1

3. Plataformas y sensores

Concepto de resolución.Tipos de sensores.Plataformas.Misiones en teledetección espacial.

Concepto de Resolución

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0.36 0.45 0.54 0.63 0.72 0.80 0.89 0.98 1.16 1.42 1.67 1.91 2.15 2.40 Wavelength

Ref

lect

ance

59.0933.270.00

Espacial Espectral

RadiométricaTemporal

Angular

Resolución espacial

Objeto más pequeño que puede distinguirse.En sensores óptico-electrónicos:

IFOV: campo de visión instantáneo.Píxel: mínima unidad de información.Depende de: altura orbital, longitud focal y número de detectores.

Efecto de la resoluciónespacial

Jensen, 2004

Resolución espacial e identificación de cubiertas

50 100

20 200

70 100

200160

100

100 190

190150

150

200

200

Tendencias en resolución espacial

1960 1970 1980 1990 2000

1000

100

10

1

0.1

Meteorológicosde órbita polar(≅1 km2)

Recursos Naturales(≅ 1 Ha)

Alta resolucióncivil (≅1 m2)

Meteorológicosde órbita geoestacionaria(≅5 km2)

RecursosNaturales(≅ 0.1 Ha)

Tam

año

del p

íxel

(m)

2

Resolución espectral

Número de bandas.Anchura de las bandas.A mayor resolución espectral mejor reconocimiento de los rasgos de absorción específicos de cada cubierta.

Efecto de la resolución espectral sobre la discriminación de cubiertas

0

20

0,4 0,5 0,6 0,7 µm 0,4 0,5 0,6 0,7 µm

Vegetación sana

Vegetación enferma

0

20

Reflectividad (%) Reflectividad (%)

(a) (b)

Efecto de la resolución espectral sobre la discriminación de cubiertas

Espectro de caolinita para diferentes resoluciones espectrales

Kruse et al 1995.

Resolución temporal

Frecuencia de cobertura del sensor.Depende de: características orbitales de la plataforma (altura, velocidad, inclinación) y del ángulo total de abertura (tamaño de la imagen).Resolución temporal efectiva (condiciones atmosféricas).

Resolución temporal

(Huracán Andrew, 1992).

Cortesía ESA

Resolución radiométrica

Capacidad para detectar variaciones en la radiancia espectral.En sensores óptico-electrónicos: rango posible de valores que almacena el sensor –número de bits-.Especial interés en tratamiento digital (ojo humano: 64 niveles de gris).

3

Resolución radiométrica

8-bit(0 - 255)

88--bitbit(0 (0 -- 255)255)

9-bit(0 - 511)

99--bitbit(0 (0 -- 511)511)

10-bit(0 - 1023)

1010--bitbit(0 (0 -- 1023)1023)

0

0

0

7-bit(0 - 127)

77--bitbit(0 (0 -- 127)127)0

AREA 1: Areas brillantes

AREA 2: Areas oscuras

11 bits: 2048 8 bits: 256

Efecto de la resolución radiométrica

(Cortesía Indra-Espacio)

Resolución angular

Capacidad para observar la misma zona desde distintos ángulos.Máximo interés para modelar los efectos de reflectividad bidireccional y para estimar variables atmosféricas (espesor atmosférico).Escaso desarrollo: ATSR-2 (1995), POLDER (1997), MISR (1999).

Resolución angular

(terra.nasa.gov)

Resoluciones espaciales disponibles

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

Qui

ckbi

rd P

(arc

hivo

)

Ikon

os P

(<6m

eses

)

Ikon

os P

(>6m

eses

)

Qui

ckbi

rd X

S (a

rchi

vo)

Spo

t-5 H

RV

-P (2

.5m

)

Ikon

os X

S (<

6mes

es)

Ikon

os X

S (>

6mes

es)

IRS-

P

IRS-

P

Spo

t-5 H

RV

-P (5

m)

Spo

t-4 H

RV

-P (<

2000

)

Spo

t-4 H

RV

-P (>

2000

)

Spo

t-5 H

RV

-XS

Spo

t-4 H

RV

-P (>

2000

)

Spo

t-4 H

RV

-XS

(<20

00)

IRS-

LISS

IRS-

LISS

Land

sat-5

(< 1

0 añ

os)

Land

sat-5

(rec

ient

es)

Land

sat-7

(Q fl

otan

te)

Land

sat-7

ETM

Land

sat-5

MS

S

IRS-

WIF

S

Terr

a-M

odis

Tam

año

del p

íxel

(m²)

Área abarcada

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

Qui

ckbi

rd P

(arc

hivo

)

