Revisión General de los Conceptos Fundamentales de Percepción Remota

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1 Revisión General de los Conceptos Fundamentales de Percepción Remota Emil A. Cherrington Centro del Agua del Trópico Húmedo para America Latina y el Caribe (CATHALAC)

2 1km pixels e.g. AVHRR, GOES, MODIS

3 500m pixels e.g. MODIS

4 250m pixels e.g. MODIS

5 30m pixels e.g. Landsat

6 20m pixels e.g. IRS

7 15m pixels e.g. ASTER, Landsat ETM (sharpened)

8 10m pixels e.g. SPOT

9 1m pixels e.g. Ikonos / Quickbird

10 1km 250m 30m 15m 10m 1m

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12 Revisión General 1. Metas 2. Definición de percepción remota (y la relación con SIG) 3. Aplicaciones en Panamá y la región 4. Resolución espacial, temporal, espectral, radiometrica 5. Software 6. Fuentes de datos (y costos) 7. Fuentes de mayor información 8. Preguntas y respuestas

13 Metas 1. Proveer una revisión general de los conceptos básicos de percepción remota para su aplicación en el campo ambiental 2. Proveer una base teorética para los ejercicios de hoy 3. Proveer fuentes de mayor información sobre teledetección ambiental Hay preguntas?

14 Que es percepción remota? La ciencia y el arte de obtener información sobre un objeto, área, o fenómeno a través de análisis de datos capturados por un medio no en contacto directo con el objeto, área, o fenómeno estudiado. Lillesand et al (2006) La ciencia de observación de distancia. Barret y Curtis (1992) Fuente: M. Vasquez (2006)

15 Que incluye percepción remota? Adquisición de info sobre un objeto sin contacto físico con ese objeto Percepción y grabación de radiación electromagnética, emitida o reflejada Storage, procesamiento, análisis, y aplicación de la info colectada Fuente: B. Howell (2006)

16 Fuente: J. Tullis (2006) / J. Jensen (2004) Fuente: B. Howell (2006)

17 Fuentes de Datos Satelitales Algunos satélites y sensores con relevancia a Panamá: 1. ALI un sensor en el satélite EO-1 de la NASA, similar al ETM+ de Landsat7 2. ASTER un sensor compartido entre Japón y los EE.UU., ubicado en el satélite Terra, y similar a ALI y ETM+ 3. CBERS* El series de satélites (3) entre Brasil y China; CBERS 2B tiene alta resolución 4. GeoEye-1 un satelite de alta resolucion, del mismo series que Ikonos 5. Hyperion el único sensor satelital hyperspectral, en EO-1 6. Ikonos-2 Uno de los primeros satélites comerciales de alta resolución, similar a Quickbird 7. Landsat El series de satélites (7) lanzado en 1972, con operaciones hasta el presente, y varios sensores (MSS, TM, ETM+) 8. MERIS la equivalente de MODIS de la Agencia Espacial Europea (ESA) 9. MODIS un sensor en los satélites Aqua y Terra 10. Radarsat-1 / -2 El primer satélite de radar, de los Canadienses 11. RapidEye satelites de alta resolucion, de Alemania 12. SAC-C El satélite de observación de la tierra del CONAE de Argentina 13. SPOT un satélite francés con imágenes de alta resolución 14. Quickbird-2 las imágenes de alta resolución en Google Earth 15. WorldView-1 / -2 imágenes de alta resolucion, mismo series que Quickbird

