Introducción a la Teledetección

Prof. Drozd Andrea A. Ferrero MarceloTySIG UNDAV

Introducción a la Teledetección

Conceptos y Fundamentos de la Teledetección

Capacidad de obtener información de un objeto o fenómeno sin tener contacto con él.

Teledetección Plataformas

Historia

2da Guerra Mundial Cohete V-2, encargado de bombardear Inglaterra con cámara incorporada

Historia

En 1960 comienza la disciplina como tal:- S. TIROS 1: S. meteorológico de baja resolución.

Actualidad

Productos derivadosAtmosféricos:• Temperatura de la tropósfera baja, media

y alta.• Temperatura de la estratósfera inferior.• Precipitación• Vapor de agua• Aerosoles• CO2

• Metano• Nubes• SO2

• Presión Atmosférica• Vientos

Hidrósfera• Temperatura de la sup. Oceánica• Salinidad• Altura oceánica • Corrientes

Criósfera• Concentración Hielo

Oc.• Cobertura de Nieve

Biósfera• Color Oceánico• NDVI

AntropósferaLuces Nocturnas

Geósfera• Temp. Superficie

Terrestre• Incendios• Albedo• QuickScat

Principios Físicos

La Radiación Electromagnética

Teoría Ondulatoria (Huygengs, Maxwell)

C = λ x F

C = 3 x 108 m/s λ= longitud de onda

F = frecuencia

Teoría cuántica (Planck, Einstein)

La Radiación Electromagnética

Q = h x F

Q: energía de un fotón

H = 6.6 x 10-34 J.seg

F = Frecuencia = c/ λ

Espectro Electromagnético.

Definición. Es la sucesión continua de valores de longitud de onda.

El espectro se puede dividir en bandas, zonas que manifiestan un comportamiento similar.

Interacción de los cuerpos con la energía electromagnética.

Cuerpos NegrosEs un cuerpo ideal que

absorbe toda la luz y la energía que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja, sino que es emitida.

En la naturaleza no existen cuerpos negros, todos son grises, parte de la energía la absorben, parte la transmiten otra la reflejan y otra la emiten. La energía emitida se encuentra dentro del rango del infrarrojo lejano (térmico).

Visión de los colores

Absorción atmosférica.

O2 Vapor

O3

Interacción de la atmósfera con la radiación electromagnética.

El O2: ultravioleta (<0.1 um) secotres del IRL y sectores de microondas.

El O3: ultravioleta (<0.3 um) y un sector de microondas (27mm)

Vapor de agua (fuerte absorción en torno a los 6mm y en sectores < 0.6 y 0.2 um)

CO2: IRM e/ (2.5 y 4.5 um)

Absorción atmosférica.

Ventanas atmosféricas

Visible + IRC IRM IRT Microondas.

Interacción de la atmósfera con la radiación electromagnética.

DispersiónSe produce al reflejarse o refractarse la

radiación por las partículas de la atmósfera. Es difícil de cuantificar.

La dispersión es mayor a medida que es menor la longitud de onda.

Tipos de dispersión:- Dispersión Rayleigh: cuando la radiación interactúa

con moléculas atmosféricas y otras partículas pequeñas cuyo diámetro es menor que la longitud de onda de la radiación incidente. Las longitudes de onda más cortas tienden a ser más afectadas por este mecanismo de dispersión que las longitudes de onda más largas.

- Dispersión Mie: ésta tiene lugar cuando las partículas que interactúan con la radiación son de mayor diámetro, por ejemplo vapor de agua y partículas de polvo. Esta radiación tiende a influir más sobre las longitudes de onda

más largas.

Bandas de interés en la teledetección.

- Luz visible: (0,4-0,7 μm) - Rojo (0.7 – 0.6 μm)- Verde (0.6-0.5 μm)- Azul (0.5-0.4 μm)

- Infrarrojo Cercano (0.7 – 1.3 μm)

- Infrarrojo Medio (1.3 – 8μm)

- Infrarrojo Lejano ó Térmico (8 – 14μm)

- Microondas (a partir de 1 mm)

1 m = 1.000.000 µm1m = 1.000.000.000 nm

Modos de captación de la energía en la teledetección

(i) Reflexión

(ii) Emisión

(iii) Reflexión - Emisión

Componentes de un Sistema Satelital

Tipos de Satélites y Sensores

Tipos de Satélites y Sensores

Satélite: Es una estación repetidora de la radiación electromagnética que amplifica y retransmite la señal radioeléctrica recibida.

Sensor: Dispositivo que detecta determinada banda electromagnética y la retransmite adecuadamente.

Sensores Activos y Pasivos

Sensores Activos Sensores Pasivos

Sistemas Satelitarios

Las Resoluciones.