Qui

ckbi

rd X

S (a

rchi

vo)

Ikon

os P

(<6m

eses

)

Ikon

os X

S (<

6mes

es)

IRS-

P

Spot

-4 H

RV-

P

Spot

-4 H

RV-

P

Spot

-5 H

RV-

P

Spot

-5 H

RV-

P

Spot

-5 H

RV-

XS

IRS-

P

IRS-

LISS

Land

sat-7

(Q fl

otan

te)

IRS-

LISS

Land

sat-7

ETM

Land

sat-5

Land

sat-5

MSS

IRS-

WIF

S

Terr

a-M

odis

Supe

rfic

ie k

m2

4

Costes por superficie

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000IR

S-W

IFS

Land

sat-5

MSS

Land

sat-5

(< 1

0 añ

os)

Land

sat-7

ETM

Land

sat-5

(rec

ient

es)

Land

sat-7

(Q fl

otan

te)

IRS-

LISS

Spot

-4 H

RV-

P (<

2000

)

Spot

-4 H

RV-

XS (<

2000

)

IRS-

LISS

IRS-

P

Spot

-4 H

RV-

P (>

2000

)

Spot

-4 H

RV-

P (>

2000

)

Spot

-5 H

RV-

P (5

m)

Spot

-5 H

RV-

XS

Spot

-5 H

RV-

P (2

.5m

)

IRS-

P

Ikon

os P

(>6m

eses

)

Ikon

os X

S (>

6mes

es)

Ikon

os P

(<6m

eses

)

Ikon

os X

S (<

6mes

es)

Qui

ckbi

rd P

(arc

hivo

)

Qui

ckbi

rd X

S (a

rchi

vo)

Cos

te €

/km

2Relaciones coste-resolución

Sensores de media-alta resolución

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Resolución (m²)

Cos

te (€

/Km

2)

IRS-WIFS

Quickbird P (archivo)

Spot-5 HRV-P (5m)

Landsat-5 (recientes)

Tipos de sensores

Según tecnología de grabación:Fotográficos.Óptico-electrónicos:

Barrido.Exploración continua.

AntenaSegún tipo de energía detectada:

Pasivos.Activos.

Sensores Fotográficos

Plataforma: aéreos o espaciales.

Película:pancromática, color natural, infrarrojo b/n, infrarrojo color.

Objetivos:monobanda, multibanda.

Ángulo:vertical, oblícua.

Cámaras espaciales

Cámara Multibanda MKF-6(cortesía R.Núñez)

Cámaras a bordo elSpace Shuttle(Short y Robinson, 1997)

Ejemplo de par esteroscópico de la cámara (RMK-20/23)

Cortesía R. Núñez

5

Sensores óptico-electrónicos

La radiancia se convierte a una señal eléctrica, que se transforma a un valor numérico.Amplían el rango del espectro detectado.Conversión de datos a radiancias.Coberturas sistemáticas y de grandes espacios.Formato digital.

Explorador por empuje

Dirección de latrayectoria

Óptica

Explorador por empuje

Dirección de latrayectoria

Óptica

Equipos radar

Radar de imágenes:Apertura real (RAR: SLAR)Apertura sintetica (SAR)

Altímetro.Dispersómetro.

Lídar (bidimensional)

(adaptado de www.toposys.com)

Topografía urbana

Manheim

www.toposys.com/

6

Plataformas de teledetección

Terrestres.Aéreas.Espaciales:

Geo-estacionarios(36.000 km).

Órbitas bajas(200-1000 km):

Polar: heliosíncronos.Ecuatorial.

Plataformas terrestres: Radiometría de campo

Interés:Proponer modelos en condiciones controladas de adquisición.Calibrar imágenes.

Tipos de sensores:Opticos:

Radiómetros de filtros.Espectro-radiómetros.

Activos:Radar terrestreLidar

Radiómetros de filtros

Pocas bandas: ajustados a las de los sensores más comunes.Baratos y fáciles de calibrar.

Espectro-radiómetros

Muy costosos.Permiten obtener espectros contínuos.Buena relación señal-ruido.

Satélites de teledetección

Elementos de la órbita.Area abarcada.Frecuencia de adquisición.Sensores disponibles.

Elementos de una órbita

(NASDA, 1999)

Los elementos de una órbita son altitud (apogeo y periogeo), inclinación (ángulo del plano orbital con el Ecuador) y periodo (duración de una órbita).

