primeras diapositivas fotogrametria

Prof. Aurelio Reyes Ramírez

APLICACIONES DE LAS IMÁGENES DE SATELITE


La evolución de la Teledetección está ligada a algunos de los principales eventos, los que

citamos a continuación en orden cronológico:

1822 – Desarrollo de la teoría de la Luz: Newton: Descomposición del Rayo Luminoso. Utilización de una cámara primitiva.

1859 – Utilización de cámaras fotográficas a bordo de globos.

1903 – Utilización de fotografías aéreas con fines cartográficos.

1909 – Obtención de fotografías aéreas por aviones. 1930 – Cobertura sistemática del territorio con fines de

levantamiento de recursos naturales. 1939 – Desarrollo de equipos ópticos:

Investigación de nuevas substancias fotosensibles.


1940 – Desarrollo de equipos para radiometría sensibles a la radiación infrarroja: Utilización de películas infrarrojas en la Segunda Guerra Mundial, para la detección de camuflajes.

1944 – Primeros experimentos para utilizar cámaras multiespectrales.

1954 – Desarrollo de radiómetros de microondas. Pruebas iniciales con el objetivo de construir radares de vista lateral.

1961 – Desarrollo de procesamiento ópticos y digitales. Primeros radares de vista lateral.

1962 – Desarrollo de vehículos espaciales tripulados y no tripulados. Lanzamiento de satélites meteorológicos. Primera fotografía orbital MA – 4 - Mercury.


1972 – Fotografías orbitales obtenidas por el programa Geminis.

Surgen otros programas espaciales incorporando satélites de recursos naturales: SEASAT, SPOT, ERS, LANDSAT.

1983 – Lanzamiento del LANDSAT 4, SIR-A, SIR-B, MOMS.

1991 – Lanzamiento del ERS-1.

Todo esto va en conjunto desarrollo tecnológico, la Teledetección, que se ha vuelto una ciencia de gran importancia dentro de este mundo tecnificado:

Se puede mencionar estudios cartográficos, y dentro de estos se puede mencionar actualizaciones cartográficas, mapas temáticos, estudio de plagas, cartografía oceánica, de incendios forestales, deforestación, etc.


El sol es la fuente natural más importante de energía, origina una serie de fenómenos (reflexión, absorción, transmisión, luminiscencia, calentamiento, etc.), investigados en Teledetección.

Cualquier fuente de energía electromagnética es caracterizada por su espectro de emisión, el cual puede ser continuo o distribuido en fajas discretas.

Toda sustancia con temperatura superior al cero absoluto (0° K ó –273 °C) emite radiación electromagnética, esta radiación emitida puede incidir sobre la superficie de otra sustancia pudiendo ser reflejada absorbida o transmitida. En el caso de la absorción, la energía es generalmente reemitida, con diferentes longitudes de onda.

Otro principio básico es el propuesto por Wien el cual ayuda a seleccionar la mejor banda del espectro electromagnético para estudiar una determinada cubierta en función de su temperatura (°K)


Emitancia radiativa de un cuerpo negro


La resolución espacial tiene un papel protagonista en la interpretación de la imagen


PLATAFORMAS DE TELEDETECCIÓN ESPACIAL.

El programa LANDSAT.

Este programa desde el año 1972 comienza a entregar sus primeras imágenes, después de su segundo lanzamiento en el año 1975 se le denomina LANDSAT.

La buena resolución de sus sensores, el carácter global y periódico de la observación que realizan y su buena comercialización, explican su profuso empleo por expertos de muy variados campos en todo el mundo.

Hasta 1980, la cobertura territorial proporcionada por los diversos satélites de la serie se cifraba en unos 32.000 millones de Km2, cifrándose en unas 385.000 las imágenes adquiridas por estaciones estadounidenses, en 560.000 las recibidas por estaciones foráneas (Brasil, Canadá, China, Italia, Suecia, Irán, Japón, India, Argentina, Sudáfrica y Australia: Colwell. 1983).


Características orbitales. Su órbita es heliosíncrona, polar, ligeramente inclinada

(99,1 grados). Altura orbital media de 917 km.Circunda la tierra cada 103 minutos, con lo que realiza 14

órbitas diarias para volver sobre la misma porción de la superficie terrestre a los 18 días, y a la misma hora local (entre las 9,30 y las 10,30 a.m. según latitudes).

