INTRODUCCIÓN A LA TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA

Haydee Karszenbaum – Veronica Barrazzahaydeek@iafe.uba.ar

Teledetección cuantitativa

Clase 1.3: Sistemas satelitales: características y ejemplos

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Criterios para elegir un sistema satelital: características

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Instantaneous Field of View (IFOV): Se trata del cono angular de visibilidad del sensor (A) y determina el área observada a una determinadaaltura en un determinado momento (en radianes).

Ground resolution (resolución en tierra): El tamaño del área observada se obtiene multiplicando el IFOV por la distancia del sensor a la superficie terrestre.

D = H x β (ifov)

Imagenes satelitales: elementos

Pixel (pixel element): mínima área de la cual un sensor multiespectral mide la radiancia

Digital number (contaje digital): medición de un pixel individual y de una banda individual

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De la medición del instrumento a una imagen digital

Al medir se genera una señal eléctrica continua o función analógica (intensidad de corriente /diferencia de potencial).

Esta señal es muestreada en intervalos de tiempo regulares de manera tal que la representación digital reproduzca lo mejor posible la señal continua original.

La señal eléctrica producida por cada sensor debe ser transformada a un formato numérico.

Características radiométricasrango dinámico y resolución radiométrica

intensidades de la radiación em que es capazde medir sin saturarse

capacidad del sensor para discretizar el rango de radiación emmedido

Características radiométricas

resolución radiométrica

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Cuanto más fina la resolución radiométrica del sensor, mayor su capacidad para detectar pequeñas diferencias en la energía reflejada o emitida. Técnicamente es una medida de cuantos niveles de gris se miden entre el que corresponde a negro y el que corresponde a blanco.

la resolución radiométrica se mide en bits:

21 = 2 mide sólo dos niveles de gris, 22 = 4, 24 = 8, 28 = 256, 210 = 1024 .... etc

El rango dinámico determina el valor máximo de energía que es capaz de recibir un sensor sin saturarse.

La sensibilidad radiométrica es una medida de la capacidad del sensor para discriminar diferencias en la intensidad de la radiación medida.

Características Radiométricas: sensibilidad y rango dinámico

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Bandas espectrales / ResoluciónDefinimos banda como la región de espectro EM a la que el detector es sensible

Los sensores Multi-espectrales poseen un arreglo de detectores que son sensibles a distintas bandas

Los sensores Hyper-espectrales poseen un arreglo de gran cantidad de detectores que cubren el espectro EM de forma casi continua.

Características espectrales: número de canales, ancho y banda espectral.

Ancho de banda: FWHM: Full Width at halfmaximun

Posicion de la banda

Características espectrales

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(1)

0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7

AVHRR

(1) (2) (3)

0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7

ETM

(1) (2) (3)

0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7

MMRS

longitud de onda (µm)

(1) (2) (3)(4)(5) (6)

0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7

SeaWiFS

Se refiere a la dimensión y cantidadde regiones del espectro em (bandas) a las cuales es sensible el sensor. Los sensores pueden ser de ancho de banda grande, angosta, espectrales e hiperespectrales.

Características espectrales: número de canales, ancho y banda espectral.

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Influencia del ancho de banda espectral en la discriminación firmas

Firma 1

Firma 2

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Determinan el ancho máximo de la superficie observada por el sensor y el nivel de detalle con el cual esta superficie puede ser estudiada.

Ancho de la franja de barrido: estádefinida por el ángulo máximo de observación del sistema.

Resolución espacial: está dada por la intersección del ángulo sólido instantáneo de observación y el área observada. La superficie correspondiente a este área se denomina pixel (picture element) (unidad mínima de información).

Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial.

1) ancho de barrido

2) Resolución espacial

Características espaciales

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N

ENVISAT-MERIS

SAC C-MMRS

LANDSAT-TM

Rangos• NOAA/SPOT Veg/MODIS: 2000 y pico km• ENVISAT-MERIS: 1150 km• SACC: 350• Landsat: 185 km• SPOT/ASTER: 60 km• IKONOS: 11 km

Ancho de la Franja de barrido (swath).

Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial.

Está definida por el ángulo máximo de observación del sistema

Importante!

Afecta a la geometría de observación a lo ancho de la franja.

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Resolución de 30 m Resolución de 60 m Resolución de 120 m Resolución de 240 m Resolución de 500 m Resolución espacialLANDSAT-ETM (Pancromático)

LANDSAT-TM/ETM (Multiespectral)

LANDSAT-ETM (Térmico)

LANDSAT-TM (Térmico)

SAC C-MMRS

está dada por la intersección del ángulo sólido instantáneo de observación y el área observada. La superficie correspondiente a este área se denomina pixel (pictureelement) (unidad mínima de información).

Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial.