7

Orbitas más comunes

Geoestacionaria Polar

USA: Landsat, GOES, Space shuttle, Terra, Aqua, Ikonos, Quickbird.ESA: ERS-1 y 2, Envisat, Meteosat, MSG.Francia: Spot-4 y 5.India: IRS-6, Insat.Canadá: Radarsat-1 y 2.Rusia: Spin-2, Resurs, Meteor.Japón: ALOS, GMS, Aqua.Brasil - China: CBERS, Fen Yung.Corea, Malasia, Taiwan, Israel, Indonesia, Argentina...

Misiones espaciales actuales

Satélites de teledetección más comunes (1/2)

Satélites de recursos naturales:

Landsat (1-7)RBV, MSS, TM, ETM

SPOT (1-5)HRV, HRVIRVegetation

IRS (C, D, P6)Liss, Wifs, Awifs.

Meteorológicos:Meteosat-GoesNOAA-AVHRRDMSPSeawifs

Space shuttleCámaras, SIR

Satélites de teledetección más comunes (2/2)

Satélites de alta resolución:

IkonosQuickbirdSpin-2

Plataformas de teledetección:

Terra / AquaENVISAT

Equipos rádar:ERS-1 y 2; EnvisatRadarsatAlmazJERS - Fuyo

Programa Landsat

Lanzamientos: 1972, 1975, 1978, 1982 1984 (fallido en 1993) y 1999.Orbita heliosíncrona:

Altura: 917 km (1-3); 705 km (4-5-7).Ciclo: 18 días (1-3); 16 días (4-5-7).

Sensores a bordo de los satélites Landsat

MSS1 RBV TM2 ETM+ 3 4 0,5- 0,6µm 14 0,475-0,575µm 1 0,45-0,52µm 1 0,45-0,52µm5 0,6- 0,7µm 24 0,580-0,680µm 2 0,52-0,60µm 2 0,52-0,60µm6 0,7- 0,8µm 34 0,690-0,830µm 3 0,63-0,69µm 3 0,63-0,69µm7 0,8- 1,1µm 15 0,505-0,750µm 4 0,76-0,90µm 4 0,76-0,90µm85 10,4-12,6µm 5 1,55-1,75µm 5 1,55-1,75µm

6 10,40-12,50µm 6 10,40-12,50µm 7 2,08-2,35µm 7 2,08-2,35µm

8 0,52-0,90µmResolución espacial

1-5, 7 30m 4-7 79m 1-3 80m 1-5, 7 30m 6 120m / 60m 3

8 240m 1 40m 6 120m 8 15m

8

Imagen de Alcalá (Landsat-7 ETM+) Programa SPOT

Iniciativa franco-belga-sueca.Lanzamientos: 1986, 1990, 1993, 1998, 2002.Novedades técnicas:

Permite cambiar el ángulo de observación.Incorpora sensor de exploración CCD.

Sensores:HRV (mejorado en 1998 con SWIR).Vegetation (SPOT-4 y 5).

Modificaciones del ángulo de observación en el SPOT

Mejora en laresolución temporal

Observación estereoscópica

Observación vertical

Sensores disponibles en el satélite SPOT

HRV1 HRVIR2 Vegetation2

1 0,50-0,59 1 0,50-0,59 1 0,43-0,47 2 0,61-0,68 2 0,61-0,68 2 0,61-0,68 3 0,79-0,89 3 0,79-0,89 3 0,78-0,89 P 0,51-0,73 4 1,58-1,75 4 1,58-1,75 P 0,51-0,73

Resolución espacial 1-3 20m 1-3 20m 1-4 1000m P 10m P 10 / 5m (1) Solo en los SPOT-1 a 3 (2) Solo en el SPOT-4

Portion of the First Global 10-day Synthesis Image

Produced Using the SPOT Vegetation Sensor

May 11-20, 1998

Portion of the First Global Portion of the First Global 1010--day Synthesis Image day Synthesis Image

Produced Using the SPOT Produced Using the SPOT Vegetation Sensor Vegetation Sensor

May 11May 11--20, 199820, 1998

Jensen, 2000Jensen, 2000Courtesy of SPOT Image, Inc.Courtesy of SPOT Image, Inc.Courtesy of SPOT Image, Inc.

Indian Remote Sensing Satellite, IRS-1C y 1D

IRS-1C lanzado en 1995. Comenzó a funcionar en Diciembre de 1996.IRS-1D lanzado en 1997. Comenzó a funcionar en Octubre de 1997.IRS-P6 (Resourcesat) lanzado en 2003.Órbita heliosíncrona, 907 km, 10,30 a.m., 24 días.