18 Multiple Products per Instrument: MODIS Measurements MOD01 MOD02 MOD03 MOD04 MOD05 MOD06 MOD07 MOD08 MOD09 MOD10 MOD11 MOD12 MOD13 MOD14 MOD15 MOD16 MOD17 MOD18 MOD19 MOD20 MOD21 MOD22 Level-1A Radiance Counts Level-1B Calibrated Relocated Radiances Relocation Data Set Aerosol Product Total Precipitable Water Cloud Product Atmospheric profiles Gridded Atmospheric Product (Level-3) Atmospherically-corrected Surface Reflectance Snow Cover Land Surface Temperature & Emissivity Land Cover/Land Cover Change Vegetation Indices Thermal Anomalies, Fires & Biomass Burning Leaf Area Index & FPAR Surface Resistance & Evapotranspiration Vegetation Production, Net Primary Productivity Normalized Water-leaving Radiance Pigment Concentration Chlorophyll Fluorescence Chlorophyll_a Pigment Concentration Photosynthetically Active Radiation (PAR) MOD23 Suspended-Solids Conc, Ocean Water MOD24 Organic Matter Concentration MOD25 Coccolith Concentration MOD26 Ocean Water Attenuation Coefficient MOD27 Ocean Primary Productivity MOD28 Sea Surface Temperature MOD29 Sea Ice Cover MOD31 Phycoerythrin Concentration MOD32 Processing Framework & Match-up Database MOD35 Cloud Mask MOD36 Total Absorption Coefficient MOD37 Ocean Aerosol Properties MOD39 Clear Water Epsilon MOD43 Albedo 16-day L3 MOD44 Vegetation Cover Conversion MODISALB Snow and Sea Ice Albedo Fuente: F. Melton (2007)

19 Porque percepción remota? Adquirir información sobre un objeto sin contacto directo con ese objeto Fuente: B. Howell (2006)

20 Porque percepción remota? Colectar cantidades grandes de datos en una manera eficiente y a tiempo Fuente: B. Howell (2006)

21 Usos Actualizar o reemplazar mapas existentes Determinar áreas de categorías conocidas Hacer inventarios de tipos de cobertura Documentar cambios entre periodos Medir condiciones en una área Medidas cuantitativa de propiedades Fuente: B. Howell (2006)

22 Aplicaciones de PR en Panamá y la Región Mesoamericana Panamá : Imágenes radar de Darién 1992: Cobertura forestal 2002: Cobertura forestal 2004, 2006, 2008: Inundaciones 2008: Análisis de cobertura de manglares 2009: Cobertura forestal (en proceso) Mesoamerica : Imágenes radar de Star3i 2000: Elevación Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 2002: Ecosistemas 2010: Cobertura de la tierra (en proceso)

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27 Bosques nubosos en America Central

28 Ventajas de percepción remota Muchos satélites en orbito, colectando información sobre las mismas áreas Después de lanzamiento, el costo de operación / obtener información es bajo La geometría de los satélites es muy estable, entonces hay menos posibilidades para distorsiones geométricas en las imágenes Fuente: B. Howell (2006)

29 Principles Principios Objetos muestra diferencias obvias en energía emitida y reflejada La apariencia de objetos cambia con el canal espectral de observación Objetos no similares parece diferente en particulares canales espectrales Radar Laser Cámara Radiómeter Sonar Fuente: B. Howell (2006)

30 Diferencias en Respuesta Espectral TM Banda 3 (Rojo) TM Banda 4 (NIR) Fuente: B. Howell (2006)

31 Espectro Electromagnético Un sensor mide la cantidad de energía reflejada o emitida por el superficie de la tierra en wavelengths específicos del espectro electromagnético WAVELENGTHS (en metros) mas corto mas largo GAMMA RAYS X RAYS ULTRA VIOLET INFRARED RADIO WAVES MICROWAVE VISIBLE nanometers Fuente: F. Muller-Karger (2006)

32 El sistema ideal de percepción remota (1) Fuente uniforme de energía (4) Súper sensor (2) Atmosfera sin interferencia (3) Interacciones únicas con el superficie de la tierra Fuente: M. Vasquez (2006)

33 Interacciones de Energía con la Atmosfera Scattering Refracción Absorción Fuente: B. Howell (2006)

34 Energía en el Objeto Radiacion Incidente puede ser Reflejada Transmitida Absuelto (y reemitida) I = R + T + A Fuente: B. Howell (2006)

35 Fuente: B. Howell (2006) Respuesta espectral típica

36 Otras respuestas espectrales Vegetación verde Vegetación seca Suelo Fuente: B. Howell (2006)

37 Fuente: B. Howell (2006) Respuestas espectrales

38 Fuente: B. Howell (2006) Firmas espectrales

39 Sensores Activos & Pasivos Pasivos: utilicen energía natural energía, como la luz del sol reflejada o radiación emitida termal o de microondas Fuente: B. Howell (2006) Activos: generan su propia energía transmitida a la tierra, interactuando con la atmosfera y otros superficies

