Sistemas Satelitales

INTRODUCCIÓN A LA
TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA
Haydee Karszenbaum – Veronica Barrazza
haydeek@iafe.uba.ar
Clase 1.3: Sistemas satelitales:
características y ejemplos
Teledetección cuantitativa
Criterios para elegir un sistema satelital: características
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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
Instantaneous Field of View (IFOV): Se trata del cono angular de
visibilidad del sensor (A) y determina el área observada a una determinada
altura 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)
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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.
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Características radiométricas
rango dinámico y resolución radiométrica
intensidades de la
radiación em que es capaz
de medir sin saturarse
capacidad del sensor
para discretizar el
rango de radiación em
medido
Características radiométricas
resolución radiométrica
Características Radiométricas: sensibilidad y rango dinámico
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.
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
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Características espectrales: número de canales, ancho y banda espectral.
Definimos banda como la
región de espectro EM a la que
el detector es sensible
Bandas espectrales / Resolución
Los sensores Multiespectrales poseen un arreglo de
detectores que son sensibles a
distintas bandas
Los sensores Hyperespectrales poseen un arreglo de
gran cantidad de detectores que
cubren el espectro EM de forma
casi continua.
Ancho de banda: FWHM: Full Width at half
maximun
Posicion de la banda
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Características espectrales
Características espectrales: número de canales, ancho y banda espectral
.
(1)
Se refiere a la dimensión y cantidad
de 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.
AVHRR
0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7
(1) (2)
(3)
ETM
0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7
(1)
(2)
(3)
MMRS
0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7
SeaWiFS
(1) (2) (3)(4)(5)
(6)
0,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7
longitud de
onda (µm)
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Influencia del ancho de banda espectral en la discriminación firmas
Firma 1
Firma 2
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Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial.
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: está
definida 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).
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Características espaciales
1) ancho de barrido
2) Resolución espacial
Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial.
Ancho de la Franja de barrido (swath).
Está definida por el ángulo máximo
de observación del sistema
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
ENVISAT-MERIS
SAC C-MMRS
N
Importante!
Afecta a la geometría de
observación a lo ancho de la
franja.
LANDSAT-TM
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Características espaciales: ancho de la franja de barrido y resolución espacial.
Resolución espacial
Resolución
Resoluciónde
de240
120
500
30 m
60
m
LANDSAT-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 (picture
element) (unidad mínima de información).
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Características temporales: hora de pasada y frecuencia de revisita.
Tiempo de revisita
El tiempo de revisita se define como el periodo de
tiempo que tarda el satélite en volver a pasar por el
mismo sitio
Para Landsat y el
SAC-C es de 16 días
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Carácterísticas geométricas:Trayectorias ascendentes y descendentes
Descendente
(N a S)
Ascendente
(S a N)
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
system)
reference
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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Resumen
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.
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 monoespectral
cubre 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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8 bits
15 metros
8 bits
30 metros
12 bits
60 metros
8 bits
30 metros
8 bits
60 metros
Diferencias en resolución espectral, espacial y radiométrica
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MODIS
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Relación entre los tipos de resolución (1)
..Para lograr mayor mayor
resolución temporal, se necesita
una órbita más alta (parámetros
orbitales), lo cual va en
detrimento de la resolución
espacial.
TEMPORAL
Un ejemplo son los satélites
meteorológicos geoestacionarios,
cuya resolución temporal es solo
de media hora, y no por razones
de orden orbital, ya que
permanecen sobre la misma zona
observada, sino por ser ése el
tiempo necesario para adquirir,
procesar y transmitir la
información. Por el contrario, su
resolución espacial es la más
pobre, como consecuencia de la
gran altura (36000km)
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Relación entre los tipos de resolución (2)
.. Para obtener una alta
resolucion espacial, el
sensor tiene que tener
un IFOV pequeño
(Instantaneous Field of
View).
TEMPORAL
Sin embargo, esto reduce
la cantidad de energia
que puede detectarse.
Esto en general, tambien
reduce la resolucion
radiometrica.
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Relación entre los tipos de resolución (3)
.. Para aumentar la cantidad de
energia detectada, (y tambien la
resolucion radiometrica), sin
reducir la resolucion espacial, es
necesario aumentar el ancho de
banda. Esto reduce la resolucion
espectral.
Una resolucion espacial menor,
permite una mayor resolucion
radiometrica y/o espectral.
TEMPORAL
Se hace necesario encontrar un
balance entre los distintos tipos
de resolucion a la hora de definir
las caracteristicas de un sistema.
Esto mismo es importante cuando
se selecciona un sistema para
una aplicacion
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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 qué
casos?
¿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?
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