Fuentes de datos: Percepción remota

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1 Fuentes de datos: Percepción remota Fuentes de datos: Percepción Remota Definición de percepción remota: En general, la PR es un grupo de técnicas para recolectar información sobre un objeto o área si tener que estar en contacto físico con el objeto o área. o Los métodos más comunes para recoger información incluyen el uso de sensores colocados sobre drones, aviones o sobre satélites. o Los sensores usados pueden ser o cámaras fotográficas o los llamados sensores electro-ópticos. o La mayoría de los sensores remotos ubicados en satélites actualmente, usan sensores electro-ópticos. Estos sensores son detectores electrónicos fotosensibles que crean una señal eléctrica proporcional a la cantidad de energía electromagnética que reciben. 1

2 Fuentes de datos: Percepción remota La percepción remota Criterios Visuales para la interpretación de Imágenes Tono. "Hace referencia a la intensidad de energía recibida por el sensor para una determinada banda del espectro". Color. El color que aprecian nuestros sentidos es fruto de la reflectividad selectiva de los objetos a distintas longitudes de onda. El ojo humano percibe longitudes de onda comprendidas entre 0.4 y 0,7 µm. Textura. "Se refiere a la aparente rugosidad a suavidad de una región de la imagen; en definitiva al contrate espacial entre los elementos que la componen". Situación Espacial. Indica la localización espacial de la cobertura terrestre de interés (vegetación natural, cultivos), así como su relación con elementos vecinos de la imagen Período de Adquisición. Una de las principales ventajas de la percepción remota es la observación sistemática de la superficie terrestre: las imágenes pueden ser adquiridas periódicamente facilitando así cualquier estudio que requiera una dimensión multitemporal. Otros criterios: Sombras. Permite realzar la interpretación de los rasgos geomorfológicos. Patrón espacial. Indica una organización peculiar de individuos dentro de la imagen. Contorno. Facilita diferenciar rasgos particulares. (Una carretera de una vía de ferrocarril). Formas. Permite reconocer elementos individuales en la imagen (aeropuertos, complejos industriales) Visión Estereoscópica. Resulta fundamental para el reconocimiento geomorfológico y de cubiertas del suelo, pues aporta una visión tridimensional del espacio observado. Sensores de los satélites Landsat RBV (Return Bean Vidicon) Multiespectral 3 bandas MSS (Multiespectral Scanner Sensor) Multiespectral 4 bandas TM (Thematic Mapper) Multiespectral 7 bandas ETM+ (Enhanced Thematic Mapper) Multiespectral (instrumento de nueva generación, solo presente en el Landsat 7) El sensor MSS es un equipo de barrido óptoelectrónico que cubre una franja de terreno de 185 km de anchura. Dispone de 24 detectores que registran la radiación procedente del suelo en base a elementos mínimos de resolución (tamaño de pixel de 79 x 79 m). El sensor TM es un equipo de barrido multiespectral que, mediante 100 detectores, proporciona una resolución espacial de 30 m para las bandas 1, 2, 3, 4, 5 y 7 utilizando 16 detectores por banda, y de 120 m en la banda térmica (banda 6) que utiliza 4 detectores. 2

3 Fuentes de datos: Percepción Remota Evolución de los sistemas de teledetección: SENSOR. tipos Pasivos Se limitan a recoger la energía electromagnética procedente de la cubiertas terrestres, ya sea ésta reflejada de los rayos solares, ya sea emitida por su propia temperatura (Landsat, Spot e Ikonos, etc) Activos Son capaces de emitir su propio haz de energía, de manera que la energía electromagnética es enviada en dirección al objeto y luego los sensores detectan la energía reflejada del mismo. Radar (sensor radiométrico activo de micro-ondas), bandas 0,1 cm y 1 m. Puede trabajar en cualquier condición atmosférica. 3

4 SENSOR. resolución Resolución espacial Designa el objeto más pequeño que puede ser distinguido sobre una imagen Resolución radiométrica. Capacidad para registrar y discriminar las variaciones en niveles energéticos provenientes del objeto; (prof. del color) Resolución temporal Es el intervalo de tiempo a lapso en que un sensor observa nuevamente un misma área de terreno o un objeto Resolución espectral. Indica el número y anchura de las bandas que puede discriminar un sensor SENSOR. resolución Entonces como resumen de la diapositiva anterior tenemos que hay cuatro tipos de resolución con los que se trabaja en teledetección: Resolución espacial (tamaño de pixel) Resolución temporal (tiempo que tarda el satélite en tomar dos imágenes del mismo sitito) Resolución espectral (capacidad de discriminar entre longitudes de onda vecinas en el espectro, así como el número de bandas disponible). Resolución radiométrica (núm. de intervalos de intensidad que puede captar el sensor (256 tonos de rojo, o 256 tonos de gris, etc)) 4

