral Mapas de tributos de cidades e municípios Controle Geodésico USGS gráfico linear digital elevação NGS cartas náuticas e batimétricas Floresta USFS informações florestais Geologia USGS superfície e subsuperfície Desastres FEMA mapas de inundação USCG índice de sensibilidade ambiental Hidrologia USGS gráfico linear digital elevação NGS cartas náuticas e batimétricas USGS relatórios sobre abastecimento de água USGS relatórios de descarga volumétrica fluxo Sócio Econômico Bureau of the Census dados demográficos Blocos de dados TIGER Topologically Integrated Geographic and Reference Censo de cidades e municípios Census tract Solos SCS NRCS mapas de taxonomia de solos Topografia Batimetria USGS Dados nacionais de elevação NET NGA Banco de dados digitais de elevação do terreno DTED USCG cartas náuticas e batimétricas Transporte USGS gráfico linear digital transporte Mapas de transporte de Estados e municípios Tempo atmosfera Serviço Meteorológico Nacional NEXRAD Áreas alagadas úmidas USGS Mapas do Inventário Nacional de áreas Alagáveis NOAA Programa de análise de mudanças costeiras O bom fotointérprete vai ao campo fazer uma avaliação inicial da configuração do terreno das características de vegetação e solo da drenagem e das condições geomórficas e do impacto cultural causado pelo homem na região Frequentemente essas informações espaciais estão arquivadas em um SIG Isto é importante porque os dados de sensoriamento remoto podem ser registrados geometricamente com as informações da base de dados do SIG facilitando a superposição e análise conjunta desses dados Convergência de Evidências É importante que se desenvolva o trabalho a partir do conhecido para o desconhecido Por exemplo talvez nós tenhamos dificuldade para identificar um tipo particular de indústria em uma fotografia aérea Um exame cuidadoso dos objetos familiares que se posicionam ao redor do objeto de interesse e que de alguma forma o influenciam pode nos fornecer indicações valiosas que nos permitam identificálo Este exame pode incluir uma interpretação cuidadosa das características do edifício comprimento largura altura número de depósitos tipo de construção do padrão de transporte nos arredores pex características de estacionamento ramal de ferrovia para o edifício proximidade de rodovias da declividade e do aspecto da área das características de drenagem das instalações que entram ou saem do edifício oleduto entrada ou saída de água dos materiais dispostos de maneira não natural ou de produtos manufaturados na parte exterior do edifício dos métodos e dos equipamentos de transporte tratores docas de carga rampas etc Trazemos então todo o conhecimento que temos para a interpretação da imagem e convergimos nossas evidências para identificar o processo ou objeto de estudo Vamos considerar um outro exemplo de convergência de evidências Suponha que tenhamos que descrever o tipo e as instalações do aeroporto mostrado na Figura 515 Em uma primeira análise nós poderíamos concluir que este é um aeroporto civil com jatos comerciais Entretanto após uma inspeção mais detalhada veremos que os jatos 2 3 e 6 parecem normais Boeing 707 na forma de grandes deltas mas os jatos 4 e 5 mostram padrões de sombras com diferenças substanciais na fuselagem e no solo O jato número 1 exibe também algumas características incomuns de sombras Além do mais notase que os jatos 4 e 5 apresentam um objeto circular de cor negra com uma faixa branca situado no topo da aeronave Um analista de imagem que já tenha visto uma aeronave Boeing E3 da Airborne Warning and Control System AWACS no solo provavelmente identificará com facilidade a aeronave Um analista nãomilitar precisará notar a ausência de instalações de rampas para embarquedesembarque de passageiros comuns em aeroportos comerciais sugerindo tratarse de um aeroporto militar examinar os padrões incomuns de sombra consultar manuais que contenham exemplos de aeronaves compatíveis com os padrões de sombra pex Figura 511b convergir as evidências para chegar a uma conclusão correta O primeiro passo para camuflar um E3 em um aeroporto seria alinhar a barra branca com a fuselagem por favor observe o jato 1 O Conceito Multi Robert Colwell do Departamento de Floresta da Universidade da Califórnia em Berkeley apresentou o conceito multi em interpretação de imagem na década de 1960 Colwell 1997 Ele sugeriu que o método científico mais útil e preciso de interpretação de imagem consistia no desenvolvimento dos seguintes tipos de análise multiespectral multidisciplinar multiescala e multitemporal O conceito multi