Elementos Fundamentales en la. Definiciones de Percepción Remota. Percepción Remota. En todas las definiciones se observa que existen en común:

Transcripción

1 Temas a desarrollar Percepción Remota 1. Definición, desarrollo histórico. 2. Principios elementales: espectro electromagnético, interacción con la atmósfera. 3. Interacción de la energía electromagnética con la superficie terrestre. 4. Conceptos de resolución. Dr. Hugo Raúl Zerda 5. Componentes de un sistema de percepción remota. 6. Sistemas de sensores remotos. Definiciones de Percepción Remota 1. Es la adquisición de información acerca de un objeto sin estar en contacto físico con él (Sabins 1977). 2. Es la medición o adquisición de información sobre alguna propiedad de un objeto o fenómeno por un instrumento de registro que no está en contacto físico con el objeto bajo estudio (Colwell 1983). 3. Es el arte y la ciencia de obtener información sobre un objeto, zona o fenómeno, a través del análisis de información obtenida por un dispositivo que no se encuentra en contacto con el objeto, zona o fenómeno en investigación (Lillesand y Kiefer 1987). Elementos Fundamentales en la Percepción Remota En todas las definiciones se observa que existen en común: 1. Una fuente emisora 2. Un objeto a estudiar 3. Un sistema capaz de captar información 4. Distancia entre el objeto a estudiar y el sistema que capta la información

2 Conceptos Básicos de la Percepción Remota Principios Fundamentales de la Percepción Remota Clasificación de los Sensores Remotos según el tipo de fuente de energía que utilizan Conceptos Básicos de la Percepción Remota 1. Activos: el sistema tiene su propia fuente emisora de energía RADAR (microondas) LIDAR (laser): Light Detection and Ranging 2. Pasivos: la fuente emisora de energía es externa al sistema (p.ej.: sol) Fotografías aéreas (pancromáticas, color normal, IR-byn, IR-color) Imágenes Landsat, SPOT (sensores electro-ópticos) * Sensor (pasivo) * Fuente de energía (sol) * Blanco (tierra)

3 Conceptos Básicos de la Percepción Remota Espectro Electromagnético Energía Electromagnética (EEM) Conceptos Básicos de la Percepción Remota 1. Interacción de la EEM con la Atmósfera 2. Ventanas Atmosféricas R E F L E X I Ó N Conceptos Básicos de la Percepción Remota Respuesta Espectral de Diversos Tipos de Coberturas de la Tierra Conceptos Básicos de la Percepción Remota Firma espectral: forma particular de reflejar o emitir energía que presenta un determinado objeto o cobertura. Está afectada por las características físicas o químicas del objeto que interaccionan con la EEM, varía con las longitudes de onda.

4 Conceptos Básicos de la Percepción Remota El flujo de Energía Electromangética que llega al sensor debe ser detectado, transformado y registrado para su posterior análisis. Percepción remota: flujo de actividades Detección y Transformación: propias del sistema. Registro: Gráfico fotografías, monitor de computador. Digital soportes magnéticos variados (discos flexibles/duros, cintas, CD, DVD) Concepto de Resolución en Percepción Remota Conceptos en la Percepción Remota RESOLUCIÓN 1. Resolución espacial: es la medida de los objetos más pequeños que pueden ser registrados por un sensor. 2. Resolución espectral: intervalos específicos dentro del Espectro Electromagnético donde el sensor registra los datos. 3. Resolución radiométrica: rango dinámico o valores de brillo en que se graban los datos registrados por el sensor. P.ej.: una imagen de 8 bits tiene 256 tonos de grises. 4. Resolución temporal: periodicidad entre un registro y otro de la misma porción de superficie terrestre.

