resolución espacial - uah5 sensores óptico-electrónicos zla radiancia se convierte a una señal...
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1
3. Plataformas y sensores
Concepto de resolución.Tipos de sensores.Plataformas.Misiones en teledetección espacial.
Concepto de Resolución
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0.36 0.45 0.54 0.63 0.72 0.80 0.89 0.98 1.16 1.42 1.67 1.91 2.15 2.40 Wavelength
Ref
lect
ance
59.0933.270.00
Espacial Espectral
RadiométricaTemporal
Angular
Resolución espacial
Objeto más pequeño que puede distinguirse.En sensores óptico-electrónicos:
IFOV: campo de visión instantáneo.Píxel: mínima unidad de información.Depende de: altura orbital, longitud focal y número de detectores.
Efecto de la resoluciónespacial
Jensen, 2004
Resolución espacial e identificación de cubiertas
50 100
20 200
70 100
200160
100
100 190
190150
150
200
200
Tendencias en resolución espacial
1960 1970 1980 1990 2000
1000
100
10
1
0.1
Meteorológicosde órbita polar(≅1 km2)
Recursos Naturales(≅ 1 Ha)
Alta resolucióncivil (≅1 m2)
Meteorológicosde órbita geoestacionaria(≅5 km2)
RecursosNaturales(≅ 0.1 Ha)
Tam
año
del p
íxel
(m)
2
Resolución espectral
Número de bandas.Anchura de las bandas.A mayor resolución espectral mejor reconocimiento de los rasgos de absorción específicos de cada cubierta.
Efecto de la resolución espectral sobre la discriminación de cubiertas
0
20
0,4 0,5 0,6 0,7 µm 0,4 0,5 0,6 0,7 µm
Vegetación sana
Vegetación enferma
0
20
Reflectividad (%) Reflectividad (%)
(a) (b)
Efecto de la resolución espectral sobre la discriminación de cubiertas
Espectro de caolinita para diferentes resoluciones espectrales
Kruse et al 1995.
Resolución temporal
Frecuencia de cobertura del sensor.Depende de: características orbitales de la plataforma (altura, velocidad, inclinación) y del ángulo total de abertura (tamaño de la imagen).Resolución temporal efectiva (condiciones atmosféricas).
Resolución temporal
(Huracán Andrew, 1992).
Cortesía ESA
Resolución radiométrica
Capacidad para detectar variaciones en la radiancia espectral.En sensores óptico-electrónicos: rango posible de valores que almacena el sensor –número de bits-.Especial interés en tratamiento digital (ojo humano: 64 niveles de gris).
3
Resolución radiométrica
8-bit(0 - 255)
88--bitbit(0 (0 -- 255)255)
9-bit(0 - 511)
99--bitbit(0 (0 -- 511)511)
10-bit(0 - 1023)
1010--bitbit(0 (0 -- 1023)1023)
0
0
0
7-bit(0 - 127)
77--bitbit(0 (0 -- 127)127)0
AREA 1: Areas brillantes
AREA 2: Areas oscuras
11 bits: 2048 8 bits: 256
Efecto de la resolución radiométrica
(Cortesía Indra-Espacio)
Resolución angular
Capacidad para observar la misma zona desde distintos ángulos.Máximo interés para modelar los efectos de reflectividad bidireccional y para estimar variables atmosféricas (espesor atmosférico).Escaso desarrollo: ATSR-2 (1995), POLDER (1997), MISR (1999).
