INTRODUCCIÓN A LA TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LA TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA Haydee Karszenbaum Veronica Barrazza haydeek@iafe.uba.ar Clase 1.3: Sistemas satelitales: características y ejemplos Teledetección cuantitativa

2 Criterios para elegir un sistema satelital: características 2

3 Imagenes satelitales: elementos Pixel (pixel element): mínima área de la cual un sensor multiespectral mide la radiancia Digital number (contaje digital): medición de un pixel individual y de una banda individual Instantaneous Field of View (IFOV): Se trata del cono angular de visibilidaddel sensor (A) y determinael áreaobservadaa unadeterminada altura en un determinado momento (en radianes). Ground resolution (resolución en tierra): El tamaño del área observada se obtiene multiplicando el IFOV por la distancia del sensor a la superficie terrestre. D = H x β (ifov) 3

4 De la medición del instrumento a una imagen digital Al medir se genera una señal eléctrica continua o función analógica (intensidad de corriente /diferencia de potencial). Esta señal es muestreada en intervalos de tiempo regulares de manera tal que la representación digital reproduzca lo mejor posible la señal continua original. La señal eléctrica producida por cada sensor debe ser transformada a un formato numérico. 4

5 Características radiométricas rango dinámico y resolución radiométrica intensidades de la radiación em que es capaz de medir sin saturarse capacidad del sensor para discretizar el rango de radiación em medido

6 Características radiométricas resolución radiométrica

7 Características Radiométricas: sensibilidad y rango dinámico El rango dinámico determina el valor máximo de energía que es capaz de recibir un sensor sin saturarse. La sensibilidad radiométrica es una medida de la capacidad del sensor para discriminar diferencias en la intensidad de la radiación medida. Cuanto más fina la resolución radiométrica del sensor, mayor su capacidad para detectar pequeñas diferencias en la energía reflejada o emitida. Técnicamente es una medida de cuantos niveles de gris se miden entre el que corresponde a negro y el que corresponde a blanco. la resolución radiométrica se mide en bits: 2 1 = 2 mide sólo dos niveles de gris, 2 2 = 4, 2 4 = 8, 2 8 = 256, 2 10 = etc 7

8 Características espectrales: número de canales, ancho y banda espectral. Definimos banda como la región de espectro EM a la que el detector es sensible Bandas espectrales / Resolución Los sensores Multiespectrales poseen un arreglo de detectores que son sensibles a distintas bandas Los sensores Hyperespectrales poseen un arreglo de gran cantidad de detectores que cubren el espectro EM de forma casi continua. Ancho de banda: FWHM: Full Width at half maximun Posicion de la banda 8

9 Características espectrales

10 Características espectrales: número de canales, ancho y banda espectral. (1) Se refiere a la dimensión y cantidad de regiones del espectro em (bandas) a lascualesessensible el sensor. Los sensores pueden ser de ancho de banda grande, angosta, espectrales e hiperespectrales. AVHRR ETM MMRS 0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7 (1) (2) (3) 0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7 (1) (2) (3) 0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7 SeaWiFS (1) (2) (3)(4)(5) (6) 0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7 longitud de onda (µm) 10

11 Influencia del ancho de banda espectral en la discriminación firmas Firma 1 Firma 2 11

12 Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial. Determinan el ancho máximo de la superficie observada por el sensor y el nivel de detalle con el cual esta superficie puede ser estudiada. Ancho de la franja de barrido: está definida por el ángulo máximo de observación del sistema. Resolución espacial: está dada por la intersección del ángulo sólido instantáneo de observación y el área observada. La superficie correspondiente a este área se denomina pixel (picture element) (unidad mínima de información). 12

13 Características espaciales 1) ancho de barrido 2) Resolución espacial

14 Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial. Ancho de la Franja de barrido (swath). Está definida por el ángulo máximo de observación del sistema Rangos NOAA/SPOT Veg/MODIS: 2000 y pico km ENVISAT-MERIS: 1150 km SACC: 350 Landsat: 185 km SPOT/ASTER: 60 km IKONOS: 11 km ENVISAT-MERIS SAC C-MMRS N Importante! Afecta a la geometría de observación a lo ancho de la franja. LANDSAT-TM 14

15 Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial. Resolución espacial Resolución de m LANDSAT-ETM (Pancromático) LANDSAT-TM/ETM (Multiespectral) LANDSAT-ETM (Térmico) LANDSAT-TM (Térmico) SAC C-MMRS está dada por la intersección del ángulo sólido instantáneo de observación y el área observada. La superficie correspondiente a este área se denomina pixel (picture element) (unidad mínima de información). 15