9

Bandas disponibles

LISS-I1 LISS-III2 WiFS2

1 0,45-0,52 1 0,52-0,59 1 0,62-0,68 2 0,52-0,59 2 0,62-0,68 2 0,77-0,86 3 0,62-0,68 3 0,77-0,86 4 0,77-0,86 4 1,55-1,70 P2 0,5-0,75

Resolución espacial 1-4 1-4 23m 1-2 188m

76,5m / 32,25m P 5,8m

Bandas disponibles (IRS 6-P)

56-70 (60) m2-55,8 m2-4

Resolución espacial

1,55-1,705

0,77-0,8640,77-0,864

0,62-0,6830,62-0,683

0,52-0,5920,52-0,592

AWiFSLISS IV

Imágenes IRS-1C (Arica, Chile) Imágenes WIFS de las inundaciones de centro-Europa (agosto 2002)

31 Julio 21 Agostohttp://www.euromap.de/exam_115.htm

Imagen Awifs

Ikonos

Lanzamiento en Septiembre del 99Disponibilidad comercial de imágenesdesde Enero del 2000.Tamaño: 1.8 x 1.6 m., peso: 817 kg.Memoria a bordo: 64 Gb.Orbita: 681 km, heliosíncrona; 14 órbitas al día a 7 km/seg.Vida útil prevista 7 años.

1 mP

4 m1-4

Resolución

0,45-0,90P

0,74-0,884

0,64-0,723

0,52-0,612

0,45-0,531

10

Tipos de producto

www.spaceimaging.com Multi-espectral Barcelona, 2000

Pancromático Madrid, 2000

www.spaceimaging.com

Quickbird

Lanzamiento en Octubre de 2001Disponibilidad comercial de imágenes desde febrero del 2002Capacidad de orientación de la cámara (± 30º)Resolución: 61 cm P y 2.5 m XS.Productos estándar: 70 cm y 3 m.

0,6 mP

2,5 m1-4

Resolución

0,44-0,90P

0,76-0,904

0,63-0,693

0,52-0,602

0,45-0,521

Imágenes Quickbird

Cortesía www.digitalgloble.com

Satélites geo-estacionarios

Orbitan a 36.000 km. Cubren todo el disco visible: Meteosat, Goes, GMS, Insat.Alta resolución temporal: 30 minutos.Baja resolución espacial: 2.5 a 5 km.Visible, IRT, Vapor de agua.MSG: Segunda Generación.

Imagen completas del Meteosat y GOES

11

VIS 1 0.4-1.1 2.5 Km

MIR/WVA 2 5.7-7.1 5 Km

TI 3 10.5-12.5 5 Km

Meteosat

Tamaño: 2.1 m de diámetro y 3.195m de largo.Orbita a 100rpm sobre su eje principal.Se espera una vida útil de 5 años.

Mejoras en Meteosat

Meteosat Second Generation:

Resolución: 3 km para el VNIR y 1 km para los visibles

Iniciada en Abril de 1960 (TIROS-1).Última generación (TIROS-NOAA) operativa desde 1978Órbita polar y heliosíncrona.Altitud: 833-870 kmNormalmente operan dos satélites

con órbitas complementariasSatélites operativos en la actualidad:

NOAA-12NOAA-14NOAA-16-17

Sensores: AVHRR, TOVS, SBUV/2, ERBE

Satélite Satélite

Norte

0 h

12 h

19:30 h

15 h

3 h

7:30 h

Serie NOAA El sensor AVHRRSe instaló por primera vez en el NOAA-6 (1979). Actualmente en el NOAA-15 y 16.Radiómetro de barrido multiespectral:IFOV: 1,39 a 1,51 µrad = 1,1 x 1,1 Km en el nadirÁngulo de barrido ± 55,4° (decrece la resolución espacial hasta 2,4 x 6,5 Km en los extremos)Formatos: HRPT, LAC, GAC, GVI, APT.

Bandas AVHRR

AVHRR/33 AVHRR/11 AVHRR/22

Diurna Nocturna 1 0,58-0,68 1 0,58-0,68 1 0,58-0,68 0,58-0,68 2 0,72-1,10 2 0,72-1,10 2 0,72-1,10 0,72-1,10 3 3,55-3,93 3 3,55-3,93 3 1,58-1,64 3,55-3,93 4 10,3-11,3 4 10,3-11,3 4 10,3-11,3 10,3-11,3 5 11,5-12,5 5 11,5-12,5 11,5-12,5

Resolución espacial: todos 1,1x1,1km (en el nadir)

