Introducción a la Percepción Remota con aplicaciones al manejo costero

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1 Introducción a la Percepción Remota con aplicaciones al manejo costero Institución: Universidad Autónoma de Baja California Sur Área: Ciencias del Mar Departamento: Biología Marina, Programa de Posgrado en Ciencias Marinas y Costeras Nivel: Especialidad, Maestría y Doctorado Nombre de la materia: Introducción a la Percepción Remota con aplicaciones al manejo costero Número de horas clase/semana: 3 horas de teoría y 2 de horas de laboratorio (8 créditos) Nombre del profesor: Dr. Genaro Martínez Gutiérrez, Profesor-Investigador Universidad Autónoma de Baja California Sur. martingg@uabcs.mx Lugar y fecha de elaboración y actualización: Febrero del 2013 INTRODUCCION La percepción remota se basa en la adquisición de imágenes desde una fuente remota o alejada del objeto en estudio. De ahí que las fotografías tomadas con una cámara Reflex pueden ser consideradas como imágenes de percepción remota. Otras formas de percepción remota son las fotografías aéreas verticales, que tuvieron sus inicios a mediados del siglo XVII usando globos aerostáticos. No fue hasta principios del siglo XIX que las fotografías aéreas fueron adquiridas desde aeroplanos, gracias a la invención éstos por los hermanos Wright en El gran auge de las fotografías aéreas fue en la I y II guerra mundial. En la década de los sesenta da inicio la era de la imagen satelital con el uso de satélites meteorológicos en orbita. En 1972, con el lanzamiento del satélite Earth Resources System (ERS 1), que posteriormente fue denominado como LANDSAT 1, se capturaron imágenes de la Tierra en formato multiespectral (4 bandas). El empleo de las imágenes capturadas por el programa LANDSAT ha permitido estudiar la superficie del planeta con mejor definición y en forma multi-temporal. Gracias al uso de las imágenes satelitales adquiridas por diferentes clases de satélites en la actualidad, la planeación, el manejo y monitoreo de los recursos naturales han sido adecuadamente administrados en algunos países. Esta tecnología, asimismo, es usada en muchos países con fines de investigación, planeación, manejo y monitoreo de recursos, educación, etc. 1

2 EVALUACIÓN Para la evaluación y acreditación de este curso el estudiante deberá participar en cada una de las clases, esto no quiere decir que solamente su asistencia es necesaria, sino que deberá discutir las lecturas asignadas, que serán la base para la discusión en clase. En caso de que los ejercicios de laboratorio no sean entregados el alumno será penalizado con el puntaje asignado a los ejercicios y tareas. Para acreditar este curso, además será necesario asistir y participar en las actividades designadas en una salida de campo. Examen mitad de semestre 20% Ejercicios de laboratorio 30% Examen final de semestre 20% Proyecto (Informe, presentación y campo) 30% OBJETIVOS TERMINALES DEL CURSO Este curso esta dirigido a proporcionar las bases teóricas y metodológicas para describir y analizar imágenes de satélite (desde pancromáticas hasta hiperespectrales). Llevar a cabo el tratamiento de imágenes para extraer información temática. Conocer las características y propiedades de las imágenes satelitales de la zona costera a fin llevar a cabo su análisis e interpretación. ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS: Realización de un proyecto utilizando imágenes de satélites del área de la península de Baja California. El estudiante realizará el tratamiento de una imagen y obtendrá información temática, la cual será verificada en el campo. El trabajo concluirá con un informe de su investigación de laboratorio. 2