5 Concepto de Resolución en Percepción Remota Ejemplo para una imagen Landsat 5 TM: - Resolución espacial: 30 m x 30 m - Resolución espectral: 7 canales/bandas (k=7) - Resolución radiométrica: 8 bits (256 tonos de grises por canal) - Resolución temporal: 16 días k : 7 (número de canales ) Píxel: 30m x 30 m.. k Conceptos en la Percepción Remota RESOLUCIÓN AMPLIACIÓN? ZOOM? i Líneas j Columnas Concepto de Resolución en Percepción Remota Diferencias entre resolución espacial y ampliación. Conceptos en la Percepción Remota IMÁGENES COLOR Y FALSO COLOR. NOAA AVHRR 1 km x 1 km LANDSAT MSS 79 m x 79 m DESPLIEGUE DE IMÁGENES EN UN MONITOR

6 Formación de Imagenes Color y Falso Color Procesos de formación de color: 1. Aditivo - Rojo, Verde y Azul (RVA, RGB): utilizado en los sistemas electrónicos de visualización de imágenes. 2. Sustractivo - Amarillo, Magenta y Cian (AMC, YMC): utilizado en la reproducción mecánica del color, en las artes gráficas. Formación de una imagen color: ejemplo sensor TM LANDSAT5 Espectro electromagnético m 0.4 Banda 1 Visible 0.6 Banda Banda 3 Infrarrojo 1.0 Banda 4 Cercano Banda Infrarrojo Banda 7 Medio Infrarrojo 12.0 Térmico Banda Formación de una imagen color: ejemplo sensor TM LANDSAT5 Banda 5 Planos de color del monitor Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Espectro electromagnético m 0.4 Visible Infrarrojo 1.0 Cercano 1.2 Conceptos en la Percepción Remota 1.4 Banda Banda Banda 3 Landsat TM, Composición falso color Banda Infrarrojo Medio CARACTERÍSTICAS DE LAS IMÁGENES DIGITALES 543 RGB B5 en rojo B4 en verde B3 en azul Banda Infrarrojo Térmico

7 Imagen Digital / Matriz Numérica Imagen Digital / Matriz Numérica Una imagen digital es en esencia una matriz numérica, compuesta por elementos (celdas/píxels) distribuidos en filas y columnas (i, j). Columnas Matriz de imagen Filas Estadísticas Estadísticas Landsat TM Composición Falso color 543 RGB B5 en rojo B4 en verde B3 en azul Satélites Geoestacionarios Sistemas Satelitales de Percepción Remota Meteosat (Eumetsat) 0º GOES-E (USA) 75º W Programas de Teleobservación de la Tierra Insat (India) 74º E 140º E GMS (Japon) GOES-E (USA) km 135º W GOES-W (USA)

8 Satélites Geoestacionarios Satélites para estudios especiales Meteosat TOMS: Total Ozone Monitoring Satellite Satélites para estudios especiales Satélites Meteorológicos (órbitas polares) SeaWIFS: concentraciones de clorofila NOAA: 1, 4, 8, 16, 32 km

9 ERTS 1 (LANDSAT) Sistemas Satelitales de Percepción Remota Recursos naturales 1972 NASA USA MSS LANDSAT LANDSAT MSS MSS Banda 4 MSS Banda 5 MSS: sistema barredor multiespectral, 4 bandas espectrales, 185 km x 185 km de cobertura, 16 días MSS Banda 6 MSS Banda 7 Landsat MSS Octubre 10, 1972

10 LANDSAT MSS LANDSAT MSS Falso color MSS Banda 4 = Azul MSS Banda 5 = Verde MSS Banda 7 = Rojo Primera escena USA Formato analógico / fotográfico LANDSAT MSS datos históricos Reconstrucción ambiente 30 años LANDSAT - SISTEMA WRS I Definir: - hot-spots de deforestación y aprovechamientos intensivos - tendencias - áreas de reserva - conservación - restauración WRS I: Worldwide Reference System, sistema de coordenadas propias

11 Satélites de la serie LANDSAT LANDSAT - SISTEMA WRS II WRS II: para los satélites LANDSAT 4-5-7, debido al cambio de parámetros orbitales LANDSAT Landsat 5 : sensor Mapeador Temático TM Landsat 7 : sensor Mapeador Temático Mejorado ETM+ (Cartógrafo Temático Mejorado) WRS II: Worldwide Reference System Path/Row Sistema de Referencia Global Órbita/Punto órbitas, puntos BANDAS SENSOR LANDSAT TM Espectro electromagnético m 0.4 Banda 1 Visible 0.6 Banda Banda 3 Infrarrojo 1.0 Banda 4 Cercano Banda Infrarrojo Banda 7 Medio Infrarrojo 12.0 Térmico Banda

