sábado, 8 de octubre de 2011

FOTO AÉREA, FOTO SATELITAL Y EL RADAR

Diferencia visual y digital de imágenes fotográficas aéreas, de radar y satelital


Introducción

Tanto las imágenes satelitales como las imágenes de radar proporcionan información valiosa a una amplia comunidad de usuarios. La geología, la agricultura y el mapeo de la cobertura del terreno son sólo algunas de las aplicaciones que se benefician con esta tecnología. El uso de cada una de ellas o las 2 estará regido por el estudio que quiera realizarse.

El presente informe tiene como fin el reconocimiento de lo que son imágenes satelitales y de radar, así como su diferencia, ya que al conocer el alcance de cada una podremos optimizar su uso.

Objetivo
  • Diferenciar el tratamiento visual y digital de imágenes aéreas, de radar y satelitales.

Revisión bibliográfica 

Que es una imagen satelital?

Plataforma satélite sensor:

Los satélites de observación de recursos naturales orbitan a unos 800 km de altura y van cubriendo cíclicamente franjas de la superficie terrestre, captando y enviando imágenes a las distintas estaciones receptoras en la Tierra.

Los equipos sensores montados sobre los satélites pueden ser pasivos (ópticos) o activos. Los primeros captan la radiación solar reflejada por las distintas zonas de la superficie terrestre, en diversas bandas del espectro electromagnético. 

Ejemplo: los barredores multiespectrales de la serie LANDSAT y los sensores CCD ("Charge Coupled Device") de la serie SPOT. 

Los sensores activos, tales como el radar de apertura sintética (SAR en inglés), montados sobre series de satélites más recientes (ERS de Europa y RADARSAT de Canadá) envían a la superficie terrestre señales de radar y captan los ecos reflejados por los distintos elementos del terreno. Al poder operar durante el día o la noche y bajo cualquier condición de visibilidad, son útiles particularmente en regiones cercanas a los polos, en donde existe un alto porcentaje de cobertura de nubes durante gran parte del año. Dada la naturaleza de la información captada, la interpretación de estas imágenes es más compleja que en el caso de las provenientes de sensores pasivos.

Toma de la imagen y características:

A medida que el satélite avanza en su órbita, el sensor montado en el mismo va "observando" transversalmente líneas de pequeños elementos contiguos de la superficie terrestre representados como "pixeles" (del inglés PICture Element). Tales líneas, ubicadas una a continuación de la otra, van formando los cuadros de imágenes.

El "pixel" es el mínimo elemento de detalle discernible que el sistema sensor puede captar, y determina la "resolución" espacial que tendrá la imagen. Las resoluciones de imágenes de satélites de uso civil más utilizadas en evaluación de recursos terrestres son de 30x30 metros, 20x20 metros ó 10x10 metros.


Los sensores pasivos u ópticos van captando los elementos de la superficie terrestre de la siguiente manera: el haz luminoso reflejado proveniente del elemento se separa, a través de filtros, en haces de distinta longitud de onda, dentro de los rangos visible e infrarrojo. Estas señales luminosas se convierten en señales eléctricas, que se digitalizan y almacenan como datos numéricos.

Los pixeles quedan entonces agrupados en imágenes multiespectrales formadas por varias bandas o planos, que representan la reflectancia del terreno en cada una de las correspondientes bandas del espectro electromagnético. Tres de estas bandas pueden asignarse a los canales rojo, verde y azul en un monitor de video (o fotográficamente) para formar una imagen en color.

La importancia de contar con planos de imágenes en distintas bandas espectrales radica en que los elementos sobre la superficie terrestre reflejan la luz solar en distintas proporciones para cada banda, y al tener un juego de datos multibanda se puede posteriormente identificar mejor dichos elementos.

Los sensores activos (radar de apertura sintética), a diferencia de los pasivos, envían a Tierra señales en una dada frecuencia y reciben las señales de retorno de los distintos objetos. Las características geométricas y eléctricas del terreno (constante dieléctrica, pendiente, rugosidad, etc.), junto con la longitud de onda (frecuencia) transmitida y la polarización de la antena, determinan la intensidad de los retornos de radar. 

