Clasificacion Sensores Remotos

Apuntes de Clases de Teledetección Espacial

Capítulo III

Clasificación de los Sensores Remotos Ing. Alberto Cortez Farfán

3.1.

Sistema de clasificación Existe diversidad de sistemas de clasificación de sensores remotos. Los criterios empleados, en ningún caso, son excluyentes; esto significa que cualquier sensor estudiado, podrá ser incluido en todos t odos los sistemas de clasificación. En general, es concordante el sistema de clasificación siguiente: • • • • •

3.2

Banda del espectro electromagnético utilizada Fuente emisora de energía Ubicación espacial de la fuente emisora y receptora de energía Información registrada Mecanismos utilizados para captar la información

Clasificación de sensores en función de la banda espectral El criterio se basa en establecer el empleo de las bandas espectrales en percepción remota. Así, los sensores se clasifican en los siguientes grupos: • • • • • • • •

Sensores Sensores Sensores Sensores Sensores Sensores Sensores Sensores

que que que que que que que que

operan operan operan operan operan operan operan operan

en la banda ultravioleta en la banda visible en la banda infrarroja en la banda de frecuencia en la banda de frecuencia en la banda de frecuencia en la banda de frecuencia en la banda de frecuencia

extremadamente alta (EHF) super alta (microondas) ultra alta (UHF) muy alta (VHF) baja, media y alta (LF, MF, HF)

3.2.1 Sensores que operan en la banda banda ultravioleta Esta banda incluye longitudes de onda comprendidas entre 0,004 – 0,400 micrómetros (m). El empleo de esta banda de percepción remota, especialmente en relación con recursos naturales es limitado. Se divide generalmente en cuatro regiones, de las cuales sólo las dos primeras son empleadas en percepción remota, pues las longitudes de onda de las otras dos, no atraviesan la atmósfera. • • • •

UV UV UV UV

Cercano Medio Lejano Vacío

0,400 0,315 0,280 0,010

– – – –

0,315 0,280 0,010 0,004

m m m m

Percepción Remota Percepción Remota

Se denomina ultravioleta fotográfico a la región comprendida entre 0,3 y 0,4 micrómetros, ya que esta región es captada por emulsiones fotográficas. Se han desarrollado varios sensores: • •

Cámaras fotográficas, y Barredores óptico-mecánicos

3.2.2 Sensores que operan en la banda banda visible Esta banda incluye longitudes de onda comprendidas entre 0,400 a 0,700 micrometros (m). Corresponde a la banda del espectro más utilizada en Pág. 1 de 9

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percepción remota por ser hasta la fecha la más conocida y estudiada. Se han desarrollado, para esta banda, un gran número de sensores: • • •

Cámaras fotográficas Sistemas de televisión Barredores óptico-mecánicos, etc.

3.2.3 Sensores que operan en la banda banda infrarroja Esta banda incluye longitudes de onda comprendidas entre 0,700 a 14,0 m. Es la banda del espectro comprendida entre la banda visible y la región de microondas. Su longitud de onda se extiende de 0,7 micrómetros hasta 1,0 milímetro y en general se divide en tres bandas llamadas infrarrojo lejano (o termal), infrarrojo medio e infrarrojo cercano. • • •

IR Cercano 0,7 – 1,3 m IR Medio 1,3 – 3,0 m IR Lejano Lejano 3,0 – 14,0 m (IR Termal)

Se han desarrollado, los siguientes sensores: Infrarrojo Cercano: • •

Cámaras fotográfica, y Barredor óptico-mecánico.

Infrarrojo Medio: •

Barredores óptico-mecánico

Infrarrojo Lejano (o infrarrojo termal): •

Radiómetros

Los radiómetros operan en la banda infrarroja lejana o termal y en la banda de microondas. Se basa en la propiedad de esta banda, que la emisión de energía es detectada en forma de calor. La presencia de nube, lluvia, nieve, bruma, afectan la percepción, por lo que se exige condiciones atmosféricas muy especiales. La utilización del infrarrojo se enmarca dentro de las ventanas atmosféricas previstas para esta región, en el espectro.

