La interacción con la atmósfera La interacción con la ...

La interacción con la atmósferaLa interacción con la materia Tipos de resolución La firma espectral Principales programas de observación

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 < λ del fotónes mayor para λ pequeñas -visible- (cielo azul)

• Mie cuando Ø partícula ≅ λ del fotón - vapor agua y aerosoles –- afecta a λ mayores del visible (rojo)

• No selectiva cuando Ø partícula > λ del fotón- afecta a λ del VIS, IRp e IRm (nubes grises)

INTERACCIÓN DE LA REM CON LA ATMÓSFERA


Ventanas de Transmisión – Absorción

Absorbentes atmosféricos: Ozono, Vapor de agua, CO2 y metano O3: Absorción de la radiación ultravioleta (<0,3 µm) y un sector de las

microondas (≈27mm) Vapor de agua: fuerte absorción a 6 µm y por encima de 27 µm, y menor entre

0,6 y 2 µm. CO2: Absorbe en el IRT (>15 µm) y bastante en el IRM (2,5-4,5 µm)

Poco absorbentes: Oxigeno y Nitrógeno

INTERACCIÓN DE LA REM CON LA ATMÓSFERA


La REM atraviesa la atmósfera y dependiendo de la longitud de onda, decomponentes de la atmósfera, de la trayectoria y de la naturaleza de la superficie,diferentes porcentajes de radiación son reflejadas, absorbidas y transmitidas por losgases y partículas (aerosoles) que forman la atmósfera.

INTERACCIÓN DE LA REM CON LA MATERIA

FUNDAMENTOS FÍSICOS II

Interacción de la REM con la materiaLa 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


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


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)


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


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%

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3.00%

400 900 1400 1900 2400


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

http://speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.html

http://speclib.jpl.nasa.gov/


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)


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...



Resolución temporal: Tiempo transcurrido en la adquisición de dos imágenesde la misma zona (horas, días).


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)



¿Qué datos utilizar?


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


OLI (Operational Land Imager) y TIR (Thermal Infrared) (Landsat 8) Escaner Multiespectral: 11 bandas Resolución espacial 15 / 30 / 100 m Imagen 183 Km Resolución temporal 16 días (8 días de diferencia con Landsat 7)


Programa Landsat



Programa LandsatMSS1 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



Programa Landsat 8

Bandas Longitud de onda(micrómetros)

Resolución(metros)

Band 1 - Coastal aerosol 0.43-0.45 30

Band 2 - Blue 0.45-0.51 30

Band 3 - Green 0.53-0.59 30

Band 4 - Red 0.64-0.67 30

Band 5 - Near Infrared (NIR) 0.85-0.88 30

Band 6 - SWIR 1 1.57-1.65 30

Band 7 - SWIR 2 2.11-2.29 30

Band 8 - Panchromatic 0.50-0.68 15

Band 9 - Cirrus 1.36-1.38 30

Band 10 - Thermal Infrared (TIRS) 1 10.6-11.19 100

Band 11 - Thermal Infrared (TIRS) 2 11.50-12.51 100


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


Programa Spot



Programa SpotHRV1 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


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.

• 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)


Programa Sentinel-2



Programa Sentinel-2 sensor MSI

Resoluciónespacial

(m)

Númerode banda

S2A S2BLongitud 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


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…


Programa TERRA


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


Programas de alta resolución espacial


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


Programas de alta resolución espacial



Comparación de las bandas de sensores de media y baja resolución espacial. Bevington et al. 2018



Vida activa de los satélites lanzados desde 1972 y sus respectivos sensores. Bevington et al. 2018

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