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Percepción remota

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Revisión bibliográfica sobre la temática de percepción remota

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Percepción remota

  1. 1. Percepci´on remota Miguel Armando L´opez Beltr´an Universidad Aut´onoma de Sinaloa ma.lopez11@info.uas.edu.mx 12 de junio de 2013 1. Introducci´on La percepci´on remota es un conjunto de t´ecnicas que permiten obtener informaci´on a distancia de los objetos, pero para que est´a observaci´on sea posible, es importante que entre los objetos y el sensor exista un ti- po de interacci´on[1,2]. Implica principalmente el an´alisis de im´agenes, que son ampliamen- te procesadas e interpretadas para producir datos que puedan tener una aplicaci´on en dis- tintas ´areas en tiempo real, con rapidez y de superficies extensas[2]. Dispone de tres elementos principales de cualquier sistema: sensor, objeto observado y el flujo energ´etico que los pone en relaci´on. Sin embargo, la percepci´on remota esta cons- tituida de los siguientes elementos[1]: 1. Fuente de energ´ıa: Origen de la radiaci´on electromagn´etica que dtecta el sensor. 2. Cubierta terrestre: Formadas por distin- tas masas de vegetaci´on, suelos, agua o construcciones humanas, que reciben la se˜nal energ´etica procedente de la fuen- te de energ´ıa y la reflejan o emiten de acuerdo a sus caracter´ısticas f´ısicas. 3. Sistema sensor: Compuest por el sensor y la plataforma. 4. Sistema de recepci´on-comercializaci´on: Es donde se recibe todos los datos trans- mitidos por la plataforma. 5. Interprete: Convierte esos datos en infor- maci´on tem´atica de inter´es. 6. Usuario final: Encargado de analizar el documento final originado de la interpre- taci´on. En Sobrino Rodr´ıguez[8], cita a una de sus referencias, definiendo la percepci´on remota como: es el registro de informaci´on de un ob- jeto sin entrar en contacto material con ´el en las regiones del ultravioleta, visible, infrarojo y microondas, por medio de instrumentos como esc´aners y c´amaras localizadas en platafor- mas moviles (un avi´on o sat´elite), y el an´ali- sis de la informaci´on adquirida por medio de t´ecnicas de fotointerpretaci´on, interpretaci´on de im´agenes y procesado de las mismas. En otras palabras, la percepci´on remota es una t´enica que nos permite obtener informaci´on a distancia de los objetos situados sobre la su- perficie terrestre desde sensores ´aereos o es- paciales[1]. 2. Fundamentos Los fundamentos de la percepci´on remota aborda el campo de la f´ısica y m´as concreta- mente la ´optica y la electr´onica, interactuando 1
  2. 2. con el flujo energ´etico de las cubiertas terres- tres[4]. El sol es la principal fuente de energ´ıa, esta energ´ıa interactua con los objetos en la super- ficie terrestres en tres formas[1,7]: Reflexi´on: La reflexi´on es descrita como especular o difusa. • Reflexi´on Especular: Se presenta cuando la energ´ıa que es reflejada por la superficie, continua viajando en una direcci´on y el ´angulo de re- flexi´on es igual al ´angulo de inciden- cia. • Reflexi´on Difusa: La energ´ıa refleja- da es esparcida a todas direcciones. Emisividad. Reflexi´on-emisividad. El flujo tiene una intensidad determinada, proveniente de, o dirigida a, una superficie y una direcci´on concreta. Por lo tanto, las unida- des de medida m´as empleadas en percepci´on remota, estan basadas en magnitudes abso- lutas y relativas[1]. Entre las magnitudes absolutas son: Energ´ıa radiante ( ): Indica el total de energ´ıa radiada en todas las direcciones y se mide en Julios (J). Flujo radiante (φ): Total de energ´ıa radia- da en todas las direcciones por unidad de tiempo y se mide en Vatios (W). Emitancia o excitancia radiante (M): To- tal de energ´ıa radiada en todas las direc- ciones desde una unidad de ´area y por unidad de tiempo, se mide en vatios por metro