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El criterio se basa en establecer el empleo de las bandas espectrales en percepción remota. Así, los sensores se clasifican en los siguientes grupos:
Banda Ultravioleta
Esta banda incluye longitudes de onda comprendidas entre 0,004 – 0,400 micrómetros (um).
El empleo de esta banda de percepción remota, especialmente en relación con recursos naturales es limitado.
Banda visible
Banda infrarroja
Frecuencia extremadamente alta (EHF)
Frecuencia super alta (microondas)
Frecuencia ultra alta (UHF)
Frecuencia muy alta (VHF)
Frecuencias baja, media y alta (LF, MF, HF)
Clasificación de sensores en función de la ubicación ESPACIAL de la fuente emisora y 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:
Es aquel sensor que posee ambas fuentes, es decir, tanto la fuente de emisión como la de recepción de energía ocupando la misma posición espacial.
Ej. Sistema de radar
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 estrecha del espectro electromagnético y son clasificados:
Es aquel sensor que registra toda la información recibida en emulsión fotosensible (placa negativa).
Ej. Cámara fotográfica, cámara multi-espectral, etc.
Clasificación de los sensores en función de los MECANISMOS PARA CAPTAR INFORMACIÓN
En un sentido muy amplio, y según los mecanismos para captar información, los sensores se clasifican en los siguientes grupos:
Sensor Fotográfico
Es aquel sensor que se encuentra compuesto por cámara y película. En este grupo de sensores se concentran los diferentes tipos de cámaras y de películas, y se caracterizan porque todos operan bajo el mismo principio.
Las cámaras fotográficas utilizadas son:
a) Cámara métrica
b) Cámara panorámica, y
c) Cámara multi-banda (multi-espectral).
Las cámaras métricas está constituido por un conjunto de lentes simples y es el sistema óptico que hace converger la luz reflejada por el objeto y lo proyecta sobre el plano imagen.
Componentes de una cámara fotográfica Métrica.
1- Objetivo
2- Diafragma
3- Obturador
4- Plano de proyección
5- Magazine porta rollo
Objetivo: La cámaras métricas modernas, tienen objetivos intercambiables de distintas focales, para poder adaptar una misma cámara a diferentes tipos de relevamientos fotográficos.
Las distancias focales utilizadas mas comúnmente en fotogrametría son f = 85 mm; 150 mm; 210 mm y 300 mm. En función de estos valores y dado que el formato del material sensible es constante, se puede hacer una clasificación en función del ángulo máximo que abarca el haz de rayos que se refleja a través del objetivo. Para una cámara con formato de imagen de 23 x 23 cm. tendríamos:
Diafragma: Es un dispositivo que permite controlar la cantidad de luz que entra a la cámara. Se trata de un sistema mecánico, el que se le puede variar el diámetro del orificio por el cual, ingresa el haz luminoso a la cámara fotográfica. Ejemplo:
a – Rotativo
b - De guillotina
c – De iris
El diámetro del diafragma se fija en una escala de aberturas, confeccionada en base al concepto de abertura relativa, que se define como:
Abertura Relativa a = d / f = 1 / N ∴ d = f / N
d = diámetro útil del objetivo
f = distancia focal
Esta expresión nos brinda una medida de la cantidad de luz que puede entrar en el objetivo o sea que la abertura efectiva del objetivo, dada por el diámetro (d) del diafragma, es 1 / N de la distancia focal f. Este valor f / N es el que se indica en las escalas de diafragma de las cámaras fotográficas, divididas en puntos que doblan o dividen por dos la transmisión de la luz. Dado que la abertura es circular se cumple que entre punto y punto la graduación debe variar en un factor igual a √2.
Así, la escala de aberturas aceptada internacionalmente, es la siguiente:
f/1; f/1.4 ; f/2 ; f/2.8 ; f/4 ; f/5.6 ; f/8 ; f/11 ; f/16 ; f/22 ; f/32
De donde se desprende que para pasar de una abertura efectiva d = f / 4 a una que duplique la transmisión de luz, hay que aumentar d o sea disminuir el número N por lo tanto d= f / 2.8.
Obturador: Dispositivo que regula el tiempo durante el cual pasará luz por el objetivo. Ejemplo:
De cortina:
De hojuelas
El tiempo de obturación se mide en una escala que sigue una progresión geométrica, en la que cada exposición es la mitad de la precedente, para doblar o dividir por 2 la transmisión de la luz.