sofreu uma clarabração posterior por Estes et al 1983 e Teng 1997 Colwell foi o pioneiro no uso de fotografias aéreas multibanda e de dados multiespectrais de sensores remotos Ele observou que em ambientes de agricultura e floresta as medidas feitas em múltiplos intervalos bandas discretos de comprimento de onda do espectro eletromagnético eram normalmente mais valiosas que as adquiridas em uma única imagem banda larga do tipo pancromática Por exemplo a Figura 57 documenta a diferença significativa no conteúdo de informação encontrado nas imagens multiespectrais nas bandas verde vermelho e infravermelho próximo de uma área de mangue Colwell realçou também a importância de se utilizarem fotografias ou imagens multiescala frequentemente denominadas de multiestágio O imageamento em escalas menores pex 180000 permite integrar as imagens em escalas intermediárias pex 140000 em seu contexto regional Assim o imageamento em escala muito grande pex 110000 pode ser usado para fornecer informações detalhadas sobre o fenômeno local A investigação in situ no campo é a maior escala utilizada e é muito importante Cada escala do imageamento fornece informações únicas que podem ser usadas para calibrar as outras escalas O Professor Colwell acreditava na necessidade de agrupar especialistas multidisciplinares para se focar numa análise de sensoriamento remoto ou um problema de extração de informações O mundo real consiste de solos de geologia de superfície e subsuperfície de vegetação de água de atmosfera e de estruturas urbanas feitas pelo homem Nesta época em que a especialização científica é cada vez maior é difícil para qualquer pessoa ter a habilidade de entender e extrair todo o tipo de informação pertinente presente em uma imagem de sensoriamento remoto Por isso Colwell foi o grande incentivador da inclusão de cientistas multidisciplinares no processo de interpretação de imagens Esta filosofia e a sinergia do processo permitem frequentemente resultados originais e inesperados com cada cientista multidisciplinar trazendo o seu conhecimento e sua visão sobre o problema analisado Donnay et al 2001 A Tabela 53 lista as disciplinas dos profissionais que normalmente colaboram no estudo sistemático de um determinado tópico CAPÍTULO 5 Elementos de Interpretação Visual de Imagens Convergência de Evidências a Aeronaves no pátio do Aeroporto de Riyadh Arábia Saudita b Aeronave E3 Airborne Warning and Control System AWACS da Real Força Aérea Saudita Figura 515 a Imagem pancromática 61 x 61 cm de um aeroporto em Riyadh Arábia Saudita obtida em 9 de Dezembro de 2001 cortesia da DigitalGlobe Inc b Vista terrestre da aeronave E3 Airborne Warning and Control System AWACS da Real Força Aérea Saudita A E3 é equipada com um radar look down que pode identificar alvos no solo e no mar Seu radar tem uma visão de 360 no horizonte e tem um alcance superior a 320 km A Força Aérea dos Estados Unidos a NATO o Reino Unido a França e a Arábia Saudita operam AWACS Velocidade 800 kmh Teto 10670 m Autonomia de voo 11 horas Alcance 9250 km Boeing 2005 Tabela 53 A contribuição de cientistas multidisciplinares no processo de interpretação de imagens Tópico Disciplinas Agricultura Agronomia engenharia agronômica biologia biogeografia geologia ecologia da paisagem ciência do solo Biodiversidade habitat Biologia zoologia biogeografia ecologia da paisagem ciência marinha ciência do solo Preparação de base de dados e algoritmos Cartografia SIG ciência da computação fotogrametria programação modelagem analítica Floresta pastagem Floresta agronomia ecologia de pastagem nativa ecologia da paisagem biogeografia e ciência do solo Controle geodésico Geodésia topografia fotogrametria Geologia solos Geologia geomorfologia agronomia geografia Desastres Geologia hidrologia geografia urbana e física Hidrologia Hidrologia química geologia geografia Topografia batimetria Geodésia topografia fotogrametria Transporte Engenharia de transporte planejamento de cidades geografia urbana Estudos urbanos Geografia urbana econômica e política planejamento de cidades engenharia de transporte engenharia civil e ecologia da paisagem Tempo atmosfera Meteorologia climatologia física química ciência atmosférica Áreas alagadas e úmidas Biologia ecologia da paisagem biogeografia calendários estejam disponíveis eles podem ser utilizados para selecionar as melhores datas para adquirir os dados de sensoriamento remoto durante a época de desenvolvimento das culturas Muitos outros fenômenos que se desenvolvem ao longo do tempo como o desenvolvimento residencial urbano