Resolución angular
(terra.nasa.gov)
Resoluciones espaciales disponibles
0.1
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
Qui
ckbi
rd P
(arc
hivo
)
Ikon
os P
(<6m
eses
)
Ikon
os P
(>6m
eses
)
Qui
ckbi
rd X
S (a
rchi
vo)
Spo
t-5 H
RV
-P (2
.5m
)
Ikon
os X
S (<
6mes
es)
Ikon
os X
S (>
6mes
es)
IRS-
P
IRS-
P
Spo
t-5 H
RV
-P (5
m)
Spo
t-4 H
RV
-P (<
2000
)
Spo
t-4 H
RV
-P (>
2000
)
Spo
t-5 H
RV
-XS
Spo
t-4 H
RV
-P (>
2000
)
Spo
t-4 H
RV
-XS
(<20
00)
IRS-
LISS
IRS-
LISS
Land
sat-5
(< 1
0 añ
os)
Land
sat-5
(rec
ient
es)
Land
sat-7
(Q fl
otan
te)
Land
sat-7
ETM
Land
sat-5
MS
S
IRS-
WIF
S
Terr
a-M
odis
Tam
año
del p
íxel
(m²)
Área abarcada
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
Qui
ckbi
rd P
(arc
hivo
)
Qui
ckbi
rd X
S (a
rchi
vo)
Ikon
os P
(<6m
eses
)
Ikon
os X
S (<
6mes
es)
IRS-
P
Spot
-4 H
RV-
P
Spot
-4 H
RV-
P
Spot
-5 H
RV-
P
Spot
-5 H
RV-
P
Spot
-5 H
RV-
XS
IRS-
P
IRS-
LISS
Land
sat-7
(Q fl
otan
te)
IRS-
LISS
Land
sat-7
ETM
Land
sat-5
Land
sat-5
MSS
IRS-
WIF
S
Terr
a-M
odis
Supe
rfic
ie k
m2
4
Costes por superficie
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
100.000IR
S-W
IFS
Land
sat-5
MSS
Land
sat-5
(< 1
0 añ
os)
Land
sat-7
ETM
Land
sat-5
(rec
ient
es)
Land
sat-7
(Q fl
otan
te)
IRS-
LISS
Spot
-4 H
RV-
P (<
2000
)
Spot
-4 H
RV-
XS (<
2000
)
IRS-
LISS
IRS-
P
Spot
-4 H
RV-
P (>
2000
)
Spot
-4 H
RV-
P (>
2000
)
Spot
-5 H
RV-
P (5
m)
Spot
-5 H
RV-
XS
Spot
-5 H
RV-
P (2
.5m
)
IRS-
P
Ikon
os P
(>6m
eses
)
Ikon
os X
S (>
6mes
es)
Ikon
os P
(<6m
eses
)
Ikon
os X
S (<
6mes
es)
Qui
ckbi
rd P
(arc
hivo
)
Qui
ckbi
rd X
S (a
rchi
vo)
Cos
te €
/km
2Relaciones coste-resolución
Sensores de media-alta resolución
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
100.000
0.1 1 10 100 1000 10000 100000
Resolución (m²)
Cos
te (€
/Km
2)
IRS-WIFS
Quickbird P (archivo)
Spot-5 HRV-P (5m)
Landsat-5 (recientes)
Tipos de sensores
Según tecnología de grabación:Fotográficos.Óptico-electrónicos:
Barrido.Exploración continua.
AntenaSegún tipo de energía detectada:
Pasivos.Activos.
Sensores Fotográficos
Plataforma: aéreos o espaciales.
Película:pancromática, color natural, infrarrojo b/n, infrarrojo color.
Objetivos:monobanda, multibanda.
Ángulo:vertical, oblícua.
Cámaras espaciales
Cámara Multibanda MKF-6(cortesía R.Núñez)
Cámaras a bordo elSpace Shuttle(Short y Robinson, 1997)
Ejemplo de par esteroscópico de la cámara (RMK-20/23)
Cortesía R. Núñez
5
Sensores óptico-electrónicos
La radiancia se convierte a una señal eléctrica, que se transforma a un valor numérico.Amplían el rango del espectro detectado.Conversión de datos a radiancias.Coberturas sistemáticas y de grandes espacios.Formato digital.
Explorador por empuje
Dirección de latrayectoria
Óptica
Explorador por empuje
Dirección de latrayectoria
Óptica
Equipos radar
Radar de imágenes:Apertura real (RAR: SLAR)Apertura sintetica (SAR)
Altímetro.Dispersómetro.
Lídar (bidimensional)
(adaptado de www.toposys.com)
Topografía urbana
Manheim
www.toposys.com/
6
Plataformas de teledetección
Terrestres.Aéreas.Espaciales:
Geo-estacionarios(36.000 km).
Órbitas bajas(200-1000 km):
Polar: heliosíncronos.Ecuatorial.
Plataformas terrestres: Radiometría de campo
Interés:Proponer modelos en condiciones controladas de adquisición.Calibrar imágenes.
Tipos de sensores:Opticos:
Radiómetros de filtros.Espectro-radiómetros.
Activos:Radar terrestreLidar
Radiómetros de filtros
Pocas bandas: ajustados a las de los sensores más comunes.Baratos y fáciles de calibrar.
Espectro-radiómetros
Muy costosos.Permiten obtener espectros contínuos.Buena relación señal-ruido.
Satélites de teledetección
Elementos de la órbita.Area abarcada.Frecuencia de adquisición.Sensores disponibles.
Elementos de una órbita
(NASDA, 1999)
Los elementos de una órbita son altitud (apogeo y periogeo), inclinación (ángulo del plano orbital con el Ecuador) y periodo (duración de una órbita).