Luego se procesan los datos recibidos para formar una imagen constituida por pixeles, cada uno con un valor numérico o nivel de gris.

Las imágenes de radar constan de una sola banda, por lo que pueden verse sólo en blanco y negro, pero pueden combinarse con imágenes de otras fechas o de otros sensores para formar productos en color. 

¿Cómo se procesa una imagen satelital?

La imagen satelital consiste en un archivo de datos numéricos que pueden procesarse digitalmente por medio de procedimientos computacionales, que incluyen procesos matemáticos y estadísticos.

Las imágenes a procesar se seleccionan en función de la aplicación, teniendo en cuenta las características requeridas: resolución espacial, fecha de toma, cantidad y tipo de bandas, etc.

Los tratamientos se realizan en sistemas de procesamiento de imágenes satelitales (software y hardware apropiados), y tienen como finalidad corregir los datos, mejorar las imágenes y extraer información.

La corrección de los datos se realiza debido las alteraciones que sufre la imagen por distintas causas, en el momento en que se capta la información, como por ejemplo: movimientos indeseados del satélite, descalibración de los detectores, deformación por la rotación terrestre, etc.

Posteriormente, pueden efectuarse procesos para mejorar visualmente la imagen y así facilitar la fotointerpretación, por ejemplo: ensanches de contraste, realces de bordes, ampliaciones digitales, combinaciones color de bandas, etc.


La vegetación aparece en tonalidades de ocres, naranjas y marrones, la ciudad y caminos en distintas intensidades de celeste, el suelo arado verde claro, el suelo desnudo celeste, la laguna azul negro y el mar azul profundo

Dependiendo de la aplicación, también se utilizan técnicas para extraer información útil. Algunos ejemplos, entre muchos otros otros, son:

1. Clasificación multiespectral: se aplican técnicas estadísticas para identificar clases de elementos en la imagen tales como cultivos, forestación, y en general zonas uniformes. 

2. Cocientes matemáticos entre bandas: permiten separar suelo y agua, y tipos de suelo entre sí. 

3. Componentes principales: transformación matemática de los planos de imagen que permite la identificación de  cierto tipo de elementos tales como rocas y distintos suelos, entre otras aplicaciones. 

4. Análisis de textura: utiliza parámatros estadísticos para evaluar las distintas texturas presentes en el terreno. 

5. Indices de vegetación: son combinaciones matemáticas entre bandas que indican la presencia y condición de la vegetación verde. 

6. Generación de modelos digitales de terreno (elevación del terreno): se realiza a partir de pares estereoscópicos, es decir imágenes de una misma zona tomada desde distintos ángulos de mira del sensor. 

7. Filtrados: permiten destacar o enmascarar características relativas a la variación espacial de los tonos de gris del terreno.

Opcionalmente, los resultados obtenidos pueden integrarse con información geográfica de otro tipo (infraestructura, caminos, datos demográficos, pendiente del terreno, etc.) en sistemas de información geográfica.










Servicios ofrecidos:

1. Imágenes Landsat MSS de archivo, ampliaciones papel en laboratorio fotográfico. 

2. Interpretación temática. 

3. Mapeos y estimaciones de superficie. 

4. Diseño de metodologías para estudios específicos.

5. Evaluaciones y diagnósticos de problemas. 

6. Cursos de capacitación, entrenamiento y actualización. 

7. Asesoramiento y consultoría técnica. 

(Centro de Sensores Remotos, fuerza aérea argentina;2007)

- Las imágenes de radar son capturadas por sistemas satelitales vivos, es decir el satélite emite un haz de energía y captura la porción de esta que es reflejada. Por sus características estas imágenes son insensibles a las variaciones atmosféricas, no se ven afectadas por la falta de iluminación solar y capturan información de la superficie incluso con presencia de nubes. 

La resolución espacial de las imágenes de radar es variable y su rango de captura no se mide en longitudes de onda sino en bandas de frecuencia. 

(http://www.biesimci.org/Satelital/Original/Radar/Indices/radar.html)

- Una imagen de radar es la relación de la energía de microondas transmitida a la Tierra con la energía reflejada directamente de regreso al sensor. Esta energía reflejada se llama retrodispersión y depende de la topografía local, la rugosidad y las propiedades dieléctricas que están directamente afectadas por los niveles de humedad.

