Introduccin a los Sensores Remotos
Alumna: Lizette Zareh Cortes Macas.
Unidad de aprendizaje: SENSORES REMOTOS
Facilitador: Dr. Jushiro Cepeda MoralesIntroduccin a los
Sensores Remotos
Los sensores remotos operan por lo general con datos de radiacin
electromagntica (emisin y reflexin).
El trabajo con sensores remotos implica bsicamente de dos
partes:La adquisicin de datos yEl anlisis de datos
FUENTES DE LOS DATOS
La adquisicin de datos involucra a: 1) La fuente de energa 2) La
propagacin de sta a travs de la atmosfera 3) Interaccin de la
energa con la superficie terrestre 4) Retransmisin de energa por la
atmosfera 5) Sensores orbitales o transportados en el aire
5)Generacin de datos digitales o analgicos .El anlisis de datos
implica:1) El examen e interpretacin de los datos obtenidos 2) Una
referencia de los datos sobre los recursos estudiados 3) Compilacin
de toda la informacin en forma de mapas, informes o SIG para
finalizar obteniendo el producto listo para presentar a los
usuarios de manera fcil.
2La REM (radiacin electromagntica) es la base del sistema de
sensores remotos.Las ondas electromagnticas son formadas por:
Las ondas electromagnticas de alta frecuencia tienen una
longitud de onda corta y mucha energa mientras que las ondas de
baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca
energa.Energa y principios de radiacin-Radiacin electromagntica
Es preciso entender cmo la REM es generada, propagada, y
modificada puesto que es la base del sistema de sensores
remotos.Las ondas electromagnticas (estn formadas por un campo
elctrico y un campo magntico perpendiculares entre s y a la
direccin de propagacin, y viajan a travs del espacio sin necesitar
de un medio fsico, a travs de los fotones. El espectro
electromagntico de radiacin incluye diferentes ondas que van desde
las de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz
ultravioleta, rayos X, hasta rayos gamma, segn su longitud. La luz
visible est entre los 300 y 700 nanmetros, del rojo al azul. La
teora bsica de ondas explica cmo toda esta energa se transporta. La
distancia de un mximo de la onda con el de la siguiente es la
longitud de onda, mientras que el nmero de picos que pasan por un
punto fijo en el espacio por unidad de tiempo es la frecuencia.La
ecuacin de Max Planck deja claro cmo las ondas electromagnticas de
alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energa
mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes
de onda y poca energa.El comportamiento de las radiaciones
electromagnticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiacin
electromagntica interacta con tomos y molculas puntuales, su
comportamiento tambin depende de la cantidad de energa por quantum
que lleve.
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La mayora de la radiacin que llega a la Tierra est en la parte
visible del espectro, que va de 380 a 750 nanmetros aprox.).
La mayora de los sistemas de sensores remotos operan en una o
varias fajas del espectro visible, el infrarrojo y microondas.
Todos los cuerpos emiten algn tipo de radiacin. Sin embargo la
cantidad de emisin y longitud de onda vara segn la naturaleza e
interaccin con la energa de cada cuerpo.
Principalmente se definen segn su longitud de onda, frecuencia y
energaLas ondas electromagnticas cubren una amplia gama de
frecuencias o de longitudes de ondas y pueden clasificarse segn su
principal fuente de produccin. La clasificacin no tiene lmites
precisos (Leonberger 2002, pp. 425-427). No hay un corte neto entre
una regin y la siguiente.Principalmente se definen segn su longitud
de onda, frecuencia y energa.La regin del espectro que corresponde
a la parte visible es muy pequea, sin embargo la mayora de la
radiacin que llega a la Tierra es de esta naturaleza.La mayora de
los sistemas de sensores remotos operan en una o varias fajas del
espectro visible, el infrarrojo y microondas.Todos los cuerpos,
incluso los de los lugares ms inhspitos del Universo emiten algn
tipo de radiacin (excepto los agujeros negros-). Sin embargo la
cantidad de emisin y longitud de onda vara segn la naturaleza e
interaccin con la energa de cada cuerpo.
4Modelo RGB (sntesis aditiva)Se refiere a la formacin de los
colores sumando las diferentes luces en sus distintas longitudes de
onda. Los colores primarios son rojo, verde y azul. La suma de
todos los colores es la luz blanca, y la ausencia de luz (de color)
es el negro. La suma de dos colores primarios en partes iguales
resulta en un color secundario: amarillo, cian y magenta.
Modelo CMY (sntesis sustractiva)Esta se refiere a la obtencin de
colores por mezclas de pigmentos. Los colores primarios de este
modelo son los que se crean por la absorcin de ciertas longitudes
de ondas: cian, magenta y amarillo. La sntesis sustractiva necesita
de la luz blanca para su creacin. Cuando la luz blanca llega a una
superficie los pigmentos que sta contiene absorben la luz de todas
las ondas excepto la de sus colores, que se reflejan a la atmosfera
y podemos as percibir.