cuadrado (W m−2). Irradancia (E): Total de energ´ıa radiada sobre una unidad de ´area y por unidad de tiempo. Es equivalente a la emitancia, si bien ´esta indica la energ´ıa emitida, mien- tras la irradiancia refiere a la indicente (W m−2). Intensidad radiante (I): Total de energ´ıa radiada por unidad de tiempo y por ´angu- lo s´olido (Ω), se trata de un ´angulo tridi- mencional, que refiere a la secci´on com- pleta de la energ´ıa transmitida y se mi- de en est´ereo-radianes, por lo tanto la in- tensidad radiante se mide en vatios por est´ereo-radi´an (W sr−1). Radiancia (L): Total de energ´ıa radiada en una determinada direcci´on por uni- dad de ´area y por ´angulo s´olido de medi- da. Describe precisamente lo que mide el sensor y se cuantifica en vatios por metro cuadrado y est´ereorad´ıan (W m−2 sr−1). Radiancia espectral (Lλ): Indica el total de energ´ıa radiada en una determinada longitud de onda por unidad de ´area y por ´angulo s´olido de medida. Las magnitudes relativas: Emisividad (ε): Relaci´on entre la emi- tancia de una superficie (M), y la que ofrecer´ıa un emisor perfecto, denomina- do cuerpo negro, a la misma temperatura (Mn). Reflectividad (ρ): Relaci´on entre el flujo incidente y el que absorbe una superficie. Transmisividad (τ): Relaci´on entre el flujo incidente y el transmitido por una superfi- cie. El flujo energ´etico entre la cubierta terres- tre y el sensor constituye una forma de radia- ci´on electromagn´etica[1]. La radiaci´on electro- magn´etica es una forma de energ´ıa que pue- de ser ´unicamente observada por su inter- acci´on con la materia, est´a compuesta por 2
  3. 3. los componentes el´ectricos y magn´eticos y es afectada por las propiedades el´ectricas y magn´eticas de la materia con la cual entra en contacto[7], es decir, la energ´ıa electro- magn´etica viaja a trav´es del espacio como on- da a la velocidad de la luz (299’792,458 m s−1), la onda consiste en un campo magn´eti- co y uno el´ectrico, que son perpendiculares el uno al otro y a la direcci´on de la propagaci´on de la onda, esta onda se describe en t´erminos de longitud de onda (λ) y se relaciona como[2]: λf = c (1) donde c representa la velocidad de la luz, f la frecuencia y λ longitud de onda. Por lo que La radiaci´on electromagn´etica puede ser descri- ta como una onda, cuyos par´ametros lo defi- nen[7]: Longitud de onda: Es la distancia entre dos m´aximos consecutivos de la onda; se mide en unidades de distancia (me- tros (m), o cualquier de sus submultiplos: ´Angstrom [1 ˙A = 10−10 m]). Frecuencia: N´umero m´aximo que pasan por un punto en un tiempo determinado; las unidades de medida son en hecios (Hz), por lo tanto un Hz equivale a un ciclo por segundo. Amplitud: Es la distancia que hay entre un punto de reflexi´on de la onda y el m´aximo. Las propiedades de la radiaci´on electro- magn´etica est´an basados en dos teor´ıas: La teor´ıa de Huygens y Maxwell concibe como un haz ondulatorio (Teor´ıa de la onda), por otro lado la teor´ıa de Planck y Einstein consi- deran como una sucesi´on de unidades discre- tas de energ´ıa, fotonoes o cuantos, con masa igual a cero (Teor´ıa de part´ıculas)[1]. 2.1. Teor´ıa ondulatoria En la teor´ıa ondulatoria, la energ´ıa elec- tromagn´etica se transmite de un lugar a otro siguiendo un modelo arm´onico y continuo, a la velocidad de la luz, conteniendo dos cam- pos de fuerzas ortogonales entre s´ı: el´ectrico y magn´etico. Las caracter´ısticas de este flu- jo energ´etico pueden describirse por dos con- ceptos: longitud de onda (λ) hace referencia a la distancia entre dos picos sucesivos de una onda; y la frecuencia (ν)designa el n´umero de ciclos pasando por un punto fijo en una uni- dad de tiempo. Ambos elementos est´an inver- samente relacionados: c = λ ν (2) donde c indica la velocidad de la luz (3 x 108 m s−1); λ expresa la longitud de onda en uni- dades habitualmente en micr´ometros (1 µm = 10−6 m) o nan´ometros (1 nm = 10−9 m); ν la frecuencia (Hertz, 1 Hz = 1 ciclo por segun- do). Por lo tanto a mayor longitud de onda, menor frecuencia y viceversa[1,4]. 