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La interacción con la atmósfera
La imagen de satélite
Tipos de resolución
La firma espectral
Tipos de sensores
FUNDAMENTOS FÍSICOS I
Transmisión: atraviesa la atmósfera y llega al sensor inalterada
Absorción: calienta la atmósfera o la remite con características alteradas
Dispersión: la dirección de la radiación es modificada por las partículas- efecto en VIS e IR y pérdida de claridad en la imagen –
Rayleigh cuando Ø partícula < del fotónes mayor para pequeñas -visible- (cielo azul)
• Mie cuando Ø partícula del fotón - vapor agua y aerosoles –- afecta a mayores del visible (rojo)
• No selectiva cuando Ø partícula > del fotón- afecta a del VIS, IRp e IRm (nubes grises)
INTERACCIÓN DE LA REM CON LA ATMÓSFERA
FUNDAMENTOS FÍSICOS I
Ventanas de Transmisión – Absorción
Absorbentes atmosféricos: Ozono, Vapor de agua, CO2 y metano O3: Absorción de la radiación ultravioleta (<0,3 m) y un sector de las
microondas (≈27mm) Vapor de agua: fuerte absorción a 6 m y por encima de 27 m, y menor entre
0,6 y 2 m. CO2: Absorbe en el IRT (>15 m) y bastante en el IRM (2,5-4,5 m)
Poco absorbentes: Oxigeno y Nitrógeno
INTERACCIÓN DE LA REM CON LA ATMÓSFERA
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
¿Qué es una imagen de satélite?
Matriz numérica de tres dimensiones:dimensiones espaciales y dimensiónespectral.
LA IMAGEN DE SATÉLITE
¿Qué es el Nivel Digital (ND)?
Valor numérico que corresponde a lacodificación de la radiancia cuando elsensor adquiere la imagen.
n···
2
1
LA IMAGEN DE SATÉLITE
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Resolución espacial: dimensión del pixel. Ej. Píxel TM banda 4 : 30 m. PíxelMODIS banda 2 : 250 m.
CARACTERÍSTICAS DE RESOLUCIÓN DE LA IMAGEN
a) 10 cm píxel (b) 50 cm píxel (c) 1 m píxel (d) 2 m píxel (e) 4 m píxel (f) 8 m píxel
Resolución espectral: número y anchura de las bandas espectrales. Ej.:TMbanda 2 : verde 0.53-0.60 . TM banda 6 : infrarrojo térmico 10.4-12.5.
Definición estandarizada para GMES y actualizada por la ESA respecto de las clases de resolución espacial:
• VHR1 Very High Resolution 1 where: resolution < =1m
• VHR2 Very High Resolution 2 where: 1m < resolution < =4m
• HR1 High Resolution 1 where: 4m <resolution<=10m
• HR2 High Resolution 2 where: 10m <resolution<=30m
• MR1 Medium Resolution 1 where: 30m <resolution<=100m
• MR2 Medium Resolution 2 where: 100m <resolution<=300m
• LR Low Resolution where: resolution >=300m
GMES (2012)
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Aplicaciones de la teledetección y tipos de imágenes:
• Baja resolución espacial: meteorología, oceanografía y medio ambiente (geología, vegetación yriesgos)
• Resolución espacial media: oceanografía, vegetación-forestal, agricultura, geología ysuelos
• Radar: predicción meteorológica y del estado del mar, navegación marítima, seguimiento de masas de hielo marino, contaminación marina, procesos costeros, ocupación del suelo y su dinámica, corrientes marinas, batimetría, vientos y corrientes marinas, etc.
• Alta resolución espacial: irrumpen con fuerza aplicaciones como planificación urbana, cartografía del poblamiento, seguimiento del tráfico, generación y actualización de planos urbanos, control y evaluación de la propiedad, agricultura de precisión...
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Resolución temporal: Tiempo transcurrido en la adquisición de dos imágenesde la misma zona (horas, días).
