1. Ingeniería

Cómo y dónde teledetectar: Sensores y plataformas
DRP
DFMF – UNED
26 de Octubre 2007
DRP (DFMF – UNED)
Cómo y dónde teledetectar: Sensores y plataformas
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Sensores
Pasivos: reciben radiación electromagnética
Ej. radiómetros
Activos: emiten y reciben radiación electromagnética
Ej. radar
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Plataformas
Avión: regiones pequeñas de interés
vuelos planificados
Satélite: regiones extensas
órbitas periódicas
Otros: helicóptero, globo aerostático, palomas, humanos. . .
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Plataformas
Avión: regiones pequeñas de interés
vuelos planificados
Satélite: regiones extensas
órbitas periódicas
Otros: helicóptero, globo aerostático, palomas, humanos. . .
En campañas de radiometría
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Imagen digital
Definiciones
Imagen
intensidad/color en
función de la posición
Mapa = Σ Capas
píxeles
capas/canales/bandas
Canales Bandas
R, G, B, IR λ i , ∆λ i
✁
✁
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✁
Σ
visualización
señal
espectroscopía
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Imagen digital
Definiciones
Capas/Canales/Bandas
Tres conceptos muy relacionados pero diferentes
Se emplean indistintamente, si el contexto permite distinguirlos
Imagen
intensidad/color en
función de la posición
Mapa = Σ Capas
píxeles
capas/canales/bandas
Canales Bandas
R, G, B, IR λ i , ∆λ i
✁
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✁
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✁
✁
Σ
visualización
señal
espectroscopía
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Imágenes
Formación de la imagen
Por planos
Mapa = Σ Capas
imagen directa
Por líneas
concatenación de líneas
Canales Bandas
R, G, B, IR λ i , ∆λ
✁
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✁
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✁
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Σ
multiespectrales: varias
bandas
hiperespectrales: continuo
Multiangular
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Imagen digital
Discretización
Resolución
Digitalización / muestreo /
cuantización
espectral: bandas
espacial: píxel
numérica: nivel
digital/de gris
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espectral
número
posición
anchura
espacial: metros-terreno
por píxel
numérica: bits por píxel
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Imagen digital
Ejemplo
Resolucion espacial
(pixels/kilometro)
Tamaño de la imagen
Niveles digitales
Resolucion espectral
(niveles/nanometro)
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Fotografía
Película fotográfica
Emulsión de sales
oxidación fotoinducida
Visible
sensibilidad vs. tamaño del
grano
Infrarrojo cercano
tiempo de exposición
(integración)
Pancromática
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Térmica
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Cámaras
Vidicom
Vidicom
Cámara de televisión modificada
conductividad eléctrica fotoinducida
rango 400-1100 nm
imágenes RGB+NIR usando filtros
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Detectores CCD
+V
+V
Electrodos
(silicio amorfo)
lectura por línea: barrido
respuesta espectral:
composición
tiempo de integración
vs. ruido térmico
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(campo electrico)
E
Region de fotoconversion
(rica en electrones)
Sustrato de silicio
huecos
V=0
Metodo de extraccion de la informacion
“Recolectores de fotones”
Aislante (SiO2 )
electrones
−V +V +V
−V −V +V +V
−V −V +V +V
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−V −V +V
−V −V +V +V
−V −V
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Escáneres
de espejo
Espejo oscilante
dirije luz al detector:
selecciona el IFOV
puntual
IFOV grande:
luminosidad
IFOV pequeño:
resolución espacial
Espejo selector
ticos
s op
ectore
Foco frio
Corr