Por tratarse de imágenes monobanda es posible visualizarlas únicamente en blanco y negro.

Las imágenes de radar proporcionan información valiosa a una amplia comunidad de usuarios. La geología, la agricultura y el mapeo de la cobertura del terreno son sólo algunas de las aplicaciones que se benefician con esta tecnología. Aunque no hay dos unidades de terreno iguales, existen algunas reglas generales para la interpretación de una imagen de radar. El agua es usualmente oscura debido a que su reflejo especular retorna una señal débil al satélite. Por el contrario, las zonas urbanas son siempre muy brillantes gracias a los reflejos sobre extensas superficies verticales. La información comprendida entre estos extremos se corresponderá con distintos matices de gris. Interpretando los distintos tonos , texturas y patrones sobre la imagen, es posible obtener información relacionada con la estructura geológica y litológica de la zona.

(http://www.aeroterra.com/p-radarsat.htm)

- las imágenes de satelite pueden interpretarse mediante un análisis visual o en forma digital. De estas,las interpretaciones visual de imágenes ha sido por mucho tiempo el caballo de la batalla de l a teledetección del sensoramiento remoto. Las técnicas de interpretación visual sirven para evaluar cualitativamente para evaluar patrones espectrales en la imagen, diferenciando tonalidades, textura, forma entre otras características. Sin embargo esta técnica puede tener ciertas desventajas, ya que ciertas características espectrales, no son siempre evaluadas a pesar de los esfuerzos de la interpretación visual, esto se debe a que l ojo humano tiene una capacidad limitada para discernir tonalidades similares en la imagen y la dificultad de un interprete a analizar simultáneamente numerosas imágenes espectrales. En aplicaciones donde los patrones espectrales contienen mucha información.

(lillesand;1987)

- Información satelital y mapa planimétrica del Perú.- Comprende la información de satélite en formato digital e impreso en papel fotográfico de toda la cobertura del país, con dos sistemas principales: 1) LANDSAT – TM y ETM (USA), con 07 bandas (con resolución espacial de 30 m) y 08 bandas (con resolución espacial de 30 m y 15 m en la 8º banda), se cuenta con una cobertura del 98 % del país; 2) SPOT (Francés), con 03, 04 y 05 bandas (con resolución espacial de 20 m y 05 m en el tipo multiespectral y 10 m y 01 m en el tipo pancromático), se cuenta con una cobertura limitada del país (14 %).

Existe además el Mapa Planimétrico del Perú a escala 1:250 000, elaborado con imágenes del satélite LANDSAT- MSS, sobre la base cartográfica de la carta nacional del IGN. Este mapa puede ser actualizado utilizando imágenes de mayor resolución 

LANDSAT-TM o ETM recientes, para obtener una nueva versión a nivel nacional y departamental a escala 1:250 000.

Se puede aplicar en:

1. Análisis e interpretación analógica o digital para estudios de los recursos naturales a diferente nivel de detalle (Exploratorio a Detallado), utilizando el falso color o diferentes combinaciones de bandas, de acuerdo a la necesidad de los especialistas.

2. Proporciona información para la explotación de las aguas subterráneas.

3. Planeamientos y diseño de proyectos de desarrollo hasta nivel de factibilidad.

4. Monitoreo y actualización de información de recursos naturales, de acuerdo a las necesidades de los proyectos.

5. Selección de áreas de interés con fines de zonificación de cultivos, pastos, bosques, manejo de cuencas y otros usos.

6. Discriminación de áreas de cultivo a nivel de predios rurales y zonificación urbana, con fines de catastro.

7. En exploración minera y petrolera, turismo, planificación vial, hidráulica y energética, y otros usos. 

(INRENA;2007)

Bibliografía

- INRENA;2007
- lillesand;1987
- http://www.aeroterra.com/p-radarsat.htm
- http://www.biesimci.org/Satelital/Original/Radar/Indices/radar.html
- Centro de Sensores Remotos, fuerza aérea argentina;2007

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