5 Resolución espacial Resolución espectral Imagen espectral: Las mediciones de reflectancia y las imágenes que se obtienen a partir de ellas ofrecen una representación muy exacta de como aparecerían a la observación directa los detalles y objetos del terreno, en cuanto a la forma, tamaño, color y la apariencia visual de conjunto. Es lo que se conoce como contenido espacial de la imagen. Pero aún más importante quizás es que las imágenes digitales muestran algo más que simples informaciones espaciales. Las medidas de reflectancia revelan el contenido mineral de las rocas, la humedad del suelo, la salud de la vegetación, la composición física de los edificios y miles de otros detalles invisibles al ojo humano. Es lo que se denomina contenido espectral de la imagen de satélite. 5

6 Entender la diferencia entre información espacial y espectral es muy importante porque se trata del primer paso para elegir entre los dos tipos fundamentales de imágenes de satélite: pancromáticas y multiespectrales. Las imágenes pancromáticas se captan mediante un sensor digital que mide la reflectancia de energía en una amplia parte del espectro electromagnético (con frecuencia, tales porciones del espectro reciben el nombre de bandas). Para los sensores pancromáticos más modernos, esta única banda suele abarcar lo parte visible y de infrarrojo cercano del espectro. Los datos pancromáticos se representan por medio de imágenes en blanco y negro. Las imágenes multiespectrales se captan mediante un sensor digital que mide la reflectancia en muchas bandas. Por ejemplo, un conjunto de detectores puede medir energía roja reflejada dentro de la parte visible del espectro mientras que otro conjunto mide la energía del infrarrojo Cercano. Estos distintos valores de reflectancia se combinan para crear imágenes de color. Los satélites de teledetección multiespectrales de hoy en día miden la reflectancia simultáneamente en un número de bandas distintas que pueden ir de tres a catorce. Las imágenes hiperespectrales: referidas a un sensor espectral que mide la reflectancia en muchas bandas, con frecuencia cientos. La teoría en lo que se apoya la detección hiperespectral es que la medida de la reflectancia en numerosas franjas estrechas del espectro permite detectar características y diferencias muy sutiles entre los rasgos de la superficie, especialmente en lo que se refiere a vegetación, suelo y rocas. Imagen pancromática 6

7 Resolución espectral El conjunto de todas las longitudes de onda se denomina espectro electromagnético. Dentro del espectro electromagnético se distinguen una serie de regiones, las más utilizadas por las diferentes técnicas de teledetección son: la luz visible, (R,G,B) el infrarrojo reflejado, (cercano y medio) el infrarrojo térmico (lejano) y las microondas (radar). Plataforma: Se entiende por plataforma a los satélites (LANDSAT, METEOSAT, NOAA, SPOT, etc) o aviones que transportan los sensores. Sensores: Aparatos necesarios para captar, almacenar y transmitir imágenes a distancia. Puede captar información para diferentes regiones del espectro electromagnético. (ETM+, ETM, MSS, etc) Canal o banda: Cada una de las regiones del espectro electromagnético. Resolución espectral Dependiendo de la sensibilidad para la que han sido concebidos, los sensores miden la reflectando de la energía en las partes visible del espectro electromagnético del infrarrojo cercano, medio y térmico, y de microondas radáricas. La mayoría de los satélites de teledetección miden la energía en longitudes de onda del espectro muy específicas y bien definidas. 7