EL COLOR
Thomas Young La teora bsica de los colores hecha por Thomas
Young explica que la retina humana posee 3 tipos de sensores en los
cono : los que son sensibles a la luz roja, los sensibles a la luz
azul y los sensibles a la luz verde. Los ojos capturan la energa
del espectro magntico entre 400 y 700 nanmetros, el azul
corresponde de entre 440 a 520 nanmetros, el verde hasta los 530 y
el rojo a partir de 570 nanmetros. La respuesta humana al color est
determinada por la proporcin de la actividad neuronal de estos tres
sensores (Daniel J. Prez, 2007). Con la combinacin de estos tres
colores pueden obtenerse el resto de los que pertenecen al
arcoris.La percepcin de un color es influenciada por varios
factores cmo la intensidad de luz del ambiente, su tamao o cercana
con otros objetos, as como las caractersticas peculiares de los
ojos de los individuos. Por esto es difcil clasificar el color y
hablamos de brillo o luminosidad (aproximacin del brillo real
percibido).
5La atmsfera es el medio en el cual la radiacin del Sol (o de la
superficie terrestre) viaja hasta llegar al sensor. Sin embargo,
las caractersticas (voltiles) de la atmsfera afectan la radiacin
que reincide debido a la capacidad de absorcin, dispersin y emisin
de la misma.
La atmsfera
Es una gran mezcla de gases formada principalmente (>99%) por
nitrgeno, oxgeno y argn. Los principales gases atmosfricos que
absorben radiacin son el CO2, oxigeno, vapor de agua, ozono,
metano, xido nitroso y monxido de carbono. Estos gases afectan de
forma crucial el equilibrio de la energa global de la Tierra.Se
divide en capas: troposfera, estratsfera, mesosfera y termosfera,
se diferencian en temperatura y altitud.
Mediante la radiacin se transmite la energa que proviene del
Sol, y viaja a travs del espacio o a travs de material. La
transferencia de radiacin es elemental para el uso de sensores
remotos. La atmsfera es el medio en el cual la radiacin del Sol
viaja hasta llegar al sensor. O tambin la radiacin emitida
directamente de la superficie de la Tierra y sus objetos viaja a
travs de ella. Sin embargo, las caractersticas (voltiles) de la
atmsfera afectan la radiacin que reincide por su capacidad de
absorcin, dispersin y emisin de la misma.DispersinOcurre cuando la
direccin de la energa se cambia de forma impredecible por las
partculas de la atmsfera.AbsorcinCuando la energa atraviesa el
medio (atmsfera) una porcin de esta es capturada por ciertas
partculas. Al hacer esto sufre una transformacin, a otra forma de
energa que puede emitirse en otras partes de la atmsfera La
absorcin en la atmsfera la llevan a cabo principalmente el vapor de
agua, el CO2 y el O3.Mediante la transmisin la radiacin se propaga
a travs de un medio.
6Cada objeto posee una firma espectral que es propia de cada
material (estructura atmica y molecular). Esta firma est
relacionada con la capacidad de reflejar, absorber o transmitir de
cada material. Al no absorber ciertas longitudes de onda se
reflejan hacia el espacio, y de esta energa emitida depende la
respuesta espectral.
Las reflexiones de una superficie pueden ser cuantificadas
midiendo la energa incidente reflejada, en funcin con la longitud
de onda y el espectro de reflexin. Conocer las propiedades
espectrales de los materiales es muy importante para la seleccin de
las bandas espectrales que lo puedan reconocer desde el sensor.
Interaccin de la Energa con los MaterialesLa Tierra est cubierta
primordialmente de agua, suelo, rocas y vegetacin, y los rangos de
longitud de onda de cada uno de estos materiales son diferentes,
reflejan energa en diferentes longitudes de onda.
Interaccin de la rem con la superficie terrestre
ReflexinEs el cambio de direccin de una onda cuando entra en
contacto con una superficie y se desva regresando al medio formando
un ngulo oblicuo al de la luz incidente. La forma en que los
objetos reflejan la energa est determinada por la forma de su
superficie. Puede ser especular (en superficies planas, con ngulos
de incidencia y reflexin iguales) puede ser difusa (en superficies
speras que refleja uniformemente en todas direcciones.
7Con la Vegetacin (visible al infrarrojo cercano)Los sensores
pueden medir la reflectancia espectral tpica de la vegetacin en
ndices aproximados de entre450 y 700 nanmetros. La clorofila con
sus pigmentos, es el catalizador para la fotosntesis, su funcin es
absorber la radiacin solar. Cuando una planta es sometida a
cualquier tipo de estrs disminuye su produccin de clorofila,
entonces provoca una disminucin en la absorcin de las bandas azul y
rojo, y aumenta su reflectancia (vemos las plantas
amarillentas).
