INTRODUCCIÓN A LA TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LA TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA Haydee Karszenbaum Veronica Barrazza haydeek@iafe.uba.ar vbarraza@iafe.uba.ar Clase 1.4: radiometria Teledetección cuantitativa 1

2 Qué es teledetección?: sistema Este proceso es un sistema con una entrada (energía solar) y una salida (información). Cada componente del sistema modifica y/o agrega a la señal inicial. Geometrías de iluminación/observación El sol como fuente de energía, Transmisión de la radiación solar a través de la atmósfera, y su interaccion Interacción de la radiación solar con la superficie, Transmisión de la radiación solar reflejada en la dirección del sensor, Intercepción de la radiación por el sensor y Análisis/desarrollo de una aplicación. Cada componente tiene su propia función de transferencia (TF). Si bien es un concepto asociado a la teoría de procesamiento de imágenes y de señales, la idea es que la atmósfera, la superficie terrestre, y la electrónica (el sensor) modulan el flujo de energía a través del sistema. Podemos entonces hablar de una función de transferencia de la atmósfera, de la superficie y de los instrumentos.

3 El sol Conocer los efectos de los cambios en la posición del sol (ángulos cenitales y acimutales), el tamaño de las sombras, y su dirección y la cantidad de energía que llega a cada superficie en particular.

4 La atmósfera La atmósfera modula la energía solar entrante a través de procesos de absorción y dispersión que se producen antes de que la energía interactúe con la superficie terrestre.

5 La superficie La interacción de la energía solar con los materiales de la superficie también podría ser vista como una modulación. Múltiples factores contribuyen a esta modulación, en particular en vegetación.

6 La atmósfera nuevamente La energía solar después de interactuar con la superficie terrestre, nuevamente es reflejada por la atmósfera. Otra vez la señal es modulada ya que la radiación es absorbida y dispersada por los componentes atmosféricos. En este caso, el resultado es el agregado de la señal atmosférica (bruma por ejemplo) a la información que salió de la superficie.

7 El sistema (satélite-sensor) El sistema con su óptica, detectors y elctrónica convierte energía de una forma en otra. Los sensores convierten la energía radiante en energía eléctrica. La salida del sensor es un voltaje.

8 El proceso de teledetección La modulación de la energía del sol, esto es, la atmósfera, el blanco y el sistema electro-óptico es un proceso. Una medida radiométrica expresada como un pixel puede verse como la suma de la información deseada más ruido. Un objetivo importante es emplear técnicas que produzcan un sistema de alta fidelidad: herramientas que reproduzcan la información deseada de la mejor manera posible.

9 Principio de conservación de la energía Principio de conservación de la energía Interacción de la radiación em con la materia: magnitudes Cómo se distribuye la energía que llega del sol? t a r i E E E E i r E E i a E E i t E E

10 Interacción de la radiación em con la materia: magnitudes : es la relación entre la energía reflejada por la superficie y la energía incidente sobre la superficie : es la relación entre la energía absorbida por la superficie y la energía incidente sobre la superficie : es la relación entre la energía transmitida por la superficie y la energía incidente sobre la superficie

11 Reflectancia: magnitud física en las bandas ópticas factores que intervienen

12 Magnitudes físicas: irradiancia (sol) y radiancia (blanco) E (W m -2 μm -1 ) L (W m -2 μm -1 sr -1 ) Irradiancia solar hemisférica Radiancia direccional

13 Radiancia: geometríade observación θ = ángulo cenital del sensor Φ = ángulo acimutal del sensor dω = diferencial de ángulo sólido Radiancia es la energia por unidad de angulo solido medida (para una determinada longitud de onda) W/m2/sr/µm

14 Magnitudes físicas: irradiancia y radiancia

15 Interacción de la radiación em con la materia: magnitud que se mide en teledetección óptica E E r i ( ( ) ) 100 Reflectancia espectral: magnitud clave en teledetección óptica!!!!!!

