Conceptos Generales de Sensores Remotos

Transcripción

1 Conceptos Generales de Sensores Remotos

2 SENSOR REMOTO Captura datos de la superficie terrestre sin necesidad de contacto. Se transporta en diferentes plataformas, satelital, aérea o terrestre. A: Fuente de energía, pasiva o activa B: Trayectoria y su interacción con la atmósfera C: Incidencia en la superficie terrestre D: Satélite E: Ciclo de toma y descarga de datos F: Estación terrena de preproceso G: Información al usuario

3 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO La energía radiante se mueve a la velocidad de la luz y se propaga con un patrón armónico ondulatorio Por otro lado la energía interactúa con la materia comportándose como partículas individuales o fotones, con propiedades: energía y momento. Cuando la luz se refleja o refracta se comporta como onda. Cuando un radiómetro mide intensidad de la luz, los fotones (partículas) producen una señal eléctrica proporcional al número de fotones.

4 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO La naturaleza ondulatoria de la luz se expresa en: Longitud de onda (λ): distancia entre picos sucesivos; 1µm=1000nm Frecuencia (v): el número de picos por unidad de tiempo con respecto a un punto fijo; Hz Hertz o GHz Giga Hertz Velocidad (c ) : en m/s, la cual es una constante 3x10 8 m/s Se relacionan con la siguiente ecuación: c= λ*v

5 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO La energía de una longitud de onda, modelo fotón, o energía de radiación se relaciona con la ecuación: Q=h*v o Q=h*c/ λ donde h=constante de Planck, 6.626*10-34 J seg. De esta relación vemos que la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda, esto permite generalizar que a mayor λ menor es la energía involucrada.

6 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Azul: (0.4 a 0.5 μm) Visible: (0.4 a 0.7 μm) Verde: (0.5 a 0.6 μm) Rojo: (0.6 a 0.7 μm)

7 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Infrarrojo cercano: (0.7 a 1.3 μm)

8 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Infrarrojo medio: (1.3 a 8 μm) swir: (1.3 a 2.5 μm)

9 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Infrarrojo térmico: (8 a 14 μm)

10 PROCEDENCIA DE LA ENERGIA RADIANTE Todo objeto a temperatura por encima del 0 absoluto (0 o K o 273 o C) emite energía. Además del sol, todos los cuerpos son emisores. La cantidad de energía es función de la temperatura, la ley de Stefan-Boltzmann (SB) describe esa situación: W=σ*T 4 donde W es el total de energía radiante (watts/m 2 ), σ es la constante de Stefan- Boltzmann (5.67*10-8 Wm- 2 K- 4 ). Es importante tener presente la potencia de la temperatura, la relación de SB es válida sólo para los denominados cuerpos negros, un cuerpo negro es un material ideal que absorbe toda la energía incidente. Esto no existe en la realidad, el máximo de absorción es 1. Para materiales reales la Emisividad es la relación del flujo radiante del material con respecto al cuerpo negro y depende de λ..

11 PROCEDENCIA DE LA ENERGIA RADIANTE La temperatura de un objeto no sólo determina la energía irradiada, también controla λ máxima o máximo de energía. A mayor temperatura mayor energía radiante, ese desplazamiento a menores λ (>v) se conoce como: Ley de corrimiento de Wien λ max=a / T(rad), donde A: constante 2897μm o K Trad: temperatura radiante en o K

12 INTERACCIÓN DE LA ENERGÍA INCIDENTE Y REFLEJADA O EMITIDA CON LA ATMÓSFERA Dispersión y Absorción de la radiación electromagnética realizada por partículas atmosféricas. La Dispersión Rayleigh tiene influencia en longitudes de onda corta del visible (azul), se produce por partículas atmosféricas. La Dispersión Mie es causada por partículas de igual tamaño a la longitud de onda de la radiación, por ejemplo vapor de agua y polvo atmosférico.

13 INFLUENCIA DE LA ATMÓSFERA O ABSORCIÓN ATMOSFÉRICA EN DETERMINADAS LONGITUDES DE ONDA Longitudes de onda menores 0.3µm (UV) son practicamente absorbidas. El agua (H 2 O) e hidroxilo ( HO) absorben radiación en determinadas λ las mas importantes 1.4, 1.9, 3.1 y 6.2µm.