2.2. Teor´ıa cu´antica o particulas La teor´ıa cu´antica, expl´ıca el fen´omeno de la radiaci´on electromagn´etica bas´andose en sus propiedades energeticas, se puede calcu- lar la cantidad de energ´ıa transportada por un fot´on, siempre que se conozca su frecuencia: Q = h ν (3) donde la Q es la energ´ıa radiante de un fot´on (julios), ν la frecuencia y h la constante de Plack (6.6 x 10−34 J s). Sustituyendo en la ecuaci´on 3, se puede expresar: Q = h c λ (4) a partir de esta ecuaci´on (4), a mayor longi- tud de onda (o menor frecuencia), el conteni- do energ´etico ser´a menor y viceversa, impli- cando que la radiaci´on en longitudes de onda 3
  4. 4. largas son m´as dificiles de detectar que aque- llas provenientes de longitudes cortas[1,4], es decir, la cantidad de energ´ıa que contiene un flujo radiante es inversamente proporcional a su longitud de onda[1]. A partir de la ley de Planck puede estable- cerse la relaci´on entre el flujo energ´ıa y longi- tud de onda: Mn,λ = 2πhc2 λ5 exp hc λkT − 1 (5) donde Mn,λ indica la emitancia radiativa es- pectral de un cuerpo negro a una determina- da longitud de onda (λ); h es la constante de Planck (6,626 ∗ 10−34 W s2); k es la constante de Boltzmann (1,38 ∗ 10−23 W s2 K−1); c, la velocidad de la luz; λ, longitud de ondas; y T de temperatura absoluta de un cuerpo negro (en Kelvin, K). Por lo tanto, la f´ormula de Planck nos se˜nala que cualquier objeto por encima del cero absoluto (-273◦C), radia energ´ıa,y ´esta aumenta con la temperatura. A mayor tempe- ratura, radiara con m´as intensidad en longitu- des de ondas m´as cortas. A partir de la f´ormula de Planck puede cal- cularse la longitud de onda a la que se pro- duce la m´axima emitancia de un cuerpo ne- gro conociendo su temperatura, permitiendo seleccionar la banda m´as conveniente para detectar un objeto a una determinada tempe- ratura. Esta es la ley del desplazamiento de Wien: λmax = 2, 898 T µm K (6) donde la temperatura (T) est´a expresada en Kelvin. Adem´as integrando la emitancia es- pectral de un cuerpo negro para todas las lon- gitudes de onda, se puede calcular el total de energ´ıa que radia por unidad de supercie a partir de la ley de Stefan-Boltzmann: Mn = σT4 (7) donde σ es la constante de Stefan-Boltzmann (5,67 ∗ 10−8 W m−2 K−4) y T la temperatura en Kelvin. Como concecuencia de esta f´ormu- la, la emitancia global de un objeto es una funci´on de su temperatura, y que peque˜nos cambios en ´esta suponene notables modifi- caciones en su emitancia radiante. Por otro lado, al conocer la temperatura de un objeto emisor, se puede estimar la irradiancia inci- dente sobre el sensor, por cuanto emitancia e irradiancia son funcionalmente equivalentes. Por lo tanto a˜nadiendo un nuevo par´ametro, la emisividad (ε), que indica la proporci´on de energ´ıa emitida por un objeto (M) frente a un cuerpo negro a la misma temperatura (Mn): M = εMn (8) A partir de est´as formulas, se puede esti- mar la emitancia total y espectral de un objeto conociendo su temperatura absoluta, siendo aquella tanto mayor cuanto m´as alta sea ´esta. 3. Espectro electromagn´etico A partir de ambas teor´ıas, se puede defi- nir cualquier tipo de energ´ıa radiante en fun- ci´on de su longitud de onda o frecuencia. Los valores de longitud de onda es continua y suelen establecerse una serie de bandas en donde la radiaci´on electromagn´etica ma- nifiesta un comportamiento similar, la organi- zaci´on de estas bandas de longitudes de on- da o frecuencia se le denomina como espec- tro electrom´agnetico[1], se extiende desde las longitudes de onda m´as cortas (rayos gam- ma y rayos-X), hasta las longitudes de on- da m´as largas (microondas y ondas de radio) (Figura 1). La interacci´on de las ondas elec- tromagn´eticas con las superficies naturales y la atm´osfera depende fuertemente de la fre- cuencia de las ondas. Por lo que las ondas en las diferentes bandas espectrales tienden 4