12 BANDAS SENSORES TM* y ETM+ LANDSAT TM ETM+ TM Aplicaciones LANDSAT 7 - ETM+ Formación de Imagenes Color y Falso Color Banda 5 Banda 4 Landsat TM Composición Falso color 543 RGB B5 en rojo B4 en verde B3 en azul Banda 3 banda pancromática 15 m x 15 m actualizaciones cartográficas, cartografía temática a escalas mayores, estudios urbanos/periurbanos

13 LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 123 RGB 123 RVA LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 321 RGB 321 RVA Res. esp. 30 m Res. esp. 30 m LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 432 RGB 432 RVA LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 453 RGB 453 RVA Res. esp. 30 m Res. esp. 30 m

14 LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 543 RGB 543 RVA LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero Landsat 7 ETM+: sensor Mapeador Temático Mejorado ETM+ (Cartógrafo Temático Mejorado) LANDSAT 453 RGB 453 RVA Res. esp. 30 m Res. esp. 30 m LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 654 RGB 654 RVA SPOT 3 y 4: Pancromatico (P): 10 m resol. esp. Rango espectral: 0.51 nm nm (0.61 nm nm en SPOT 4). Multiespectral (XS o XI): 20 m resol. esp. Canales - verde: nm - rojo: nm - infrarojo cercano: um - infrarojo medio (XI): um. Las imágenes multiespectrales de SPOT 4 pueden ser remuestreadas a 10 m de resolución debido al registro a bordo con los otros canales. Ancho de barrido: 60 a 80 km. Res. esp. 30 m

15 Sistemas Satelitales de Percepción Remota IMÁGENES SPOT4 XI: Primera escena registrada por el sensor HRV de SPOT 4 en modo multiespectral (XI). SPOT (Francia) Banda pancromática 10 m, 5 m

16 Comparación de Imágenes LANDSAT TM y SPOT3 HRV Comparación de Imágenes MSS 4 Bandas 7 Bandas Pancromática 1 Banda 3 Bandas LANDSAT TM y SPOT HRV 1 pixel 57 x 79 m TM 1 pixel 10 x 10 m XS 1 pixel 30 x 30 m 1 pixel 20 x 20 m Landsat MSS vs Landsat TM SPOT Pancromática vs SPOT XS CBERS Brasil Programas latinoamericanos Imageador de Visada Larga (WFI Wide Field Imager) O WFI tem uma visada de 900 km no solo, que dá uma visão sinótica com resolução espacial de 260 m e cobre o planeta em menos de 5 dias. Varredor Multiespectral Infravermelho (IR-MSS Infrared Multispectral Scanner) O IR-MSS fornecem informações mais detalhadas em uma visada mais estreita, de 120 km, com resolução de 80 e 160 m. Veja as caraterísticas detalhadas deste sensor na tabela abaixo. Câmara de Alta Resolução CCD ( Couple Charged Device) Os sensores CCD de alta resolução A câmara CCD de alta resolução ( 20 m) tem a capacidade adicional de apontamento lateral de ±32º, que dá frequência de observações aumentada ou visão estereoscópica para uma dada region.

17 CBERS Brasil 20 m x 20 m Programas Internacionales Constelación Internacional para la Observación de la Tierra: LANDSAT 7 EO-1 SAC-C TERRA Programas Internacionales Características principales de la Constelación Internacional para la Observación de la Tierra Objetivo: SAC-C : SISTEMA ARGENTINO COMPLETO C SAC-C cubre tanto la Observación de la Tierra como mediciones con fines científicos. La observación de nuestro planeta, particularmente del territorio argentino, se obtiene a través de imágenes ópticas orientadas al estudio de ecosistemas terrestres y marinos. En los aspectos científicos obtiene datos de: temperatura y vapor de agua de la atmósfera, campo magnético y onda larga del campo gravitatorio terrestre, y estudia la estructura y la dinámica de la atmósfera y de la ionosfera. Peso: 485 kg Dimensiones: Base: 1,85 m x 1,68 m. Altura: 2,2 m Altura de la órbita: 705 km, con mantenimiento de órbita Tipo de órbita: circular, cuasi polar helio-sincrónica Hora de pasada del satélite:(hora local del nodo descendente) 10:25 AM ± 5 minutos Lanzamiento: 21 de noviembre de 2000, desde Vandenberg (California), Estados Unidos

