TEMA 4: SENSORES Y PLATAFORMAS DE PERCEPCIÓN REMOTA

Transcripción

1 TEMA 4: SENSORES Y PLATAFORMAS DE PERCEPCIÓN REMOTA

2 SENSORES Un sensor remoto es un instrumento capaz de detectar, caracterizar y cuantificar la energía que proviene de objetos situados a la distancia. Así logra obtener información de ciertas características de esos objetos. Tipos de Sensores Pasivos Forma de recibir la energía de Las cubiertas terrestres Activos Miden la energía proveniente de un foco exterior (r) Emiten su propio haz de energía (r+t) r: recepción t: transmisión

3 SENSORES PASIVOS Tipos de Sensores Pasivos Fotográficos Óptico electrónicos De antena Cámaras aéreas Cámaras espaciales Exploradores de barrido: Scanners Exploradores de empuje: Pushbroom Radiómetros de microondas Chuvieco, 1996

4 CÁMARAS Continúan siendo un medio muy utilizado en la percepción remota Cámara Aérea CARACTERISTICAS PLATAFORMA TIPO DE PELÍCULA OBJETIVO ÁNGULO DE TOMA Aérea Pancromática Monobanda Vertical Wild (RC-30) IR (blanco y negro) Multibanda Oblicua Espacial Falso color IR (Cámaras Rusas)

5 CÁMARAS AÉREAS Sensor analógico: La radiación hace cambiar el estado de una variable física de la emulsión fotográfica. Sensor digital: Se guarda un valor numérico dependiendo de la cantidad de radiación, cámaras CCD Matríz de CCDs Bloque Optico Lente

6 ÁNGULOS DE TOMA Foto Aérea Vertical Jensen, 2000

7 ÁNGULOS DE TOMA Foto Aérea Oblicua Jensen, 2000

8 ÁNGULOS DE TOMA Foto Aérea Oblicua Alta Jensen, 2000

9 TIPOS DE PELÍCULA Foto Aérea Infrarrojo Foto Aérea a Color

10 GEOMETRÍA Negativo Focal f Lente de la Cámara Positivo Altitud sobre el nmm Vuelo h h: elevación sobre el nmm Nivel medio del Mar nmm

11 SENSORES ÓPTICO-ELECTRÓNICOS Posibilitan una cobertura sistemática de la superficie terrestre, óptica similar a la fotografía e incorporan sistemas de detección electrónica VENTAJAS: con relación a las cámaras: -amplían rango del espectro EM explorado -mayor facilidad en calibración y corrección radiométrica -coberturas sistemáticas y grandes espacios -información grabada en forma digital directamente

12 EXPLORADORES DE BARRIDO Mecanismo de espejo móvil El explorador de imagen (scanner) es un sistema óptico giratorio que en cada ciclo capta energía proveniente de una franja de la superficie. Durante la rotación del espejo principal, esta franja va siendo secuencialmente captada en pequeñas celdas o píxeles. Cuando la señal recibida se descompone en varias longitudes de onda que se dirigen a detectores especiales, hablamos de exploradores multiespectrales Los detectores son interrogados por cada píxel.

13 EXPLORADORES DE EMPUJE Elimina el espejo oscilante, presenta una cadena de detectores Este explorador consiste en un sensor de arreglo lineal sin espejo oscilante, que permite registrar en forma instantánea una línea completa de barrido. Los detectores de estado sólida que utiliza se denominan CCD. Los detectores son interrogados por cada línea completa de imagen.

14 RESUMEN CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS SISTEMAS SENSORES Registro analógico Registro digital Registro digital Plano de imagen aérea Sistema óptico Detector de arreglo lineal Sistema óptico Detector puntual Sistema óptico Cámara (fotografía aérea) Explorador de barrido Explorador de empuje

15 SENSORES HIPERESPECTRALES Disponen de la capacidad de dividir el espectro electromagnético en una gran cantidad de bandas con rangos de longitud de onda muy finos Algunos ejemplos son los siguientes: Aerotransportados: Sensor AVIRIS (NASA) Sensor CASI (CCRS) Satelitales: Hyperion (NASA) Volúmen altísimo de datos: Tiempo de procesamiento Costo (equipos + software) Conocimiento muy especializado

16 SENSORES HIPERESPECTRALES Sensor Hiperespectral AVIRIS Composición en Falso Color Infrarrojo del Sensor Aviris con 224 bandas espectrales. Jensen, 2000

17 SENSORES ACTIVOS Emiten su propio haz de energía, que luego es medido tras su reflexión con los elementos que se desean observar. Ejemplos: SLAR : Radar lateral aerotransportado, baja resolución. SAR : Radar de Apertura Sintética, se basa en el efecto Doppler. Lidar: pulsos de luz polarizada, región del espectro en UV y el IRC

18 IFOV y GIFOV Donde: El IFOV es independiente de la altitud de operación del sensor H, es similar en lel espacio imagen y el espacio de objeto. Es un parámetro conveniente para los sistemas aerotransportados donde la altitud de funcionamiento puede variar El GIFOV depende de H, F, y w. a nivel de diseño se prefiere utilizar el campo de visión instantáneo (IFOV), que se define como el ángulo subtendido por un sólo elemento detector en el eje del sistema óptico (Fig. 1-11), en)

19 IFOV y GIFOV El tiempo de permanencia (DWELL TIME) es el tiempo requerido por el detector IFOV para barrer a través de una celda.