  5. 5. excitar los diferentes mecanismos de interac- ci´on electromagn´eticos, moleculares o con- ductivos[8]. En la percepci´on remota la regi´on m´as im- portante del espectro electromagn´etico son el visible y el infrarrojo cercano[6], por lo que las bandas m´as utilizadas en percepci´on remo- ta son los correspondientes a la regi´on ´opti- ca del espectro (radiaci´on visible e infrarroja), y microondas[8]. Las bandas de interes en la percepci´on remota seg´un Reuter[7] son: Ultravioleta (0.3-0.4 µm): Longitud de on- da m´as corta, es absorbida por el ozono en la parte alta de la atm´osfera[7], algu- nos materiales de la superficie terrestre (rocas y minerales), despiden luz fluos- rescente o emiten la luz visible cuando son iluminados por la radiacci´on UV. Espectro visible (0.4 a 0.7 µm): Den- tro de esta regi´on, suelen distinguirse tres bandas elementales: Azul (0.4-0.5 µm), verde (0.5-0.6 µm), y rojo (0.6-0.7 µm)[1], contiene todo los colores de la luz que pueden ser percibidos por el ojo humano[7], la conbinaci´on de los colores primarios o las longitudes de onda del espectro visible generan ciertos colores dentro de las bandas: violeta (0.4-0.446 µm), azul (0.446-500 µm), verde (0.500- 0.578 µm), amarillo (0.578-0.592 µm), naranja (0.592-0.620 µm) y rojo (0.620- 0.7 µm)[2]. Infrarrojo cercano (IRC: 0.7 a 1.3 µm): No es visible, puede ser detectada por parti- culas con emulsiones sensitivas infrarro- jas[7]. Infrarrojo medio (IRM: 1.3 a 8 µm): En es- ta regi´on del espectro la energ´ıa del sol es reflejada y no contiene informaci´on de las propiedades t´ermicas de los materia- les[7]. Infrarrojo lejano o t´ermico (IRT: 8 a 14 µm) : Esta relacionada con la emisiones t´ermicas[7]. Microondas (M: Por encima de 1 mm): Puede ser utilizada para medir la emisi´on terrestre pero es tambi´en importante para sensores activos tales como los sistemas de radar[7]. La radiacci´on electromagn´etica que no es absorvida o dispersada por la atm´osfera pue- de alcanzar e interactuar con la superficie de la Tierra. Existen tres formas de interacci´on que puede llevar a cabo cuando la radiacci´on es incidente: Absorci´on, transmici´on y refle- xi´on[2]. Por lo tanto, s´ı un objeto recibe un flujo energ´ıa indicente (Φi), ´este resultara, en par- te reflejada por el objeto (Φr), pero por el otro lado, ´este ser´a transmitida (Φt)[7]. Las propor- ciones de cada una depender´an de la longitud de onda de la energ´ıa, del material y condi- ci´on de la fisonom´ıa[2]. La radiancia que capta un sensor en el ran- go del espectro depende de la que reflejan las distintas cubiertas terrestres. La interac- ci´on con la radiacci´on solar incidente consi- dera al flujo incidente (φi), en tres t´erminos: flujo reflejado (φr), flujo absorbido (φa), y flujo transmitido (φt): φi = φr + φa + φt (9) Por lo tanto, la suma de la reflectividad, ab- sortividad y transmisividad ha de ser igual a uno. La relaci´on entre las tres magnitudes no es constante, sino que var´ıa con la longitud de onda (λ): 1 = ρλ + αλ + τλ (10) La relaci´on del flujo incidente que es refle- jado, absorbido y transmitido depende las ca- racter´ısticas de la superficie que se observa y de la longitud de onda a la que sea observa- do, generando dos tipos de cubiertas: aque- llas que flejan la energ´ıa con el mismo ´angu- lo de flujo incidente (especulares), y aquellas 5