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Orbitas más comunes
Geoestacionaria Polar
USA: Landsat, GOES, Space shuttle, Terra, Aqua, Ikonos, Quickbird.ESA: ERS-1 y 2, Envisat, Meteosat, MSG.Francia: Spot-4 y 5.India: IRS-6, Insat.Canadá: Radarsat-1 y 2.Rusia: Spin-2, Resurs, Meteor.Japón: ALOS, GMS, Aqua.Brasil - China: CBERS, Fen Yung.Corea, Malasia, Taiwan, Israel, Indonesia, Argentina...
Misiones espaciales actuales
Satélites de teledetección más comunes (1/2)
Satélites de recursos naturales:
Landsat (1-7)RBV, MSS, TM, ETM
SPOT (1-5)HRV, HRVIRVegetation
IRS (C, D, P6)Liss, Wifs, Awifs.
Meteorológicos:Meteosat-GoesNOAA-AVHRRDMSPSeawifs
Space shuttleCámaras, SIR
Satélites de teledetección más comunes (2/2)
Satélites de alta resolución:
IkonosQuickbirdSpin-2
Plataformas de teledetección:
Terra / AquaENVISAT
Equipos rádar:ERS-1 y 2; EnvisatRadarsatAlmazJERS - Fuyo
Programa Landsat
Lanzamientos: 1972, 1975, 1978, 1982 1984 (fallido en 1993) y 1999.Orbita heliosíncrona:
Altura: 917 km (1-3); 705 km (4-5-7).Ciclo: 18 días (1-3); 16 días (4-5-7).
Sensores a bordo de los satélites Landsat
MSS1 RBV TM2 ETM+ 3 4 0,5- 0,6µm 14 0,475-0,575µm 1 0,45-0,52µm 1 0,45-0,52µm5 0,6- 0,7µm 24 0,580-0,680µm 2 0,52-0,60µm 2 0,52-0,60µm6 0,7- 0,8µm 34 0,690-0,830µm 3 0,63-0,69µm 3 0,63-0,69µm7 0,8- 1,1µm 15 0,505-0,750µm 4 0,76-0,90µm 4 0,76-0,90µm85 10,4-12,6µm 5 1,55-1,75µm 5 1,55-1,75µm
6 10,40-12,50µm 6 10,40-12,50µm 7 2,08-2,35µm 7 2,08-2,35µm
8 0,52-0,90µmResolución espacial
1-5, 7 30m 4-7 79m 1-3 80m 1-5, 7 30m 6 120m / 60m 3
8 240m 1 40m 6 120m 8 15m
8
Imagen de Alcalá (Landsat-7 ETM+) Programa SPOT
Iniciativa franco-belga-sueca.Lanzamientos: 1986, 1990, 1993, 1998, 2002.Novedades técnicas:
Permite cambiar el ángulo de observación.Incorpora sensor de exploración CCD.
Sensores:HRV (mejorado en 1998 con SWIR).Vegetation (SPOT-4 y 5).
Modificaciones del ángulo de observación en el SPOT
Mejora en laresolución temporal
Observación estereoscópica
Observación vertical
Sensores disponibles en el satélite SPOT
HRV1 HRVIR2 Vegetation2
1 0,50-0,59 1 0,50-0,59 1 0,43-0,47 2 0,61-0,68 2 0,61-0,68 2 0,61-0,68 3 0,79-0,89 3 0,79-0,89 3 0,78-0,89 P 0,51-0,73 4 1,58-1,75 4 1,58-1,75 P 0,51-0,73
Resolución espacial 1-3 20m 1-3 20m 1-4 1000m P 10m P 10 / 5m (1) Solo en los SPOT-1 a 3 (2) Solo en el SPOT-4
Portion of the First Global 10-day Synthesis Image
Produced Using the SPOT Vegetation Sensor
May 11-20, 1998
Portion of the First Global Portion of the First Global 1010--day Synthesis Image day Synthesis Image
Produced Using the SPOT Produced Using the SPOT Vegetation Sensor Vegetation Sensor
May 11May 11--20, 199820, 1998
Jensen, 2000Jensen, 2000Courtesy of SPOT Image, Inc.Courtesy of SPOT Image, Inc.Courtesy of SPOT Image, Inc.
Indian Remote Sensing Satellite, IRS-1C y 1D
IRS-1C lanzado en 1995. Comenzó a funcionar en Diciembre de 1996.IRS-1D lanzado en 1997. Comenzó a funcionar en Octubre de 1997.IRS-P6 (Resourcesat) lanzado en 2003.Órbita heliosíncrona, 907 km, 10,30 a.m., 24 días.
