Tema 8. Sensores. Teledetección 2º Curso de IT en Topografía EPS Jaén

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1 Teledetección 2º Curso de IT en Topografía EPS Jaén

2 1. Clasificación de los sensores 2. Sensores pasivos fotográficos 3. Sensores pasivos óptico-electrónicos 4. Sensores pasivos de antena 5. Sensores activos radar 6. Sensores activos lidar Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 2

3 Clasificación Los sensores pasivos registran la energía procedente de una fuente externa a ellos, generalmente de origen natural Energía reflejada por la superficie terrestre (o la atmósfera), procedente del sol Energía emitida por la superficie terrestre, normalmente por calentamiento de la misma por absorción de energía solar Dentro de los sensores pasivos se distinguen tres grupos en función de cómo se registra la energía: Fotográficos: Cámaras fotográficas Optico-electrónicos: Registro electrónico de una imagen digital De antena (radiómetros de microondas) En los sensores activos se registra la radiancia provocada por la reflexión de un haz de radiación E-M emitida desde el propio sensor Dependiendo de la banda de λ en que trabajan se distinguen: Radar (RAdio Detection And Ranging) en la banda de las microondas (1 mm a 1m) Lidar (LIght Detection and Ranging) en la banda del visible y ultravioleta e infrarrojo próximo Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 3

4 1. Clasificación de los sensores 2. Sensores pasivos fotográficos 3. Sensores pasivos óptico-electrónicos 4. Sensores pasivos de antena 5. Sensores activos radar 6. Sensores activos lidar Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 4

5 Fotográficos Concepto y tipos Constan de un sistema óptico con dispositivo de control de la exposición que genera la imagen sobre una película fotosensible Semejantes a las utilizadas en fotogrametría aerotransportada En función del tipo de película se distinguen: Pancromática: 1 emulsión para todo el espectro visible (0,4-0,7 mm) Color: 3 emulsiones para registrar las bandas A, V y R Infrarrojo B/N: 1 emulsión para todo el Irp (0,7-0,9 mm) Infrarrojo color: 3 emulsiones para V, R e IRp Por el número de objetivos: Monobanda: 1 objetivo para registrar una sola banda Multibanda: 1 cámara con varios objetivos y filtros o varias cámaras ensambladas en 1 soporte Angulo de observación: Vertical: Eje óptico coincide con la vertical Oblicua: Eje óptico mantiene ángulos > 5º con la vertical Altura de la plataforma: Fotografía aérea (15-20 Km) Fotografía espacial (cientos a miles de Km): Distancias focales elevadas (> 300 mm) Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 5

6 Fotográficos Cámaras Los inconvenientes de estos sistemas en Teledetección: Escasa resolución espectral Necesitan condiciones concretas de iluminación Almacenamiento analógico de la información y dificultades para trasmitir o recuperar la información Cámaras utilizadas: RMK 30/23 (por ZEISS para Agencia Espacial Europea, ESA) 1ª misión del Spacelab (1983) Distancia focal: 305 mm Formato: 23 * 23 cm. Resolución espacial: m Resolución espectral: Pancromático e IR color LFC (Americana, diseñada por ITEK, para la NASA) A bordo de transbordadores espaciales (Challenger, etc.) Distancia focal: 305 mm Formato: 23 * 46 cm Resolución espectral: 0.4 a 0.9 mm KFA-1000 y MKF-6 (Soviéticas, comerc. por SOYUZCARTA) Resolución espacial: 5 a 6 m Resolución espectral: 6 bandas (multicamára) Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 6

7 Fotográficos Cámaras Esquema de una cámara Cámara multibanda (MFK-6) Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 7

8 1. Clasificación de los sensores 2. Sensores pasivos fotográficos 3. Sensores pasivos óptico-electrónicos 4. Sensores pasivos de antena 5. Sensores activos radar 6. Sensores activos lidar Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 8

9 Optico-electrónicos Concepto y tipos Combinan los dispositivos ópticos convencionales con un sistema electrónico que produce un imagen digital Ventajas con respecto a los fotográficos: Amplia resolución espectral: Varias bandas entre visible e IR Formato digital de las imágenes facilita la transmisión de la información y su posterior tratamiento Dependiendo de la forma en que se captura la radiación se clasifican en: Rastreadores de barrido (scanners) Rastreadores de empuje (push broom) Cámaras de vidicon Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/2008 9

10 Optico-electrónicos Rastreadores de barrido Elementos de un rastreador de barrido: Espejo móvil (oscilante) Sistema óptico Detectores (uno o varios para cada banda) Sistema de almacenamiento y transmisión Funcionamiento La REM llega al espejo que realiza un barrido perpendicular a la traza (desplazamiento) del satélite, registrando una franja de terreno a ambos lados de aquélla La amplitud de la franja corresponde al FOV y anchura al IFOV En cada instante se recibe radiación de un IFOV (o de varios), la cual es reflejada hacia uno o varios de detectores Los detectores son células fotoeléctricas que convierten la señal luminosa en señal eléctrica y ésta en ND En sistemas multiespectrales la señal se descompone en varias que se mandan a distintos detectores de distintas λ La información se almacena y se transmite a la Tierra Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

11 Optico-electrónicos Rastreadores de barrido Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

12 Optico-electrónicos Rastreadores de empuje Elementos de un rastreador de empuje: Sistema óptico Detectores CCD (cadenas de uno o varios detectores) Sistema de almacenamiento y transmisión Funcionamiento: En cada momento la radiación recibida desde cada parcela de la superficie terrestre (IFOV) se recoge por el sistema óptico del sensor y se envía a un detector En sensores multiespectales la señal se descompone en varias correspondientes a cada banda de λ Los detectores conviertan la señal analógica en ND La información se almacena y se transmite a la Tierra Como ventaja al eliminar partes móviles, se mejora la precisión (resolución) y se evitan fallos en el equipo, mayor rapidez de transmisión de datos Como inconveniente, la calibración de un elevado número de detectores (especialmente en infrarrojo térmico) Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