8 Resolución espectral 8

9 Resolución espectral En los sistemas de percepción remota se destacan una serie de bandas espectrales: Espectro Visible: (0.4 a 0.7 µm). Es la única radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. Se distinguen tres bandas elementales: azul (0.4 a 0.5 µm), verde (0.5 a 0.6 µm), y rojo (0.6 a 0.7 µm), en razón de los colores elementales asociados a esas longitudes de onda. Infrarrojo próximo: (0.7 a 1.3 µm). Es una región de gran utilidad para discriminar objetos naturales (discriminación de masas vegetales y concentraciones de humedad); la máxima reflectancia de la vegetación tiene lugar en el infrarrojo. Infrarrojo medio: (1.3 a 8 µm). Es donde se entremezclan los procesos de reflexión de la luz solar y de emisión de la superficie terrestre. Infrarrojo medio: (8 a 14 µm). Es donde predomina la emisión del la REM. La energía absorbida por los objetos, es almacenada y se manifiesta por aumento en su temperatura. Microondas: (a partir de 1 mm). Su utilidad esta dada por la capacidad de penetrar a través de condiciones adversas como lluvias, nubes, etc. (RADAR) Composición de color Puesto que la imagen de cada banda representa niveles de intensidad de un color (azul, verde, rojo,(rgb), etc) y los monitores y tarjetas de video disponen de 3 canales R = rojo G = verde B = azul para representar los 3 colores básicos; puede utilizarse cada canal para representar la intensidad de una banda y obtener así una composición de color, la más obvia seria simular el color real: Banda 1 -> B Banda 2 -> G Banda 3 -> R pero como se dispone de más bandas, nada impide utilizarlas para generar visualizaciones en falso color. Estas composiciones servirán para resaltar los elementos que mayor reflectividad presentan en las bandas utilizadas, además de obtener visualizaciones más o menos estéticas. Por ejemplo, si se pasa la banda 4 de landsat 7 (con alta reflectividad por parte de la vegetación) por el canal verde, la vegetación se verá mucho más claramente que si se utiliza la banda 2 Banda 1 -> B Banda 4 -> G Banda 3 -> R En general, se trata de aprovechar que podemos visualizar tres canales a la vez para introducir las tres bandas que más nos van a ayudar a discriminar visualmente los elementos que nos interesan. 9

10 Aplicaciones Pancromáticas Localizan, identifican y miden accidentes superficiales y objetos, principalmente por su apariencia física, es decir, forma, tamaño, color y orientación. Identifican y cartografían con precisión la situación de los elementos generados por la acción del hombre, como edificios, carreteras, veredas, casas, equipamientos de servicios públicos, infraestructura urbana, aeropuertos y vehículos. Actualizan las características físicas de los mapas existentes. Trazan los límites entre tierra y agua. Identifican y cuantifican el crecimiento y desarrollo urbano. Permiten generar modelos digitales de elevación de gran exactitud. Catalogan el uso del suelo. Aplicaciones Multiespectrales Distinguen las rocas superficiales y el suelo por su composición y consolidación. Delimitan los terrenos pantanosos. Estiman la profundidad del agua en zonas litorales. Catalogan la cubierta terrestre. Aplicaciones de Radar de Apertura Sintética Captan imágenes en zonas frecuentemente cubiertas por nubes, nieblas o inmersas en constante oscuridad. Localizan iceberg y hielo marino; cartografían otros estados de la superficie oceánica, como corrientes, olas, y poluciones petrolíferas. Cartografían aspectos del terreno muy sutiles, como tallas y pliegues. Permiten detectar y cartografiar cambios en la superficie terrestre debidos por ejemplo al crecimiento de la vegetación, a variaciones de la humedad del suelo, actividades agrícolas o forestales (e.g. labranza, deforestación), o incluso debidos a movimientos sísmicos (e.g. fallas, temblores, etc.). 10

11 La fotografía aérea Las fotografías aéreas (junto con las imágenes satelitales) juegan un papel importante en la elaboración general de mapas y en la adquisición y visualización de datos GIS. En primer lugar, ayudan a proporcionar un efecto visual sólido. Muchas personas son capaces de poner conceptos espaciales en perspectiva cuando ven fotografías. En segundo lugar y quizás el más vital es proporcionar una base para la recogida de información espacial. Ejemplos de esto son características tales como carreteras, vegetación y cuerpos de agua. La fotografía aérea Fuente valiosa de información. Baratas, accesibles digital y análogamente; Con gran nivel de detalle. Permite la visión estereoscópica. Sirven para la actualización y creación de mapas La cantidad y calidad de información depende del interpretador. Tipos: overticales: semejante a un plano. ooblicuas: Oblicua alta (se ve el horizonte ) y Oblicua baja (no se ve el horizonte) 11

12 Vertical Oblicua baja La orientación a 90º permite el análisis estereoscópico (visión 3d) y fotogramétrico (medición distancias) Fotografías oblicua alta 12

13 Fotografías oblicua baja Distorsión y rectificación Los datos de imágenes satelitales o fotografías aéreas deben prepararse de forma que se elimine la distorsión de la imagen. Este proceso se llama ortorectificación. Sin este proceso usted no sería capaz de realizar funciones tales como realizar medidas precisas y directas de distancias, ángulos, posiciones y áreas. 13