3 UNIDAD I: Introducción a conceptos y sistemas satelitales. Descripción: La adquisición de imágenes por cualquier medio se basa principalmente en la energía que reflejada o radiada por cualquier objeto. En esta unidad se discute los fundamentos del espectro electromagnético y que intervalos de éste son empleados para obtener información por medio de sondas satelitales. Asimismo se discute los patrones espectrales de los materiales que se encuentran en la superficie terrestre. TIEMPO PROGRAMADO: 5hrs. Proporcionar las bases fundamentales de la percepción remota a través del fenómeno de la radiación solar. Fundamentos de la percepción remota. Radiación electromagnética. Transmisión de la atmósfera. Radiación en la atmósfera. Patrones y firmas espectrales de materiales. Elaborar en discusión con el grupo una definición de percepción remota. Discutir sobre los conceptos involucrados en la definición de percepción remota. Se señalarán las lecturas de base y las complementarias que ayudaran a entender los principio de la percepción remota satelital. Artículos científicos, presentaciones PPT. Sesión de laboratorio. BIBLIOGRAFÍA: Sabins, F.F. 1997, Cap. 1. 3

4 UNIDAD II: Características de los sistemas satelitales. Descripción: Las imágenes adquiridas por medio electrónicos (ópticos y electro-ópticos) presentan diferentes propiedades que dependen del dispositivo utilizado para capturarlas. En esta unidad se discutirán las características digitales de las imágenes tomadas por sensores satelitales y aerotransportados. TIEMPO PROGRAMADO: 10hrs. Informar sobre los diferentes sensores utilizados en la obtención de imágenes satelitales y proporcionar las características espectrales y espaciales que contienen las imágenes. Introducción a la fuente de recursos. Características de las imágenes digitales. Resolución. Respuesta espectral. Respuesta espacial. Distorsión geométrica. Sensores satelitales meteorológicos. Sensores satelitales para los recursos de la Tierra (ERS). Sistema Landsat (MSS y TM), SPOT, MODIS, AVHRR, ASTER, etc. Elaborar las definiciones de los principales conceptos empleados en percepción remota a través de discusión grupal. Elaborar un mapa mental de las características digitales de las imágenes. Se señalarán las lecturas de base y las complementarias y se analizarán las principales conclusiones de las lecturas en discusiones en grupo. Sesión de laboratorio. BIBLIOGRAFÍA: Verbyla, D. L., 1995, Cap. 1, Stelzer, et al.,

5 UNIDAD III: Pre-procesamiento de imágenes. Descripción: Los datos obtenidos o colectados en cualquier estudio requieren generalmente de un pre-proceso antes de poder ser usados, las imágenes satelitales no son la excepción. En este unida se describe y discute los principales procesos involucrados en el pre-proceso o tratamiento inicial de imágenes digitales. TIEMPO PROGRAMADO: 3hrs. Conocer los procedimientos básicos para la visualización de imágenes pancromáticas y multiespectrales. Proporcionar los fundamentos físicos involucrados en la corrección geométrica y radiométrica de imágenes satelitales. Visualización de imágenes pancromáticas. Intensificación de contraste. Visualización de imágenes a color. Eliminación de influencia atmosférica radiativa y aditiva. Elaborar las definiciones de los principales términos mediante la discusión en grupo. Elaborar en grupo un mapa mental de los tipos de correcciones que se realizan a una imagen satelital. Uso de imágenes digitales (fotográficas y satelitales) como elemento de discusión para ver sus propiedades. Empleo de presentaciones PPT BIBLIOGRAFÍA: Verbyla, D. L., 1995, Cap. 2. 5

6 UNIDAD IV: Procesamiento de imágenes. Descripción: Las imágenes satelitales contienen información del comportamiento de la energía solar que es reflejada, transmitida o absorbida por los materiales sobre la superficie terrestre. Uno de los objetivos principales de la PR es conocer la composición de dichos materiales, a fin de obtener esta información es necesario realizar varios procesos (algoritmos). En esta unidad se discuten los diferentes algoritmos empleados para la extracción de información sobre la composición de los materiales. TIEMPO PROGRAMADO: 3 hrs. Patrones y firmas espectrales de materiales. Corrección radiométrica. Corrección geométrica. Filtros digitales. Significado de la firma espectral a través de la construcción de un mapa mental. Discusión con artículos especializados los métodos de procesamiento de imágenes. Presentaciones en PPT. Sesión de laboratorio. BIBLIOGRAFÍA: Verbyla, D. L., 1995, Cap. 4 y 5, Yuan y Elvidge,