Resolución espacial (detalle en el terreno) Resolución Espectral (número de bandas)

Pancromático Multiespectral Hiperespectral

Resolución Temporal (Frecuencia de revisita) -horas, diario, semanal, quincenal, mensual-

Resolución Radiométrica (niveles de gris) 8bit=28, 16bit (65000), 32bit (4.300millones), 64bit. El ojo humano entrenado no distingue más de 10 tonos de gris.

Escalas de las imágenes en función de su resolución espacial

Tipos de órbitas en función de la escala temporal

Órbitas Geoestacionarias

Satélites Geoestacionarios. (METEOSAT, INSAT, SMS/GOES, GMS) Función Meteorológica, Resolución espacial baja Resolución temporal alta

Órbitas Helio-sincrónicas.

Casi-polar

Descendente

Ascendente-Descendente

Órbitas Helio-sincrónicas.Ejm Landsat

Algunos ejemplos de Sistemas Satelitarios

Serie Landsat

Origen EEUU Órbita Heliosincrónica (700Km de altura) Lanzamientos: 1972 hasta 1999 Resolución temporal: 18 días Sensores Multiespectrales: 4 y 7 bandas Resolución espacial 30m (banda

pancromática del L7 de 15m) Ancho de barrido: 180Km

LandsatEstructura de Richard, Desierto de Maur Adrar.

SPOT (Satellite Probatoire pour l'Observation de la Terre ) Origen: Francia Lanzamientos: 1986-2002 Resolución Temporal: 26 días Resolución espectral: 2 (pancromáticas) 2

visibles (verde y rojo) 1 IRM Resolución espacial: SPOT 5 , pancromáticas

5m, visibles 10m, IRM 20m Ancho de barrido 60km Visión estereoscópica lateral

SPOT

Campos petrolíferos al E de Texas

SPOT 5 (2.5m)

Pusan-Korea del Sur

2.5m

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer ) Origen: Japón (sobre satélite de USA) Órbita heliosincrónica (700 km de altura) Lanzamiento: 2000 Resolución temporal: 16 días Resolución espectral y espacial: Vnir (verde,

rojo e IR) 15m y Swir (6 IRs)30m, 5 IRT 90m, total 14 bandas

Ancho de Barrido: 60km Visión estereoscópica (back)

ASTERNevada, USAProyecto “The World” Dubai

MODIS Plataforma que lleva dos satélites: Aqua (pm) y Terra

(am) Lanzamiento: 1999 Resolución Temporal: 2 días Resolución Espectral y Espacial: presenta 36 bandas

de 250m-500-y1000m Sensores espacializados en:

Cobertura terrestre Detección del color del agua Rangos de concentración y propiedades de aerosoles Coberturas de nubes Rangos de temperaturas terrestres y atmosféricos. Altura de los topes nuboso Concentración de O3

MODIS

Incendios Julio 2006

Tormenta de arena en el Mar RojoTormenta Beryl en

Nueva Inglaterra 2006

Vientos de mas de 200km/h

Modis Imagen Nocturna

EO-1 Earth Observing (Ali e Hyperion)

Origen: USA Órbita heliosincrónica (702 km altura) Lanzamiento: Nov 2000 Sensor Ali Multiespectral: azul, verde, rojo,

IRC, IRM (9 bandas en total) de 30m resolución. Pancromático 10m

Sensor Hyperion: 220 bandas, 30m resolución espacial

Ancho de barrido 37km (Ali) y 7.5km (Hyperion)

EO-1

El  Hyperion del EO-1 puede pasar a través de los penachos de humos y ver las zonas quemadas de debajo. NASA/EO-1 Team.

SAC-C

Origen: Argentina Órbita heliosincrónica Lanzamiento: Nov. 2000 Revisita: 2, 7 y 9 días Cámara Multiespectral: azul, verde, rojo,

IRC, IRM, 175m Cámara Pancromática: 30m Ancho de barrido 300km

SAC-C

Islas MalvinasChaitén

Satélites de alta resolución espacial:

Ikonos: 4 bandas y 4m de resolución espacial. 1 banda de 1m. USA

Quick Bird: 4 bandas 2.5m y 1 banda 0.6m. USA

EROS: 1.8m pancromático. Israel

Ikonos

Puente Arcoiris (Cañón Glen)

Países Bajos. Groningen Bourtange de Tange

Maremoto Asiático 26 Diciembre 2004

Epicentro

Satélites Meteorológicos

NOAA (Heliosincrónico) 15 fueron lanzados desde 1978. Presentan senores AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). En la actualidad orbitan 3. Bandas 5. 1km, revisita de 17 días.

