Memorias. VII Simposio Latinoamericano de Percepción Remota. Latinoamérica Evaluada desde el Espacio. Sexta Reunion Nacional SELPER-Mexico

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1 VII Simposio Latinoamericano de Percepción Remota Sexta Reunion Nacional SELPER-Mexico Latinoamérica Evaluada desde el Espacio Puerto v-ilartá, México Memorias Noviembre, 1995

2 AVALIAÇÃO DA POLARIZAÇÃO DO ESPECTRORRADIÔMETRO SE-590 Fábio Furlan Gama Elisabete Cará Moraes Eugênio Sper de Almeida José Luiz de Oliveira Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais - INPE C.P CEP S.J. Campos - BRASIL fabio@dpi.inpe.br Carlos Alberto Tissot Centro Técnico Aeroespacial - CTA S.J. Campos - BRASIL RESUMO Este trabalho apresenta uma metodologia de avaliação e determinação do diagrama de polarização do espectrorradiômetro SPECIRON SE-590. Esta avaliação é importante na análise radiométrica de alvos em ambientes aquáticos, onde é frequente a ocorrência de efeito de "glitter", saturando o sinal nesta direção. Os trabalhos de campo em sensoriamento remoto, em geral, são realizados durante a passagem de satélites, em que este efeito é mínimo, enquanto que localmente este efeito pode mascarar os sinais coletados. Desta forma foi necessário a investigação da polarização do sensor do espectrorradiômetro com a finalidade de amenizar este efeito. Realizou-se experimentos no Laboratório de Radiometria (LARAD) do Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais (INPE), onde foram utilizados uma fonte de iluminação padrão, uma placa de referência, um polarizador com graduação angular e o espectrorradiômetro com abertura ótica de 6 graus. Na análise dos resultados verificou-se a existência de algumas faixas espectrais, com considerável polarização, isto é muito útil na definição da metodologia a ser empregada na elaboração de experimentos, a qual pode ser utilizada convenientemente na aquisição de dados coletados em ambientes aquáticos. Concluiu-se que a polarização deste espectrorradiômentro é espectralmente seletiva. 1, INTRODUÇÃO O problema da medição pode ser considerado como um problema de caracterização do alvo, utilizando um espectrorradiômetro. Esta caracterização do alvo representa a determinação dos atributos do alvo tais como: tamanho, forma, localização, temperatura, propriedades radiantes, nível de energia, etc. O espectrorradiômetro é um instrumento que registra pequenas variações espectrais do alvo observado, porém, em determinadas situações pode ocorrer o efeito de "glitter", ou seja saturação do sinal devido a reflexão especular verificado principalmente em meios aquáticos, e este efeito pode ser corrigido e até eliminado através da polarização da luz. A maioria dos atributos do alvo não podem ser medidos diretamente do fluxo radiante incidente no detector, mas podem ser inferidos sobre a resposta do espectrorradiômetro relativa ao fluxo radiante incidente

3 Para o caso limitado de radiação não coerente e não interferente, o alvo pode ser caracterizado em termos de quatro domínios independentes: espacial (extensão geométrica), temporal (variações no tempo), espectral (distribuição do fluxo de energia como função do comprimento de onda) e polarização. Este trabalho pretende demonstrar o método embutido na avaliação da característica da polarização para uso em futuros trabalhos de calibração do espectrorradiômetro SE-590, através de experimentos realizados em laboratório. 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A polarização pode ser compreendida como a direção preferencial de deslocamento do vetor campo elétrico. Existem vários tipos de polarização, sendo as mais comuns, a plano-polarizada e a circularmente polarizada. Se um fluxo de ondas luminosas possui uma simetria completa ao redor de uma direção de propagação, o fluxo é dito não polarizado. Observações demonstraram que a radiação solar direta e a radiação termal emitida de superfícies difusas são essencialmente não polarizadas. Além disso, a luz completamente não polarizada é relativamente difícil de ser produzida em laboratório e muito rara na natureza. Sendo que, a maioria dos feixes de luz exibem uma polarização parcial de algum tipo. A polarização é produzida por algum tipo de afinidade de fase e/ou diferença de magnitude dos componentes ortogonais de vibração do vetor eletricidade. Uma grande quantidade de informações podem ser obtidas, através da interpretação do padrão de polarização da radiação refletida ou transmitida captada por um espectrorradiômetro. Como exemplo pode-se citar a determinação de espalhamento Rayleigh e aerossóis através da observação do padrão de polarização da radiação transmitida através da atmosfera. As figuras a seguir, representam esquematicamente, uma onda plano-polarizada vibrando segundo os planos "yz" (curva continua) e "xz" (curva pontilhada), bem como um exemplo de polarização circular tomada para a direita. Fig. 1 - Representação esquemática de uma onda plano-polarizada, segundo dois planos de vibração ("yz" e "xz"). FONTE: Coulson (1988), p

