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CURSO INTRODUCTORIO DE ANÁLISIS DE IMÁGENES SATELITALES Y
SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRAFICA

 

1B. Algunos conceptos sobre la Percepción Remota

Espectro electromagnético: los diversos sensores remotos captan señales electromagnéticas de longitudes de onda (“wavelength”) diferentes. Los rangos de longitud de onda conocidos en la naturaleza se ilustran en la siguiente figura tomada de la Referencia 1:

La vista humana capta solamente el rango de bandas visibles de energía electromagnética. Los sensores satelitales tienen mayor flexibilidad al incluir otros rangos de energía como los infrarrojos, térmicos, y microondas (radar), permitiendo observar detalles que no se pueden captar con la vista humana. Los sensores trabajan con rangos discretos de longitudes de onda denominados comúnmente “bandas”.

 Reflectancia: la mayoría de los sensores remotos trabajan con los rayos que refleja la Tierra de la irradiación solar, cuya intensidad es medida por los sensores y luego calibrada para su uso en los programas de análisis de las imágenes. En estos casos las imágenes deben ser tomadas de día, con la desventaja de no poder captar lo que se encuentra debajo de las nubes. En cambio, los sensores en base al Radar, que usan energía de micro-ondas emitidas desde el mismo satélite, no tienen estas restricciones, pudiendo operar de noche, a través de las nubes, bruma, smog, polvo, etc.
El siguiente gráfico (Referencia 1), muestra reflectancias características de ciertos materiales típicos en función de la longitud de onda.

La toma de imágenes en varias bandas separadas permite discriminar entre las distintas cubiertas de suelo y obtener mucho más información que usando simplemente imágenes de colores naturales. Los programas de análisis de imágenes de satélite facilitan este análisis con procesos matemáticos complejos que aprovechan la velocidad de las computadoras modernas. A continuación ampliamos estos conceptos con ejemplos aplicados a una zona de la Selva Central del Perú.

Firma espectral: Los sensores multiespectrales permiten captar las intensidades de las ondas reflejadas a través de varios lentes con filtros de diferentes longitudes de onda. Cada tipo de cubierta de suelo tiene una combinación única de valores de las intensidades medidas para las distintas bandas que se denomina “firma espectral”.
A continuación damos un ejemplo de algunas firmas espectrales en parte de una imagen Aster compuesta con las bandas 1, 2 y 3, de una zona entre el Codo del Pozuzo y el Río Pachitea:

El punto 1 corresponde al agua de río. Si el agua fuera pura y el río profundo los infrarrojos medios darían valores cercanos a cero. La presencia de sedimentos eleva estos valores. El punto 2 corresponde a una isla dentro del río Sungarayacu que puede contener algo de vegetación. Los puntos 3 y 4 corresponden a vegetación, donde se observan valores altos de la banda Infrarroja cercana (IR1 en el gráfico). Si bien la imagen Aster tiene una resolución mucho mejor que las LandSat en las bandas multiespectrales, aún su resolución de 15 metros es insuficiente para discriminar entre las distintas especies que existen en los 225 metros cuadrados de cada píxel. El punto 5 corresponde a un terreno muy diferente. Sin visitas al terreno para determinar el tipo de cubierta de suelo, o datos de firmas espectrales parecidas, o alguna imagen de mucho mayor resolución, sólo podríamos adivinar de qué se trata. Justamente uno de los métodos matemáticos más comunes en el análisis de imágenes es la clasificación supervisada, uno de cuyos pasos son las mencionadas visitas que luego permiten desarrollar una base de datos de firmas espectrales con las que se efectúan los cálculos de las áreas de los diversos usos del suelo (agrícolas, urbanos, bosques) y la deforestación a través de un análisis intertemporal.

Comentarios sobre la resolución espacial de las imágenes: Las imágenes de LandSat VII tienen una resolución de 30 metros en las bandas 1 (azul), 2 (verde), 3 (roja), 4 (infrarroja), 5 (infrarroja) y 7 (infrarroja). Esto implica que la intensidad medida por píxel en cada banda es el promedio de la intensidad de las ondas reflejadas desde un area de 900 metros cuadrados. Las bandas 1 (verde), 2 (roja) y 3 (infrarroja) de Aster tienen una resolución de 15 metros, o sea cada píxel abarca 225 metros cuadrados. El siguiente gráfico compara una parte de una imagen LandSat con una imagen Aster de la misma zona que el ejemplo anterior, ambas en falso color compuesto por las bandas verde, infrarroja y roja de los respectivos satélites.

Se puede notar claramente que la segunda imagen, de 15 metros de resolución, es bastante más nítida que la primera, de 30 metros de resolución, aunque es muy inferior a la siguiente imagen IKONOS de 4 metros de resolución que abarca la misma área (click aquí o sobre la imagen para verla a resolución completa - puede demorar en cargar porque es de 2.1 MegaBytes). La limitante de las mayores resoluciones es la capacidad de memoria. A mayor resolución el tamaño de archivo crece exponencialmente para la misma area abarcada por la imagen. Ejemplo: una banda de resolución de 30 metros de LandSat VII ocupa 55.8 MB y la correspondiente banda pancromática de 15 metros ocupa 222.9 MB de memoria.

Imagen de satélite IKONOS (20-8-2003)

Area barrida por imagen, capacidades de memoria y velocidades requeridas por las computadoras para su proceso: las imágenes satelitales tienen la ventaja sobre las aerofotografías de poder abarcar áreas mucho mayores. Por ejemplo las LandSat V barren un área de poco más de 180x180 Kilómetros, o unos 33,000 Kilómetros cuadrados. A una resolución por banda de 30 metros por píxel esto significa que la imagen de cada banda tendrá más de 6,000 x 6,000 = 36 millones de píxeles. Sin embargo, las imágenes modernas de IKONOS o QuickBird al tener una altísima resolución abarcan un área mucho menor, comparable con las aerofotografías. Su ventaja radica en el hecho que toman miles de imágenes alrededor del mundo en lapsos de tiempo pequeños y esto las hace mucho más económicas que los vuelos de los aviones especializados en aerofotografías.
Las computadoras personales modernas pueden procesar con relativa facilidad tanta información porque tienen bastante memoria y velocidad para procesarlas. Sin embargo, el procesamiento de tantos bits de memoria ocupa bastante tiempo de cómputo por lo que se recomienda tener computadoras con el máximo de memoria y velocidad posible cuando hay una carga de trabajo importante. Por ejemplo, una Pentium IV con 1 Gigabyte de memoria RAM y velocidad de reloj de 2 GHz con disco duro de 80 GigaBytes de capacidad es lo mínimo que se puede recomendar hoy día, aunque es preferible una computadora con más de 3 GHz de velocidad y 2 o más Gigabytes de memoria para un trabajo eficiente. Asimismo es recomendable tener una grabadora de DVD que supera ampliamente a una grabadora de CD en capacidad y hoy son bastante económicas.

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