METEOSAT (geoestacionario). Series de satélites lanzados desde 1977 - 1997, Revisita cada 1/2h, 3 bandas (VI, IR; VA), 2.5km – 5km

NOAA (AVHRR)

Meteosat

Firmas Espectrales.

Factores que modifican la reflectividad

(i) Altura solar(ii) Orientación(iii) Pendiente(iv) Atmósfera(v) Fenología(vi) Sustrato

Comportamientos Espectrales de los distintos cuerpos en función de los grandes dominios del espectro

electromagnético (Óptico, Térmico, Microondas

Comportamiento espectral del suelo en el dominio óptico.

Factores que influyen en la reflectividad del suelo

Minerales disueltos en el suelo Materia Orgánica Contenido de aire y de agua Textura y estructura Disposición vertical y horizontal Ángulos de observación e

iluminación

Comparación de las respuestas espectrales de suelo desnudo y pastizales

Ejemplos

Nevada, mapa de minerales que componen el suelo. (AVIRIS)

Imagen Aster de la composición geológica, Yemen.

Comportamiento espectral de la vegetación en el dominio óptico.

Factores que influyen en la reflectividad de la vegetación.

Características de la planta (estado fenológico, forma, contenido de humedad)

Características morfológicas de la hoja (forma, histología, disposición foliar, etc.)

Situación geográfica de la planta (pendiente, orientación, geometría de la plantación)

Distintas coberturas de vegetación. Misiones. 2006. IR Landsat

Factores que influyen en la reflectividad del agua en el dominio óptico.

Contenido de Clorofila Materiales en suspensión Rugosidad superficial Profundidad

Ejemplos

Floración algal en Noruega (Imagen Modis).

Concentración de clorofila oceánica (imagen seawifs)

Río de La Plata (Imagen Modis)

Manchas de petróleo en el Río de La Plata (1999)Imagen (Modis)

Manchas de petróleo

El dominio del Infrarrojo Térmico

El parámetro clave es la temperatura radiativa: La energía emitida depende de la absorbida en

las distintas longitudes de onda. La temperatura radiativa es estimada a partir

de la energía emitida por un cuerpo y depende de la radiancia en el sensor, la emisión atmosférica y emisividad de la cubierta.

Factores que afectan la emisividad.

Absorción de día, re-emisión de noche. Inercia térmica alta. Evapo-transpiración Extensión y densidad

Comportamiento espectral del agua en el IRT Presenta la mayor inercia térmica Indica origen de la masa, desplazamiento

(corrientes oceánicas, bancos de pesca, etc.) Efecto sobre el clima.

Factores que afectan la emisividad de los suelos A mayor humedad, mayor inercia térmica. A mayor materia orgánica, mayor inercia

térmica Dependiente de la roca madre

Formación de un penacho térmico. Infrarrojo Térmico de Imagen Landsat procesada de un lago norte de Gales.

Temperatura global oceánica. Satélite MODIS, sensor IRT

Incendios en Sumatra detectados con la banda del IRT del satélite NOAA 14 en Sumatra y Borneo

Utilización de la banda termal de Landsat para el monitoreo de microclimas. Ubicación: California. Rojo indica mayor temperatura, violeta, menor.

Sensor multiespectral dentro del rango del térmico desarrollado por la NASA para clasificar distintos suelos según composición.

Imagen Aster de una zona de Illinois. Arriba falso color 432 y abajo análisis de los puntos calientes del cuerpo de agua (en blanco y rojo) utilizando la banda del IRT.

El dominio de las Microondas.

Características- Longitud de onda mayor a 1 mm- Independientes de las condiciones de

iluminación y condiciones atmosféricas.- Muy dependientes del ángulo de

incidencia y de la polarización y la frecuencia a la que se trabaje.

Tipos:- Pasivos. Radiómetros de microondas- Activos. Radar.

San Francisco 2004. Sensor SAR (ENVISAT)

Imagen Radarsat 1 orthorectificada. Monitoreo de superficie de hielos.

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)

La Misión SRTM obtuvo datos de elevación para generar la base de datos topográficos más completa y de alta resolución del mundo. Consistió en un sistema de radar especialmente modificado que voló sobre el “Space Shuttle Endeavour” durante 11 días en Febrero del 2000. (NGIA y NASA)

Batimetría

Estudios de oleajes.

Manchas de petróleo y oleaje. China ERS-1

Variabilidad de la circulación oceánica (raíz cuadrada de la variación media en las anomalías de los niveles oceánicos) derivado de la observación combinada por los satélites ERS-18-2, GFO, ENVISAT, 1992-2007. Estas variaciones están correlacionadas con los efectos del Niño y la Niña (por ejemplo)

Modelo de Corrientes Océanicas