9
Bandas disponibles
LISS-I1 LISS-III2 WiFS2
1 0,45-0,52 1 0,52-0,59 1 0,62-0,68 2 0,52-0,59 2 0,62-0,68 2 0,77-0,86 3 0,62-0,68 3 0,77-0,86 4 0,77-0,86 4 1,55-1,70 P2 0,5-0,75
Resolución espacial 1-4 1-4 23m 1-2 188m
76,5m / 32,25m P 5,8m
Bandas disponibles (IRS 6-P)
56-70 (60) m2-55,8 m2-4
Resolución espacial
1,55-1,705
0,77-0,8640,77-0,864
0,62-0,6830,62-0,683
0,52-0,5920,52-0,592
AWiFSLISS IV
Imágenes IRS-1C (Arica, Chile) Imágenes WIFS de las inundaciones de centro-Europa (agosto 2002)
31 Julio 21 Agostohttp://www.euromap.de/exam_115.htm
Imagen Awifs
Ikonos
Lanzamiento en Septiembre del 99Disponibilidad comercial de imágenesdesde Enero del 2000.Tamaño: 1.8 x 1.6 m., peso: 817 kg.Memoria a bordo: 64 Gb.Orbita: 681 km, heliosíncrona; 14 órbitas al día a 7 km/seg.Vida útil prevista 7 años.
1 mP
4 m1-4
Resolución
0,45-0,90P
0,74-0,884
0,64-0,723
0,52-0,612
0,45-0,531
10
Tipos de producto
www.spaceimaging.com Multi-espectral Barcelona, 2000
Pancromático Madrid, 2000
www.spaceimaging.com
Quickbird
Lanzamiento en Octubre de 2001Disponibilidad comercial de imágenes desde febrero del 2002Capacidad de orientación de la cámara (± 30º)Resolución: 61 cm P y 2.5 m XS.Productos estándar: 70 cm y 3 m.
0,6 mP
2,5 m1-4
Resolución
0,44-0,90P
0,76-0,904
0,63-0,693
0,52-0,602
0,45-0,521
Imágenes Quickbird
Cortesía www.digitalgloble.com
Satélites geo-estacionarios
Orbitan a 36.000 km. Cubren todo el disco visible: Meteosat, Goes, GMS, Insat.Alta resolución temporal: 30 minutos.Baja resolución espacial: 2.5 a 5 km.Visible, IRT, Vapor de agua.MSG: Segunda Generación.
Imagen completas del Meteosat y GOES
11
VIS 1 0.4-1.1 2.5 Km
MIR/WVA 2 5.7-7.1 5 Km
TI 3 10.5-12.5 5 Km
Meteosat
Tamaño: 2.1 m de diámetro y 3.195m de largo.Orbita a 100rpm sobre su eje principal.Se espera una vida útil de 5 años.
Mejoras en Meteosat
Meteosat Second Generation:
Resolución: 3 km para el VNIR y 1 km para los visibles
Iniciada en Abril de 1960 (TIROS-1).Última generación (TIROS-NOAA) operativa desde 1978Órbita polar y heliosíncrona.Altitud: 833-870 kmNormalmente operan dos satélites
con órbitas complementariasSatélites operativos en la actualidad:
NOAA-12NOAA-14NOAA-16-17
Sensores: AVHRR, TOVS, SBUV/2, ERBE
Satélite Satélite
Norte
0 h
12 h
19:30 h
15 h
3 h
7:30 h
Serie NOAA El sensor AVHRRSe instaló por primera vez en el NOAA-6 (1979). Actualmente en el NOAA-15 y 16.Radiómetro de barrido multiespectral:IFOV: 1,39 a 1,51 µrad = 1,1 x 1,1 Km en el nadirÁngulo de barrido ± 55,4° (decrece la resolución espacial hasta 2,4 x 6,5 Km en los extremos)Formatos: HRPT, LAC, GAC, GVI, APT.
Bandas AVHRR
AVHRR/33 AVHRR/11 AVHRR/22
Diurna Nocturna 1 0,58-0,68 1 0,58-0,68 1 0,58-0,68 0,58-0,68 2 0,72-1,10 2 0,72-1,10 2 0,72-1,10 0,72-1,10 3 3,55-3,93 3 3,55-3,93 3 1,58-1,64 3,55-3,93 4 10,3-11,3 4 10,3-11,3 4 10,3-11,3 10,3-11,3 5 11,5-12,5 5 11,5-12,5 11,5-12,5
Resolución espacial: todos 1,1x1,1km (en el nadir)
Bandas AVHRR
Temperatura superficie del mar11.50 - 12.501.09 km5
Nubes nocturnas, temperatura superficie del mar
10.30 - 11.301.09 km4
Nubes nocturnas, temperatura superficie del mar
3.55 - 3.931.09 km3B
Detección de hielo y nieve1.58 - 1.641.09 km3A
Suelo y cuerpos de agua0.725 - 1.001.09 km2
Nubes diurnas y cartografía de la superficie0.58 - 0.681.09 km1
UsoLongitud de onda (um)
Resolución en NadirCanal
Características de los canales del AVHRR/3
12
Lanzado en Octubre de 1999 / Aqua 2002 (EOS-PM)Órbita polar, heliosíncrona, a 705 km de altura. Cruce ecuatorial a las 10:30 a.m. Sensores:Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES)Multi-Angle Imaging Spectroradiometer (MISR)Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection
Radiometer (ASTER).Measurements of Pollution In The Troposphere (MOPITT).
