Revisión General de los
Conceptos Fundamentales de
Percepción Remota
Emil A. Cherrington
Centro del Agua del Trópico Húmedo
para America Latina y el Caribe
(CATHALAC)
1km pixels
e.g. AVHRR, GOES, MODIS
15m pixels
e.g. ASTER, Landsat ETM (sharpened)
Revisión General
1. Metas
2. Definición de percepción remota (y la
relación con SIG)
3. Aplicaciones en Panamá y la región
4. Resolución – espacial, temporal, espectral,
radiometrica
5. Software
6. Fuentes de datos (y costos)
7. Fuentes de mayor información
8. Preguntas y respuestas
Metas
1. Proveer una revisión general de los
conceptos básicos de percepción remota para
su aplicación en el campo ambiental
2. Proveer una base teorética para los ejercicios
de hoy
3. Proveer fuentes de mayor información sobre
teledetección ambiental
¿Que es percepción remota?
• “La ciencia y el arte de obtener información
sobre un objeto, área, o fenómeno a través de
análisis de datos capturados por un medio no
en contacto directo con el objeto, área, o
fenómeno estudiado”. Lillesand et al (2006)
• “La ciencia de observación de distancia.”
Barret y Curtis (1992)
¿Que incluye percepción remota?
• Adquisición de info sobre un
objeto sin contacto físico con ese objeto
• Percepción y grabación de radiación electromagnética, emitida o reflejada
• Storage, procesamiento, análisis, y aplicación de la info colectada
Fuente: J. Tullis (2006) / J. Jensen (2004)
Fuentes de Datos Satelitales
Algunos satélites y sensores con relevancia a Panamá:
1. ALI – un sensor en el satélite EO-1 de la NASA, similar al ETM+ de Landsat7
2. ASTER – un sensor compartido entre Japón y los EE.UU., ubicado en el satélite Terra, y similar a ALI y ETM+
3. CBERS* – El series de satélites (3) entre Brasil y China; CBERS 2B tiene alta resolución
4. GeoEye-1 – un satelite de alta resolucion, del mismo series que Ikonos
5. Hyperion – el único sensor satelital hyperspectral, en EO-1
6. Ikonos-2 – Uno de los primeros satélites comerciales de alta resolución, similar a Quickbird
7. Landsat – El series de satélites (7) lanzado en 1972, con operaciones hasta el presente, y varios sensores (MSS, TM, ETM+)
8. MERIS – la equivalente de MODIS de la Agencia Espacial Europea (ESA)
9. MODIS – un sensor en los satélites Aqua y Terra
10. Radarsat-1 / -2 – El primer satélite de radar, de los Canadienses
11. RapidEye – satelites de alta resolucion, de Alemania
12. SAC-C – El satélite de observación de la tierra del CONAE de Argentina
13. SPOT – un satélite francés con imágenes de alta resolución
14. Quickbird-2 – las imágenes de alta resolución en Google Earth
Multiple Products per Instrument: MODIS Measurements
MOD01 Level-1A Radiance CountsMOD02 Level-1B Calibrated Relocated Radiances MOD03 Relocation Data Set
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 Suspended-Solids Conc, Ocean Water MOD24 Organic Matter Concentration
MOD25 Coccolith Concentration
MOD26 Ocean Water Attenuation Coefficient MOD27 Ocean Primary Productivity
MOD28 Sea Surface Temperature MOD29 Sea Ice Cover
MOD31 Phycoerythrin Concentration
MOD32 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
¿Porque percepción remota?
Adquirir información sobre un objeto sin contacto directo con ese objeto
¿Porque percepción remota?
Colectar cantidades grandes de datos en una manera eficiente y a tiempo
Usos
• Actualizar o reemplazar mapas existentes • Determinar áreas de categorías conocidas • Hacer inventarios de tipos de cobertura • Documentar cambios entre periodos • Medir condiciones en una área
• Medidas cuantitativa de propiedades
Aplicaciones de PR en Panamá y la
Región Mesoamericana
Panamá -
•
1967:
Imágenes radar de Darién
•
1992:
Cobertura forestal
•
2002:
Cobertura forestal
•
2004, 2006, 2008:
Inundaciones
•
2008:
Análisis de cobertura de manglares
•
2009:
Cobertura forestal (en proceso)
Mesoamerica -
•
1999:
Imágenes radar de Star3i
•
2000:
Elevación – Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)
• 2002: Ecosistemas
Ventajas de percepción remota
• Muchos satélites en orbito, colectando información sobre las mismas áreas • Después de lanzamiento, el costo de
operación / obtener información es bajo • La geometría de los satélites es muy
estable, entonces hay menos posibilidades para distorsiones geométricas en las imágenes
Principles
• Objetos muestra diferencias obvias en energía emitida y reflejada
• La apariencia de objetos cambia con el canal espectral de observación
• Objetos no similares parece diferente en particulares canales espectrales
Principios
Radar Laser Cámara Radiómeter Sonar
Diferencias en Respuesta Espectral
TM Banda 4 (NIR)
TM Banda 3 (Rojo)
Espectro Electromagnético
WAVELENGTHS (en metros)
10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 101 102
VISIBLE
GAMMA RAYS X RAYS VIOLET ULTRA INFRARED
MICROWAVE
RADIO WAVES
400 500 600 700 nanometers
mas largo mas corto
Un sensor mide la cantidad de energía reflejada o emitida por el superficie de la tierra en wavelengths específicos del espectro electromagnético
El sistema ideal de percepción remota
(1) Fuente
uniforme de
energía
(4) Súper
sensor
(2) Atmosfera
sin interferencia
(3) Interacciones
únicas con el
superficie de la tierra
Fuente: M. Vasquez (2006)Interacciones de Energía con la Atmosfera
Scattering
Refracción
Absorción
Energía en el Objeto
Radiacion
I
ncidente puede ser…
•
R
eflejada
•
T
ransmitida
•
A
bsuelto
(y re
E
mitida)
I = R + T +
A
Respuesta espectral típica
Otras respuestas espectrales
Vegetación seca Vegetación verde Suelo Fuente: B. Howell (2006)Respuestas espectrales
Firmas espectrales
Sensores Activos & Pasivos
Pasivos: utilicen energía natural energía,
como la luz del sol reflejada o radiación emitida termal o de microondas
Activos: generan su propia energía transmitida a la tierra, interactuando con la atmosfera y otros superficies
Orbitos de los satélites
Síncrono con el sol (Landsat, SPOT)
Geo-estacionario (p.e. GOES)
Tipos de Resolución
• Espacial - el tamaño del ‘field-of-view,’ como 10 x 10 m.