3.2.4 Sensores que operan en la banda de frecuencia extremadamente alta (EHF) Esta banda incluye longitudes de onda comprendidas entre 0,1 a 1,0 cm y frecuencias correspondientes al rango 30 a 300 GHz. Es una zona de transición ubicada entre las bandas de radiación infrarroja y de microondas. En esta zona se produce la absorción de la REM por parte del vapor de agua y del oxígeno, situación que limita su utilidad; sin embargo, se han desarrollado algunos sensores que emplean las citadas frecuencias extremadamente alta.

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3.2.5 Sensores que que operan en la banda de microondas microondas Esta banda incluye longitudes de onda comprendidas entre 0,3 a 330 cm. La frecuencia es super alta. Por encima de los 13 GHz, la señal electromagnética es fuertemente atenuada por efecto de la absorción y dispersión producida por el vapor de agua, el oxígeno y la lluvia que se encuentran en la atmósfera. Es necesario utilizar las ventanas de transmisión disponibles para 35, 90, 140 y 225 GHz. Los instrumentos y equipos disponibles para esta banda de frecuencia super alta son numerosos y muy avanzados los mismos que operan tanto de día como de noche. Se incluye en este grupo los siguientes sensores remotos: • • •

Diversos equipos de radar (para detección de objetos o formación de imágenes Radiómetros, y Espectrómetros

3.2.6 Sensores que operan en la banda de frecuencia ultra alta (UHF) Esta banda abarca frecuencias comprendidas entre 300 MHz a 33 GHz. La lluvia y vapor de agua existente en la atmósfera, afectan muy poco a esta banda. Por tal razón, se han desarrollado sensores casi independientes de las condiciones atmosféricas los que además pueden operar tanto de día como de noche. Los sensores más utilizados son los radiómetros.

3.2.7 Sensores que operan en la banda de frecuencia muy alta (VHF) Esta banda abarca frecuencias comprendidas entre 30 a 300 MHz. La mayor aplicación de esta banda en percepción remota, se encuentra relacionada con la medición del espesor de capas de hielo. Para captar esta característica, el sensor requiere una antena pequeña, fácil de transportar en cualquier avión o vehículo espacial.

3.2.8 Sensores que operan operan en la banda banda de frecuencia frecuencia baja, media y alta (LF, MF, MF, HF) Esta banda incluye frecuencias comprendidas entre 30 KHz a 30 MHz. Su uso ha sido tradicionalmente en el campo de las comunicaciones. Su empleo en percepción remota para recursos naturales es muy limitado, a pesar de ser muy conocidas sus propiedades de propagación.

3.3.

Clasificación de los sensores en en función de la fuente emisora emisora de energía El sistema de clasificación se basa en establecer si la fuente emisora de energía es natural como el sol, o si pertenece al sistema mismo del sensor remoto. Teniendo en cuenta este criterio, los sensores se clasifican en dos grupos: •

Sensores pasivos

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3.3.1 Sensor pasivo Es aquel sensor que registra la energía reflejada o emitida por los objetos de la superficie terrestre. La fuente generadora de radiación electromagnética natural, generalmente es el sol. Los sensores diseñados con estas características, son: • • • •

Sensores Sensores Sensores Sensores

fotográficos (cámara fotográfica) electro-ópticos de barrido mecánico (MSS, TM) electro-ópticos de barrido electrónico (HRV) de microondas (radiómetro)

3.3.2 Sensor activo Es aquel sensor que posee la fuente de energía, de manera que el mismo emite la energía electromagnética en dirección al objeto y luego detecta y registra la energía reflejada por tal objeto.

3.4

Clasificación de sensores en función de la ubicación espacial de la fuente emisora y de la fuente receptora de energía La clasificación se basa en la posición relativa de la fuente emisora de energía y la fuente de recepción de energía. Se distinguen dos grupos de sensores: • •

Sensores mono-estáticos, y Sensores bi-estáticos

3.4.1 Sensor mono-estático Es aquel sensor que posee tanto la fuente de emisión de energía como la fuente de recepción de energía. Es decir ambas fuentes, de emisión y recepción de energía, ocupan la misma posición espacial. Ej. Sistema de radar.