Bandas AVHRR

Temperatura superficie del mar11.50 - 12.501.09 km5

Nubes nocturnas, temperatura superficie del mar

10.30 - 11.301.09 km4

Nubes nocturnas, temperatura superficie del mar

3.55 - 3.931.09 km3B

Detección de hielo y nieve1.58 - 1.641.09 km3A

Suelo y cuerpos de agua0.725 - 1.001.09 km2

Nubes diurnas y cartografía de la superficie0.58 - 0.681.09 km1

UsoLongitud de onda (um)

Resolución en NadirCanal

Características de los canales del AVHRR/3

12

Lanzado en Octubre de 1999 / Aqua 2002 (EOS-PM)Órbita polar, heliosíncrona, a 705 km de altura. Cruce ecuatorial a las 10:30 a.m. Sensores:Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES)Multi-Angle Imaging Spectroradiometer (MISR)Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection

Radiometer (ASTER).Measurements of Pollution In The Troposphere (MOPITT).

Terra (EOS AM-1) Modis

36 canales, resolución variable:250m (V,IRC)500m (SWIR)1000m (IRM, IRT)

Libre distribución.Datos calibrados.

Indice global de vegetación con Modis

http://modis.gsfc.nasa.gov

Modis – Islas Canarias (250m)

ASTER

4 bandas (V, R, IRC, IRC) de 15 m, la última estereoscópica.6 bandas en el SWIR (30 m).5 bandas en el térmico (90 m).Objetivos: propiedades de las nubes, estudios de vegetación y suelos, temperatura terrestre y topografía.No toma datos constantemente. Imagen de Algeciras adquirida por el

ASTER el 5 de julio de 2000. Cortesía NASA (http://visibleearth.nasa.gov).

13

terra.nasa.gov

Particulas y aerosoles atmosféricos.Cantidad, tipo y altura de las nubes.Estructura del dosel vegetal.

MISR: Multiangular

MISR: Islas Canarias 29 Febrero 2000Se observa una tormenta de arena. Los colores son los mismos en las tres imágenesa) 70.5º adelante; b) nadir; c) 70.5º atrásterra.nasa.gov

Observación multiangular(MISR)

Envisat

AATSR.ASAR.MERIS.GOMOS.MIPAS.

AATSR (Advanced Along-TrackScanning Radiometer)Resolución espacial: 1 kmResolución espectral: VIS - NIR: 0.555, 0.659, 0.865 µm, SWIR: 1.6 µm, MWIR: 3.7 µm, TIR: 10.85, 12 µm.Aplicaciones: océano y costa (temperatura superficie del mar), atmósfera (química atmosférica –gases-, nubes), tierra (vegetación)

http://www.esa.int/envisat/

ATSR-2 World Fire Atlas (ESA 1998) Imagen EnvisatASAR de las manchas del Prestige

14

Meris (MEdium Resolution Imaging Instrument)

Campo de visión 68.5ºResolución: 300m15 bandas espectrales programables entre 390 nm y 1040 nm. Anchura 2 nm.Cobertura global, cada 3 días.Aplicaciones: Océanos y Costa (Color del Océano/Biología), Tierra (Vegetación), Atmósfera (Nubes,Precipitación).

http://www.esa.int/envisat/

Observación integrada ASAR-MERIS

http://www.esa.int/envisat/

Primer satélite del programa Nuevo Milenio de la NASA’ (EO-1). Lanzado el 21 de Noviembrede 2000.Pretende continuar con la misión Landsat. Está acoplado (a 1 min. de desfase del Landsat-7).Sensores: ALI, AC e Hyperion.Incluye datos multiespectrales e hiperespectrales.705 Km sunsynchronous (98° inclination) orbit

Hyperion

El primer sensor hiperespectral desde satélite.220 bandas que cubren de 0.4 – 2.5 µm con 30 m de resolución.Cada escena cubre 7.5 X 100 Km.

Imagen Hyperion de área quemada

Radiancia

0

20

40

60

80

100

120

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Longitud de Onda (nm)

Rad

ianc

ia (W

/m2/

um/s

r)

Perfil No Suavizado

05

101520253035404550

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Longitud de Onda (nm)

Ref

lect

ivid

ad (%

)

Perfil Suavizado

05

101520253035404550

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Longitud de Onda (nm)

Ref

lect

ivid

ad (%

)

RadianciaRadiancia

Perfil No Perfil No SuavizadoSuavizado

Perfil Perfil SuavizadoSuavizado

Parra, 2006

Satélites con radar

Seasat (Banda L).SIR-C (Banda L, C y X. Angulo variable)ERS-1 – 2 - Envisat (Banda C. 23º).Almaz (Banda S. De 30 a 60º).Radarsat (Banda C. De 20 a 50º).JERS-Fuyo (Banda L. 35º).