  6. 6. Figura 1: Espectro electromagn´etico. Fuente: Chuvieco (2008)[1]. que lo reflejan uniformemente en todas las di- recciones (lambertianas)[1]. La reflexi´on caracter´ıstica de la fisonom´ıa de la superficie terrestre puede ser cuantifica- da por mediciones de porciones de la energ´ıa incidente, que es reflejada como una fun- ci´on[2]: R(λ) = ER(λ) EL(λ) (11) donde R(λ) es el espectro de reflexi´on; ER(λ) la energ´ıa de longitud de onda λ reflejada por el objeto multiplicado por 100; y EL(λ), es la energ´ıa de la longitud de onda λ incidental so- bre el objeto. 4. Firmas espectrales Las firmas espectrales son fundamenta- les para reconocer cubiertas de inter´es, o par´ametros dentro de esas cubiertas. La fir- ma espectral de una cubierta puede obtener- se a partir de varias fuentes: mediral con un radi´ometro; extraerla de una biblioteca espec- tral puesta a punto por alguna instituci´on; si- mularla mediante modelos f´ısicos; o extraerla de una imagen con la debida resoluci´on es- pectral[1]. Una firma espectral es representada por un gr´afico, la longitud de onda es en el eje X, y la reflectividad en el eje de las Y. Se puede ob- servar que cada cubierta se ve re´resentada por una curva caracter´ıstica en ´el, personali- zando un comportamiento espectral frente al de otras cubiertas, en dichas curvas se le de- nomina espectros, signaturas o firmas espec- trales (ver figuras 2, 3)[3] . 5. Interaci´on de la radiaci´on electromagn´etica con la su- perficie terrestre La superficie de la Tierra est´a cubierta en gran parte por suelos, rocas, agua y vege- taci´on[3,5], por lo que se considera divida en tres grandes tipos de cubiertas: superficies con agua, superficies con vegetaci´on y sue- los[? ]. Dado que cada una de estas cubiertas interactua de distinta manera con la radiac- ci´on electromagn´etica, es necesario el cono- cimiento de sus propiedades espectrales para 6
  7. 7. la elecci´on de las bandas del espectro. Para cada cubierta, el comportamiento es- pectral, la forma de relfejar la energ´ıa en las distintas longitudes de onda, no es ´unico y ho- mog´eneo sino que var´ıa sustancialmente en funci´on de los factores: F´ısicos: en relaci´on con la temperatura, humedad o textura. Qu´ımicos: variaciones de composici´on, contenido de materia org´anica, etc. Ambientales: pendiente, orientaci´on, es- taci´on del a˜no, hora de la toma, etc. 5.1. Vegetaci´on Figura 2: Firma espectral de una hoja. Fuente: P´erez[5] Las curvas espectrales de la hoja varian en relaci´on con el tipo de hoja[1]. Las plan- tas usan la energ´ıa solar para convertir agua y di´oxido del carbono a carbohidratos y oxi- geno a atraves del proceso de fotos´ıntesis a partir de la clorofila, cuya funci´on es la de absorber la radiaci´on solar (Figura 2), princi- palmente entre los 0.45 y 0.67 µm. Cuando la vegetaci´on sufre alg´un tipo de estr´es, dis- minuye la producci´on de clorofila, causando una disminuci´on en la absorci´on de las ban- das del azul y rojo. LA reflectancia de la ve- getaci´on aumenta hacia el infrarrojo cercano, con un fuerte aumento en los rangos 0.7 a 1.3 µm,donde la hoja de una planta refleja el 40- 50 % de la energ´ıa incidente[5] La elevada reflectividad en el infrarrojo cer- cano se debe, por un lado, a la baja absortivi- dad de las clorofilas, y, por otro, a la estructura celular interna de la hoja.[1]. Otros pigmentos (como la clorofila), son los carotenos y las xantofilas (pigmentos amari- llos), y las antocianinas (pigmentos rojos). Los carotenos y las xantofilas est´an presentes a menudo en las hojas verdes pero tienen una banda de absorci´on solo en la regi´on azul del espectro (0.45 µm), en algunas vegetaciones durante el oto˜no la coloraci´on de las hojas tor- nan a color amarillo, esto es debido a que la clorofila empieza a desaparecer y el fecto de los carotenos y xantofilas se hace dominan- te[3]. 5.2. Suelo Figura 3: Firma espectral para distintos ti- pos de suelos: Molisol, Vertisol, Entisol. Fuente Chuvieco Salinero[1] 7
