Doctorado FCF-UNSE 2010
"Monitoreo de la vegetación mediante técnicas de percepción remota"
Temas a desarrollar 1. Definición. 2. Principios elementales: espectro electromagnético, interacción con la atmósfera.
3. Interacción de la energía electromagnética con la superficie terrestre. 4. Conceptos de resolución. 5. Componentes de un sistema de percepción remota.
6. Sistemas de sensores remotos.
Definiciones de Percepción Remota 1.
Es la adquisición de información acerca de un objeto sin estar en contacto físico con él (Sabins 1977).
2.
Es la medición o adquisición de información sobre alguna propiedad de un objeto o fenómeno por un instrumento de registro que no está en contacto físico con el objeto bajo estudio (Colwell 1983).
3.
Es el arte y la ciencia de obtener información sobre un objeto, zona o fenómeno, a través del análisis de información obtenida por un dispositivo que no se encuentra en contacto con el objeto, zona o fenómeno en investigación (Lillesand y Kiefer 1987).
Bases de la definición de Percepción Remota En todas las definiciones se observa que existen en común: 1. 2. 3.
4.
Una fuente emisora Un objeto a estudiar Distancia entre el objeto a estudiar y el sistema que capta la información Un sistema capaz de captar información
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Interacción de la EEM con los gases de atmósfera
Ventanas atmosféricas Jensen 2005
Conceptos Básicos de la Percepción Remota 8 bit
Conceptos Básicos de la Percepción Remota
Efecto de la interacción atmosférica y la toma de una imagen satelital
Conceptos Básicos de la Percepción Remota
Interacción de la EEM diversos tipos de superficies
Jensen 2005
Conceptos Básicos de la Percepción Remota
Conceptos Básicos de la Percepción Remota La BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) es la magnitud fundamental para describir las propiedades espectrales y direccionales de la reflectividad.
Para la caracterización de la BRDF es necesario disponer de un conjunto de medidas de reflectividad adquiridas bajo diferentes configuraciones geométricas. Los principales factores que determinan la misma: la estructura de la cubierta, los parámetros ópticos y el ángulo cenital de la iluminación. La anisotropía de la BRDF permite definir la denominada “Signatura Direccional” de las superficies.
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Bosque de coníferas
Sol detrás del observador: backscattering
Sol opuesto al observador: forwardscattering
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Cultivo de soja
Sol detrás del observador: backscattering
Sol opuesto al observador: forwardscattering
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Suelo sin cobertura vegetal
Sol detrás del observador: backscattering
Sol opuesto al observador: forwardscattering
Conceptos Básicos de la Percepción Remota
Esquema Básico de la Percepción Remota
Sensor
* Sensor (pasivo) * Fuente de energía (sol) * Blanco (tierra)
Clasificación de los Sensores Remotos según el tipo de fuente de energía que utilizan 1. Pasivos: la fuente emisora de energía es externa al sistema (p.ej.: sol) – Fotografías aéreas (pancromáticas, color normal, IR-byn, IR-color) – Imágenes TM Landsat, VEGETETION SPOT, MODIS (sensores electro-ópticos), 2. Activos: el sistema tiene su propia fuente emisora de energía – RADAR (microondas) – LIDAR (laser): Light Detection and Ranging
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Espectro Electromagnético Energía Electromagnética (EEM)
Conceptos Básicos de la Percepción Remota 8 bit
Firma espectral: forma particular de reflejar o emitir energía que presenta un determinado objeto o cobertura. Está afectada por las características físicas o químicas del objeto que interaccionan con la EEM, y varía con las longitudes de onda.
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Respuesta espectral de diversos tipos de coberturas de la tierra
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Respuesta espectral de diversos tipos de coberturas de la tierra
Conceptos Básicos de la Percepción Remota Respuesta espectral de la vegetación según su estado
Firmas espectrales de fresno (Fraxinus sp.) sano enfermo muerto
Conceptos Básicos de la Percepción Remota
RESOLUCIÓN
Concepto de Resolución en Percepción Remota 1. Resolución espacial: es la medida de los objetos más pequeños que pueden ser registrados por un sensor. 2. Resolución espectral: intervalos específicos dentro del Espectro Electromagnético donde el sensor registra los datos. 3. Resolución radiométrica: rango dinámico o valores de brillo en que se graban los datos registrados por el sensor. P.ej.: una imagen de 8 bits tiene 256 tonos de grises.