Altura = 700 km
Telescopio
IFOV = 30 m
SWATH = 183 km
la órbita construye la
imagen
SWATH: sweeping
path
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Escáneres
de empuje “push broom”
Array de CCDs
IFOV lineal
geometría fija
la órbita construye la
imagen
SWATH: sweeping
path
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Multi-, hiperInformación Espectroscópica
Hiperespectral: muchas bandas
“finas” (<100)
espectro casi continuo
TM2
TM1
TM3
análisis espectroscópico
pocos valores promedios
ponderados
curvas de ganancia
bandas bien seleccionadas
Reflectividad
Multiespectral: varias bandas
“anchas” (>100)
TM4
TM5
TM7
1.0
0.6
Suelo seco
0.4
Vegetacion
0.2
0
Agua
400 600 800 100 1200 140 1600 1800 200 2200 2400 260
0
0
0
0
Longitud de onda (nm)
RGB
“vigor vegetal”
“agua”
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Radar
Bases del funcionamiento
Emisión de un pulso de
energía EM
P(t)
coherente y
monocromático
Detección del eco
atenuado
t
imagen de potencia
reflejada
PR =
1
4π
PT (σ0 A)
Gλ
Gλ
4πR 2 4πR 2
emision recepcion
Medida del tiempo entre
ambos
R
Barrido con haz direccional
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Radar
Resolución del radar
Resolución en distancia:
∆R menor cuanto mayor sea el ancho de banda en frecuencia, ∆ν
∆R menor cuanto mayor sea la inclinación del haz
Resolución en azimut:
∆x menor cuanto menor longitud de onda
∆x menor cuanto mayor tamaño de antena
∆x menor cuanta menor altura del instrumento
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Radar
Imágenes de radar
Altímetro R-2 en ENVISAT
altura: h = 764 km
frecuencia:
ν = 13,575 GHz
longitud de onda:
λ = 2,21 cm
resolución:
∆R = 47 cm con
∆ν = 320 MHz
∆R = 750 cm con
∆ν = 20 MHz
Altitud (m)
30
20
10
0
−10
−20
−30
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SAR
Radar de apertura sintética
Tr
a
ye
cto
ria
de
l ra
da
r
Reflectividad medida
desde posiciones
separadas
T2
SWATH
T1
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reflectividad integral
sobre líneas
reconstrucción de
valores puntuales
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SAR
Radar de apertura sintética
Tr
a
ye
cto
ria
de
l ra
da
r
Reflectividad medida
desde posiciones
separadas
T2
SWATH
T1
reflectividad integral
sobre líneas
reconstrucción de
valores puntuales
¡semejante a TAC!
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SAR
Radar de apertura sintética
Tr
a
ye
cto
ria
de
l ra
da
r
Reflectividad medida
desde posiciones
separadas
T2
SWATH
reflectividad integral
sobre líneas
reconstrucción de
valores puntuales
T1
¡semejante a TAC!
Resolución
∆R varía como el RAR
¡∆x independiente del
tamaño de la antena!
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SAR
Sensores
RADARSAT
JERS
ENVISAT ASAR
frecuencia: ν = 5,3 GHz
longitud de onda:
λ = 5,66 cm
altura: h = 764 m
resolución: ∆R = 30 m,
∆h = 3 m
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Aviones
...
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Satélites
Órbitas
Trayectorias calculadas (ley de la gravitación de Newton)
círculos / elipses (Ley de Keppler)
alrededor del centro de la Tierra
velocidad dependiente de la distancia
período dependiente de la distancia
Lanzamiento y puesta en órbita
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Satélites
Geoestacionarios
Altitud: 36000 km
radio órbita: 11 radios
terrestres
órbita ecuatorial
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Satélites
Heliosíncronos
Altitud: ∼700 km
órbita polar
cada punto a la
misma hora
igual iluminación
adquieren sobre
franjas
anchura: SWATH
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Satélites
Misiones
Propósito:
LANDSAT
Meteosat/Eumetsat
NOAA
General
POES
Meteorología
GOES
Oceanografía
SPOT
ERS
ENVISAT
CHRIS-PROBA
Ambiental
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LANDSAT
TM y ETM+
Programa LANDSAT:
LANDSAT 7:
LANDSAT 1: 1972-1978
Vidicom (RGB)
MSS (multi spectral scanner): 4