14 Distorsión y rectificación: Qué es ortorectificación? Las variaciones topográficas en la superficie de la tierra y la inclinación del satélite o sensor aérea afectan la distancia con la que se muestran las características en la imagen satelital o aérea. Cuanto más topográficamente diverso sea el paisaje, tanto mayor será la distorsión inherente en la fotografía. Distorsión y rectificación: Qué es ortorectificación? Los datos de imágenes adquiridos por sensores de imágenes satelitales o aéreos están afectados por errores de geometría sistemáticos inducidos por la plataforma del sensor, introduciendo de ese modo distorsiones de terreno cuando el sensor de imagen no apunta directamente al Nadir del sensor. A= Nadir B= Línea de nadir 14

15 Distorsión y rectificación Distorsión y rectificación: Qué es ortorectificación? Entonces su función es corregir las deformaciones generadas por la topografía y los ánulos de visión de los sensores remotos que capturan imágenes, esta deformación es bastante grande en fotos aéreas y bastante menor en imágenes satelitales.. 15

16 LIDAR (Light Detection And Ranging) Sistema Laser en vuelo de medición de puntos sobre la superficie del terreno, para la generació rápida y precisa de Modelos Digitales de Elevación para proyectos en áreas localizadas. Estos datos adquiridos proveen generalmente una densidad de puntos 3 veces más grande que los capturados por metodos fotogramétricos, siendo ideales para la rectificación de ortofotos. Debido a la alta densidad de puntos, es posible la identificación de objetos en el terreno y la penetración en el follaje y la vegetación. En el terreno se obtiene una precisión vertical de 5 cm. En el agua, de 3 a 5 metros para aplicaciones batimétricas. IFSAR (InterFerometric Synthetic Aperture Radar) Sistema de Radar en vuelo para una rápida y precisa generación de Modelos Digitales de Elevación para proyectos que cubran grandes áreas geográficas. Es un sistema que puede ser utilizado en horas nocturnas y en todo tipo de condiciones meteorológicas. Posee una precisión vertical de 1 a 3 metros. Cámara Aérea Digital (ADS-40) Adquisición de imágenes aéreas digitales utilizando tecnología CCD (Charge Couple Devices) fija y de barrido, posibilitando la utilización de las imágenes de manera inmediata. Esta tecnología en corto tiempo, reemplazará de manera definitiva a las cámaras convencionales. Sensor Multiespectral Adquisición de imágenes aéreas digitales multiespectrales para su utilización en estudios del medio ambiente, delineación de coberturas de agua, diversidad biológica, analisis de stress de la vegetación, vegetación acuática sumergida y otras aplicaciones. Radiómetro de Microondas Monitoreo del medio ambiente y respuesta a desastres ecológicos, medición directa de humedad del suelo, salinidad, existencia de napas de agua superficiales y detección de objetos bajo tierra cercanos a la superficie (detección de roturas en cañerías bajo tierra a través del cambio de humedad en el terreno a lo largo de la cañería). Sensor Termal Utilización en la medición directa de temperatura de superficies. Detección de pérdida de temperatura en grandes edificios, ubicación de cañerías de vapor bajo tierra y el estado de su aislación, grado de enfriamiento en piletas de refrigeración, detección de incendios subterráneos. Percepción remota: Imágenes satelitales Introducción Además de estas ventajas evidentes, las imágenes de satélite muestran, literalmente, mucho más de lo que el ojo humano puede observar, al desvelar detalles ocultos que de otra forma estarían fuera de su alcance. Algunas imágenes, por ejemplo, muestran las enfermedades de la vegetación, la existencia de minerales en afloramientos rocosos o la contaminación de los ríos. Algunos satélites "ven" a través de las nubes y la niebla que oculta parte de la superficie terrestre. Cabe preguntarse qué ventajas tiene el utilizar imágenes de satélite cuando existen muchas otras fuentes de datos geográficos, como fotografías aéreas, estudios sobre el terreno y mapas sobre papel. Para la mayoría de las aplicaciones, la respuesta más sencilla es que las imágenes de satélite son más rápidas, mejores y más baratas. La imagen del satélite es con frecuencia el medio más práctico para adquirir información geográfica aprovechable. 16