4. Resolución temporal: periodicidad entre un registro y otro de la misma porción de superficie terrestre.
Concepto de Resolución en Percepción Remota Resolución espacial
Pixel = 10 m Filas = 160 pixels, Columnas = 160 pixels
Pixel = 20 m Filas = 80 pixels, Columnas = 80 pixels
Pixel = 40 m Filas = 40 pixels, Columnas = 40 pixels
Pixel = 80 m Filas = 20 pixels, Columnas = 20 pixels
Concepto de Resolución en Percepción Remota
Resolución radiométrica
8-bit (256 niveles)
6-bit (64 niveles)
4-bit (16 niveles)
3-bit (8 niveles)
.
2-bit (4 niveles)
1-bit (2 niveles)
Concepto de Resolución en Percepción Remota Ejemplo para una imagen Landsat 5 TM: - Resolución espacial: 30 m x 30 m - Resolución espectral: 7 canales/bandas (k=7) - Resolución radiométrica: 8 bits (256 tonos de grises por canal) - Resolución temporal: 16 días . 3 k : 7 (número de canales/bandas)
2
1 Píxel: 30m x 30 m.
i Líneas
j Columnas
. k
Concepto de Resolución en Percepción Remota Ejemplo para imágenes MODIS (satélites TERRA/AQUA) - Resolución temporal: 2 veces /día (AM/PM) y dos nocturnas
Concepto de Resolución en Percepción Remota Ejemplo para imágenes de períodos de16 días NDVI MODIS - Resolución temporal: 16 días (promedio de 16 registros diarios)
.
(satélites MODIS TERRA/AQUA)
Concepto complementario: “cobertura” P232 #
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R083 R083
278 59
P225 #
R083 R083
Cobertura de LANDSAT TM: cada cuadrante representa una escena
Cobertura MODIS Terra: porción de escena cubriendo el centro-norte argentino
Concepto complementario: “cobertura”
.
Conceptos en la Percepción Remota
IMÁGENES COLOR Y FALSO COLOR…. DESPLIEGUE DE IMÁGENES EN UN MONITOR…
Formación de Imagenes Color y Falso Color Procesos de formación de color: 1. Aditivo - Rojo, Verde y Azul (RVA, RGB): utilizado en los sistemas electrónicos de visualización de imágenes.
2. Sustractivo - Amarillo, Magenta y Cian (AMC, YMC): utilizado en la reproducción mecánica del color, en las artes gráficas.
Bandas espectrales del sensor TM LANDSAT5 Espectro electromagnético m 0.4 Banda 1
0.6
Banda 2 Banda 3 Banda 4
0.8 1.0
Visible
Infrarrojo Cercano
1.2 1.4 1.6
Banda 5
1.8 2.0
Banda 7
2.2
Infrarrojo Medio
2.4 2.6 3.0
4.0 6.0 8.0 10.0 Banda 6
12.0 14.0
Infrarrojo Térmico
Formación de Imagenes Color y Falso Color
Banda 5
Banda 4
Banda 3
Landsat TM Composición Falso color 543 RGB - 543RVA B5 (IR medio) en plano rojo B4 (IR cercano) en plano verde B3 (rojo) en plano azul
Formación de Imagenes Color y Falso Color
Landsat TM Composición Falso color 543 RGB - 543RVA B5 (IR medio) en plano rojo B4 (IR cercano) en plano verde B3 (rojo) en plano azul
LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 123 RGB 123 RVA
Res. esp. 30 m
LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 321 RGB 321 RVA
Res. esp. 30 m
LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 432 RGB 432 RVA
Res. esp. 30 m
LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 453 RGB 453 RVA
Res. esp. 30 m
LANDSAT: Ciudad Capital de Santiago del Estero LANDSAT 543 RGB 543 RVA
Res. esp. 30 m
Conceptos en la Percepción Remota
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS IMÁGENES DIGITALES …
Conceptos Básicos de la Percepción Remota El flujo de Energía Electromangética que llega al sensor es: detectado, transformado y registrado para su posterior análisis. Detección y Transformación: propias del sistema. Registro: Gráfico/analógico: fotografías, monitor de computador. Digital: soportes magnéticos variados (discos duros, DVD, etc.)
