Los fundamentos de la percepción remota satelital

1. 2da semana – 15 de enerode 2014 Los fundamentos de la percepción remota satelital NASA ARSET- AQ Introducción a la percepciónremota y lasaplicacionespara la calidad del aire Serie de cursillos en línea, invierno 2014 ARSET - AQ Applied Remote SEnsing Training –Air Quality (“Capacitación de percepción remota aplicada – calidad del aire” en inglés) Un proyecto de Ciencias Aplicadas de la NASA 1

2. Resumen • La percepciónremota • Sensoresactivos y pasivos • Captadores de imágenes, sondas y radiómetros • Órbitassatelitales • Resolucionesespacial, espectral, radiométrica y temporal 2

3. ¿Qué es la percepción remota? Recolectar información acerca de un objeto sin estar en contacto físico directo con él. 3

4. Percepciónremota… Un instrumento de percepciónremotamide la radiaciónreflejada o emitida 4

5. Percepción remota: ejemplos • La plataforma depende de la aplicación • ¿Qué información queremos? • ¿Cuánto detalle? • ¿Qué tipo de detalle? • ¿Cuán frecuentemente? 5

6. El procesode la percepciónremota Transmission, Reception, and Processing (E) (A) Fuente de energía o iluminación Recording of Energy by the Sensor (D) Interpretation and Analysis (F) Radiation and the Atmosphere (B) Application (G)  Interaction with the Target (C) 6 Referencia: CCRS/CCT

7. El proceso de la percepciónremota Transmission, Reception, and Processing (E) (A) Fuente de energía o iluminación Recording of Energy by the Sensor (D) Interpretation and Analysis (F) (B) Radiación y la atmósfera Application (G)  Interaction with the Target (C) 7 Referencia: CCRS/CCT

8. El proceso de la percepciónremota Transmission, Reception, and Processing (E) (A) Fuente de energía o iluminación Recording of Energy by the Sensor (D) Interpretation and Analysis (F) (B) Radiación y la atmósfera (C)  Interacción con el objetivo Application (G) 8 Referencia: CCRS/CCT

9. El proceso de la percepciónremota Transmission, Reception, and Processing (E) (A) Fuente de energía o iluminación (D) Grabación de la energía por el sensor Interpretation and Analysis (F) (B) Radiación y la atmósfera Application (G) (C)  Interacción con el objetivo 9 Referencia: CCRS/CCT

10. El proceso de la percepciónremota (A) Fuente de energía o iluminación (D) Grabación de la energía por el sensor Interpretation and Analysis (F) (E) Transmisión, recepción y procesamiento (B) Radiación y la atmósfera Application (G) (C)  Interacción con el objetivo 10 Referencia: CCRS/CCT

11. El proceso de la percepciónremota (A) Fuente de energía o iluminación (D) Grabación de la energía por el sensor (E) Transmisión, recepción y procesamiento Interpretation and Analysis (F) (F) Interpretación y análisis (B) Radiación y la atmósfera (C)  Interacción con el objetivo 11 Referencia: CCRS/CCT

12. El proceso de la percepciónremota Fuente de energía o iluminación (A) Grabación de la energía por el sensor (D) Transmisión, recepción y procesamiento (E) Interpretación y análisis (F) Radiación y la atmósfera (B) (G) Aplicación  Interacción con el objetivo (C) 12 Referencia: CCRS/CCT

13. Pausa para preguntas Nota importante: El satélite no hacemedicionesdirectas de la contaminaciónaéreani de cualquierotroparámetrogeofísicosinomideradianciareflejada/emitidaporcualquiercomponente del sistemaatmosférico-terrestre en la cima de la atmósfera. 13

14. Clasificaciónes de satélites/sensores Algunas de las formas de clasificar satélites/sensores • Órbitas • Polar vs. geoestacionaria • Fuente de energía • Pasiva vs. activa … • Epectro solar • Visible, UV, IR, microonda … • Técnica de medición • Escaneada, no escaneada, captador de imágenes, sondas … • Resolución (espacial, temporal, espectral, radiométrica) • Baja vs. alta (cualquiertipo) • Aplicaciones • Clima, coloresoceánicos, cartografíaterrestre, físicaatmosférica, químicaatmosférica, calidad del aire, balance radiativo, ciclo del agua, gestión costal …