Los satélites LANDSAT 4 y 5, modifican su fisonomía y sus características orbitales. La altura de vuelo se reduce de 917 a 705 km., aunque se mejora el ciclo de recubrimiento, de 18 a 16 días en nuestras latitudes, gracias a un menor período orbital (98,9 minutos). El momento de adquisición, sin embargo, se mantiene en torno a las 9,45 a.m., hora local en nuestras latitudes.


Sensores a bordo del LANDSAT. Sensor MSS. Los primeros LANDSAT incorporaban un equipo de barrido

multi-espectral denominado MSS (Multispectral Scanner) y un conjunto de tres cámaras de vidicón (RBV, Return Beam Vidicon).

Los dos últimos, eliminan las cámaras y las sustituyen por un nuevo explorador de barrido, denominado TM (Thematic Mapper) que proporciona mayor resolución espacial y espectral que el previo MSS.

Para asegurar la continuidad en la serie de datos, se ha mantenido el MSS en los dos últimos LANDSAT, con similares características a los anteriores satélites.

En definitiva, el MSS ha sido el sensor más empleado hasta el momento, gracias a la larga serie de imágenes disponibles, desde 1972 hasta la actualidad.


El sensor MSS es un equipo de barrido óptico electrónico, con una configuración muy similar a la comentada más arriba. Su campo total de visión es de 11,56 grados, lo que, a la altura orbital del satélite, le permite explorar una franja de terreno de 185 km., divididos a ambos lados de la vertical de la traza.

El MSS dispone de 24 detectores (6 líneas x 4 bandas), compuestos por foto-diodos de silicio (banda 7), y por tubos foto - multiplicadores (bandas 4 a 6). En el caso del LANDSAT 3, se añadió una banda térmica (banda 8), registrada por detectores de mercurio - cadmio -telurio.

Los primeros LANDSAT incorporaban un sistema de grabación a bordo denominada WBVTR (Wide Band Video Tape Recorders), que permite adquirir imágenes de zonas áreas remotas.


Sensores a bordo de los Satélites LANDSAT


Sistema Vidicón. Este sistema no funcionó adecuadamente en los dos

primeros LANDSAT, por lo que fue sustituido en el tercero por otro sistema vidicón. En éste caso, el planteamiento se dirigió más a mejorar la resolución espacial que la espectral, por lo que se montaron dos cámaras pancromáticas de alta resolución operando simultáneamente con el MSS.

Estas cámaras cubrían un abanico espectral de 0,505 a 0,705 µm, proporcionando -en cuatro adquisiciones- la misma cobertura del MSS, pero con una resolución aproximada de 40 m. El registro entre ambas permitió utilizar el RBV como auxiliar del MSS, especialmente para mejorar la calidad visual de sus imágenes. Para ello, se emplearon diversas técnicas de fusión, como la normalización de las bandas MSS, a partir de la proporcionada por RBV (Short, 1982).


Sensor Thematic Mapper (TM). El lanzamiento de los dos últimos satélites ha supuesto un

notable impulso del programa LANDSAT. Su principal aportación consiste en incorporar un nuevo sensor, denominado Thematic Mapper (TM), directamente diseñado, como su nombre indica, para la cartografía temática.

Al igual que su predecesor, el MSS, el Thematic Mapper es un equipo de barrido multi - espectral, que emplea una técnica muy similar a la descrita previamente. Sin embargo, las novedades que incorpora permiten considerarlo como perteneciente a una nueva generación de sensores.

El TM aumenta el número de detectores, de 24 a 100, a la vez que se reduce el IFOV, se aumentan los niveles de codificación, y se realiza el barrido en las dos direcciones.


Todo ello le permite mejorar la resolución espacial, espectral y radiométrica: de 79 a 30 m, de 4 a 7 bandas, y de 6 a 8 bits.

El incremento de la resolución espacial y espectral que ofrece el TM, facilita una mayor precisión para la cartografía temática, mientras permite ampliar el rango de aplicaciones operativas a partir de sensores espaciales.

El diseño del TM pretende paliar las deficiencias observadas en las imágenes MSS, incorporando información de cuatro bandas del espectro no contempladas en el MSS (azul, dos en el infrarrojo medio y una en el térmico), mientras se sustituían las bandas 6 y 7 de ese sensor - ambas en el infrarrojo cercano- por una sola, sin perder información sustancial.


El Satélite SPOT.