  8. 8. 5.2.1. Composici´on f´ısica: Textura y humedad La textura del suelo hace referencia a las proporciones de arcilla, arena y limo presen- tes en el por unidad de masa. Las diferentes proporciones de estos tres tipos de part´ıcu- las s´olidas en un suelo determian un nombre seg´un contenga un tipo y otro de particulas en mayor propoci´on. La textura, estructura y con- tenido de humedad est´an altamente relacio- nados. Los suelos arcillosos tienden a retener mejor la humedad, lo que supone una baja re- flectividad, por otro lado los suelos arenosos tienden una debil estructura y bajo contenido de humedad, por lo que tiene una reflectividad m´as elevada[1]. El contenido de humedad es uno de los ele- mentos m´as destacados en la reflectividad del suelo para estas longitudes de onda, como consecuencia de la alta absortividad del agua en bandas. Influye inversamentge en la reflec- tividad del visible e infrarrojo (1.45 µm y 1.92 µm), con mayor intensidad en las bandas de absorci´on del agua[1]. 5.2.2. Composici´on qu´ımica Adem´as de la textura y humedad, entre otras caracter´ısticas, modifican la reflectividad de los suelos. Entre ellas el contenido de ma- teria org´anica y el ´oxido de hierro entre otros compuestos que modifican la relfectividad de los suelos en el visible, d´andoles un color par- ticular[3]. Por lo que, la composici´on qu´ımica es la causa del color dominante con el que perci- bimos el suelo, por ejemplo los suelos arcillo- sos ofrecen una mayor reflectividad en el rojo, debido a su alto contenido en ´oxido de hiero. El contenido de humos (materia org´anica), re- sulta muy influyente en su color, tendiendo a una baja reflectividad, especialmente en torno a 0.7-0.75 µm. Por otro lado las propiedades f´ısicas del suelo, la reflectividad espectral re- sulta tanto mayor cuanto se trate de suelos m´as finos y apelmazados[1]. 5.3. Agua Las superficies acu´aticas absorben o trans- miten la mayor parte de la radiaci´on ´optica que reciben, siendo mayor su absortividad cuanto mayor sea la longitud de onda. La ma- yor reflectividad del agua se produce en el azul, reduci´endose paulatimante hacia el in- frarrojo cercano y medio, donde ya es pr´acti- camente nula. La variabilidad del agua es m´as facilmente detectable en las longitudes de on- das m´as cortas (azul y verde). Se relaciona con su profundidad, contenido de materiales en suspensi´on(clorofila, sedimentos y nutrien- tes), y rugosidad de la superficie[1]. La profundidad del agua influye directamen- te en el aporte de reflectividad derivado de los materiales de los fondos. En aguas poco profundas la reflectividad aumenta, en conse- cuencia, a mas profundidad m´as absortividad tendra el agua[1]. 5.3.1. Nieve La nieve ofrece un comportamiento muy distante del agua, presentando una reflecti- vidad elevada en las bandas de los visibles, reduciendose en el infrarrojo cercano y m´as claramente en el medio. En ocaciones no es sencillo disntinguir la nieve de las nubes en el espectro visible, dicha disntici´on resulta m´as evidente en el infrarrojo medio[1]. 6. Sensores y sat´elites Un sensor es un dispositivo que detecta ra- diaci´on electromagn´etica emitida o reflejada y la convierte en un valor f´ısico que puede ser grabado y procesado[7]. 8
  9. 9. Los sensores remotos, discriminan informa- ci´on de detalle a partir de la resoluci´on del sistema[1]. Esto debido a las caracter´ısticas propias del sensor. Estas caracter´ısticas pue- den ser agrupadas en resoluciones del sen- sor: espacial, espectral, radiom´etrica y tem- poral[9]. Sin embargo, ´estas resoluciones se encuentr´an muy relacionadas entre s´ı. A ma- yor resoluci´on espacial, disminuye la tempo- ral y es previsible que se reduzca tambi´en la espectral. Adem´as, el aumento de cualquiera de los cuatro tipos de resoluci´on significa tam- bi´en un incremento considerable del volumen de datos a procesar, tanto por el sensor como la estaci´on receptora[1]. 