7 UNIDAD V: Estadística básica y transformaciones espectrales. Descripción: La información almacenada en las imágenes satelitales se presenta en forma binaria, por lo tanto esta puede ser representada en forma numérica. El intervalo de valores que existen en una imagen es de 0 a 256, una vez que son convertidos del binario al decimal. Estos valores pueden ser analizados por métodos estadísticos y así obtener los diferentes parámetros ya conocidos (media, desviación estándar, etc.) presentes en cada una de las bandas que tiene una imagen de satélite. El propósito de esta unidad es emplear los métodos estadísticos para analizar las imágenes satelitales y aerotransportadas. TIEMPO PROGRAMADO: 6hrs. Proporcionar los fundamentos estadísticos para el análisis de imágenes. El histograma y su significado en el procesamiento de imágenes satelitales. Estadística de imágenes (univariables). Estadística de imágenes (multivariables). Proporción de bandas. Análisis de componentes principales (ACP). Índices de vegetación (IV). Elaborar en grupo las definiciones y conceptos de estadística empleados en la PR. Evaluar en una discusión grupal la utilidad e importación en la obtención de datos. Uso de lecturas y artículos especializados para discutir el empleo de los métodos estadísticos en la PR. Presentaciones PPT. Sesión de laboratorio. BIBLIOGRAFÍA: Lyon, Yuan, Lunetta y Elvidge, 1998, Palacios-Orueta, A. y Ustin, S. L., 1996, Richards,

8 UNIDAD VI: Extracción de información temática. Descripción: La utilidad principal de las imágenes aerotransportadas y satelitales es que podemos obtener información de la composición de los materiales presentes en la superficie terrestre sin estar en contacto con ellos. Una vez que las imágenes han sido tratadas es posible llevar a cabo una extracción de información temática de acuerdo a las propiedades de interés (biomasa, composición mineralógica, vegetación, etc.). En esta unidad se discuten los procesos de clasificación de imágenes para realizar mapas temáticos basadas en las propiedades de los materiales. TIEMPO PROGRAMADO: 10 hrs. Conocer los algoritmos básicos en la clasificación de imágenes. Proceso de clasificación. Extracción de rasgos. Clasificación no supervisada ISODATA K-Means Clasificación supervisada. Paralelepípedo Máxima probabilidad Distancia mínima BIBLIOGRAFÍA: Jensen, et al., 1983, Mas, J-F. Y Ramírez, I., 1996, Verbyla, D. L., 1995, Caps. 6 y 7. Discutir en sesión grupal las diferentes formas de extracción de información temática. Discutir en sesión grupal los métodos que mejor proporcionan información dentro de la PR. Se señalarán las lecturas de base y las complementarias y se analizarán las principales conclusiones de las lecturas en discusiones en grupo. Sesión de laboratorio. 8

9 UNIDAD VII: Aplicaciones de la Percepción Remota en la zona costera. Descripción: En esta unidad se discutirán varios artículos especializados sobre estudios de caso sobre el tema de la aplicación de la PR en la zona costera. Se complementará esta unidad con ejercicios de laboratorio. TIEMPO PROGRAMADO: 5 hrs. Conocer las aplicaciones de la percepción remota en la zona costera y marina. Delimitación y caracterización de vegetación en la zona costera. Identificación de cambios morfológicos y fenológicos en la zona costera. Utilizar imágenes satelitales de diferentes zonas costeras. Uso de artículos especializados para discutir las problemáticas y procedimientos a seguir dentro de la zona costera. Batimetría a través de percepción remota. Sesiones de laboratorio. Uso de la percepción remota y SIG en el manejo de la zona costera. BIBLIOGRAFÍA: Jensen, J. R., et al., 1993, Kerr, J. T. y Ostrovsky, M., 2003, Dahdough-Guebas, F., 2002, Lección 7 de Programa BILKO-UNESCO. 9