En las cámaras modernas la escala es:
1 / 15 seg. ; 1 / 30 ; 1 / 60 ; 1 / 125 ; 1 / 250 ; 1 / 500 ; 1 / 1000 seg.
Las exposiciones de mas de 1 seg. no suelen ser automáticas, principalmente porque el mecanismo de temporización sería relativamente voluminoso. Además, casi todos los obturadores tienen un dispositivo que los abre al accionar el disparador y los cierra al soltarlo. Suele señalarse con una B.
Plano de proyección: Es el plano hacia donde convergen los rayos que provienen del objeto, para formar la imagen del mismo. En este plano se coloca el material sensible que almacenará la información de la intensidad luminosa reflejada por los objetos.
Magazine porta – rollo: Las cámaras métricas en general disponen de mas de un magazine, que son cargados con el rollo correspondiente en el cuarto obscuro, pudiendo ser intercambiados fácilmente, durante el vuelo fotográfico.
Las cámaras panorámicas son cámaras fijas que ofrecen una cobertura amplia, entre 180º y 360º, con una sola cámara. Pueden emplearse para supervisar la actividad y detectar incidentes en espacios de grandes dimensiones, controlar el tránsito de personas y mejorar la gestión de áreas. Y dado que una sola cámara abarca el papel de muchas, los costes de instalación y de sistema se mantienen bajos.
Tipos de cámaras Panorámicas.
Cámaras con un solo sensor
Cámaras multisensor
Cámaras multidireccionales
Las cámaras con un solo sensor suelen ser más pequeñas, lo que significa que son fáciles de colocar. Son adecuadas para la supervisión en interiores de tiendas minoristas, hoteles, escuelas y oficinas, y para instalaciones al aire libre en hoteles, gasolineras, boutiques, restaurantes, escuelas y oficinas. Una ventaja importante que proporcionan las cámaras con un solo sensor es la eliminación de puntos ciegos al supervisar áreas más pequeñas.
Las cámaras multisensor ofrecen mayor densidad de píxeles, lo que proporciona una mejor calidad de imagen o una cobertura más amplia. Son adecuadas para áreas interiores grandes en estaciones de tren, estaciones de metro y aeropuertos, por ejemplo, y para áreas al aire libre como plazas, estadios, campus universitarios, patios escolares y estacionamientos al aire libre. También son ideales para la vigilancia perimetral alrededor de infraestructuras críticas, edificios públicos o gubernamentales, bancos y centros de atención médica.
Las cámaras multidireccionales ofrecen la mayor flexibilidad ya que pueden supervisar varias direcciones simultáneamente. Sus cabezales se pueden posicionar independientemente entre sí, por lo que son ideales para áreas anchas tanto en interiores como en exteriores, para esquinas exteriores de edificios e intersecciones de pasillos o carreteras.
Una cámara multiespectral, como su propio nombre indica, es una cámara que es capaz de captar varios espectros de luz. Las cámaras multiespectrales que se montan en los drones son de pequeñas dimensiones y pueden llegar a tomar valores de hasta 6 bandas espectrales.
Multiespectro
A partir de las imágenes multiespectrales que captan este tipo de sensores se pueden calcular diferentes índices de vegetación que nos indican la salud y el bienestar de la vegetación. Para calcular un índice de vegetación es necesario combinar varias bandas del espectro visible o invisible de la cámara. Simplificando, es una operación matemática que combina varios canales (rojo, verde, red edge…) para producir un solo valor. Este valor representa alguna de las características de la planta: que cantidad de clorofila activa hay, si la planta está bien hidratada o está “estresada”, la cantidad de hoja que tiene.
Este tipo de sensor, en base a los sistemas utilizados para captar información, es clasificado en tres grandes grupos:
Es un sensor autosuficiente, dado que no necesita movimiento de barrido para captar imágenes de un área. El primer sensor de este tipo, fue el sistema de televisión, a partir del cual se desarrollan los sensores de vidicón.
Se emplea pantalla foto sensitiva 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).
También denominados Barredor no oscilante.
Es un sensor que posee movimiento de barrido para captar imágenes de un área. Barre en una sola 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.
Es un sensor que posee movimiento de barrido para captar imágenes de un área. Consta de una amplia variedad de sistemas de barrido, que pueden ser 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 tanto por plataforma aérea como por plataforma espacial.
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.
1) Radiómetro de banda amplia infrarroja.
2) Radiómetro para el rango visible o infrarrojo cercano.
3) Radiómetro medidor de radiación solar directa.
4) Radió-termómetro de radiación.
5) Radiómetro multi-banda.