Con el SueloLos factores que aumentan la reflectancia del suelo
son: la humedad, la textura superficial, la presencia de xido
frrico as como la presencia de materia orgnica. Mientras mayor
cantidad de humedad y de xido de hierro hay disminucin de
reflectividad, al menos en la longitud de onda visible.
Con el AguaLa reflectancia del agua depende de varios factores
cmo: la profundidad del cuerpo de agua, su rugosidad superficial y
el contenido de materiales disueltos en ella. La mayor
reflectividad del agua se produce en el azul (400 a 500 nanmetros)
y se reduce en el infrarrojo prximo.
Con las Rocas y Minerales Los rasgos que caracterizan las
respuestas espectrales de los minerales y /o rocas dependen de
procesos electrnicos y transiciones vibracionales, que ocurren en
la estructura atmica y molecular de los mismos (Daniel J. Prez,
2007).
Interaccin de la rem con los Materiales8Tipo de rbita:Forma
ElpticaCircularInclinacinPolar EcuatorialInclinadaAlturarbita baja
(LEO) 600-1600 kmrbita media (MEO) >10075 kmGeostacionarios
(GEO) 35,786 Km
Sistemas de Sensores/ Mtodos de Percepcin Remota
LEO (Low Earth Orbit)Altura constante de 500 a 900 km
MEO (Medium Earth Orbit)Longitud de entre 5 000 y 12 000 km
GEO (Geosynchronous Earth Orbit)Altitud de 35 786 km
(Clarke)
.
Los satlites pueden ser ubicados a distintas distancias de la
tierra y a velocidades diferentes de la de rotacin. De esto depende
la cantidad de satlites necesarios para una cobertura mundial y la
potencia que deben tener.La potencia necesaria para emitir desde
una rbita baja es muy inferior a la necesitada en casos de mayor
altura de la rbita. Segn estas caractersticas los satlites se
dividen en:
Tienen diferentes clasificaciones- Segn su aplicacin en:
Cientficos, comunicaciones, meteorolgicos, exploracin de Recursos
Naturales, navegacin y militares.- Segn su tamao: picosatlites
(1000Kg).Segn el origen de su fuente de radiacin pueden ser activos
(con una fuente propia de radiacin, no depende de otra externa), y
pasivos (depende de una fuente de radiacin externa, el Sol).
9Las imgenes obtenidas a partir de los sensores remotos son una
representacin de los objetos terrestres (Daniel J. Prez, 2007).
Estructura de la Imagen y Adquisicin de Datos
Una imagen satelital est compuesta por un raster con celdas que
tienen un arreglo espacial segn el sistema de coordenadas que
consta de rows (columnas horizontales) y samples (columnas
verticales).
Cada una de estas celdas forma un pixel en el raster. Cada uno
de estos pixeles tiene un atributo nmerico que indica el nivel de
gris de esa celda.
EL nivel de gris se llama nmero digital y no es para nada dado
al azar, sino que representa la intensidad de energa
electromagntica medida por el sensor en diferentes albedos en
cierta rea de la superficie terrestre.
La informacin colectada por los sensores remotos puede ser
fotogrfica o electrnica. En esta ciencia al hablar de una fotografa
se refiere a la impresin directa sobre una pelcula sensible a la
luz mediante reacciones qumicas. Cuando se habla de imgenes se hace
referencia a cualquier presentacin grfica de datos.
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Resolucin geomtrica o espacial
Resolucin Espectral
Resolucin Radiomtrica
Resolucin Temporal
Resolucin de una Imagen
Resolucin de una ImagenSe refiere al rea que el pixel de la
imagen cubre en la superficie terrestre. Hay diferentes tipos de
resolucin:Resolucin geomtrica o espacialEs la medida del objeto ms
pequeo que los sensores pueden cubrir o registrar, est representado
por cada pixel (Daniel J. Prez, 2007).Resolucin EspectralEs la
capacidad de los sensores de distinguir diferentes albedos de la
superficie. Se relaciona con: el valor de intervalos de longitud de
onda y con la cantidad de bandas ue el sensor puede registrar en el
espectro electromagntico (Daniel J. Prez, 2007).Resolucin
RadiomtricaEst dada por el nmero de niveles digitales, cunto mayor
es el nmero de niveles de grises, mayor es la resolucin
radiomtrica.Resolucin TemporalEs la frecuencia en el tiempo con la
cual el sensor obtiene imgenes de una misma rea (Daniel J. Prez,
2007).
11http://www.upv.es/satelite/trabajos/pracGrupo17/sistemas.html
fuentes