podem ser monitorados usandose dados de sensoriamento remoto Um intérprete de imagem experiente entende o ciclo fenológico de um fenômeno interpretando esta informação e usandoa para escolher o melhor tipo de sensor remoto para o estudo e os dias mais favoráveis do ano para a aquisição dos dados Conclusão Nós agora conseguimos um bom entendimento sobre os elementos fundamentais de interpretação de imagem Podemos utilizar os elementos de interpretação de imagem para uma análise cuidadosa de uma fotografia aérea ou de outros tipos de dados de sensores remotos ópticos comprimentos de onda do azul verde vermelho e infravermelho Baseados neste fundamento estamos preparados para progredir para técnicas mais sofisticadas de análise de imagens que incluem a extração quantitativa de informações dos dados de sensores remotos usando os princípios de fotogrametria Referências BBC 2005 What Lies Behind the Zimbabwe Demolitions BBC News World Edition London BBC NEWS July 26 Boeing 2005 Airborne Warning and Control AWACS Aircraft Seattle Boeing Aircraft Corporation wwwboeingcomdefensespaceicawacse3vcwwe3overviewhtml Bossler J D Jensen J R McMaster R B and C Rizos 2002 Manual of Geospatial Science and Technology London Taylor Francis 623 p Colwell R N 1997 History and Place of Photographic Interpretation Manual of Photographic Interpretation W Philipson Ed 2nd Ed Bethesda ASPRS 348 Davis B A and J R Jensen 1998 Remote Sensing of Mangrove Biophysical Characteristics Geocarto International 1345564 Donnay J Barnsley M J and P A Longley 2001 Remote Sensing and Urban Analysis NY Taylor Francis 268 p Estes J E Hajic E J and L R Tinney 1983 Fundamentals of Image Analysis Analysis of Visible and Thermal Infrared Data Manual of Remote Sensing R N Colwell Ed Bethesda ASPRS 110391040 Goetz S J 2002 Recent Advances in Remote Sensing of Biophysical Variables An Overview of the Special Issue Remote Sensing of Environment 79145146 Haack B Guptill S Holz R Jampoler S Jensen J R and R A Welch 1997 Urban Analysis and Planning Manual of Photographic Interpretation W Philipson Ed 2nd Ed Bethesda ASPRS 517547 Jensen J R 2005 Introductory Digital Image Processing A Remote Sensing Perspective 3rd Ed Upper Saddle River PrenticeHall Inc 525 p Jensen J R and D C Cowen 1999 Remote Sensing of UrbanSuburban Infrastructure and Socioeconomic Attributes Photogrammetric Engineering Remote Sensing 655611622 Jensen J R Coombs C Porter D Jones B Schill S and D White 1999 Extraction of Smooth Cordgrass Spartina alterniflora Biomass and LAI Parameters from High Resolution Imagery Geocarto International 1342534 Jensen J R Saalfeld A Broome F Cowen D Price K Ramsey D Lapine L and E L Usery 2005 Chapter 2 Spatial Data Acquisition and Integration in R B McMaster and E L Usery Eds A Research Agenda for Geographic Information Science Boca Raton CRC Press 1760 Jensen R R Gatrell J D and D D McLean Eds 2005 GeoSpatial Technologies in Urban Environments NY Springer 176 p Kelly M Estes J E and K A Knight 1999 Image Interpretation Keys for Validation of Global LandCover Data Sets Photogrammetric Engineering Remote Sensing 6510411049 Konecny G 2003 Geoinformation Remote Sensing Photogrammetry and GIS London Taylor Francis 248 p Linder W 2003 Digital Photogrammetry Theory and Applications Berlin SpringerVerlag 189 p Lloyd R Hodgson M E and A Stokes 2002 Visual Categorization with Aerial Photographs Annals of the Association of American Geographers 922241266 Lunetta R S and C D Elvidge 1998 Remote Sensing Change Detection Environmental Monitoring Methods and Applications Ann Arbor Ann Arbor Press 318 p McCoy R M 2005 Field Methods in Remote Sensing NY Guilford Press 159 p McGlone J C 2004 Manual of Photogrammetry 5th Ed Bethesda ASPRS 1151 p Miller R B Abbott M R Harding L W Jensen J R Johannsen C J Macauley M MacDonald J S and J S Pearlman 2003 Using Remote Sensing in State and Local Government Information for Management and Decision Making Washington National Academy Press 97 p Philipson W 1997 Manual of Photographic Interpretation 2nd Ed Bethesda ASPRS 555 p Robbins J 1999 HighTech Camera Sees What Eyes Cannot New York Times Science Section September 14 D5 Schill S Jensen J R and D C Cowen 1999 Bridging the Gap Between Government and Industry the NASA Affiliate Research Center Program Geo Info Systems 992633 Teng W L 1997 Fundamentals of Photographic Interpretation Manual of Photographic Interpretation W Philipson Ed 2nd Ed Bethesda ASPRS 49113 Wolf P R and B A Dewitt 2000 Elements of Photogrammetry with Applications in GIS NY McGraw Hill 608 p