18 ARGENTINA WRS (II ) LANDSAT 7 PROVINCIA DE SANTIAGO DEL ESTERO PLAN ESPACIAL NACIONAL La CONAE, como agencia especializada, tiene una misión que cumplir fijada explícitamente por la legislación de creación: proponer y ejecutar el Plan Espacial Nacional para la utilización y aprovechamiento de la ciencia y la tecnología espacial con fines pacíficos. En 1994 se redactó el Plan Espacial Argentina en el Espacio Dado el amplio número de aplicación seleccionables para la generación de los Ciclos de Información, se ha requerido que, además de su relevancia socio - económica, las actividades y proyectos que deba realizar la CONAE, permitan: Aplicar y desarrollar conceptos tecnológicos avanzados. Optimizar recursos humanos y económicos. Efectuar una genuina cooperación internacional de carácter asociativa. Actuar como arquitecto espacial, privilegiando el manejo del conocimiento por sobre la ejecución. Concebir todo el Plan Espacial como un proyecto de Inversión Los seis Ciclos de Información Espacial definidos en el Plan , son: Ciclo I: actividades agropecuarias, pesqueras y forestales, incluyendo en particular el relevamiento y monitoreo de los recursos ictícolas para su seguimiento y protección. Ciclo II: clima, hidrología y oceanografía, incluyendo el seguimiento de fenómenos climáticos e hidrológicos en todo el territorio nacional, los estudios oceanográficos del Atlántico Austral y del Mar Antártico. En escalas geográficas más amplias, de fenómenos globales tales como El Niño. Ciclo III: gestión de emergencias, tanto naturales como antropogénicas, tales como incendios, inundaciones, erupciones volcánicas y terremotos, tornados, ciclones y huracanes, deslizamientos de tierra, derrames de hidrocarburos.. Ciclo IV: vigilancia del medio ambiente y los recursos naturales, estudios climáticos y del cambio global atmosférico en general, contaminación del suelo, del aire, del mar y los ríos. Ciclo V: teledetección y procesamiento de información relevante para cartografía y estudios Geológicos, exploraciones mineras, prospección petrolera y gasífera. Incluye la planificación territorial, urbana y regional. Ciclo VI: gestión de salud en temas vinculados a la Epidemiología Panorámica, que consiste en la utilización de información proveniente de sensores remotos para construir, complementada con datos de campo, modelos predictivos de riesgo de enfermedades humanas Satélite SAC-C Cámara MMRS Resolución: Bandas 1 a 5 (multiespectrales) 175 m. Producto: faja de 360 x 5000 km. (aproxim.) Banda Rango espectral nm Color Azul-verdoso nm Verde nm Rojo nm IR cercano (NIR) nm IR medio de onda corta (SWIR) Cámara HRTC Resolución: Banda pancromática, 35 m. Producto: faja de 90 x 1000 km. (aproxim.) ORBITA de julio de 2005 Cobertura completa de la Provincia de Santiago del Estero Comparación MMRS SAC-C y LANDSAT 7 ETM+ MMRS: 37 MB (porción/ventana de imagen) ETM+ : 5GB (11 escenas x 472 MB) Producto PIMH: fusión MMRS y HRTC, 35 m.

19 IMA GEN D E S ATÉL ITE A RG EN TIN O SA C-C CÁ MARA MULTIESPECTRAL DE RESOLUCIÓ N MEDIA MMRS FA LSO C OLOR R VA Fe cha : Ciudad Capital de SDE Dique Los Quiroga Lagunas de Huyamampa Ciudad de La Banda Río Dulce dr. Hugo R. Zerda M. Sc. María de Lourdes Moreira Ciudad Capital de Santiago del Estero DESDE EL ESPACIO ÁREA DE RIEGO DEL RÍO DULCE CONVENIO UCSE-CONAE Monitoreo de la actividad vegetativa: cultivos, bosques. < act. SAC-C MMRS Cámara Multiespectral de Resolución Media > act. B1: Azul, B2: Verde, B3: Rojo, B4: IR-cercano, B5: IR-onda corta Res. espacial 175 m MMRS 543 RGB ÍNDICE DE VEGETACIÓN Sistemas Satelitales de Percepción Remota Nueva generación de sensores de muy alta resolución espacial: IKONOS (1 m x 1 m, 4 m x 4 m) Nueva generación de sensores de muy alta resolución Buenos Aires, Casa Rosada y Plaza de Mayo Resolución espacial: 1 m x 1 m Modo: pancromático Buenos Aires, La Boca Resolución espacial: 4 m x 4 m Modo: multiespectral