10 Bibliografia básica Arnold, R. H., Interpretation of airphotos and remotely sensed imagery, Prentice Hall,, Upper Saddle, New Jersey, 250 p. González R. C. y Woods, R., 1992, Digital Image Processing, Addison-Wesley Publishing Co., Menlo Park, CA, 716 p. Richards, J. A., 1995, Remote Sensing Digital Image Analysis, Springer-Verlag, New York, 340 p. Sabins, F. F., 1997, Remote Sensing: Principles and Interpretation, W. H. Freeman and Company, New York, 494 p. Verbyla, D. L., 1995, Satellite Remote Sensing of Natural Resources, Lewis Publishers, New York, 198 p. Vincent, R. K., 1997, Fundamentals of Geological and Environmental Remote Sensing, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 366 p. Bibliografia complementaria Barsh, H. and Krinert, R., 1984, Remote Sensing in Landscape Diagnosis, GeoJournal, vol. 8.1, p Dahdough-Guebas, F., 2002, The use of remote sensing and GIS in sustainable management of tropical coastal ecosystems, Environment, Development, and Sustainability, vol. 4, p Jensen, J. R., 1996, Introductory Digital Image Processing: A Remote Sensing Perspective, Chapter 7: Image Enhancement, Prentice Hall, Upper Saddle, NJ, p Jensen, J. R., Cowen, D. J., Althausen, J. D., Narumali, S., 1993, An evaluation of the coastwatch change detection protocol in South Carolina, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, vol. 59, n. 6, p Kerr, J. T. y Ostrovsky, M., 2003, From space to species: ecological applications for remote sensing, TRENS in ecology and Evolution, vol. 18, n. 6, p King, S. D. y Green, D. R., 2001, Redefining the Limits of the Coastal Zone: Bridging the Gap Between Land and Sea Using Remote Sensing, GIS, and the Internet, GeoCoast, vol. 2, no. 1, p Lyon, J. G., Yaun, D., Lunetta, R. S., and Elvidge, C. D., 1998, A change detection experiment using vegetation indices, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, vol. 64, No. 2, p Mas, J-F. y Ramírez I., 1996, Comparison of land use classifications obtained by visual interpretation and digital processing, ITC Journal, vol. 3-4, p Nelson, R. F., 1983, Detecting forest canopy change due to insect activity using Landsat MSS, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, vol. 49, no. 9, p Palacios-Orueta, A y Ustin, S. L., 1996, Multivariate statistical classification of soil spectra, Remote Sensing of Environment, vol. 57, p Richards, J. A., 1984, Thematic mapping form multitemporal image data using the principal components transformation, Remote Sensing of Environment, vol. 26, p

11 Stelzer, K., Brockmann, C., Murphy, D. y Krämer, U., 2004, Applicability of Remote Sensing in Monitoring Coastal Zones, Coastline Reports, n. 1, p Turner, W., Spector, S., Gardiner, N., Fladeland, M., Sterling, E., y Steininger, M., 2003, Remote sensing for biodiversity science and conservation, TRENDS in Ecology and Evolution, vol. 18, n. 6, p Ulbricht, K. A., and Heckendorff, W. D., 1998, Satellite images for recognition of landscape and landuse changes, ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, Vol. 53, p Vane, G., and Goetz, A. F. H., 1993, Terrestrial imaging spectrometry: Current status, Future trends, Remote Sensing of Environment, vol. 44, p Verbyla, D. L., 1995, Satellite Remote Sensing of Natural Resources, Lewis Publishers, 198 p. Vincent, R., 1997, Fundamentals of Geological and Environmental Remote Sensing, Chapter 5: Multispectral Image Processing Methods, Prentice Hall, Upper Saddle, NJ, p Yuan, D., and Elvidge, C. D., 1996, Comparison of relative radiometric normalization techniques, ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, vol. 51, p