20 RESOLUCIÓN DE UN SENSOR La resolución de un sistema sensor es la habilidad para registrar información de detalle, discriminándola Estes y Simonett, 1975 Tipos de Resolución 1. ESPACIAL 2. ESPECTRAL 3. RADIOMÉTRICA 4. TEMPORAL Nota: muchos satélites tienen la capacidad de tomar imágenes fuera del nadir, lo cual no se considera como una resolución si no una característica de los satélites.

21 RESOLUCIÓN ESPACIAL Mínima unidad espacial que el sensor es capaz de resolver asociada al píxel nominal de la imagen (m) Depende de los siguientes factores: Altura Orbital Velocidad del sensor N de detectores En base a la Res. Espacial Res. Gruesa Ejemplo: AVHRR 1 Km Res. Mediana Ejemplo: LANDSAT 7 ETM m SATÉLITE MIRANDA m SENSORES WMC y PMC Res. Alta Ejemplo: IKONOS ~ 1 m

22 RESOLUCIÓN ESPACIAL Muy vinculada con la escala de trabajo WMC 16m PMC- MSS 10m Satélite Miranda Cumaná, Edo Sucre Fecha de Toma: Sensores: WMC y PMC Observaciones: Escena en Color Natural ó Verdadero, combinación de bandas (WMC, MSS) Corte de Imagen Monocromático PAN PMC-PAN 2,5m

23 RESOLUCIÓN ESPACIAL 0.1 m 0.25 m 0.50 m 1 m Lo que se puede ver...

24 RESOLUCIÓN ESPACIAL Resolución e Identificación de Objetos

25 Ciudad de Barinas RESOLUCIÓN ESPACIAL Ortofoto, 5m Landsat 7 ETM+, 30m Landsat 7 ETM+, 15m

26 RESOLUCIÓN ESPECTRAL Indica el número y anchura de bandas espectrales que puede discriminar el sensor Visible B1 Pan B8 B2 B6 B3 IR C/M/L B4 IR T B5 Depresión de Carora - Landsat 7 ETM+ B7

27 Bandas 543 Bandas 753 Bandas 321 Bandas 432 RESOLUCIÓN ESPECTRAL Mérida, Landsat 7 ETM

28 RESOLUCIÓN ESPECTRAL Teledetección Multiespectral

29 RESOLUCIÓN ESPECTRAL Fuente: Especialización en Geomática

30 RESOLUCIÓN TEMPORAL Periodicidad con la cual un sensor adquiere imágenes sobre una misma ubicación geográfica Frecuencia de revisita 11 de Julio de Julio de 1996 Huracán Bertha [ Satélite GOES-8 ]

31 RESOLUCIÓN TEMPORAL

32 RESOLUCIÓN RADIOMÉTRICA Sensibilidad del sensor, o capacidad de detectar variaciones en la radiancia que recibe Mayor precisión radiométrica Favorece la interpretación visual Mejora significativamente la clasificación y análisis de imágenes (A) (B) (A) : 2 Bits = 4 números digitales 0,1,2,3 (B) : 8 Bits = 256 números digitales 0 a 255, 0 es negro 255 es blanco 1 Byte = 8 Bits

33 RESOLUCIÓN RADIOMÉTRICA 0 8-bit (0-255) 0 9-bit (0-511) 0 10-bit (0-1023)

34 CUADRO COMPARATIVO R e s o l u c i ó n Resolución temporal 0.30 min 12 h 15 días 30 días 150 días SEASAT-SAR 1 banda SPOT-HRV(P) SPOT-HRV(XS) LANDSAT-MSS MOS-MESSR 3 bandas METEOSAT E s p e c t r a l 5 bandas 7 bandas LANDSAT-TM NOAA-AVHRR 10m 30m 80m 1 km 5 km Resolución espacial Relaciones entre resolución espacial, espectral y temporal para distintos sensores

35 COMPARACIÓN DE RESOLUCIONES Cobertura

36 PLATAFORMAS Dependiendo de la ubicación del sensor remoto se distinguen tres tipos de plataformas: PLATAFORMA EJEMPLO CONSIDERACIONES Terrestres Aéreas Trípode, torre de observación Aviones, helicópteros Datos precisos, costo alto Toma de muestras de calibración Pequeñas zonas Alta resolución espacial Resolución temporal variable Costo por Ha. elevado Espaciales Satélites: Geoestacionarios Low Earth Orbit LEO Resolución en función de altura y tipo de órbita Costo por Ha. imbatible en casos como Landsat 7 ETM La Alta resolución sigue siendo costosa