15. Hay muchos tipos de sensores remotos

16. Percepción remota … sensores Sensorespasivos: Los sistemas de percepciónremotaquemiden la energíaqueestánaturalmentedisponible se llamansensorespasivos. Ejemplos: ASTER, LANDSAT, AVHRR, TOMS, MODIS, MISR, OMI, CERES Sensoresactivos: El sensor emiteradiacióndirigidahacia el objetivo a serinvestigado. La radiaciónreflejada de eseobjetivoesdetectada y medidapor el sensor. Ejemplos: LIDAR (CALIPSO, LITE), RADAR (SAR, PR, CPR), SONAR

17. Captadores de imégenes y sondas Los captadores de imágenes crean imágenes – ejemplos, MODIS, MISR Las sondas pueden proporcionar perfiles verticales – Cloud Profiling Radar* (CLOUDSAT), SAR** (Synthetic Aperture RADAR) * Radar de perfil de nubes **Radar de apertura sintética 17

18. Tipos de órbita comunes Geoestacionaria Polar Órbita polar órbita circular fija sobre la Tierra, ~600-1000km en órbita heliosincrónica pasando sobre el mismo punto aproximadamente a la misma hora local solar cada día Órbita geoestacionaria Una órbita que tiene el mismo período de rotación que la Tierra Parece estar ‘fija’ sobre la línea ecuatorial a unos ~36,000km 18

19. Ascendiente vs descendiente Órbitas polares

20. MODIS-Aqua (órbita “ascendiente”) Aproximadamente13h30 hora de paso localSatélite vespertino MODIS-Terra (“descendiente”) Aproximadamente10h30 AM hora de paso local Satélite matutino 20

21. Percepción remota – resoluciones • Resoluciónespacial La mediciónespacialmáspequeña. • Resolución temporal Frecuencia de medición. • Resoluciónespectral El número de canalesindependientes. • Resoluciónradiométrica La sensibilidad de los detectores. 21

22. Pixel La mayoría de las imágenes de percepción remota están compuestas de una matriz de elementos pictográficos o pixeles, los cuales son las unidades más pequeñas de una imagen. Los pixeles de una imagen son normalmente cuadrados (pero no necesariamente) y representan cierta área en una imagen/la Tierra. 22

23. Campo de vista instantáneo (IFOV por sus siglas en inglés) El IFOV es el cono angular de visibilidad del sensor (A) y determina el área en la superficie de la Tierra que es "visto" desde una altura particular en un momento particular en el tiempo (B). El tamaño del área que se observa se determina con multiplicar el IFOV por la distancia del suelo al sensor (C). Esta área en el suelo se llama la célula de resolución y determina la máxima resolución espacial de un sensor 23

24. Resolución espacial Incremento en tamaño de pixel Dirección de escaneo Dirección del vuelo Efecto mariposa Tamaño de pixel fuera del nadir • Resoluciónespacial : Unadefiniciónsencillaes el tamaño de pixel quelasimágenessatelitalescubren. • Las imágenessatelitalesestánorganizadas en filas y columnasllamadasimágenes de “ráster” y cada pixel tieneciertaresoluciónespacial. Campo de Vista (FOV) IFOV Altura del satélite Tamaño de pixel en el nadir 24

25. ¿Por qué es importante la resolución espacial?

26. Resolución espectral - 26

27. Resolución espectral • La resoluciónespectral describe la habilidad de un sensor de definirintervalosfinos de longitud de onda. Cuantomásfinaes la resoluciónespectral, másangostaes la gama de longitudes de ondaparaunabanda o canal particular. • Sensores multi-espectrales  - MODIS • Sensoreshiperespectrales - OMI, AIRS 27

28. Espesor óptico 755 760 765 770 775 Longitud de onda (nm) Para captar la información contenida dentro de una región espectral angosta – se requieren instrumentos hiperespectrales como OMI, or AIRS

29. Resolución radiométrica • Los datos de imágenes están representdados por números digitales positivos que varían del 0 hasta (uno menos que) una potencia elegida de 2. • El máximonumero de niveles de luminosidaddisponiblesdepende del número de bits utilizados al representar la energíagrabada. • Sensor de 12 bits (MODIS, MISR) – 212 o 4096 niveles • Sensor de 10 bits (AVHRR) – 210 o 1024 niveles • Sensor de 8 bits (Landsat TM) – 28 o 256 niveles (0-255) • Sensor de 6 bits (Landsat MSS) – 26 o 64 niveles (0-63) 29

30. Resolución radiométrica 4 - niveles 2 - niveles 16 - niveles 8 - niveles Cuando se clasifica una escena, las diferentes clases se pueden identificar con más precisión si la precisión radiométrica es alta.