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El tiempo de revisita se define como el periodo de tiempo que tarda el satélite en volver a pasar por el mismo sitio

Tiempo de revisita

Para Landsat y el SAC-C es de 16 días

Características temporales: hora de pasada y frecuencia de revisita.

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Carácterísticas geométricas:Trayectorias ascendentes y descendentes

Ascendente (S a N)

Descendente (N a S)

Importante!

Afectan a la geometría de iluminación y a veces de observación

Cambia el horario de toma de datos

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Landsat: Orbita y sistema de referencia (Worldwide referencesystem)

El WRS indexa las órbitas (paths) y los centros de las escenas (rows) en una grilla global. Comprende 233 paths y 248 rows.

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Características de los sistemas satelitales

Temporales: hora de pasada y frecuencia de revisita.

Espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial. Geométricas: geometría de observación

Espectrales: número de canales, ancho y banda espectral. Radiométricas: sensibilidad o resolución radiométrica y rango dinámico.

Estas características de los sistemas satelitales son críticas para definir la utilidad y el alcance de estos frente a una pregunta concreta de un usuario.

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Teniendo en cuenta las características señaladas, las imágenes satelitales se pueden clasificar de diferentes maneras. Por ejemplo, por su resolución espacial en baja, media y alta, por su sensibilidad radiométrica en 8, 10 o 16 bits, y por el ancho espectral y número de bandas en pancromática, monoespectral, multiespectrales.

Resumen

En general, una imagen de baja resolución es aquella que posee un tamaño de pixel de alrededor de 1000 m de ancho, mientras que una de resolución intermedia, tiene uno de alrededor de 200 m y una de alta resolución, uno igual o menor a 30 m.

Una imagen pancromática cubre un rango amplio del espectro electromagnético, abarcando el visible e infrarrojo cercano, asemejándose a una fotografía en blanco y negro. En cambio, una imagen monoespectralcubre un rango muy pequeño en cualquier banda del espectro electromagnético. Una imagen multiespectral está formada por un conjunto de imágenes monoespectrales.

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¿Los índices verdes serían comparables?

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Diferencias en resolución espectral, espacial y radiométrica

8 bits15 metros

8 bits30 metros

12 bits60 metros

8 bits 60 metros

8 bits30 metros

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MODIS

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RelaciRelacióónn entre los entre los tipostipos de de resoluciresolucióónn (1)(1)..Para lograr mayor mayor

resolución temporal, se necesitauna órbita más alta (parámetrosorbitales), lo cual va en detrimento de la resoluciónespacial.

Un ejemplo son los satélitesmeteorológicos geoestacionarios, cuya resolución temporal es solo de media hora, y no por razonesde orden orbital, ya quepermanecen sobre la misma zonaobservada, sino por ser ése el tiempo necesario para adquirir, procesar y transmitir la información. Por el contrario, suresolución espacial es la máspobre, como consecuencia de la gran altura (36000km)

TEMPORAL

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RelaciRelacióónn entre los entre los tipostipos de de resoluciresolucióónn (2)(2)

.. Para obtener una altaresolucion espacial, el sensor tiene que tenerun IFOV pequeño(Instantaneous Field of View).

Sin embargo, esto reduce la cantidad de energiaque puede detectarse.

Esto en general, tambienreduce la resolucionradiometrica.

TEMPORAL

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RelaciRelacióónn entre los entre los tipostipos de de resoluciresolucióónn (3)(3).. Para aumentar la cantidad de

energia detectada, (y tambien la resolucion radiometrica), sin reducir la resolucion espacial, esnecesario aumentar el ancho de banda. Esto reduce la resolucionespectral.

Una resolucion espacial menor, permite una mayor resolucionradiometrica y/o espectral.

Se hace necesario encontrar un balance entre los distintos tiposde resolucion a la hora de definirlas caracteristicas de un sistema.

Esto mismo es importante cuandose selecciona un sistema parauna aplicacion

TEMPORAL

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Preguntas¿Todos los sistemas observan desde el nadir?

¿Cuál es la relación entre la franja de barrido y la geometría de iluminación? ¿El tamaño del pixel se conserva a lo largo de la franja de barrido? ¿en quécasos?

¿Qué tengo que tener en cuenta cuando evaluamos las características espectrales de un sistema? Por qué? ¿Qué tipo de ambientes requieren mayor resolución radiométrica: suelos, agua, vegetación?

Qué aplicaciones requieren mayor número de bandas espectrales? Y mayor resolución radiométrica?

En qué casos puedo optar por sistemas con baja resolución espacial?

¿Qué aplicaciones requieren mayor frecuencia temporal?

¿Cuáles son algunos de los factores que hacen que la resolución temporal de un sistema disminuya? ¿Qué efectos tienen en el análisis de series temporales? Y en las preguntas que quiero responder?