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Tema 6:
Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo

(c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya

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Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo
6.1. Breve historia de los sensores ópticos e infrarrojos
•
•
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1835-1839: Primeras fotografías
1858: Nadar realiza las primeras fotografías desde un globo
1909: Wright realiza la primera fotografía desde avión
I y II guerras mundiales: gran desarrollode las películas sensibles al VIS/IR
-> detección de blancos camuflados
• 1959: primera foto de la Tierra desde el espacio (Explorer 6)
• 1960: primera foto color de la Tierra desde el espacio en un vuelo Mercury-Atlas
no tripulado
• 1/4/60: TIROS-1 Television and InfraRed Observation Satellite
• 1969: Apollo 9: 4 cámaras con filtros diferentes
• 1972: LANDSAT-1 (´72-´78) Sensor MSS
• 1975:LANDSAT-2 (´75-´83) Sensor MSS
• 1978: LANDSAT-3 (´78-´86) Sensor MSS
NIMBUS -7 (´78-´86) Sensor CZCS
• 1982: LANDSAT-4 (´82-´92 Standby)
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• 1984: LANDSAT-5 (´84-operacional)
• 1988, 90, 93, 98: SPOT-1,2,3,4 Sensor HRV
• Sensor AVHRR:

´78-´80 TIROS N
´79-´86 NOAA-6
´81-´86 NOAA-7
´83-´85 NOAA-8
´84-... NOAA-9´86-... NOAA-10
´88-... NOAA-11
´91-... NOAA-12
(´94) NOAA-13

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6.2. Definición de términos radiométricos
• Flujo radiante: Φ [W] Potencia transportada por la radiaación
• Irradiancia: E ( x, y) = dΦ
dA

• Emitancia (exitancia):

[W

m2

]

M ( x, y) =

velocidad a la que el flujo radiante se entrega
a unasuperficie

[

dφ
W m2
dA

]

flujo por unidad de superficie
radiado, transmitido o reflejado
por una superficie

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Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo
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d
Φ
dE
dM
•Radiancia: L( x, y,θ , ϕ ) =
=
,
dA dΩ cosθ dΩ cosθ dΩ cosθ

flujo por unidad de área proyectada y por unidad de ángulo sólido
radiado, transmitido o reflejado por una superficie

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•Intensidad de radiación: I (θ, ϕ) =

[

dφ
W m2
dΩ

]

variación angular del flujo
emitido por una fuente puntual

Todos dependen de λ (Eλ, Mλ, Lλ)
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Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo
6.3. Radiancia captada por una sensor
6.3.1. introducción

J.R. Schott[http://www.cis.rit.edu/
~edh7623/radiometry/radiometry.htm]

(A) irradiancia solar
atraviesa la atmósfera, se refleja y
vuelve a atravesar la atmósfera
(B) radiación difusa
(C) irradiancia solar dispersada en
sentido ascendente
(D) emisión espontánea
(E) radiancia atmosférica descendente
reflejada en el suelo
(F) radiancia atmosférica ascendente
(G) radiancia solar reflejada por el
entorno
(H)radiancia del entorno reflejada

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Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo
Simplificaciones de la ecuación de la radiancia captada por un sensor

VIS/NIR:

L ≈ LA + LB + LC

+ LG

LWIR:

L≈

MWIR:

L = LA + LB + LC + LD + LE + LF + LG + LH

Microwaves:

L ≈ LA +

LD + LE + LF +

LH

LD + LE + LF

A frecuencias de microondas, L α T de los cuerpos:

T ≈TA +
TAP ≈ Tsun +

TD + TE + TF
TB + TDN + TUP

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• (A) y (D) todo cuerpo a una temperatura diferente de 0 Kelvin emite radiación
según la Ley de Plank
• Cuerpo negro: absorbe toda la energía incidente sobre él, y en equilibrio
termodinámico la reemite isotrópicamente según la Ley de Plank
M λBB

2πhc 2
=
λ51
e

hc
λkT

−1

[W

m 2 µm

]

• Ley de Rayleigh-Jeans (aprox. Ley Plank a frecuencias de microondas):
c
kT
4
λ
Ley de Stephan-Boltzmann:
M λBB ≈ 2π

•

M BB

2π 5 k 4 4
4
=
T
=
σ
T
;
2 3
15c h

[

σ = 5.6698 10 −8 W m 2 K 4

• Ley del desplazamiento de Wien:
λMAX T = 2898 [µm K ]

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]

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La Ley de Plank y...