14 INFLUENCIA DE LA ATMÓSFERA O ABSORCIÓN ATMOSFÉRICA EN DETERMINADAS LONGITUDES DE ONDA Otros gases como CO 2 y O 3 + también absorben radiación, por esta razón los sensores remotos se limitan a las regiones con alta transmitancia, a esas regiones se las denomina ventanas atmosféricas

15 INTERACCIÓN DE LA ENERGÍA INCIDENTE CON LA SUPERFICIE TERRESTRE 1. Transmisión, a través de un medio a otro. 2. Absorción, por la materia y generación de calor. 3. Emisión, de la energía absorbida. 4. Dispersión, la radiación es reflejada en todas direcciones 5. Reflexión, especular para superficies lisas.en superficies rugosas reflectores difusos o Lambertianos

16 INTERACCIÓN DE LA ENERGÍA INCIDENTE CON LA SUPERFICIE TERRESTRE

17 TIPOS DE SATELITES Orbita Geoestacionaria Orbita Helio-sincrónica Observan siempre la misma región de la tierra. Altura de la órbita: del orden de los Km. Período de la orbita: 24 hs. Ejemplos: METEOSAT, GEOS. Asegura cobertura total de la superficie terrestre y las mismas condiciones de iluminacion solar para la misma zona. Ejemplos: LANDSAT, SPOT, NOAA, ASTER

18 TIPOS DE SATELITES Nodo Ascendente y Descendente nodo descendente SWATH o BARRIDO nodo ascendente

19 Orbita Helio-sincrónica, altitud alrededor de 800km Para compensar los efectos de la rotación de la Tierra la inclinación de la órbita del satélite es hacia el oeste. El nodo descendente es siempre sobre la cara iluminada. Todas las escenas son observadas a igual hora local. La iluminación del sol varía con las estaciones debido a la inclinación del eje terrestre. Los satélites con módulos termales y radar toman datos tanto en la órbita descendente como en la ascendente (día y noche).

20 Apogeo: Perigeo: Inclinación: Período odo: GLOSARIO Punto mas alejado de la Tierra. Punto mas cercano a la Tierra. Angulo que el satélite forma con el ecuador en nodo ascendente (ej. 90 o significa órbita polar). Tiempo en completar una órbita.

21 SENSORES PASIVOS vs ACTIVOS Sensores pasivos registran Luz reflejada - Emisión termal (TIR) Sensores activos poseen - fuente propia de energia - pueden operar en la noche - pueden penetrar nubes LIDAR, RADAR

22 SENSORES, TIPOS DE SCANNERS Cross-track scanners (whiskbroom) MECANICO ventaja: un sensor por cada banda, facil calibracion desventaja: el espejo móvil falla, baja resolución. Ejemplo: LANDSAT (MSS, TM, ETM) y NOAA (AVHRR) ASTER TIR

23 Whiskbroom Sensors LANDSAT (NASA) Thematic Mapper (TM); LANDSAT bit bands: μm (blue); μm (green); μm (red); μm (NIR); μm (Mid IR); μm (TIR); μm (Mid IR) IFOV 30 x 30m (bands 1-5 and 7), 120 x 120m (band 6); swath width 185 km. Images the earth once every 16 days; 1982 to present Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+); LANDSAT bit bands: bands 1-7 are the same as TM; additional panchromatic band 8, μm IFOV 30 x 30m (bands 1-5 and 7), 60 x 60m (band 6), 15 x 15m (band 8); swath width 185 km. Images the earth once every 16 days; 1999 to present

24 Whiskbroom Sensors NOAA-AVHRR: μm Altitude: 830 k μm Orbit incl.: μm Repeat time: 1 day μm IFOV: ± 1.1 k μm EOS Terra ASTER 5 TIR 90 x 90m (TIR); swath width 60 km.

25 SENSORES, TIPOS DE SCANNERS Along-track scanners (pushbroom) ELECTRONICO ventaja: no hay partes móviles, mayor resolución desventaja: muchos sensores, dificil calibración

26 Pushbroom Sensors SPOT XS and SPOT PAN: Multi-spectral mode (XS): μm Altitude: 832 k μm Inclination: μm Pixelsize: Panchromatic mode (PAN): 10 m Pan-mode: μm XS-mode: 20 m

27 Pushbroom Sensors EOS Terra ASTER 14 8-bit (VNIR and SWIR), 12-bit (TIR) bands: 3 VNIR (1 NIR off-nadir); 6 SWIR; 5 TIR IFOV 15 x 15m (VNIR), 30 x 30m (SWIR), 90 x 90m (TIR); swath width 60 km. MISR 4 VNIR bands at 9 different angles IFOV 275 x 275 m to 1.1 x 1.1 km (depending on view angle); swath width 360 km. 9 day global coverage; 1999 to present