CARACTERÍSTICAS DE RESOLUCIÓN DE LA IMAGEN
Resolución radiométrica: distintos “niveles de grises” (valores de los nivelesdigitales) de la imagen. Relacionada con la sensibilidad del sensor para captardistintos niveles de intensidad de radiancia. LandSat TM 8bits (256 niveles)
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Interacción de la REM con la materia
La interacción entre la radiación y la materia que compone la cubierta terrestre es laclave para la interpretación de la imágenes de satélite. La energía reflejada por losobjetos de la cubierta (vegetación, rocas, minerales, agua) depende de diversosfactores: composición, textura, estructura, humedad, condiciones de iluminación,tiempo, etc
LA FIRMA ESPECTRAL
¿Qué es la firma espectral?
Conjunto de valores radiométricos, para lasdiferentes bandas espectrales, característicosde cada material y adquiridos por el sensor
La firma espectral permite identificar ycartografiar las cubiertas temáticas
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Medios para obtener firmas espectrales
Medirla con un radiómetro Extraerla de una biblioteca espectral creada por alguna institución (USGS,
Aster…) Simularla mediante modelos físicos Extraerla de una imagen con la debida resolución espectral
LA FIRMA ESPECTRAL
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Firma espectral de la vegetación
Factores que influyen Reflectividad hoja Pigmentos Estructura celular Contenido en humedad Características geométricas de la
planta Área foliar y forma de las hojas Geometría del dosel Componente leñosa Grado de cobertura del suelo
LA FIRMA ESPECTRAL
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
400 900 1400 1900 2400
Reflectividad baja en el visible(pigmentos de la hoja, clorofila,xantófilas y carotenos)
Reflectividad alta en el infrarrojopróximo (estructura celular de lahoja)
Reflectividad media en el infrarrojomedio (contenido de agua en la hoja)
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Firma espectral de los suelos desnudos
LA FIRMA ESPECTRAL
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
400 900 1400 1900 2400
Curva de reflectividad bastante plana.Mayor reflectividad en el infrarrojo
Suelos calcáreos (color blanco): altareflectividad en todas las bandasvisibles
Suelos arcillosos: mayorreflectividad en el rojo (óxidos dehierro)
Factores que influyen Composición química Estructura Textura Contenido en humedad
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Firma espectral del agua
LA FIRMA ESPECTRAL
La curva de reflectividad delagua indica una gran absorciónde la radiación especialmenteen el IR
En el VIS es función de m.s.s. ybiomaterial
El agua en los poros de lasrocas disminuye lareflectividad
0.00%
0.50%
1.00%
1.50%
2.00%
2.50%
3.00%
400 900 1400 1900 2400
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Bibliotecas espectrales
Colecciones de firmas espectrales tomadas con radiómetros de laboratorio encondiciones controladas que sirven de referencia para conocer el comportamientotípico de una determinada cubierta.
Biblioteca espectral USGS (Servicio Geológico Estadounidense). http://speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.html. Incluye espectros muy variados, aunque los de cubiertas vegetales son limitados
Librería Aster (Jet Propulsion Laboratory). Incluye espectros de minerales, rocas, suelos, meteoritos, vegetación, agua, nieve y cubiertas humanas http://speclib.jpl.nasa.gov/
Librería del departamento de Geografía de la Universidad de Alcalá. Incluye espectros de especies vegetales mediterráneas
LA FIRMA ESPECTRAL
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Sistema de Adquisición de datosradiométricos. “Instrumento”
A. Sensores pasivos: recogen la REMprocedente de las cubiertas terrestres,ya sea reflejada o emitida.• Barrido• Exploración continua
B. Sensores activos: emiten un hazenergético que posteriormenterecogen tras su reflexión sobre lasuperficie que se pretende observar• Radar• Lidar
TIPOS DE SENSORES
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Sensores electro-ópticos de barrido mecánico. “Escáner multiespectral”espejo móvil que oscila perpendicularmente a la dirección de la trayectoria
Detectores de bandas espectrales
Landsat TM y ETM+, ERS y Terra MODIS
TIPOS DE SENSORES
Sensores de barrido
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Se elimina el espejo oscilante, gracias a una cadena de detectores que cubren todo el campo de visión del sensor. Los detectores se van excitando con el movimiento orbital del satélite, se explora en cada momento una línea completa, desplazándose esta simultáneamente con la plataforma (Tecnología CCD).