El proyecto SPOT (Systeme Pour I'Observation de la Terre), desarrollado por el CNES francés, en colaboración con Bélgica y Suecia. Hasta el momento se han lanzado tres satélites SPOT, en 1986, 1990 y 1993.

Entre las novedades más interesantes de este satélite, se cuenta la incorporación de dos equipos de exploración por empuje denominados HRV (Haute Resolution Visible).

Estos dos sensores permiten obtener imágenes en dos modalidades: pancromático y multibanda (verde, rojo e infrarrojo cercano), con una resolución espacial de 10 y 20 m, respectivamente.

El área cubierta en cada escena es de 60 Km de lado, por lo que estos sensores necesitan incorporar 3.000 detectores en modo multi-espectral y 6.000 en modo pancromático.


Sensores disponibles en el Satélite SPOT


Otra importante novedad del satélite SPOT es la capacidad del HRV para variar su campo de visión, gracias a un dispositivo móvil instalado en el equipo óptico que facilita observaciones no verticales, de hasta 27 grados a ambos lados del nadir.

Esto le permite observar la misma zona en órbitas sucesivas, reduciendo la frecuencia temporal de las imágenes si es necesario (de 26 días a 2-3 días según las latitudes).

El HRV puede adquirir imágenes estereoscópicas, lo que añade a su potencial temático una clara capacidad topográfica. Las experiencias realizadas hasta el momento han permitido obtener modelos digitales del terreno con escalas de hasta 1:50.000, a partir de imágenes SPOT, por lo que pueden categorizarse como muy precisas.


ASPECTOS BÁSICOS PARA LA INTERPRETACIÓN VISUAL DE IMÁGENES.

Indicadores de la Imagen. El estudio de las imágenes de satélite es una vía indirecta

para recopilar información de terreno. Al estudiar las imágenes deseamos encontrar, analizar y

juzgar la importancia de las características de la imagen que contiene la información en la que estamos interesados. Estas características de la imagen pueden dividirse en dos tipos:

1. Indicadores de la imagen, son las propiedades básicas de la imagen que nos ayudan a detectar y, tal vez, identificar y clasificar diferentes detalles visibles en las imágenes.

2. Elementos de interpretación, son la representaciones en las imágenes de los detalles del terreno (es decir, el total de los indicadores que somos capaces de detectar), que nos ayudan a comprender el carácter y las propiedades del paisaje.


Entre las pautas visuales manejadas en teledetección espacial, algunas son comunes con la fotografía aérea - tono, textura, estructura, sombras, contexto, etc.-

Otras son más propias de las imágenes espaciales, principalmente en lo que atañe a la dimensión multi -espectral y multi - temporal de las observaciones, severamente limitada en fotografía aérea.

Un último grupo corresponde a criterios tradicionales en fotointerpretación que rara vez resultan accesibles en imágenes espaciales, como es el caso de la cobertura estereoscópica, tan vital para estudios del relieve.

En cualquier caso, ya sean nuevos o tradicionales, los criterios visuales deben manejarse con cierta precaución en imágenes de satélite, por cuanto las escalas de trabajo y la geometría de adquisición son muy distintas a las empleadas en fotografía aérea


El tono hace referencia a la intensidad de energía recibida por el sensor para una determinada banda del espectro.

En un producto fotográfico, los tonos oscuros indican aquellas áreas sobre las que el sensor detectó una débil radiancia, mientras las zonas claras son producto de una mayor intensidad. En otras palabras, el tono se relaciona estrechamente con el comportamiento espectral de las distintas cubiertas, para la banda particular del espectro sobre la que se trabaje.

En consecuencia, para interpretar los tonos que ofrece la imagen se ha de tener presente el comportamiento espectral de las distintas cubiertas de interés. De otra forma, el intérprete puede entrenarse a reconocer mecánicamente algunas categorías, pero no alcanzará a comprender plenamente las razones de las diferencias tonales que observa.

♦ Tono.


El ojo humano es más sensible a las variaciones cromáticas que a la intensidad luminosa. Si se incorpora el aumento de información que supone la mezcla de varias bandas del espectro, fácilmente se comprende que el color resulta un elemento básico en la interpretación visual de imágenes.

El color que aprecian los ojos es fruto de la reflectividad selectiva de los objetos a distintas longitudes de onda.

Aquellas superficies con alta reflectividad en longitudes de onda cortas, y baja en el resto, aparecen con color azul, mientras ofrecen un tinte rojo si absorben las longitudes cortas y reflejan las largas.

