XVII Congreso de la Asociación XVII Congreso de la Asociación Españo Esp la añola de T de ele Teledet detec ección ción

Transcripción

1 Murcia, 3 al 7 Octubre 2017 Habitats Bentónicos mediante Sistemas Espaciales de Alta Resolución: Evaluación de Técnicas de Corrección Atmosférica Francisco Eugenio, Javier Marcello, Ferran Marqués

2 1.- ANTECEDENTES ÍNDICE 2.- PREPROCESADO IMÁGENES DE ALTA RESOLUCIÓN TÉCNICAS DE CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA CORRECCIÓN DEL REFLEJO SOLAR 3.- MONITORIZACIÓN DE LA BATIMETRÍA Y BÉNTICAS 4.- PROCESADO DE IMÁGENES HIPERESPECTRALES MULTIPLATAFORMA: ARTEMISAT CONCLUSIONES

3 Antecedentes MONITORIZACIÓN DE ENTORNOS MARINOS HISTÓRICAMENTE: SATÉLITES DE BAJA-MEDIA RESOLUCIÓN: MODIS, MERIS, SENTINELS,. Monitorización de entornos oceánicos a escala global y aguas profundas Fraile-Nuez, E., Eugenio, F., et al. The submarine volcano eruption at the island of El Hierro: physical-chemical perturbation and biological response. Nature Scientific Reports2 (IF:5.08), (

4 Antecedentes MONITORIZACIÓN DE ENTORNOS MARINOS Actualmente es posible implementar, utilizando datos procesados de satélites de muy alta resolución, muchas aplicaciones que en el pasado reciente eran exclusivas de plataformas aerotransportadas o medidas in-situ. MERIS/ESA WORLDVIEW-2 RAPIDEYE EARTH OBSERVING-1 Eugenio, F.; Martin, J.; Marcello, J.; Fraile-Nuez, E. Environmental monitoring of El Hierro Island submarine volcano, by combining low and high resolution satellite imagery. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation (IF:3.48), 2014, 29,

5 Antecedentes MONITORIZACIÓN DE ENTORNOS MARINOS MONITORIZACIÓN DE ACTUALMENTE: SATÉLITES MULTIESPECTRALES DE ALTA RESOLUCIÓN (WV-2/3) Monitorización entornos litorales y aguas poco profundas Ventajas: Mapeado de la batimetría, calidad de aguas y tipos de fondos Inconvenientes: Modelado atmosférico, reflejo solar y dificultad de determinar con precision la reflectividad del fondo MÚLTIPLES RETOS CIENTÍFICOS

6 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: CARACTERÍSTICAS GENERALES Lanzamiento: 8 de octubre de 2009 Altitud: 770 km Ancho de exploración: 16.4 km Periodo orbital: 100 minutos Superficie captada diariamente: km 2

7 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: CARACTERÍSTICAS ESPECTRALES 1 banda pancromática Resolución espacial: 0.46 m 8 bandas multiespectrales Resolución espacial: 1.85 m

8 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: CARACTERÍSTICAS ESPECTRALES Firma espectral del agua

9 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: METODOLOGÍA GENERAL PROCESADOS IMÁGENES

10 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: ECOSISTEMAS LITORALES (a) (b) (a) Localización de la zona de estudio (Islas Canarias), (b) Imagen WorldView-2 del área de Corralejo e Isla de Lobos (Fuerteventura) y, (c) (c) Imagen WorldView-2 del área de Maspalomas (Gran Canaria).

11 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: TÉCNICAS DE CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA La atmósfera interactúa de forma diversa con el flujo radiante: Absorción, Dispersión y Emisión Corrección radiométrica Corrección atmosférica Corrección del reflejo solar (Deglinting)

12 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: TÉCNICAS DE CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA Diferentes Técnicas de Corrección Atmosféricas, agrupadas en: 1.- Técnicas basadas en la imagen: DOS, COST, QUAC 2.- Técnicas basadas en el Modelado de la Atmósfera: FLAASH, ATCOR y 6S Corrección radiométrica Corrección atmosférica Corrección del reflejo solar (Deglinting) Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum (6S) Modelo transferencia radiativa. Tiene en cuenta los principales parámetros atmosféricos: Condiciones geométricas Altura del área de estudio y del satélite Condiciones atmosféricas y espectrales Reflectancia del suelo

13 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: TÉCNICAS CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA: RESULTADOS Procedimiento medidas in-situ con el espectroradiómetro y transectos Firmas de reflectividad espectral: (a) aguas poco profundas costeras y, (b) lago interior. Evaluación de los algoritmos atmosféricos Algoritmos Escenarios RMSE BIAS FLAASH ATCOR 6S Costa 0,0379-0,0355 Lago interior 0,0141-0,0034 Costa 0,0318-0,0251 Lago interior 0,0185 0,0143 Costa 0,0271-0,0217 Lago interior 0,0153 0,0089

14 Preprocesado Imágenes Alta Resolución SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: CORRECCIÓN REFLEJO SOLAR: RESULTADOS Pre-procesado (correcciones y mejoras) Corrección radiométrica Corrección atmosférica Corrección del reflejo solar (Deglinting) Martin, J.; Eugenio, F.; Marcello, J.; Medina, A. Automatic Sun Glint Removal of Multispectral High Resolution Worldview-2 Imagery for Retrieving Coastal Shallow Water Parameters. Remote Sensing (IF:3.03), 2016, 8(1), 37.

