Caracterización hiperespectral de ambientes lumínicos en la columna de agua
Elena Torrecilla
Unidad de Tecnología Marina (UTM)Centro Mediterráneo de Investigaciones Marítimas y Ambientales
CSIC
Análisis de propiedades ópticasinherentes (IOPs) y aparentes (AOPs)
Índice
• Introducción: Caracterización Hiperespectral
• Objetivo: Modelos de transferencia Radiativa
• Hydrolight 4.2
• Datos obtenidos por simulación
• Datos experimentales
• Procesado datos hiperespectrales
Caracterización Hiperespectral
Caracterización de la distribución espacial de los componentes químicos y biológicos de la columna de agua a partir de la información hiperespectral
400 450 500 550 600 650 7000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
phycorithrine
chlorophytes
diatoms
fluorescencechlorophyll
chlorophytes
phycorithrine
diatoms
fluorescencechlorophyll
dep
th
Caracterización Hiperespectral
1. Estimación de propiedades ópticas (OP) de la columna de agua
2. Detección de singularidades ópticas
3. Caracterización de las singularidades a partir de sus firmas espectrales
OP1
dep
th
Wavelength (
0
5
10
15
20
25
30
35
0
5
10
15
20
25
30
35
OP1
300 400 500 600 700 800
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
OP
1O
P1
Análisis Espectral
400 450 500 550 600 650 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
ficoerithrine
chlorophites
diatoms
cholrophyllfluorescence
Sonda Hiperespectral
Caracterización Hiperespectral
OP1
de
pth
[m
]
wavelength (Escenario lumínico
SIMULADO
Modelo de transferencia
radiativa
HYDROLIGHT 4.2
20
15
10
5
0[ % / l]
de
pth
[
m ]
[ % / l]
Distribución espacial controlada de los componentes biológicos
Distribución hipotética columna de agua
ModeladoRespuesta sensor(sensibilidad espectral,
resolución espectral, SNR)
OP1
de
pth
[m
]
wavelength (
Métodos correctivos
OP1
de
pth
[m
]
wavelength (
Métodos análisis
espectral
20
15
10
5
0[ % / l]
de
pth
[
m ]
[ % / l]
Extracción singularidades firmas digitales
Objetivo
OP1
de
pth
[m
]
wavelength (Escenario lumínico
SIMULADO
Modelo de transferencia
radiativa
HYDROLIGHT 4.2
Factores que intervienen en el modelo de transferencia radiativa:
• propiedades ópticas inherentes (IOPs)
• propiedades ópticas aparentes (AOPs)
• condiciones ambientales
Obtención de la distribución de radiancia espectral:
Ecuación de transferencia radiativa (RTE)
Teoría de transferencia radiativa proporciona un marco de trabajo para entender la propagación de la luz en el océano
Hydrolight 4.2
Modelo de transferencia radiativa
Cálculo de distribuciones de radiancia espectral y otros parámetros derivados en la columna de agua
L(z,θ,φ,λ)
Sequoia Scientific Inc.
Molecular Water
Inorganic Salts
Dissolved Organic Matter
Planktonic Microorganisms
Organic Detrital Particles
Mineral Particles
Air Bubbles
Hydrolight 4.2
Propiedades ópticas inherentes (IOPs)
Propiedades ópticas aparentes (AOPs)
dependen del medio acuático independientemente de las condiciones lumínicas ambientales
dependen del medio acuático y de las condiciones lumínicas ambientales
Absorption coefficient a(λ)
Scattering coefficient b(λ)
Beam attenuation coefficient c(λ)
Reflectance R
Remote-sensing Reflectance Rrs
Attenuation coefficients of radiance K
Condiciones ambientales Sea state, Sky radiance incident, Bottom reflectance
Composición Agua
(fitoplancton, CDOM, detritus, etc.)
IOPs
Absorption coefficient a(λ)
Scattering coefficient b(λ)
Beam attenuation coefficient c(λ)
Volume scattering function β(Ψ,λ)
Condiciones ambientales
Sea state
Sky radiance incident
Bottom reflectance
Ecuación de Transferencia Radiativa (RTE)
Parámetros Radiométricos
Distribución radiancia espectral L(z,θ,φ,λ)
Downwelling irradiance Ed
Upwelling irradiance Eu
AOPs Reflectance R Remote-sensing Reflectance Rrs Attenuation coefficients of radiance K
• Modelos
• Medidas
Hydrolight 4.2 Ejemplos simulación
Hydrolight 4.2 Ejemplos simulación
Análisis Derivativo
300 400 500 600 700 800
300 400 500 600 700 800
Datos experimentales
Compuesto algal
Rhodomones
Diciembre 2006
Medidas para las diferentes
concentraciones
Datos experimentales
Agua pura
Máxima concentración Rhodomonas
Datos experimentales
Tiempo de adquisición de datos
60.000
15.000 4.000
1500 ms
500 ms 100 ms
Procesado datos hiperespectrales
4.000
100 ms
Técnicas de procesado:
reducción de ruido
análisis de singularidades
separación de fuentes en espectros mixtos
Caracterización hiperespectral de ambientes lumínicos en la columna de agua
Elena Torrecilla
Unidad de Tecnología Marina (UTM)Centro Mediterráneo de Investigaciones Marítimas y Ambientales
CSIC
Análisis de propiedades ópticasinherentes (IOPs) y aparentes (AOPs)
Multisensor Datalogger System (MDS)