Nuestro ojo sólo percibe las longitudes de onda comprendidas entre 0,4 y 0,7 µm, separando la energía recibida en tres componentes de acuerdo a la sensibilidad espectral de nuestras células sensoras.

♦ Color.


Esos tres componentes son los denominados colores primarios: azul, verde y rojo, a partir de los cuales puede reconstruirse cualquier otro color del arco iris.

Éste es el criterio que se sigue en las composiciones coloreadas, en donde se aplican los colores primarios a tres bandas captadas por el sensor, en el orden y criterio que se estime más oportuno.

Si el sensor recoge información sobre las bandas del espectro azul, verde y rojo, puede obtenerse una composición en color natural. De otra forma, la composición coloreada no se ajusta a los colores que aprecian los sentidos, aunque puede ser - y de hecho, así suele ser- más interesante desde el punto de vista interpretativo.

Independientemente de las bandas que se incluyan en la composición conviene considerar algunos aspectos sobre el proceso que permite obtener esas composiciones en color.


La mezcla de tres bandas espectrales en una composición en color puede conseguirse de acuerdo a dos procesos, denominados aditivo y sustractivo.


En el proceso aditivo, cualquier color se obtiene por suma de los tres colores elementales: azul, verde y rojo. La suma de dos colores primarios permite lograr un color complementario: azul + verde = cían; azul + rojo = magenta, y verde + rojo = amarillo, mientras los tres suman el blanco.

Por el contrario el proceso sustractivo se basa en la absorción de la luz que ejercen los colores complementarios: el cían absorbe la luz roja, el magenta absorbe el verde y el amarillo el azul. Los tres en combinación suponen, por tanto, el negro.

El proceso aditivo es el utilizado en los sistemas electrónicos de visualización, cuando la imagen se representa en un monitor de rayos catódicos. Este es el proceso habitual en un equipo de tratamiento digital de imágenes. Por su parte el proceso sustractivo se emplea en la reproducción mecánica del color, típica de las artes gráficas.


Rojo-magenta. Denota vegetación vigorosa, como cultivos regados, prados de montaña o bosques de caducifolias en imágenes de verano y cultivos herbáceos de secano en imágenes de primavera. El estudio detallado de la intensidad y saturación del rojo permite identificar diversas cubiertas vegetales, así como estimar su ciclo de crecimiento y vigor.

Rosa. Muestra áreas vegetales menos densas y/o vegetación en temprano estado de crecimiento. Las áreas suburbanas en torno a las grandes ciudades, con sus pequeños jardines y árboles diseminados, aparecen a veces en ese color

Blanco. Áreas de escasa o nula vegetación pero de máxima reflectividad: nubes, arenas, depósitos salinos, canteras, suelos desnudos.

Las tonalidades más habituales en ella se corresponden con las siguientes cubiertas (Tindal,

1978):


Azul oscuro a negro. Superficies cubiertas total o parcialmente por agua: ríos, canales, lagos, embalses. En zonas volcánicas, los tonos negros pueden asimismo identificar flujos de lava.

Gris a azul metálico. Ciudades o áreas pobladas, si bien puede asimismo tratarse de roquedo desnudo.

Marrón. Vegetación arbustiva, muy variable en función de la densidad y del tono del sustrato. Los tonos más oscuros indican presencia de materiales paleozoicos (pizarras), mientras los matorrales calcícolas, menos densos normalmente ofrecen una coloración más clara.

Beige -dorado. Identifica zonas de transición: prados secos, frecuentemente asociados con el matorral ralo.


Esa cualidad se refiere a la aparente rugosidad o suavidad de una región de la imagen; en definitiva, al contraste espacial entre los elementos que la componen.

La textura de la imagen procede de la relación entre el tamaño de los objetos y la resolución del sensor.

Cuando un objeto ocupa una superficie inferior a 1 mm2 en la imagen no puede identificarse individualmente, sino sólo a través de la variabilidad espacial que provoca. De esta forma en función del tamaño de los objetos se distingue:

(i) textura grosera, cuando los objetos están comprendidos entre 0,25 y 1 mm2 a la escala de la imagen.

(ii) textura media, objetos comprendidos entre 0,04 y 0,25 mm2, y

(iii) textura fina, objetos inferiores a 0,04 mm2.

♦ Textura.


Además del tamaño de los objetos que forman una determinada cubierta la textura con la que aparece en la imagen puede variar en función de diversos factores.