15 Monitorización de Batimetría y Bénticas SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: PROCESADO DE IMÁGENES 1.- Determinar la concentración de los principales parámetros de la calidad del agua: Clorofila-a (Chl-a) y la materia total suspendida (TSM) 2.- Modelado mediante la ecuación de transferencia radiativa (RTE, Radiative Transfer Equations): determinación de la profundidad (batimetría) y el albedo del fondo costero Obtención de mapas batimétricos como el albedo del fondo costero de alta resolución, así como las diferentes clases/abundancias bentónicas

16 Monitorización de Batimetría y Bénticas SATÉLITE DE ALTA RESOLUCIÓN WORLDVIEW-2: PROCESADO DE IMÁGENES BATIMETRÍA: Modelo físico de transferencia radiativa marina tiene en cuenta los fenómenos de absorción y la relación entre el albedo del fondo marino y la profundidad. r rs m λ r rs, λ 1 e 2k dz + ρ alb λ π e 2k dz HÁBITAS BENTÓNICOS: Metodología basada en una clasificación supervisada de índices bentónicos. Se evaluaron dos tipos de clasificadores: Clasificador a nivel de pixel Clasificador a nivel de objeto Resultados óptimos: Método de clasificación Support Vector Machine (SVM)

17 Monitorización de Batimetría y Bénticas MAPAS DE BATIMETRÍA MASPALOMAS (GRAN CANARIA) Ecocartográfico Batimetría IEO 2000

18 Monitorización de Batimetría y Bénticas MAPAS DE HÁBITAS BENTÓNICOS MASPALOMAS (GRAN CANARIA)

19 Monitorización de Batimetría y Bénticas MAPAS DE BATIMETRÍA ÁREA CORRALEJO-LOBOS (FUERTEVENTURA) Batimetría Sonar Batimetría Satélite

20 Monitorización de Batimetría y Bénticas MAPAS DE HÁBITAS BENTÓNICOS ÁREA CORRALEJO-LOBOS (FUERTEVENTURA) (a) (c) (b) (d) (a) Albedo del fondo marino; (b) Batimetría; (c)-(e) Abundancia de arena, algas y roca sedimentaria y, (f) Mapa compuesto de la cartografía bentónica. (e) (f)

21 Procesado de Imágenes Hiperespectrales Multiplataforma INVESTIGACIONES ACTUALES: MONITORIZACIÓN ECOSISTEMAS COSTEROS VULNERABLES Objetivos: seguimiento y gestión sostenible de recursos marinos y terrestres en ecosistemas vulnerables mediante el procesado de datos multisensoriales. Considera: (i) Nuevos sensores y tecnologías; (ii) Nuevas técnicas de procesado; (iii) Nuevos productos y análisis y, (iv) Nuevos ecosistemas.

22 Procesado de Imágenes Hiperespectrales Multiplataforma INVESTIGACIONES ACTUALES: MONITORIZACIÓN ECOSISTEMAS COSTEROS VULNERABLES

23 Procesado de Imágenes Hiperespectrales Multiplataforma INVESTIGACIONES ACTUALES: MONITORIZACIÓN ECOSISTEMAS COSTEROS VULNERABLES Ecosistemas Litorales: Siendo los sistemas más complejos que existen, la introducción de nuevos sensores multiespectrales e hiperespectrales, unido a la alta resolución espacial, requieren el desarrollo de nuevos algoritmos para la monitorización de parámetros de calidad de las aguas, la batimetría y la generación de mapas bentónicos, siendo importante la aplicación de técnicas de detección de cambios en imágenes multitemporales.

24 Conclusiones Mejora algoritmos para la monitorización de los recursos naturales marinos, específicamente: calidad del agua, batimetría y cartografía (clasificación) del fondo marino: Modelado radiativo, con elevada precisión de la columna de agua Aplicación algoritmos implementados a imágenes multiespectrales WorldView-2/3 para la monitorización precisa de ecosistemas costeros en otras regiones: Parque Nacional de Cabrera, Cataluña. Implementación y validación de parámetros y mapas de ecosistemas litorales de alta resolución con sensores multiplataformas (satélites, drones, aerotransportados) y con datos in-situ. Proyecto MINECO: Artemisat-2

25 Murcia, 3 al 7 Octubre 2017 Habitats Bentónicos mediante Sistemas Espaciales de Alta Resolución: Evaluación de Técnicas de Corrección Atmosférica MUCHAS GRACIAS!!! Francisco Eugenio, Javier Marcello, Ferran Marqués