Imagen Digital / Matriz Numérica Una imagen digital es en esencia una matriz numérica, compuesta por elementos (celdas/píxels) distribuidos en filas y columnas (i, j). Matríz de imagen para cada banda espectral Columnas
Filas
Estadísticas Estadísticas
Imagen Digital / Matriz Numérica
Landsat TM Composición Falso color 543 RGB B5 en rojo B4 en verde B3 en azul
Sistemas Satelitales de Percepción Remota
Recursos naturales
ERTS 1 (LANDSAT)
1972 NASA USA
MSS LANDSAT
MSS Banda 4
Primera escena Landsat MSS 10.10.1972 USA
MSS Banda 5
Falso color, composición 754RVA (754RGB)
MSS Banda 6
MSS Banda 7
MSS: sistema barredor multiespectral, 4 bandas espectrales, 185 km x 185 km de cobertura, resolución temporal de 6 días
MSS LANDSAT datos históricos Reconstrucción ambiente 30 años Definir: - hot-spots de deforestación y aprovechamientos intensivos - tendencias - áreas de reserva - conservación - restauración
1972-75
LANDSAT - SISTEMA WRS I
WRS I: Worldwide Reference System, sistema de coordenadas propias
LANDSAT - SISTEMA WRS II
WRS II: para los satélites LANDSAT 4-5-7, debido al cambio de parámetros orbitales
Satélites de la serie LANDSAT
BANDAS SENSOR LANDSAT TM Espectro electromagnético m 0.4 Banda 1
0.6
Banda 2 Banda 3 Banda 4
0.8 1.0
Visible
Infrarrojo Cercano
1.2 1.4 1.6
Banda 5
1.8 2.0
Banda 7
2.2
Infrarrojo Medio
2.4 2.6 3.0
4.0 6.0 8.0 10.0 Banda 6
12.0 14.0
Infrarrojo Térmico
BANDAS SENSORES TM* y ETM+
ETM+
TM 30 30 30 30 30 120
30 ---
TM y ETM+ - LANDSAT 5 y 7 Landsat 5 : sensor Mapeador Temático TM Landsat 7 : sensor Mapeador Temático Mejorado ETM+
WRS II: Worldwide Reference System Path/Row Sistema de Referencia Global Órbita/Punto 001-233 órbitas, 001-248 puntos
LANDSAT TM
Aplicaciones
VEGETATION SPOT
¡Con José Luis Tiedeman!
Sistemas Sudamericanos
Sistemas Satelitales de Percepción Remota CBERS Brasil
Imageador de Visada Larga (WFI – Wide Field Imager) Varredor Multiespectral Infravermelho (IR-MSS – Infrared Multispectral Scanner) Câmara de Alta Resolução CCD ( Couple Charged Device)
Sistemas Satelitales de Percepción Remota CBERS Brasil 20 m x 20 m (perdido marzo 2010, solo de archivo)
Sistemas Satelitales de Percepción Remota Satélite SAC-C Cámara MMRS Resolución: Bandas 1 a 5 (multiespectrales) 175 m. Producto: faja de 360 x 5000 km. (aproxim.) Banda
Azul-verdoso
2
Rango espectral 480 – 500 nm 540-560 nm
3
630-690 nm
Rojo
4
795-835 nm
IR cercano (NIR)
5
1550-1700 nm
1
Color
Verde
IR medio de onda corta (SWIR)
Cámara HRTC Resolución: Banda pancromática, 35 m. Producto: faja de 90 x 1000 km. (aproxim.)
Producto PIMH: fusión MMRS y HRTC, 35 m.