No incluyen el infrarrojo térmico
SPOT HRV y HRVIR, IRS, EO-1 (ALI, Hyperion),IKONOS, Quickbird…
TIPOS DE SENSORES
Sensores de empuje
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Sensores de microondas. Una antena emite un pulso de energía discreto. Cadapixel en una imagen radar representa el coeficiente de retrodispersión de esa áreasobre el terreno, siendo el valor almacenado tanto mayor cuanto más intensa seala señal de retorno. Puede trabajar con cualquier condición atmosférica (nubes) yde iluminación.
microondas >> IR ( 1000 veces)0,1 cm 1 m
Tipos: Apertura real: RAR, LARApertura sintética: SAR
TIPOS DE SENSORES
Radar (Radio Detection and Ranging)
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Sensores que emiten pulsos de luzpolarizada entre el ultravioleta y elinfrarrojo cercano. Esta señal interaccionacon las partículas atmosféricas o el suelo,causando su dispersión en función del tipode elemento encontrado.
Altímetro lidar. Almacena las distancias detodos los objetos que encuentra : copa delos árboles, ramas intermedias, matorral,hierba y suelo.
Estudios topográficos y de biomasavegetal
TIPOS DE SENSORES
Lidar (Light Detection and Ranging)
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Se inicia en 1972 hasta la actualidad (NASA)
Diversos sensores: RBV 3 Cámaras de vídeo (Landsat 1-3)
MSS Escáner Multiespectral 4 bandas (Landsat 1-3)
TM (Thematic Mapper, Landsat 4-5) Escaner Multiespectral: 7 bandas Resolución espacial 30 / 120 m Imagen 185 Km Resolución temporal 16 días
ETM+ Enhanced Thematic Mapper (Landsat 7)desde 1999 -2003
Resolución 30 / 60 / 15 m Imagen 185 Km pancromático
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa Landsat
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa Landsat
MSS1 RBV TM2 ETM+3
4 0,5-0,6 μm 14 0,475-0,575 μm 1 0,45-0,52 μm 1 0,45-0,52 μm
5 0,6-0,7 μm 24 0,580-0,680 μm 2 0,52-0,60 μm 2 0,52-0,60 μm
6 0,7-0,8 μm 34 0,690-0,830 μm 3 0,63-0,69 μm 3 0,63-0,69 μm
7 0,8-1,1 μm 45 0,505-0,750 μm 4 0,76-0,90 μm 4 0,76-0,90 μm
85 10,4-12,6 μm 5 1,55-1,75 μm 5 1,55-1,75 μm
6 10,40-12,50 μm 6 10,40-12,50 μm
7 2,08-2,35 μm 7 2,08-2,35 μm
8 0,52-0,90 μm
Resolución espacial
4-71 79 m 1-34 80 m 1-5, 7 30 m 1-5, 7 30 m
85 240 m 15 40 m 6 120 m 6 60 m
8 15 m
1. Sólo en los Landsat-1 a 52. Sólo en los Landsat-4 y 53. Sólo en Landsat-74. Sólo en los Landsat-1 y 25. Sólo en Landsat-3
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Se inicia en 1986 hasta la actualidad (Francia, Bélgica y Suecia)
Diversos sensores: Sensor: HRV (Spot-1 a 3)
3 bandas espectrales XS y una Pancromática PAN Resolución espacial de 10 / 20 m Mira lateral (imágenes estereoscópicas) Resolución temporal: 26 a 2/3 días Imágenes de 60 km de lado
Sensor HRVIR (Spot-4 y 5) Incorpora una nueva banda en el SWIR Imágenes verticales y oblicuas simultáneas Spot-5: resolución espacial 2,5 / 10 / 20 m (SWIR)
Sensor VEGETATION (Spot-5) Resolución espacial 1km2
Adquisición diaria sobre todo el planeta
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa Spot
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Está compuesto por dos satélites idénticos: Sentinel-2A y Sentinel-2B.El primer satélite, el Sentinel-2A se lanzó el 23 de junio de 2015 y Sentinel-2B el 7 de marzo de 2017.