6) Espectro-radiómetro.
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 termo-eléctricas o pares termo-eléctricos como detectores con superficies receptores de color negro.
2) Radiómetro para el rango visible o infrarrojo cercano; Es aquel sensor que mide el flujo radiante originado por la insolación solar. El tipo de detector empleado, es el foto-multiplicador, foto-celda o foto-diodo de silicio.
3) Radiómetro medidor de radiación solar directa; Este sensor es de dos tipos:
a) Phyrheliómetro; Es aquel sensor que proporciona lectura directa del disco solar. Usa pila termo-eléctrica.
b) Piranómetro; Es aquel sensor que proporciona medición global de la radiación solar y del firmamento, en un plano horizontal. Usa pila termo-eléctrica.
4) Radió-termómetro de radiación; Es el sensor que ha sido calibrado para indicar correctamente la temperatura de los cuerpos negros.
5) Radiómetro multi-banda; 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) Espectro-radiómetro; 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 multi-banda.
De acuerdo con el modo de operación, son sistemas Activos o pasivos.
Los formadores de imagen son activos, y son los radares de visón lateral (SLAR) que pueden ser de antena real o de antena sintética (SAR).
El más utilizado en Teledetección es el RADAR (Radio Detection and Ranging), que opera según sea el sistema de apertura real o apertura sintética.
a) Radar con sistema de apertura real; Cuando la plataforma aérea es un avión, se utiliza el radar de apertura real SLAR (Side Looking Airborne Radar), y consiste en un impulso de energía eléctrica emitida en el intervalo de frecuencias de las microondas y cuya reflexión en el terreno es recogida nuevamente por una antena situada en el propio avión. El principal inconveniente es su baja resolución espacial.
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 porque 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.
Este sensor ha sido clasificado como:
a) Dispersómetro; 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 él 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.
Se pueden usar sin mucha capacidad de cálculo, Necesitan cierta electrónica como Conectores a los puertos, Convertidores analógicos-digitales.
Sensores Sencillos.
Sensores Complejos
Necesitan cierta programación como acceso a los puertos e interpretación de la información.
Se divide en:
Sensores INTERNOS:
Detectan parámetros internos de la localización del sensor en el tiempo.
Sensores EXTERNOS:
Detectan parámetros externos al dispositivo
Detectan parámetros intrínsecos de la localización del sensor en función del tiempo. Registran información sobre el propio dispositivo tales como:
Su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio.
En la mayoría de los casos reales, la solución adoptada pasa por el empleo de varios de estos métodos. A continuación, vamos a comentar los principales, en qué se basan, y su funcionamiento.
Los codificadores ópticos o Encoders incrementales se utilizan fundamentalmente para el cálculo de la posición angular.
Básicamente constan de un disco transparente con una serie demarcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí; de un elemento emisor de luz (como undiodo LED); y de un elemento fotosensible actuando como receptor.
El eje cuya posición angular se va a medir va acoplado al disco.
Los potenciómetros son unos dispositivos capaces de medir la posición angular y pequeños desplazamientos de posición lineal. Según el tipo de posición a medir tendremos dos tipos distintos de dispositivos, aunque el principio básico es común. Constan de una resistencia a través de la cual existe una determinada diferencia de potencial. Además, hay un contacto unido a la resistencia (elemento es conocido como wiper), que se puede deslizar a su alrededor.
El wiper se conecta físicamente al elemento cuyo movimiento vamos a medir. Cuando este elemento se mueva el wiper se irá moviendo por la resistencia, y la tensión de salida en el wiper irá cambiando. Si medimos está tensión de salida, podremos determinar cuánto se ha desplazado el wiper, y por lo tanto cuánto se ha desplazado el elemento a controlar.
Como la mayoría de los dispositivos vistos hasta ahora, este tipo de sensores se basan en fenómenos eléctro-magnéticos. En el LVDT se une al eje cuyo desplazamiento vamos a medir un núcleo ferromagnético. Si situamos este núcleo entre una serie de inductancias, tal y como muestra el esquema, la diferencia de potencial E0 será proporcional al movimiento del núcleo (y por lo tanto al del eje).
Los giroscopios son dispositivos que nos ayudan a medir el ángulo de giro de un objeto. Hay muchos tipos de giroscopio con estructuras muy diversas y complejas, pero todos se basan en el mismo principio, en las propiedades Inerciales.