ORBITA 229 7 de julio de 2005
Sistemas Satelitales de Percepción Remota PROVINCIA DE SANTIAGO DEL ESTERO
09.03.2002 ARGENTINA
W RS (II ) LA ND SA T 7
Cobertura completa de la Provincia de Santiago del Estero Comparación de las coberturas de MMRS SAC-C y del ETM+ LANDSAT 7
MMRS: 37 MB (porción/ventana de imagen)
ETM+ : 5GB (11 escenas x 472 MB)
Sistemas Satelitales de Percepción Remota DESDE EL ESPACIO ÁREA DE RIEGO DEL RÍO DULCE CONVENIO UCSE-CONAE
Ciudad Capital de Santiago del Estero
6960000
Lagunas de Huyamampa
6940000
Dique Los Quiroga 6940000
Ciudad de La Banda
6920000
Ciudad Capital de SDE
6900000
6900000
6920000
Río Dulce
6880000
6880000
Res. espacial 175 m
4420000
6960000
B1: Azul, B2: Verde, B3: Rojo, B4: IR-cercano, B5: IR-onda corta
4400000
6980000
SAC-C MMRS Cámara Multiespectral de Resolución Media
4380000
6980000
4360000
4360000
IMA GEN D E S AT ÉL IT E A RG EN T IN O SA C-C CÁ MAR A MU L TI ESP EC TR A L D E RE SOL UC IÓ N MED IA M MR S FA LSO C OLOR 5 43 -R VA Fe cha : 2 6.0 6.2 00 1
4380000
4400000
4420000
dr . Hugo R. Zerda M. Sc. M ar ía de Lourdes Moreira
Sistemas Satelitales de Percepción Remota Monitoreo de la actividad vegetativa: cultivos, bosques. < act.
> act.
SAC-C MMRS 543 RGB (175 m x 175 m)
ÍNDICE DE VEGETACIÓN
Sistemas Hiperespectrales
Comportamiento espectral de diversas Coberturas y usos de la tierra clasificaciones
Sistemas Hiperespectrales Satélite EO1
Sensor Hyperion: 220 bandas, 30 m x 30 m, 7,5 km x 100 km
MODIS The MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer
MODIS: nivel 2G,3G y 4 Sinusoidal
Level
2G/3: parametros geofísicos Level 4: modelos Daily, 8-días, 16-días, 32-días, mensuales y anuales 10º x 10º Tiles ( ventanas ) Sinusoidal (equatorial); 7.5, 15 y 30 arcsec. Resolución (250m, 500m y 1 km) LAEA (“sea-ice” productos, projección polar) Lambert Azimuthal Equal Area (LAEA)
MODIS: nivel 1/3 Radiation Budget Variables – Surface Reflectance – Surface Temperature and Emissivity – Snow and Ice Cover – BRDF and Albedo
BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function
MODIS: nivel 1/3 Ecosystem Variables – Vegetation Indices – Leaf Area Index (LAI) and Fractional Photosynthetically Active Radiation (FPAR) – Vegetation Production – Net Primary Productivity (NPP)
MODIS: productos actuales Level-1A Radiance Counts MOD02 Level-1B Calibrated Relocated Radiances MOD04 Aerosol Product MOD05 Total Precipitable Water MOD06 Cloud Product MOD07 Atmospheric profiles MOD08 Gridded Atmospheric Product (Level-3) MOD09 Atmospherically-corrected Surface Reflectance MOD10 Snow Cover MOD11 Land Surface Temperature & Emissivity MOD12 Land Cover/Land Cover Change MOD13 Vegetation Indices MOD14 Thermal Anomalies, Fires & Biomass Burning MOD15 Leaf Area Index & FPAR MOD16 Surface Resistance & Evapotranspiration MOD17 Vegetation Production, Net Primary Productivity MOD18 Normalized Water-leaving Radiance MOD19 Pigment Concentration MOD20 Chlorophyll Fluorescence MOD21 Chlorophyll_a Pigment Concentration MOD22 Photosynthetically Active Radiation (PAR)
MOD23 MOD24 MOD25 MOD26 MOD27 MOD28 MOD29 MOD31 MOD32
Suspended-Solids Conc, Ocean Water Organic Matter Concentration Coccolith Concentration Ocean Water Attenuation Coefficient Ocean Primary Productivity Sea Surface Temperature Sea Ice Cover Phycoerythrin Concentration Processing Framework & Match-up Database MOD35 Cloud Mask MOD36 Total Absorption Coefficient MOD37 Ocean Aerosol Properties MOD39 Clear Water Epsilon MOD43 Albedo 16-day L3 MOD44 Vegetation Cover Conversion MODISALB Snow and Sea Ice Albedo
Resumen Sensores pasivos
Percepción remota satelital: otros sensores/programas