• Imagen multiespectral datos con 13 bandas en el espectro visible, en el infrarrojo cercano e infrarrojos de onda corta además del espectro electromagnético
• Cobertura global sistemática de las capas de tierra de 56°; S a 84° N, aguas costeras, y cubre todo el mar Mediterráneo
• Revisa cada 5 días las zonas manteniendo los mismos ángulos de visión. En latitudes altas, Sentinel-2 realiza las labores cada 5 días, pero con diferentes ángulos de visión.
• La resolución espacial de 10 m, 20 m y 60 m
• Tiene una amplio campo de visión de 290 km
• La resolución radiométrica es de 12 bits (4096 ND)
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa Sentinel-2
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa Sentinel-2 sensor MSI
Resoluciónespacial
(m)
Númerode banda
S2A S2B
Longitud de onda central(nm)
Ancho de banda(nm)
Longitud de onda central(nm)
Ancho de banda(nm)
Región del espectro
10 2 496.6 98 492.1 98 Azul
3 560.0 45 559 46 Verde
4 664.5 38 665 39 Rojo
8 835.1 145 833 133 IRc
20 5 703.9 19 703.8 20 IRc
6 740.2 18 739.1 18 IRc
7 782.5 28 779.7 28 IRc
8a 864.8 33 864 32 IRc
11 1613.7 143 1610.4 141 SWIR
12 2202.4 242 2185.7 238 SWIR
60 1 443.9 27 442.3 45 Azul
9 945.0 26 943.2 27 IRc
10 1373.5 75 1376.9 76 SWIR
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa Spot
HRV1 HRVIR VEGETATION
1 0,50-0,59 μm 1 0,50-0,59 μm 1 0,45-0,52 μm
2 0,61-0,68 μm 2 0,61-0,68 μm 2 0,52-0,60 μm
3 0,79-0,89 μm 3 0,79-0,89 μm 3 0,63-0,69 μm
P 0,51-0,73 μm 4 1,58-1,75 μm 4 0,76-0,90 μm
P 0,51-0,73 μm
Resolución espacial
1-3 20 m 1-4 20m / 10 m (3) 1-4 1000 m
P 10 m P 10m (1) 2,5 m (2)
1. Sólo en los Spot-1 a 32. Sólo en los Spot-4 y 53. Sólo en Spot-5
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
Se inicia en 1999 hasta la actualidad (NASA)
Diversos sensores: ASTER
15 bandas espectrales: 4 bandas con 15 m de resolución en el visible e IRC, 6 bandas en el SWIR con 30 m de resolución y 5 bandas en el IRT.
Visión estereoscópica en el IRC
MODIS 36 bandas espectrales: 2 bandas con 250 m de resolución para el R e IRC, 5
bandas de 500 m de resolución que cubren el visible y el SWIR, el resto con 1 km de resolución que cubren principalmente el visible, IRC, IRM e IRT
Cubren la casi totalidad de la Tierra diariamente Datos de libre acceso Disponibilidad de diferentes productos: reflectividad bruta y corregida,
nubes cobertura de nieve, área foliar, índices de vegetación, incendios activos…
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programa TERRA
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
IKONOS, Quickbird y GeoEye-1 son satélites comerciales gestionados por las empresas Geoeye y Digital Globe (Quickbird).
IKONOS: Se puso en órbita en el año 2000 4 bandas espectrales y una Pancromática Resolución espacial de 4 / 1 m Resolución radiométrica de 11 bits Imágenes de 11 km de lado
Quickbird: Se puso en órbita en el año 2001 4 bandas espectrales y una Pancromática Resolución espacial de 2,5 / 0,61 m Resolución radiométrica de 11 bits Imágenes de 17 km de lado
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programas de alta resolución espacial
FUNDAMENTOS FÍSICOS II
IKONOS, Quickbird y GeoEye-1 son satélites comerciales gestionados por las empresas Geoeye y Digital Globe (Quickbird).
GeoEye1: Se puso en órbita en el año 2008 4 bandas espectrales y una Pancromática Resolución espacial de 1,64 / 0,41 m Resolución radiométrica de 11 bits Imágenes de 15,2 km de lado
GeoEye2: En proyecto 4 bandas espectrales y una Pancromática Resolución espacial de 1,64 / 0,25 m Resolución radiométrica de 11 bits
PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA
Programas de alta resolución espacial