16 Características temporales: hora de pasada y frecuencia de revisita. Tiempo de revisita El tiempo de revisita se define como el periodo de tiempo que tarda el satélite en volver a pasar por el mismo sitio Para Landsat y el SAC-C es de 16 días 16

17 Carácterísticas geométricas:trayectorias ascendentes y descendentes Descendente (N a S) Ascendente (S a N) Importante! Afectan a la geometría de iluminación y a veces de observación Cambia el horario de toma de datos 17

18 Landsat: Orbita y sistema de referencia (Worldwide reference system) El WRS indexa las órbitas (paths) y los centros de las escenas (rows) en una grilla global. Comprende 233 paths y 248 rows. 18

19 Características de los sistemas satelitales Temporales: hora de pasada y frecuencia de revisita. Espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial. Geométricas: geometría de observación Espectrales: número de canales, ancho y banda espectral. Radiométricas: sensibilidad o resolución radiométrica y rango dinámico. Estas características de los sistemas satelitales son críticas para definir la utilidad y el alcance de estos frente a una pregunta concreta de un usuario. 19

20 Resumen Teniendo en cuenta las características señaladas, las imágenes satelitales se pueden clasificar de diferentes maneras. Por ejemplo, por su resolución espacial en baja, media y alta, por su sensibilidad radiométrica en 8, 10 o 16 bits, y por el ancho espectral y número de bandas en pancromática, monoespectral, multiespectrales. En general, una imagen de baja resolución es aquella que posee un tamaño de pixel de alrededor de 1000 m de ancho, mientras que una de resolución intermedia, tiene uno de alrededor de 200 m y una de alta resolución, uno igual o menor a 30 m. Una imagen pancromática cubre un rango amplio del espectro electromagnético, abarcando el visible e infrarrojo cercano, asemejándose a una fotografía en blanco y negro. En cambio, una imagen monoespectral cubre un rango muy pequeño en cualquier banda del espectro electromagnético. Una imagen multiespectral está formada por un conjunto de imágenes monoespectrales. 20

21 Los índices verdes serían comparables? 21

22 8 bits 15 metros 8 bits 30 metros 12 bits 60 metros 8 bits 30 metros 8 bits 60 metros Diferencias en resolución espectral, espacial y radiométrica 22

23 MODIS 23

24 Relación entre los tipos de resolución (1)..Para lograr mayor mayor resolución temporal, se necesita unaórbitamásalta (parámetros orbitales), lo cual va en detrimento de la resolución espacial. Un ejemplo son los satélites meteorológicos geoestacionarios, cuya resolución temporal es solo de media hora, y no por razones de orden orbital, ya que permanecen sobre la misma zona observada, sino por ser ése el tiempo necesario para adquirir, procesar y transmitir la información. Por el contrario, su resolución espacial es la más pobre, como consecuencia de la gran altura (36000km) TEMPORAL 24

25 Relación entre los tipos de resolución (2).. Para obtener una alta resolucion espacial, el sensor tiene que tener un IFOV pequeño (Instantaneous Field of View). TEMPORAL Sin embargo, esto reduce la cantidad de energia que puede detectarse. Esto en general, tambien reduce la resolucion radiometrica. 25

26 Relación entre los tipos de resolución (3).. Para aumentar la cantidad de energia detectada, (y tambien la resolucion radiometrica), sin reducir la resolucion espacial, es necesario aumentar el ancho de banda. Esto reduce la resolucion espectral. Una resolucion espacial menor, permite una mayor resolucion radiometrica y/o espectral. TEMPORAL Se hace necesario encontrar un balance entre los distintos tipos de resolucion a la hora de definir las caracteristicas de un sistema. Esto mismo es importante cuando se selecciona un sistema para una aplicacion 26

27 Preguntas Todos los sistemas observan desde el nadir? Cuál es la relación entre la franja de barrido y la geometría de iluminación? El tamaño del pixel se conserva a lo largo de la franja de barrido? en qué casos? Qué tengo que tener en cuenta cuando evaluamos las características espectrales de un sistema? Por qué? Qué tipo de ambientes requieren mayor resolución radiométrica: suelos, agua, vegetación? Qué aplicaciones requieren mayor número de bandas espectrales? Y mayor resolución radiométrica? En qué casos puedo optar por sistemas con baja resolución espacial? Qué aplicaciones requieren mayor frecuencia temporal? Cuáles son algunos de los factores que hacen que la resolución temporal de un sistema disminuya? Qué efectos tienen en el análisis de series temporales? Y en las preguntas que quiero responder? 27