13 Optico-electrónicos Rastreadores de empuje Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

14 Optico-electrónicos Cámaras de video Elementos de una sistema de cámara de vidicon: Sistema óptico Cámaras de vidicon: lámina fotoconductora, tubo de rayos catódicos Amplificador de señal de video y sistema de almacenamiento Funcionamiento: La radiación procedente de la superficie terrestre se recoge por el sistema óptico y se dirige a una cámara La cámara (semejante a las de TV) consiste en una lámina fotoconductora que modifica su conductividad eléctrica en función de la energía luminosa incidente (imagen latente) Un haz de electrones procedente de un tubo de rayos catódicos barre la lámina, y su paso viene regulado por la conductividad La señal de vídeo generada se amplifica, procesa y almacena Muy utilizados en las primeras misiones LANDSAT, hoy en desuso Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

15 Optico-electrónicos Cámaras de video Radiación E-M Lámina transparente Imagen virtual Señal de vídeo Tubo rayos catódicos Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

16 1. Clasificación de los sensores 2. Sensores pasivos fotográficos 3. Sensores pasivos óptico-electrónicos 4. Sensores pasivos de antena 5. Sensores activos radar 6. Sensores activos lidar Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

17 Antenas Concepto Elementos de un sensor de antena (radiómetros de microondas): Elemento de recepción direccional (antena) Amplificador, detector electrónico y sistema de almacenamiento Funcionamiento: La señal de la radiación E-M es captada por la antena La señal es amplificada y enviada a un detector electrónico que la transforma en imagen digital y después se almacena Registran radiación de λ entre 1 y 100 mm (microondas), lo que permite uso en condiciones de nubosidad y falta de iluminación Pertenecen a este grupo Las sondas atmosféricas (registran parámetros físicos) Las que proporcionan imágenes de superficies: Resolución relativamente baja, se necesitan antenas de gran diámetro Tpixel = λ *H φ Donde H es la altura del vuelo y φ es el diámetro de la antena Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

18 1. Clasificación de los sensores 2. Sensores pasivos fotográficos 3. Sensores pasivos óptico-electrónicos 4. Sensores pasivos de antena 5. Sensores activos radar de radar 6. Sensores activos lidar Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

19 Radar Sensores pasivos En los sensores activos se registra la radiancia provocada por la reflexión de un haz de radiación E-M emitida desde el propio sensor Dependiendo de la banda de λ en que trabajan se distinguen: Radar (RAdio Detection And Ranging) en la banda de las microondas (1 mm a 1m) Lidar (LIght Detection and Ranging) en la banda del visible y ultravioleta e infrarrojo próximo Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

20 Radar Concepto Funcionamiento del radar: Un mecanismo genera pulsos E-M controlados que alcanzan y se reflejan en la superficie del terreno Los pulsos reflejados se recogen por la misma antena que es amplificada y registrada en un receptor Un elemento llamado duplicador impide la interferencia entre ambos pulsos Esta señal puede ser visualizada mediante un tubo de rayos, registrado sobre una película o sobre cinta magnética Una modalidad muy utilizada es el radar lateral aerotransportado o SLAR (Side Looking Airborne Radar) En la recepción de la señal adquiere gran importancia la orientación y pendiente de la superficie y sus características La atmósfera es prácticamente transparente a las microondas por lo que resultan útiles en condiciones de alta nubosidad o humedad (zonas tropicales) Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

21 Radar Resolución y SAR La resolución azimutal (paralela a la trayectoria) en estos sistemas de radar viene dada por: λ *H Tpixel = φ Donde H es la altura del vuelo y φ es el diámetro de la antena Por lo tanto la resolución es baja a menos que se aumente el diámetro de la antena Es el caso de los sistemas de radar de apertura sintética o SAR (Synthetic Aperture Radar) Es un sistema de elevada resolución azimutal (25 m) Basado en el efecto Doppler Emula una antena de gran diámetro o apertura a partir de la composición de pulsos emitidos desde dos posiciones diferentes de la trayectoria y reflejados por un mismo punto de la superficie terrestre Además se define la resolución en profundidad o alcance que depende del ancho de banda y del ángulo de incidencia Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

22 Radar Resolución y SAR En los sensores de tipo SAR, la resolución azimutal puede variar sensiblemente ya que depende de la distancia Trayectoria del satélite 1 2 D Fundamento del sistema SAR Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

23 1. Clasificación de los sensores 2. Sensores pasivos fotográficos 3. Sensores pasivos óptico-electrónicos 4. Sensores pasivos de antena 5. Sensores activos radar 6. Sensores activos lidar Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

24 Lidar Concepto El sistema lidar es semejante al anterior pero trabaja entre UV, visible e IR próximo Utiliza un pulso láser: radiación coherente (franja muy estrecha de λ) y polarizada (la onda vibra en un único plano) El lidar se emplea en estudios atmosféricos, existiendo distintos tipos en función de los tipos de dispersión. Se detectan: Composición de aerosoles (humedad, contaminantes...) Parámetros físicos como velocidad del viento, presión... También es posible su aplicación a la superficie terrestre: Altímetro: Proporciona perfiles topográficos del terreno Scanner-lidar: Imágenes de áreas extensas Teledetección Curso 2007/08 Prof. Tomás Fernández 27/03/

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