• Espectral - el numero y tamaño de las regiones espectrales que el sensor captura, como azul, verde, rojo, IR, termal,
microonda (radar)
• Temporal – como frecuente se captura la data, como cada 16 días
• Radiometrica - la sensitividad de los detectores a diferencias pequeñas en la energía electromagnética
10 m B G R NIR Jan 15 Feb 15 10 m
Comparación de 2 sensores
Advanced Very High
Resolution Radiometer
(AVHRR) en el satelite
NOAA
• Resolución espacial = 1.1
km
• Resolución temporal = 12
horas
• Resolución espectral = 5
bandas espectrales –
rojo, infrarrojo cercano,
IR media, 2 termales
• Resolución radiometrica
= 10 bits = 1024 niveles
de brillo
Thematic Mapper en
Landsat 4 y 5
• Resolución espacial = 30
m
• Resolución temporal = 16
dias
• Resolución espectral = 7
bandas espectrales –
azul, verde, rojo,
infrarrojo cercano, 2 IR
media, IR termal
• Resolución radiometrica
= 8 bits = 256 niveles de
brillo
Fuente: M. Vasquez (2006)Resolución espacial
30m
120m
120m
240m
Procesamiento digital
•
Rectificación y restoración
– Corrección geométrica
– Corrección atmosférica
– Remoción de ruedo
•
Mejoramiento (enhancement)
– Estirar contrasto (contrast stretching)
– Manipulación de varias imágenes
• Índices de vegetación
– Clasificación
– Filtración
Software
•
ArcGIS 9.x (ArcView 3.x)
– de ESRI
(www.esri.com)•
ASF MapReady -
de Alaska Satellite Facility
(http://www.asf.alaska.edu/downloads/software_tools)
•
BEAM
-
de la ESA
(http://www.brockmann-consult.de/cms/web/beam/software)
•
ERDAS Imagine 9.x
– de Leica
(www.erdas.com)•
GRASS
– de ITC (
http://grass.itc.it/)•
IDRISI
– de Clark University
(www.clarklabs.org)•
NEST
-
de la ESA
(http://nest.array.ca/web/nest/)•
Opticks
– de Ball Aerospace
(https://www.opticks.org)•
PCI Geomatica 10.x
– de PCI
(http://www.pcigeomatics.com/)•
RSI ENVI 4.x
– de ITT
(www.ittvis.com)Fuentes de Datos
Imágenes multiespectrales
•
NASA REVERB:
http://reverb.echo.nasa.gov/reverb/
•
Respuesta Rápida de MODIS:
http://lance.nasa.gov/imagery/rapid-response/subsets/
•
ESA MERIS:
http://miravi.eo.esa.int/
•
USGS Glovis:
http://glovis.usgs.gov
•
ASF DAAC: https://ursa.asfdaac.alaska.edu/
•
SERVIR:
www.servir.net
Mapas de elevación derivado por radar
•
SRTM, versión 2:
http://srtm.usgs.gov
Satélite Terra Landsat 7 Terra SPOT 5 Ikonos Quickbird Sensor Moderate Resolution Imaging Spectro-Radiometer (MODIS) Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) Advanced Spaceborne Thermal Emission & Reflection Radiometer (ASTER) High Resolution Geometric instrument (HRG)
Tamaño de una escena ~2300km x 2300km 183km x 170 km 60km x 60km 60km x 60km 11km x 11km
16.5km x 16.5km
Precio por una escena
estándar* $0 $0 $80 $1,654- $4,825 $1,186-$6,388 $2,057-$10,366 Precio por km2 $0 $0 $0.02 $0.46- $1.34 $9.80- $52.79 $17- $38.11 Numero de canales espectrales 36 9 14 5 4 4
Resolución mas alta 250m 15m 15m 2.5m 1m 0.6m
Desde 2000 1999 (1982**) 2000 2002 (1998) 1999 2001
Satélites Usados para Evaluación de Recursos y Monitoreo de
Vegetación, Uso del Suelo y Agua del Superficie
* Precios para datos de satélites comerciales son variables por vendedor; información actualizada en julio de 2007 ** Info comparable de Landsat 5 esta disponible desde 1982, pero info de LandSat MSS esta disponible desde 1972