20 IKONOS (1 m x 1 m) IKONOS (1 m x 1 m) Plantación de cítricos (naranjas) en Brasil

21 Sistemas Hiperespectrales - LEWIS Hyperspectral Imaging Instrument (HSI), 220 canales. - Digital Airborne Imaging Spectrometer DAIS. Resolución: 5 m -20 m. 79 canales. - AVIRIS, Resolución: 20 m, 224 canales. Sistemas Hiperespectrales Ventajas de los datos hiperespectrales Comportamiento espectral de diversas Coberturas y usos de la tierra clasificaciones Sistemas Hiperespectrales Satélite EO1 Resumen Sensores pasivos Sensor Hyperion: 220 bandas, 30 m x 30 m, 7,5 km x 100 km

22 Percepción remota satelital: otros sensores/programas Sensores activos RADAR RADAR en plataformas satelitales Sistema Activos: RADARSAT ( resolución espacial 8 m m) Productos: - ScanSAR Wide: 500 km x 500 km - ScanSAR Narrow: 300 km x 300 km - Wide: 150 km x 150 km - Standard: 100 km x 100 km - Fine: 50 km x 50 km L-Banda HV: rojo L-Banda HH: verde C-Banda: azul Sistema activo: posee su propia fuente de emisión de energía electromagnética LANDSAT TM 543-RGB RADARSAT

23 Sistema Activos: RADAR - Mapeo Topográfico por Radar (SRTM) Tendencias en la Percepción Remota - Sensores hiperespectrales y muy alta resolución espacial. - RADAR y LASER para la producción de Modelos Digitales del Terreno (relieve y coberturas!). - Equipos de menores costos para estudios locales integrando tecnologías diversas (FAPEF-Video-GPS). SRTM: datos para análisis del terreno en SIG Modelos 3D Tendencias en la Percepción Remota - RADAR para la producción de Modelos Digitales del Terreno (relieve y coberturas). Barredores LASER (LIDAR) - LASER para la producción de Modelos Digitales del Terreno (relieve y coberturas!). LASER - LIDAR: Light Detection and Ranging

24 Sensores termales Sensores termales Intervalos de trabajo: 3-5 µm and 8-14 µm Sensores termales SATÉLITE TERRA: sensor ASTER ATSR: Along Track Scanning Radiometer, 1 km x 1 km Diferencias de temperaturas en cuerpos de agua (ej.: mina)

25 LANDSAT banda termal Fotografías desde plataformas espaciales Sistemas Aerotransportados de Percepción Remota Sistemas Aerotransportados en la Percepción Remota - Cámaras digitales - Barredores multiespectrales - Cámaras fotogramétricas

26 Sistemas Aerotransportados de Percepción Remota Simples sistemas ( home made ) para la toma de Fotografías Aéreas de Pequeño Formato (FAPEF): 35 mm (24 mm x 36 mm), 70 mm (60 mm x 60 mm, 70 mm x 70 mm) Sistemas Aerotransportados de Percepción Remota Fotografías aéreas de pequeño formato (FAPEF) - 35 mm (24 mm x 36 mm) - 70 mm (60 mm x 60 mm, 70 mm x 70 mm) Quebracho blanco (Aspidosperma q. bco.) Plantación de álamos con riego Percepción Remota en la Agricultura Fotografías aéreas infrarojas Sistemas Aerotransportados de Percepción Remota - Fotografías aéreas de pequeño formato (FAPEF) - Cámaras digitales - Catálogos digitales

27 Drones / Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) Drones / Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) Drones / Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) Cuadricópteros/Hexacópteros