40 Orbitos de los satélites Geo-estacionario (p.e. GOES) Síncrono con el sol (Landsat, SPOT) Fuente: B. Howell (2006)

41 Tipos de Resolución 10 m 10 m B G R NIR Espacial - el tamaño del field-of-view, como 10 x 10 m. Espectral - el numero y tamaño de las regiones espectrales que el sensor captura, como azul, verde, rojo, IR, termal, microonda (radar) Jan 15 Feb 15 Temporal como frecuente se captura la data, como cada 16 días Radiometrica - la sensitividad de los detectores a diferencias pequeñas en la energía electromagnética Fuente: J. Tullis (2006) / J. Jensen (2004)

42 Comparación de 2 sensores Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) en el satelite NOAA Resolución espacial = 1.1 km Resolución temporal = 12 horas Resolución espectral = 5 bandas espectrales rojo, infrarrojo cercano, IR media, 2 termales Resolución radiometrica = 10 bits = 1024 niveles de brillo Thematic Mapper en Landsat 4 y 5 Resolución espacial = 30 m Resolución temporal = 16 dias Resolución espectral = 7 bandas espectrales azul, verde, rojo, infrarrojo cercano, 2 IR media, IR termal Resolución radiometrica = 8 bits = 256 niveles de brillo Fuente: M. Vasquez (2006)

43 Resolución espacial 30m 120m 240m Fuente: B. Howell (2006)

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60 Procesamiento digital Rectificación y restoración Corrección geométrica Corrección atmosférica Remoción de ruedo Mejoramiento (enhancement) Estirar contrasto (contrast stretching) Manipulación de varias imágenes Índices de vegetación Clasificación Filtración Fuente: M. Vasquez (2006)

61 Software ArcGIS 9.x (ArcView 3.x) de ESRI ( ASF MapReady - de Alaska Satellite Facility ( BEAM - de la ESA ( ERDAS Imagine 9.x de Leica ( GRASS de ITC ( IDRISI de Clark University ( NEST - de la ESA ( Opticks de Ball Aerospace ( PCI Geomatica 10.x de PCI ( RSI ENVI 4.x de ITT ( SPRING 5.x de INPE (

62 Fuentes de Datos Imágenes multiespectrales NASA REVERB: Respuesta Rápida de MODIS: ESA MERIS: USGS Glovis: ASF DAAC: SERVIR: Mapas de elevación derivado por radar SRTM, versión 2:

63 Satélites Usados para Evaluación de Recursos y Monitoreo de Vegetación, Uso del Suelo y Agua del Superficie Satélite Terra Landsat 7 Terra SPOT 5 Ikonos Quickbird Sensor Tamaño de una escena Precio por una escena estándar* Moderate Resolution Imaging Spectro- Radiometer (MODIS) ~2300km x 2300km Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) 183km x 170 km Advanced Spaceborne Thermal Emission & Reflection Radiometer (ASTER) 60km x 60km $0 $0 $80 Precio por km 2 $0 $0 $0.02 Numero de canales espectrales High Resolution Geometric instrument (HRG) 60km x 60km $1,654- $4,825 $0.46- $ km x 11km $1,186- $6,388 $9.80- $ km x 16.5km $2,057- $10, Resolución mas alta 250m 15m 15m 2.5m 1m 0.6m Desde (1982**) (1998) $17- $38.11 * Precios para datos de satélites comerciales son variables por vendedor; información actualizada en julio de 2007 ** Info comparable de Landsat 5 esta disponible desde 1982, pero info de LandSat MSS esta disponible desde 1972

64 Fuentes de Mayor Información Libros (vea - Teledetección Ambiental (2002) Emilio Chuvieco Remote Sensing and Image Interpretation (2007) Thomas Lillesand, Ralph Kiefer, Jonathan Chipman Remote Sensing of the Environment (2006) John R. Jensen Remote Sensing for GIS Managers (2005) Stan Aronoff En línea - TELEDET: NASA: CATHALAC: GOOGLE / Wikipedia

65 Referencias / Reconocimientos Mucha de la información en este presentación fue adoptada de los siguientes fuentes: Forrest Melton, NASA JPL (2007) Burgess Howell, NASA GSFC (2006) Marydelene Vásquez, Proyecto SAM (2006) Jason Tullis, University of Arkansas (2005) Frank Muller-Karger, University of South Florida (2006) Lillesand, Kiefer y Chipman (2004)

66 Preguntas?

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