37 TIPOS DE ORBITA Dependen de la finalidad para la cual se diseñe el satélite, tales como: Telecomunicaciones, Observación de la Tierra, etc Órbita Polar Percepción Remota: Geoestacionaria

38 GEOESTACIONARIAS GEO Empleadas por Satélites Meteorológicos el satélite siempre esta en la misma posición con respecto a la Tierra (que rota). CARACTERISTICAS PRINCIPALES Ángulo de inclinación (I) 0 Período (P) 23 H 56 M 4.1 S ~ 24 H Altitud (H) KM Resolución espacial ~ 1 Km Excentricidad (e) 0 Cobertura Geográfica 77 (al Norte y Sur)

39 GEOESTACIONARIAS Ventajas y desventajas VENTAJAS Interferencias predecibles Cobertura de zonas pobladas Panorama de observación amplio para cubrir fenómenos climáticos Más posibilidades de lanzamiento No requieren sistema de rastreo DESVENTAJAS No cubre las zonas polares Retardo en la señal Eclipses, basura espacial Pérdida de enlaces Alto costo de lanzamiento

40 POLARES proporcionan una visión más global de la Tierra Altitud entre 600 y 1000 Km mejor resolución espacial En cada rotación ven una región diferente de la Tierra, debido a la rotación de ésta. Inclinación cercana a los 90 En función de la Geometría de Observación: (A) (B) Circular Heliosincrónica Para el caso (B): Sensores pasivos dependen de la luz solar Tomas se realizan con Horario Local constante Condiciones de luz similares

41 ALGUNAS PLATAFORMAS SATELITALES PRESENTES

42 Nota: el satélite Landsat 7 presenta problemas en el sistema sensor ETM+ desde el 2do. semestre del 2003 PROGRAMA LANDSAT Catálogo de imágenes por más de 30 años sobre el planeta Tierra Satélite Sensores Período de Operación Landsat 8 Landsat 7 ETM+ L O Landsat 6 ETM F Landsat 5 MSS, TM L O Landsat 4 MSS, TM L F Landsat 3 MSS L D Landsat 2 MSS L D Landsat 1 MSS L D Resolución gruesa mediana Sensor: RVB LANDSAT 1 Resolución: espectral: 3 bandas (VIS, IRC) espacial : 80 m temporal : 18 d Sensor: OLI/TIRS LANDSAT 8 Resolución: espectral: 11 bandas (VIS, IR[C,M,L,T] y PAN espacial : 30 y 15 m temporal : 16 d

43 PROGRAMA SPOT Fue lanzado por Francia en Desde Spot 1 hasta Spot 5, que es la última generación

44 PROGRAMA SPOT SPOT 5 PLEIADES SPOT 3 SPOT 4 SPOT 2 SPOT

45 SPOT satélites (SPOT 2 y 4) para una capacidad adecuada l 16 estaciones de recepción directa Un rendimiento operacional consistente l Catálogo global de datos l 10 m imágenes (SPOT 1-4) l Productos compatibles l Un archivo homogéneo SPOT - 20 m Cnes

46 SPOT 5 Equipamiento a bordo 2 HRG Star tracker Vegetación Antena Doris HRS

47 INSTRUMENTOS HRG Resolución : l l 2,5 m hacia 5 m B&N 10 m colores Tamaño de escena : l 60 Km x 60 Km (3.600 Km²) l Para cada uno de los 3 instrumentos l Precisión de localización : 50 m sin GCPs

48 VISTA DE CARACAS 2,5m Satélite Miranda, Fecha de Toma: , Sensor: PMC Observaciones: Corte de Imagen, Fusionada método RGB-PCA, resolución espacial 2,5 m

49 VISTA DE NORTE HEBEI CHINA 2,5m Satélite Miranda, Fecha de Toma: , Sensor: PMC Observaciones: Corte de Imagen, Imagen Pancromática, resolución espacial 2,5 m

50 TERRASAR - X Primer satélite de radar (SAR Banda X) con una resolución espacial de 1m Características: 1m a 16m de resolución espacial Ancho entre 10 y 100 km Acceso al mismo punto cada 2 días Diseñado para ciertas aplicaciones: Defensa, cartografía, exploración Permite acceso a nuevas aplicaciones Monitoreo ambiental (Kyoto, etc ) Acceso directo a la telemetría TerraSAR-X Hecho por Astrium Lanzamiento esperado para el Q2 de 2006

51 SIMULACIÓN DE DATOS TERRASAR Comparación de los 3 modos de adquisición Modo ScanSAR : 16m Modo StripMap : 3m Modo SpotLight : 1m Más detalles con modo más fino Cada modo para una aplicación definida

52 RESUMEN Muchos y muy diferentes tipos de plataformas Muchos tipos de sensores Muchos tipos de productos Cada producto tiene ventajas y desventajas. La comparación se hace difícil debido a la gran cantidad de factores involucrados. Que adquirir depende de las necesidades específicas El desarrollo sigue su marcha: nuevas plataformas, productos, etc. Nuevos satélites: complementarios antes que competitivos. Mercado en proceso de cambio: Gobierno Comercial Costos todavía una limitante