3.4.2 Sensor bi-estático Es aquel sensor que posee solamente la fuente de recepción de energía. La fuente de emisión de energía (el sol) tiene una posición espacial diferente. Es decir ambas fuentes, de emisión y de recepción de energía, tienen posiciones diferentes. Ej. Cámara fotográfica.

3.5

Clasificación de los sensores en función función de la información información registrada Esta clasificación se basa en el tipo de registro de la información. Así, los sensores se clasifican en: • •

Sensores fotográficos, y Sensores no fotográficos

3.5.1 Sensor fotográfico

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3.5.2 Sensor no fotográfico Es aquel sensor que la información recibida la proyecta sobre una pantalla, o la registra en forma gráfica (perfiles) o digital (cinta magnética). Si registra la información digitalmente, tiene la ventaja de detectar la energía correspondiente a una banda muy angosta del espectro. Así, los sensores que registran la información digitalmente son clasificados como radiómetro y espectrómetro.

1) Radiómetro Es aquel sensor que detecta la intensidad de energía de una banda muy angosta del espectro y la registra en forma digital

2) Espectrómetro Es aquel sensor que detecta la intensidad de energía de una banda amplia del espectro y la registra digitalmente.

3.6

Clasificación de los sensores en función función de los mecanismos mecanismos utilizados para captar información En un sentido muy amplio, y según los mecanismos para captar información, los sensores se clasifican en los siguientes grupos: • • • •

Sensores Sensores Sensores Sensores

fotográficos electro-ópticos formadores de imagen electro-ópticos no formadores de imagen de microondas

3.6.1 Sensor fotográfico Es aquel sensor que se encuentra compuesto por cámara y película. En este grupo de sensores se concentra los diferentes tipos de cámara y de película. Todos operan bajo el mismo principio. Las cámaras fotográficas utilizadas son: • • •

Cámara métrica Cámara panorámica, y Cámara multibanda

3.6.2 Sensor electro-óptico formador de imagen Este tipo de sensor, en base a los sistemas utilizados para captar información, es clasificado en tres grandes grupos: • • •

De formato a cuadro Barredores estáticos (“pushbroom”) o de arreglo lineal Barredores mecánicos

1) Sensor de cuadro o formato

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El primer sensor de este tipo, fue el sistema de televisión, a partir del cual se desarrollan los sensores de vidicón. Se emplea pantalla fotosensitiva con un haz electrónico de barrido, que se coloca en el foco del sistema óptico gran angular. Ej. Un sistema de este tipo fue usado en los programas LANDSAT 1 a 3 (RBV).

2) Barredor estático “pushbroom” o de arreglo lineal lineal Es un sensor que posee movimiento de barrido para captar imágenes de un área. Barre en una dirección por medio de lecturas electrónicas y requiere de un sistema auxiliar de movimiento o inclinación para barrer en el otro sentido. Para el desplazamiento sobre áreas relativamente grandes, necesita de una fuente externa para desplazarse en otro sentido. Este tipo de desplazamiento es proporcionado por la plataforma. Ej. Un sistema de este tipo fue usado en los programas SPOT y MAPSAT.

3)

Barredor mecánico

Es un sensor que posee movimiento de barrido para captar imágenes de un área. Consta de una amplia variedad de sistema de barrido doble o sencillo. Barre de derecha a izquierda y requiere una fuente externa para desplazarse en otro sentido. Normalmente, esta última forma de movimiento, lo proporciona la plataforma portadora. Este tipo de barredor, ha sido ampliamente utilizado en estudios de recursos naturales. Es transportado por plataforma aérea como por plataforma espacial.