4 Fig. 2 - Representação esquemática de uma polarização circular tomada para a direita. FONTE: Coulson (1988), p. 17. Uma polarização completa de qualquer tipo raramente ocorre naturalmente, embora não seja impossível encontrar-se aproximações. Por exemplo, a luz refletida, em um ângulo aproximadamente igual a 56 (ângulo de Brewster), de um espelho ou de outro material dielétrico exibe uma polarização completa, mas numa situação normal a polarização seria parcial. Em outras palavras, o fluxo de radiação geralmente consiste de uma combinação de ambas as ondas polarizadas e não polarizadas. Uma representação muito útil para caracterizar a luz polarizada foi desenvolvida por Stolces em 1852, que compreende quatro parâmetros. Estes parâmetros possuem carater analítico e determinam as dimensões de intensidade, sendo aditivos. Isto significa que os parâmetros de Stokes referentes a um feixe de luz, composto pela soma de um número de feixes com diferentes padrões de polarização, são caracterizados através de uma simples soma dos parâmetros dos feixes individuais. Desta forma, os parâmetros de Stokes são completamente gerais e através de seu uso pode-se descrever um campo de radiação em todos os detalhes, sem levar em consideração o seu padrão de polarização. Neste trabalho utilizou-se um polarizador para, através de diagramas polares, avaliar o comportamento polarimétrico da luz incidente no espectrorradiômetro SE MATERIAL E MÉTODO Para a realização deste trabalho utilizou-se os seguintes instrumentos: a - Espectrorradiômetro "Spectron" SE 590, com unidade detectara CE 390WB S/N 1445 (óptica de 6 ) e, unidade controladora modelo CE 500 S/N 1469; b - Fonte de iluminação halógena 'Trump Halog" BNDE 7719 tipo projetor de slides; c - Polarizador com graduação angular de posição; d - Spectralon-11. O experimento objetivou avaliar e determinar o diagrama de polarização do espectrorradiômetro SE-590. Para isso, utilizou uma fonte de luz, com foco direcionado e compreendido sobre a placa de referência, uma placa de referência, um polarizador com graduação angular de posição e uma unidade detectara, conforme mostra a figura 3. A fonte de luz foi posicionada a 45 em relação à placa de referência, numa distância de 80 cm e, teve o foco do seu feixe de luz enquadrado na placa de referência. O polarizador ficou posicionado entre a linha que unia a 143

5 I unidade detectora e a placa de referência a 50 cm desta última e próximo da unidade detectora. Os diagramas polares referentes às polarizações obtidas foram interpretados em quinze comprimentos de onda distintos a saber: 399,5 nm, 449,8 rim, 500,0 rim, 550,4 rim, 599,7 rim, 649,6 rim, 699,6 rim, 750,1 nm, 801,3 nm, 848,8 rim, 899,6 um, 950,1 rim, 1000,4 nm, 1050,8 um, 110,1 nm. Nestes diagramas polares, o eixo horizontal representa a posição de mínima atenuação da luz incidente, correspondendo à posição horizontal da fenda da unidade detectora (unidade detectora na posição vertical). (a) (b) Fig. 3 - Disposição dos equipamentos utilizados no experimento(a) e com o foco da fonte de luz enquadrado na placa de referência (b). 4. RESULTADOS E CONCLUSÕES A fig. 4 mostra a avaliação do efeito de polarização do fluxo luminoso observado pelos comprimentos de onda de 449,8 um, 550,4 um, 649,6 rim, 699,6 um, 750,1 um, 801,3 um, 848,8 um, 899,6 rim, 1000,4 um. li I ",/, \- f.-4.! \ O!.., --.1 O - --., ,8 nm 550,4 rim.ti 649,6 rim 144

6 17 t I..:..` tt, i ,... < _ /. \ / ,6 um 750,1 nm I.7 1' / _, ,8 nm 899,6 um 1000,4 um Fig. 4 - Diagrama polar representativo da polarização para vários comprimento de onda de: 449,8 um, 550,4 um, 649,6 um, 699,6 um, 750,1 um. 801,3 um, 848,8 um, 899,6 nm, 1000,4 nm. Na determinação e avaliação do diagrama polar do espectrorradiômetro SE-590, verificou-se que este instrumento apresenta uma polarização no processo de captação e detecção da radiação eletromagnética, atingindo valores de atenuação de até 40% do valor máximo esperado, como por exemplo na situação observada para o comprimento de onda de 750,1 um. Verificou-se que a polarização é dependente do comprimento de onda e mais acentuada para valores próximos de 750,1 um. Portanto, conclui-se que a polarização do espectrorradiômetro SE-590 é espectralmente seletiva. Observou-se, ainda, que para o comprimento de onda próximo ao início ou término da faixa de sensibilidade espectral do instrumento, ou seja, comprimento de onda menor que 400 um e maior que 1100 um, a análise tomouse prejudicada pelo fraco sinal e grande interferência de ruídos. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Coulson, K,L, (1988), Polarization and intensity of light in the atmosphere. P ed. Virginia, A Division of Science and Technology Corporation, 596p. Slater, P.N., (1988), Remote Sensing, Optics and Optical. Addison-Wesley, 575 p. SPEC1RON SE-590, (1980), Operating Manual, Spectron Engine,ering Inc., 40 p. Steffen, C.A., Moraes, E.C. e Gama, F.L., Tutorial 2: Radiometria. VII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, de maio, Curitiba, Brasil, 26p. Wyatt, CL.. (1978). Radiometric calibration: theory and methods. i ed. New York, Academic Press, Inc., 200p. 7. AGRADECIMENTOS Agradecemos ao Prof. Carlos Alberto Steffen pelo apoio durante a realização do experimento. 145