Los más importantes son el ángulo de observación del sensor (una observación más aguda incrementa la rugosidad), las condiciones de iluminación (a ángulos solares más bajos el efecto de sombras es más evidente), y la longitud de onda (una superficie lisa a longitudes largas puede aparecer como rugosa en cortas).

Trabajando en el espectro visible e infrarrojo cercano, la rugosidad se modifica principalmente en función de las condiciones de iluminación solar.

En cualquier caso el criterio de textura es muy importante para discriminar determinadas cubiertas que pueden ofrecer un comportamiento espectral uniforme.


La mayor parte de los especialistas están de acuerdo en que la observación sistemática de la superficie terrestre es una de las principales ventajas de la teledetección desde el espacio.

Las características orbitales de un satélite permiten que las imágenes sean adquiridas periódicamente y en condiciones similares de observación facilitándose así cualquier estudio que requiera una dimensión temporal.

El análisis multi-temporal se ha aborda con una doble orientación:

(i) Con objeto de detectar cambios entre dos fechas de referencia deduciendo de ahí la evolución del medio natural o las repercusiones de la acción humana sobre ese medio, y planeando, en consecuencia, las medidas adecuadas para evitar su deterioro o asegurar su mejor conservación.

♦ Periodo de adquisición.


(ii) La dimensión tiempo se utiliza para perfeccionar la interpretación de la imagen, gracias a incorporar información sobre el ciclo estacional de las cubiertas vegetales. Esta dimensión resulta de gran utilidad para discriminar tipos de cultivos y especies forestales. El intérprete debe conocer bien el calendario estacional de estas especies, con objeto de seleccionar los períodos más apropiados para discriminarías, frente a otras que pueden presentar un comportamiento similar en algunos momentos del año.

Independientemente del tipo de enfoque que pretenda seguirse, cualquier estudio multi-temporal implica una labor previa de corrección, con objeto de combinar adecuadamente las dos o más imágenes que van a intervenir en el análisis.


Muy dependientes de la fecha de adquisición de la imagen del relieve local. Permiten realzar la interpretación de los rasgos geomorfológicos y de la textura de la imagen, especialmente en zonas forestales. Asimismo, las sombras modifican la señal recibida por el sensor de una misma cubierta produciendo una tonalidad sensiblemente distinta. Conviene tener esto en cuenta, de cara a evitar señalar fronteras entre coberturas, allí donde sólo hay cambios, en las condiciones de iluminación.

♦ Patrón espacial. Este concepto indica una organización peculiar de los objetos

que forman una determinada cubierta. Este criterio se emplea mucho en fotografía aérea, pero en imágenes de satélite está bastante limitado como consecuencia de la baja resolución de los sensores disponibles. No obstante puede permitirnos identificar algunas cubiertas artificiales, como serían las plantaciones forestales.

♦ Sombras.


♦ Contorno - forma. Facilita el reconocimiento de algunos rasgos particulares,

como es el caso de las carreteras frente al ferrocarril (de trazado menos sinuoso), o de los ríos frente a los canales artificiales, que ofrecerán un aspecto más Geométrico. También permite reconocer elementos individuales en la imagen, como es el caso de complejos industriales o aeropuertos, estadios de fútbol, complejos ferroviarios y estructuras geológicas bien definidas: volcanes, domos o lineamientos.

♦ Visión estereoscópica. La mayor parte de los sensores espaciales no poseen esta

capacidad. Excepción a esta norma son las imágenes adquiridas por sensores fotográficos y por el satélite SPOT. En el resto, sólo puede obtenerse visión estereoscópica en las zonas de solape entre órbitas, restringiendo este criterio a una estrecha banda lateral del conjunto de la escena.


♦ Tamaño. El empleo de este criterio viene marcado por la resolución

espacial de las imágenes. En aquéllas de mayor resolución pueden distinguirse objetos particulares (edificios singulares), mientras en las de menor detalle sólo pueden señalarse rangos a ciertos tipos de superficie (embalses, áreas inundadas).

Los criterios de identificación visual aquí comentados pueden agruparse en una escala jerárquica, en función de su grado de complejidad y de las variables que consideran. El tono y color serían los criterios más elementales, pues caracterizan espectralmente a una cubierta. La forma, tamaño, y textura tienen que ver con las propiedades espaciales de los objetos. La sombra y emplazamiento, con su relación a los objetos circundantes. Finalmente, la dimensión temporal hace referencia a la evolución estacional de las cubiertas.

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