bandas espectrales; resolución
∼ 60 × 80 m
ETM+: enhanced tematic
mapper
1
2
3
4
LANDSAT 5:
5
MSS: 4 bandas espectrales;
resolución ∼ 60 × 80 m
TM: 8 bandas espectrales;
resolución ∼ 30 m
6
7
8
B (0,45 − 0,52 µm)
G (0,52 − 0,60 µm)
R (0,63 − 0,69 µm)
NIR (0,76 − 0,90 µm)
NIR (1,55 − 1,75 µm)
Thermal (10,40 − 12,50 µm)
IR medio (2,08 − 2,35 µm)
Pancromático
(0,52 − 0,90 µm)
resolución: 30 m
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LANDSAT
LANDSAT5 - TM
Programa LANDSAT:
LANDSAT 5: TM
TM2
TM1
TM3
TM5
TM7
B (0,45 − 0,52 µm)
2
G (0,52 − 0,60 µm)
3
R (0,63 − 0,69 µm)
4
NIR (0,76 − 0,90 µm)
5
NIR (1,55 − 1,75 µm)
6
Térmico (10,40 − 12,50 µm)
7
IR medio (2,08 − 2,35 µm)
Reflectividad
1.0
1
0.6
Suelo seco
0.4
Vegetacion
0.2
0
DRP (DFMF – UNED)
TM4
Agua
400 600 800 100 1200 140 1600 1800 200 2200 2400 2
0
0
0
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Longitud de onda (nm)
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METEOSAT
SEVIRI
SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)
1
R: 0,6 µm (VIS 0.6)
2
NIR: 0,8 µm (VIS 0.8)
3
NIR: 1,6 µm (IR 1.6)
4
IR: 3,9 µm (IR 3.9)
5
H2 O: 6,2 µm (WV 6.2)
6
H2 O: 7,3 µm (WV 7.3)
7
IR: 8,7 m (IR 8.7)
8
O3 : 9,7 µm (IR 9.7: O3)
9
IR: 10,8 µm (IR 10.8)
10
IR: 12,0 µm (IR 12.0)
11
CO2 : 13,4 µm (IR 13.4: CO2)
12
“Alta resolución” (HRV)
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METEOSAT
SEVIRI
SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)
1
R: 0,6 µm (VIS 0.6)
2
NIR: 0,8 µm (VIS 0.8)
3
NIR: 1,6 µm (IR 1.6)
4
IR: 3,9 µm (IR 3.9)
5
H2 O: 6,2 µm (WV 6.2)
6
H2 O: 7,3 µm (WV 7.3)
7
IR: 8,7 m (IR 8.7)
8
O3 : 9,7 µm (IR 9.7: O3)
9
IR: 10,8 µm (IR 10.8)
10
IR: 12,0 µm (IR 12.0)
11
CO2 : 13,4 µm (IR 13.4: CO2)
12
“Alta resolución” (HRV)
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26 / 28
METEOSAT
SEVIRI
SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)
1
R: 0,6 µm (VIS 0.6)
2
NIR: 0,8 µm (VIS 0.8)
3
NIR: 1,6 µm (IR 1.6)
4
IR: 3,9 µm (IR 3.9)
5
H2 O: 6,2 µm (WV 6.2)
6
H2 O: 7,3 µm (WV 7.3)
7
IR: 8,7 m (IR 8.7)
8
O3 : 9,7 µm (IR 9.7: O3)
9
IR: 10,8 µm (IR 10.8)
10
IR: 12,0 µm (IR 12.0)
11
CO2 : 13,4 µm (IR 13.4: CO2)
12
“Alta resolución” (HRV)
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METEOSAT
SEVIRI
SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)
1
R: 0,6 µm (VIS 0.6)
2
NIR: 0,8 µm (VIS 0.8)
3
NIR: 1,6 µm (IR 1.6)
4
IR: 3,9 µm (IR 3.9)
5
H2 O: 6,2 µm (WV 6.2)
6
H2 O: 7,3 µm (WV 7.3)
7
IR: 8,7 m (IR 8.7)
8
O3 : 9,7 µm (IR 9.7: O3)
9
IR: 10,8 µm (IR 10.8)
10
IR: 12,0 µm (IR 12.0)
11
CO2 : 13,4 µm (IR 13.4: CO2)
12
“Alta resolución” (HRV)
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METEOSAT
SEVIRI
SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)
1
R: 0,6 µm (VIS 0.6)
2
NIR: 0,8 µm (VIS 0.8)
3
NIR: 1,6 µm (IR 1.6)
4
IR: 3,9 µm (IR 3.9)
5
H2 O: 6,2 µm (WV 6.2)
6
H2 O: 7,3 µm (WV 7.3)
7
IR: 8,7 m (IR 8.7)
8
O3 : 9,7 µm (IR 9.7: O3)
9
IR: 10,8 µm (IR 10.8)
10
IR: 12,0 µm (IR 12.0)
11
CO2 : 13,4 µm (IR 13.4: CO2)
12
“Alta resolución” (HRV)
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Satélites españoles
SEOSAT
Pasivo
Óptico
Pancromático
Multiespectral (VIS,
RGB+NIR)
Alta resolución espacial
2a3m
Swath
mejor que 30 km
Dirección técnica
ESA/INTA
Consolidación del diseño
2006-2007
Desarrollo y fabricación
2008-2010
Orientado a proporcionar
servicio operacional
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27 / 28
Recapitulación
. . . lo que tiene que quedar
Sensores pasivos
Plataforma = Sensor = Misión
Sensor = Detector
Adquisición de imágenes
entera
punto a punto: escáner
línea a línea: de empuje
Resolución
ópticos
microondas
Sensores activos: RAR y SAR
Plataformas
aéreas: aviones, helicópteros,
globos, palomas, . . .
espaciales
espacial: IFOV, SWATH
espectral
temporal
DRP (DFMF – UNED)
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geostacionarias: órbitas
ecuatoriales
heliosíncronas: órbitas
polares
26 de Octubre 2007
28 / 28