31. Resolución temporal • Cuán frequentemente un satélite puede proporcionar una observación de la misma zona de la tierra • Depende principalmente de la anchura de banda del sátelite – mientras más ancho el barrido – más alta la resolución temporal • MODIS – 1-2 días – ciclo de repeticón de 16 dias • OMI – 1-2 días • MISR – 6-8 días • Geoestacionario – 15 min a 1 hora (pero se limita a una aérea específica de la tierra) 31

32. Percepción remota – compromisos MODIS 500 Metros Imagen en color real Imagen Aster Resolución 15 M 32

33. Percepción remota – compromisos 2300 KM 2300 KM 60 KM MODIS 500 Meter True color image • Las diferentes resoluciones son el factor limitante de la utilización de los datos de la percepción remota para diferentes aplicaciones. El compromiso se debe a las limitaciones técnicas • Un barrido más amplio está asociado con una baja resolución espacial y vice versa. • Por lo tanto, los satélites a menudo se diseñan tomando en cuenta las aplicaciones particulares. 33

34. Compromisos • Esmuydifícilobteneraltasresolucionesespectral, espacial, temporal y radiométrica al mismotiempo. • El MODIS, OMI y variosotrossensorespuedenobtenerunacobertura global entre cadadía y cada dos díasdebido a la gran anchura de la bandaqueutilizan. • Los satélites en órbita polar de mayor resoluciónpuedentardar entre 8 y 16 díaspararealizarunacobertura global o quizánuncaproporcionenunacobertura global completa. • Los satélitesgeoestacionariosobtienenobservaciones mucho másfrecuentespero a menorresolucióndebido a que la distancia orbital es mucho mayor. 34

35. Radiómetros Capacidades de instumentos – para la calidad del aire Captadores de imágenes MODIS – Terra y Aqua Resolución de 250m-1 KM MISR Resolución de 275m- 1.1 KM Polder Resolución de 6 KM Resolución de 13 x 24 KM Resolución de 40 x 80 KM Resolución de 30 x 60 KM 35

36. Tressatélitesparadatos de la calidad del aire • MODIS (Terra y Aqua) • 36 canalesespectrales • Cargamento de aerosoles en columna – puedeutilizarseparadeterminar la concentración de masa de partículas • MISR (Terra) • 4 bandasespectrales y 9 bandasangulares • •Cargamentode aerosoles en columna en categorías de diferentestamaños de partículas • En algunoscasos, alturas de aerosoles • OMI (Aura) • Aerosolesabsorbentes • Gases trazadores 36

37. Productos geofísicos Imágenes Fracción de nubes Espesor óptico de aerosoles – Partículas Cantidad total de gases trazadores en columna Concentraciones de gases trazadores en capas Tipo de cobertura terrestre Índice de vegetación 37

38. Cosas importantes que el usuario debe tomar en cuenta y que pueden cambiar con cada instrumento • Exactitud de calibración • Garantía de calidad • Formatos de datos • Resoluciones de productos • Nivel de productos de datos • Versión actual de los datos e historial de datos 38

39. Tarea Tareapara casa La 2da tareadebeentregarse el martes14 de enerode 2014 39

40. Referencias y enlaces • Pagína en línea de ARSET-AQ http://airquality.gsfc.nasa.gov/ • Cursillo de percepciónremota http://rst.gsfc.nasa.gov/ • Intoducción al procesamiento de imágenes digitales – texto de Jensen http://books.google.com/books?id=F84PAQAAIAAJ&q=introductory+digital+image+processing&dq=introductory+digital+image+processing&hl=en&src=bmrr&ei=0GmVTp-sMKnW0QHKvsWuBw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CC0Q6AEwAA • Canada Centre for Remote Sensing (Centro de percepción remota de Canadá) • http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/resource/index_e.php#tutor 40