28 Pushbroom Sensors IKONOS (panchromatic and multi-spectral mode): IKONOS- Panchromatic: Spatial Resolution: nm 1 by 1 meter Ikonos XS: 4 by 4 meter nm (Blue) nm (Green) nm (Red) Altitude: 681 km nm (NIR) Swath: 11 km

29 Características de las imágenes satelitales Las principales características de las imágenes satelitales son: Resolución n espacial Resolución n espectral Resolución radiométrica Resolución n temporal La elección n del tipo de imagen a utilizar estará condicionada al tipo de estudio a realizar

30 Características de las imágenes satelitales Resolución n espacial Medida de la separación angular o lineal mas pequeña entre dos objetos que pueda ser resuelta por el sensor. Determinado por: D = H *IFOVH IFOV: Instantaneous Field Of View H : Altura de la órbita Detector Objective Cone of light D H Angle = IFOV La Altura de la órbita y el IFOV son constantes,, de manera que la resolución espacial no varía.

31 Características de las imágenes satelitales Resolución n espacial Tamaño del píxel en el terreno. 1.1 Km.. NOAA (AVHRR) 5 Km.. Meteosat (VISSR) 30 m. ERS (AMI) 10 m. Spot (HRV pan) 15 m. Landsat 7 (ETM pan) 0.82 m. Ikonos 15/30/90 m. ASTER

32 Características de las imágenes satelitales Resolución n espacial Regla general: la resolución espacial debe ser menor a la mitad de tamaño del objeto de interés mas pequeño.

33 Características de las imágenes satelitales Resolución n espectral Número, λ y ancho de las bandas espectrales que contiene un sensor. Banda: es una región del espectro electromagnético en la que los detectores captan información. SPOT 3 bandas NOAA 5 bandas Landsat 7 bandas Orbview >200 bandas ASTER 14 bandas

34 Características de las imágenes satelitales Resolución n espectral

35 Características de las imágenes satelitales Resolución n espectral ASTER

36 Características de las imágenes satelitales Resolución radiométrica Indica la capacidad del sensor para discriminar niveles de radiancia. 11 bits (2048) Ikonos 7 bits (128) Landsat (MSS) 10 bits (1024) NOAA 8 bits (256) Landsat TM 8 bits (256) ASTER VNIR / SWIR 12 bits (4096) ASTER TIR

37 Características de las imágenes satelitales Resolución n temporal Define la frecuencia con que un satélite puede obtener imágenes de un área en particular Meteosat: 30 minutos LANDSAT: 16 días. NOAA: 12 horas ASTER: 16 días

38 Resolución espacial: LANDSAT vs. ASTER Imagen landsat 7 ETM, bandas 4,3,2 (R,G,B) Resolución espacial: 30 mts. Imagen ASTER, bandas 3,2,1 (R,G,B) Resolución espacial: 15 mts.

39 DN (DIGITAL NUMBER) Digital Number (DN) El rango de valores va a depender de la resolución radiométrica de la imágen Mas típico 2 8 = niveles

40 REALCE RADIOMÉTRICO Original Contraste lineal

41 COMPOSICION COLOR DE BANDAS Se asignan las bandas a los canales del Rojo, Verde y Azul. Deben tener la misma resolución espacial. BANDAS 5,3,1 (R,G,B)

42 Significado de los colores R Y W M G C B B3 B2 B1 Cian B A A Amarillo A A B Magenta A B A RGB 3,2,1

43 OPERACIONES ARITMETICAS Adición: Indices. Sustracción: Indices, detección de cambios. División (Ratios): Indices, cociente de bandas. Multiplicación: Indices.

44 Mosaico de imagen ASTER combinacion De cocientes de bandas (4/5)/(3/2),/4/6)/(3/2),(4/7)/(3/2) (R,G,B) Mosaico de imagen ASTER combinacion de bandas 5,3,1 (R,G,B)

45 Mosaico de imagen ASTER combinacion De cocientes de bandas (4/5)/(3/2),/4/6)/(3/2),(4/7)/(3/2) (R,G,B)

46 R G B 3 2 1

47 Cociente 3/2

48 NVDI (banda 3 banda 2 / (banda 3 + banda 2)

49 ASTER 3,2,1 cociente 2/1