Todos hemos realizado alguna vez el experimento de coger una rueda por su eje de giro con las dos manos y hacerla girar. Cuando la rueda gira en su sentido natural notamos que también intenta girar con relación a otro eje, un eje vertical que iría de nuestros pies a nuestra cabeza. Basándose en este principio, los giroscopios son capaces de medir el ángulo de giro de un objeto. Estos dispositivos resultan de gran utilidad en Sistemas de detección como por ejemplo LIDAR Aerotransportados (Airborne Light Detecting And Ranging).
Su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio.
En la mayoría de los casos reales, la solución adoptada pasa por el empleo de varios de estos métodos. A continuación, vamos a comentar los principales, en qué se basan, y su funcionamiento.
Es un dispositivo para medir la velocidad angular. Su funcionamiento es sencillo: convertir la energía rotacional del eje en cuestión en energía eléctrica, proporcional a la rotacional y que puede ser fácilmente medida. Una posible configuración podría ser la que se ve en la figura. Para generar la corriente a partir del giro se acopla al motor o eje que se va a medir, una espira situada dentro de un campo magnético fijo (creado por los dos imanes).Al girar el motor, la espira girará en el interior del campo magnético, lo que provocará una corriente eléctrica. Estos dispositivos pueden llegar a tener una precisión del 0,5 %, por lo que pueden resultar una solución aceptable a la hora de medir la velocidad angular.
Sensores
Doppler
Los sensores basados en el efecto Doppler miden la velocidad lineal de un objeto móvil apoyándose en otra superficie. Se basan en la observación del desplazamiento en frecuencia de una radiación emitida por el sensor y reflejada en una superficie que se está moviendo con respecto al robot. Este sistema es usado a menudo en sistemas marítimos, donde se emplean ondas acústicas que se reflejan en la superficie oceánica.
El último tipo de sensores internos que vamos a describir, son los sensores para el cálculo de la aceleración. La aceleración es una variable interna del dispositivo cuyo valor es utilizado para aplicaciones bastantes concretas; no obstante, existen series de métodos y sensores para su cálculo.
Registran información sobre lo que rodea al robot portador del sensor. Encontramos los siguientes tipos de sensores:
Los sensores táctiles son dispositivos que indican el contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza. Pasamos a continuación a enumerar resumidamente cada uno de ellos.
Sensores de presencia
Los sensores táctiles son dispositivos que indican el contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza. Pasamos a continuación a enumerar resumidamente cada uno de ellos.
Sensores de alcance
Miden la distancia desde un punto de referencia (que suele estar en el propio sensor), hasta objetos que están dentro de un determinado campo de referencia. La detección de alcance se suele usar para evitar obstáculos en la navegación de robots móviles.
El sistema de clasificación se basa en establecer si la fuente emisora de energía es natural como el sol, o si pertenece al sistema propio del sensor remoto. Teniendo en cuenta este criterio, los sensores se clasifican en dos grupos.
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 fotográficos
(cámara fotográfica)
+Sensores electro-ópticos de barrido mecánico (MSS, TM)
+Sensores electro-ópticos de barrido electrónico (HRV)
+Sensores de microondas (radiómetro)
Es aquel sensor que posee la fuente de energía, de manera que él mismo emite la energía electromagnética en dirección al objeto, y luego detecta y registra la energía reflejada por tal objeto (como el Radar y el LIDAR). Estos sensores generan de forma autónoma la radiación que miden tras ser reflejada.
+Sensores analógicos, como el caso de la fotografía convencional, que almacena los datos en una emulsión
sensible soportada por un film.
+Sensores digitales que lo hacen en base al valor numérico resultante de la cantidad de energía que recibe el
sensor.
Según el
número
de bandas que se almacenan en la plataforma.
+Sensores Mono-espectrales;
Sólo detectan el valor de la radiación recibida en una banda espectral.
+Multi-espectrales,
Sensores que registran separadamente para cada píxel, el valor de la radiación recibida
en las distintas bandas espectrales.
Según la dimensión del área sensible
+Sensores matriciales con tamaños de registro de hasta 5000 x 5000 pixel (cámaras digitales DMC 2001 de ZI
Imaging).
+Sensores lineales de 12000 pixel (cámara digital ADS40 de LH System, SPOT, lectores de códigos de barra,
escáners).
- Orientación vertical, habitual en satélites de resolución espacial baja (meteosat) o media (Landsat)
- Orientación oblicua, típica del radar;
- Orientación modificable, aparece en los sensores de alta resolución a partir del SPOT-IHV. Permite
mantener una elevada resolución espacial y tener una resolución temporal (tiempo de revisita) también
elevada.