17 Percepción remota: Imágenes satelitales Esta es la primer imagen satelital obtenida por el satélite Explorer 6. Muestra un área del Océano Pacífico, iluminada por el sol, cubierta por nubes. Esta imagen fue capturada cuando el satélite estaba aproximadamente a km sobre la superficie terrestre el 14 de agosto de En el momento en que el satélite estaba cruzando México. La primer fotografía satelital de la luna fue tomada por el satélite soviético Luna 3 el 6 de octubre de 1959 La Canica Azul es una famosa fotografía de la Tierra tomada el 7 de diciembre de 1972 por la tripulación de la nave espacial Apolo 17 a una distancia de unos kilómetros. La imagen es una de las pocas que muestran la Tierra completamente iluminada, ya que los astronautas tenían el Sol detrás de ellos cuando tomaron la imagen. Para los astronautas, que estaban a kilómetros de distancia, la Tierra tenía el tamaño y la apariencia de una típica canica de vidrio (de ahí el nombre). Esta imagen se utiliza en la Bandera de la Tierra, que no es oficial. Percepción remota: Imágenes satelitales El primer satélite espía que consiguió obtener una fotografía y enviarla con éxito a la Tierra fue el Discoverer 14, un satélite espía del programa Corona. Esta fotografía corresponde a la base aérea de Mys Shmidta, en la extinta Unión Soviética. Se tomo el 18 de Agosto de 1960 Esta es la primer imagen satelital de la tierra, transmitida por televisión, tomada por el satélite meteorológico MORELOS-1. 2 de Enero de 1839 cuando el físico frances Louis Daguerre toma la primera fotografía de la Luna. Convirtiéndose además en pionero de la fotografía moderna 17

18 Percepción remota: Imágenes satelitales Ventajas de este tipo de imágenes: DIGITAL Casi todas las imágenes procedentes de satélite se adquieren digitalmente. RÁPIDO En lo que tarda un equipo topográfico en descargar su material o un piloto en realizar las comprobaciones previas al vuelo, un satélite de teledetección levanta el mapa de un vasto bosque o el de una ciudad entera. Además, dado que los satélites se encuentran en orbitas estables, raramente tardan más de una semana en adquirir imágenes de la zona que le interesa. ECONÓMICO Para zonas extensas, las imágenes de satélite resultan normalmente más económicas que la fotografía aérea o las campañas topográficas sobre el terreno. GLOBAL Los satélites no están limitados por fronteras políticas ni geográficas. Los satélites comerciales de teledetección se hallan en orbitas polares que los permiten sobrevolar todas las zonas del planeta. Un satélite de teledetección obtendrá una imagen de la zona que le interesa, independientemente de que este en la cima de una montaña o en medio del océano. Percepción remota: Imágenes satelitales ACTUALIZADO En el mundo actual, en rápida mutación, necesitamos información actualizada para tomar decisiones críticas para nuestros proyectos. Cuando se imprimen, los mapas ya tienen meses o años. Sin embargo, puede disponer de una imagen de satélite un par de días después de su toma. De hecho, el mapa más actualizado que se puede tener es una imagen. SINÓPTICO Los satélites de teledetección captan, en una sola imagen, detalles de la cubierta del suelo, carreteras e infraestructuras principales que se extienden por cientos o incluso miles de kilómetros cuadrados. PRECISO La cámara no miente y tampoco lo hace un sensor de satélite. Dado que una imagen de satélite en bruto, sin procesar, se crea sin intervención humana, la información que contiene es una representación precisa, objetiva e imparcial de los objetos y detalles de la superficie terrestre. FLEXIBLE El tratamiento y la extracción de información de las imágenes de satélite pueden ser tan complicados o sencillos como se desee. De igual modo, se pueden sacar datos más complejos y aprender a combinar las imágenes con miles de datos geográficos distintos con capacitación en el manejo de los programas informáticos de aplicaciones geográficas y procesamiento de imágenes. 18

19 Fuentes de datos: Percepción Remota Las etapas involucradas en la fotointerpretación son: Definición de necesidades de información Selección de las técnicas más adecuadas Obtención de los datos Control en terreno Pre-procesamiento de los datos Procesamiento y análisis Interpretación y confección de productos finales con la información deseada. Fuentes de datos: Percepción Remota Ciclo básico: 19

20 Fuentes de datos: Fotografía aérea Percepción Remota: ALONSO, Paco. Universidad de Murcia. Fotointerpretación y Teledetección.( ) { } Centro Internacional de Agricultura Tropical. Conceptos Básicos de Teledetección. ( ) { }. Centro de Sensores Remotos de Canadá. Tutoriales en Sensores Remotos. { } ERS. Del Paisaje en imágenes a la Teledetección del Paisaje España. { } Universidad Nacional del Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Historia de los Satélites. Argentina.{ } Futuro de la Percepción Remota: FRICKER, Peter y GALLO, Guillermo M. El sensor aerotransportado ADS40 de LH System. La Nueva Generación de Instrumentos Fotogramétricos Totalmente Digitales. { } Universidad de Murcia. Fotointerpretación y Teledetección. España. { } Fundamentos Físicos de la Teledetección Fuentes de datos: Fotografía aérea Datos sobre determinados sensores y satélites (Eduspace - ESA) Información sobre sensores Percepción remota 20

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