3.6.3 Sensor electro-óptico no formador de imagen Este tipo de sensor, no forma imagen a partir de la información captada, sino que produce curvas, grupos de números o números simples, que identifica la energía electromagnética recibida. Esta energía recibida es aquella emitida desde, reflejada por, o transmitida a través de una superficie o región del espacio. La mayor aplicación de este tipo de sensor se encuentra en la medición de la cantidad óptica tal como el flujo radiante. Aquí se mide la densidad y la radiancia; las mismas que describen la intensidad del campo de radiación o las propiedades ópticas de una superficie o región del espectro. El sensor electro-óptico no formador de imagen, es el radiómetro. Existen radiómetros específicos para captar información específica. Los instrumentos sensores se encuentran agrupados de la siguiente manera: • • • • • •

Radiómetros de banda amplia infrarroja Radiómetros de banda amplia para e l rango visible e infrarrojo cercano Radiómetros medidor de radiación solar directa Radiómetros termómetro de radiación Radiómetros multibanda, y Espectroradiómetros

1) Radiómetro de banda amplia infrarroja Este sensor mide la radiancia total proveniente de un objeto. Requiere de un detector de banda amplia. Se utiliza pilas termoeléctricas o pares termoeléctricos

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2) Radiómetro para el rango visible o infrarrojo infrarrojo cercano cercano Es aquel sensor que mide el flujo radiante originado por la insolación solar. El tipo de detector empleado, es el fotomultiplicador, fotocelda o f otodiodo de silicón.

3) Radiómetro medidor de radiación solar directa Este sensor es de dos tipos, el phyrheliómetro y el piranómetro.

a) Phyrheliómetro Es aquel sensor que proporciona lectura directa del disco solar. Usa pila termoeléctrica.

b) Piranómetro Es aquel sensor que proporciona medición global de la radiación solar y del firmamento, en un plano horizontal. Usa pila termoeléctrica.

4) Radiómetro termómetro de radiación Es el sensor que ha sido calibrado para indicar correctamente la temperatura de los cuerpos negros.

5) Radiómetro multibanda Es aquel sensor implementado de un sistema de procesamiento de una señal óptica y electrónica. Posee varios filtros ópticos que son colocados manualmente para seleccionar una banda espectral deseada.

6) Espectroradiómetro Es aquel sensor que mide el flujo de energía de bandas muy estrechas. Esta función se logra reemplazando los filtros simples por un dispositivo de dispersión que separa la radiación óptica en sus componentes espectrales. Son muy similares a los radiómetros multibanda.

3.6.4 Sensores de microondas De acuerdo con el modo de operación, son sistemas activos o pasivos.

1)

Sistema activo formador de imágenes

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b)

radar con sistema de apertura sintética SAR (antena sintética)

Cuando la plataforma espacial es un satélite se utiliza el radar de apertura sintética SAR (Synthetic Aperture Radar); llamado así poruqe el propio vehículo de observación sintetiza en su desplazamiento (basado en el efecto Doppler) una antena de dimensiones muy superiores a las reales, introduciendo mejores resoluciones espaciales para una misma cobertura. Todos los radares empleados actualmente a bordo de satélites son de apertura sintética, llegando a resoluciones espaciales inferiores a 20 metros.

2)

Sistema pasivo no formador de imágenes

Es el sensor que ha sido clasificado como: • •

a)

Dispersómetro, y Radiómetro de microondas

Dispersómetro

Es el sensor diseñado para medir la dispersión o propiedades reflexivas de las superficies. Un radar dispersómetro mide la reflexión y dispersión de las ondas generadas por el mismo.

b)

Radiómetro de microondas

Es aquel sensor que mide la intensidad de la radiación en la región de las microondas. El radiómetro de microondas transportado en satélite se aplica preferentemente en meteorología y oceanografía por su baja resolución espacial.

SIGLAS UTILIZADAS HRV

High Resolution Visible Alta Resolución Visible

LANDSAT

Land Satellite Satélite para la Tierra; Satélite Terrestre

MSS

Multispectral Scanner Barredor Multiespectral

PUSHBROOM

Barredor Estático

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SPOT

Sisteme Probatoire d’Observation de la Terre Sistema de Observación de la Tierra

TM

Thermatic Mapper Mapeador Temático

GHz MHz KHz

Giga Hertz Mega Hertz Kilo Hertz

EHF Alta) UHF VHF HF MF LF

Extremely High Frequency (Frecuencia Extremadamente Ultra High Frequency (Frecuencia Ultra Alta) Very High Frequency (Frecuencia Muy Alta) High Frequency (Frecuencia Alta) Middle Frequency (Frecuencia Media) Low Frequency (Frecuencia Baja)