Terra (EOS AM-1) Modis
36 canales, resolución variable:250m (V,IRC)500m (SWIR)1000m (IRM, IRT)
Libre distribución.Datos calibrados.
Indice global de vegetación con Modis
http://modis.gsfc.nasa.gov
Modis – Islas Canarias (250m)
ASTER
4 bandas (V, R, IRC, IRC) de 15 m, la última estereoscópica.6 bandas en el SWIR (30 m).5 bandas en el térmico (90 m).Objetivos: propiedades de las nubes, estudios de vegetación y suelos, temperatura terrestre y topografía.No toma datos constantemente. Imagen de Algeciras adquirida por el
ASTER el 5 de julio de 2000. Cortesía NASA (http://visibleearth.nasa.gov).
13
terra.nasa.gov
Particulas y aerosoles atmosféricos.Cantidad, tipo y altura de las nubes.Estructura del dosel vegetal.
MISR: Multiangular
MISR: Islas Canarias 29 Febrero 2000Se observa una tormenta de arena. Los colores son los mismos en las tres imágenesa) 70.5º adelante; b) nadir; c) 70.5º atrásterra.nasa.gov
Observación multiangular(MISR)
Envisat
AATSR.ASAR.MERIS.GOMOS.MIPAS.
AATSR (Advanced Along-TrackScanning Radiometer)Resolución espacial: 1 kmResolución espectral: VIS - NIR: 0.555, 0.659, 0.865 µm, SWIR: 1.6 µm, MWIR: 3.7 µm, TIR: 10.85, 12 µm.Aplicaciones: océano y costa (temperatura superficie del mar), atmósfera (química atmosférica –gases-, nubes), tierra (vegetación)
http://www.esa.int/envisat/
ATSR-2 World Fire Atlas (ESA 1998) Imagen EnvisatASAR de las manchas del Prestige
14
Meris (MEdium Resolution Imaging Instrument)
Campo de visión 68.5ºResolución: 300m15 bandas espectrales programables entre 390 nm y 1040 nm. Anchura 2 nm.Cobertura global, cada 3 días.Aplicaciones: Océanos y Costa (Color del Océano/Biología), Tierra (Vegetación), Atmósfera (Nubes,Precipitación).
http://www.esa.int/envisat/
Observación integrada ASAR-MERIS
http://www.esa.int/envisat/
Primer satélite del programa Nuevo Milenio de la NASA’ (EO-1). Lanzado el 21 de Noviembrede 2000.Pretende continuar con la misión Landsat. Está acoplado (a 1 min. de desfase del Landsat-7).Sensores: ALI, AC e Hyperion.Incluye datos multiespectrales e hiperespectrales.705 Km sunsynchronous (98° inclination) orbit
Hyperion
El primer sensor hiperespectral desde satélite.220 bandas que cubren de 0.4 – 2.5 µm con 30 m de resolución.Cada escena cubre 7.5 X 100 Km.
Imagen Hyperion de área quemada
Radiancia
0
20
40
60
80
100
120
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Longitud de Onda (nm)
Rad
ianc
ia (W
/m2/
um/s
r)
Perfil No Suavizado
05
101520253035404550
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Longitud de Onda (nm)
Ref
lect
ivid
ad (%
)
Perfil Suavizado
05
101520253035404550
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Longitud de Onda (nm)
Ref
lect
ivid
ad (%
)
RadianciaRadiancia
Perfil No Perfil No SuavizadoSuavizado
Perfil Perfil SuavizadoSuavizado
Parra, 2006
Satélites con radar
Seasat (Banda L).SIR-C (Banda L, C y X. Angulo variable)ERS-1 – 2 - Envisat (Banda C. 23º).Almaz (Banda S. De 30 a 60º).Radarsat (Banda C. De 20 a 50º).JERS-Fuyo (Banda L. 35º).