16 Reflectancias: parámetros que intervienen M E TOA. L. d E cos Píxel

17 Características de la cobertura: tipo de reflector Lambertiano (distribución isotrópica de la radiancia del blanco), sino es isotrópico, se clacula el BDRF (bidireccional reflectance factor)

18 Obtención de radiancias : comparación entre TM e IKONOS TM /ETM L Gain DN Bias IKONOS

19 Correcciones radiométricas: L L Gain DN LMAX Q calmax LMIN Bias Q cal Obtención de las radiancias medidas por el sensor LMIN L = Radiancia espectral en el sensor [W m -2 sr -1 m -1 ] Q calmin = Valor mínimo del pixel en contaje min(q cal ) LMIN = Radiancia espectral escalada a Q calmin [W m -2 sr -1 m -1 ] LMAX = Radiancia espectral escalada a Q calmax [W m -2 sr -1 m -1 ]

20

21 Características

22 Características

23 Conatjes digitales y radiancias

24 Reflectancia: factores que intervienen

25 Radiación em y la atmósfera sfera: : gases que absorben Jensen, 2000, 2006

26 Resumen Región visible En la ausencia de nubes, la región visible se caracteriza por la transparencia de la atmósfera o ventanas. Los procesos de scattering Rayleigh por gases y Mie por aerosoles constituyen los procesos dominantes. Región infrarroja Los sistemas pasivos en la región de 0.70 a 4 µm miden predominantemente radiación solar reflejada durante el día, mientras que la zona de 4 a 22 µm está dominada por emisión térmica. La absorpción molecular es significativa. La dispersión Rayleigh es despreciable con respecto a la dispersión Mie.

27 Efecto atmosférico visible infarrojo 1) atenúa, reduce la energía que ilumina el objeto y la que se refleja del objeto (absorción). 2) actúa también como un reflector, agregando una radiancia atmosférica (dispersión, path radiance).

28 Estrategias sencillas para la corrección atmosférica Los modelos sencillos de corrección atmosférica asumen lo siguiente: -interacciones simples y no múltiples. - la contribución de la atmósfera como reflector (path radiance) se añade a la del blanco. - la atmósfera como atenuador se expresa mediante un factor multiplicativo Por lo tanto L sensor = L blanco T + L p

29 Corrección atmosférica: efecto de dispersión molecular Rayleigh Firma espectral TOA Landsat 5 de un terreno boscoso (negro) y la misma firma corregida por Rayleigh (rojo) TOA Rayleigh Existen varias opciones para el cálculo de L p : A. Cálculo de L p si solo se considera el efecto molecular, existe un modelo desarrollado por Rayleigh para calcular Lp a partir del día juliano y el ángulo cenital solar # banda espectral

30 Corrección n atmosférica: SONG Según el método de Song el L 1% se calcula como: L1% ( donde T sol, Song es: SURF cos(90 S. Elev.) T E ) 1 % sol Song sol 2 d Una vez obtenido el valor de L 1% y estimado el valor de L min, es posible calcular L p y la radiancia en superficie. En la figura, se observa la misma firma de bosque corregida por Song, así como las firmas anteriores A B C T sol, Song r exp( cos sol ) τ r = 0, * λ -4 * (1+ 0,0113 * λ ,00013 * λ -4 ) donde λ es la longitud de onda central en micrones de cada banda # banda espectral Figura 3. Firma espectral Landsat 5 de un terreno boscoso. Se observa la firma a tope de atmósfera (TOA) (negro), la firma corregida por Rayleigh (verde) y la firma corregida por Song (rojo).

31 Correcciones radiométricas obtención de las radiancias medidas por el sensor a partir de los contajes digitales (DN) correcciones atmosféricas: obtención de radiancias de superficie cálculo de reflectancias: magnitud física de interés

32 Preguntas Qué unidades y qué valores toma la radiancia? Qué unidades y que valores toma la reflectancia? Compare las unidades de los coeficientes de calibración de distintos sistemas

33 Preguntas Para qué se usan los coeficientes de calibración? Qué efecto tiene sino se calibrase? Puedo comparar datos de distintos sistemas sino calibro?