6.1. Resoluci´on espacial ´Esta resoluci´on hace referencia al objeto m´as peque˜no que puede ser detectado por el sensor, denominado pixel. El tama˜no del pixel varia seg´un los sensores, determina el nivel de detalle[9]. La resoluci´on espacial depende de varios factores, como son la altura orbital, la longitud focal, y el n´umero de detectores[1]. El rango de resoluci´on espacial cubre nive- les de detalle bastante diversos. Los sat´eli- tes que cuentan con mayor resoluci´on ofre- cen un detalle espacial pr´oximo a 1 m2, los de recursos naturales, que son dise˜nados pa- ra adquirir informaci´on sobre ´areas muy he- tereog´eneas, suelen contar con resoluciones pr´oximas a los 25 x 25 m. Los sensores orien- tados hacia aplicaciones m´as globales, cuen- ta con pixeles de un tama˜no comprendido entre 300 y 1,000 m de lado. Los sensores con menor resoluci´on espacial son los sat´eli- tes meteorol´ogicos de ´orbita geoestacionaria (Meteosat, GOES, GMS), con pixeles de has- ta 5 km de lado[1]. Por lo que la resoluci´on espacial tiene un papel fundamental en la interpretaci´on de la imagen, dado al nivel de detalle que puede ofrecer, se encuentra estrechamente ligadda con la escala de trabajo y con la fiabilidad fi- nalmente obtenida en la intepretaci´on[1]. 6.2. Resoluci´on espectral ´Esta resoluci´on, es el n´umero y el ancho de bandas espectrales que puede discrimi- nar el sensor[1,9]. A mayor cantidad de ban- das y menor ancho de ´estas, aumenta la reso- luci´on espectral[9]. Registra simult´aneamen- te el comportamiento de los objetos en dis- tintas bandas del espectro, por ello, un sen- sor ser´a m´as id´oneo cuanto mayor n´umero de bandas proprocione, ya que facilita la caracte- rizaci´on espectral de las distintas cubiertas, a su vez conbiene que esas bandas sean sufi- cientemente estrechas, con objeto de recoger la se˜nal sobre regiones coherentes del espec- tro, debido a que bandas muy amplias supo- nene registrar un valor promedio, que puede encubrir la diferenciaci´on espectral entre cu- biertas de inter´es[1]. 6.3. Resoluci´on radiom´etrica La resoluci´on radiom´etrica es la sensibili- dad del sensor para detectar variaciones en la cantidad de energ´ıa espectral recibida. La sensibilidad es expresada en bits e indica el n´umero de los distintos niveles radiom´etricos que puede detectar el sensor[9], es decir, la imagen se codigica en un formato binario, por lo que la resoluci´on radiom´etrica suele iden- tificarse con el rango posible de valores que almacena el sensor[1]. 6.4. Resoluci´on temporal Es la frecuencia con la que el sensor ad- quiere im´agenes de la misma zona[9]. El ci- clo de cobertura esta en funci´on de las ca- racter´ısticas orbitales de la plataforma (altu- ra, velocidad, inclinaci´on), as´ı como el dise˜no 9
  10. 10. del sensor, principalmente del ´angulo total de abertura (tama˜no de la imagen). 6.5. Tipos de sensores Existen diversas maneras de clasificar los sensores remotos, la principal forma de clasi- ficarlo es considerando su procedimiento de recibir la energ´ıa procedente de las distintas cubiertas, clasificando en dos tipos: pasivos y activos[1,7,9]. Sensores pasivos: Se limitana recibir la energ´ıa proveniente de un foco exterior a ellos, ya sea reflejada por los rayos sola- res o emitidas a trav´es de ondas termales (sensores electro-´opticos)[1,7,9]. Depen- diendo del tipo de sensor, pueden grabar en diferentes partes de la radiaci´on elec- tromagn´etica dentro de longitudes de on- da ultravioleta a microndas[7]. Entre es- tos se encuentr´an: C´amaras anal´ogicas, exploradores de barrido, exploradores de empuje, c´amaras de video y radiometros de microondas[1]. Sensores activos: Son capaces de emi- tir su propio haz de energ´ıa, que tras su reflexi´on sobre la superficie observa- da es captado y registrado por el siste- ma (operan en la regi´on de las micro- ondas)[1,7,9]. Entre estos se encuentr´an: RADAR y L´IDAR[1]. 6.6. Plataformas Los sat´elites m´as comunes en percepci´on remota se ajustan en dos ´orbitas: geos´ıncro- nas (geoestacionaria) y helios´ıncronas. Los sat´elites geoestacionarios tienen una ´orbi- ta ecuatorial a 36,000 km de distancia. Su per´ıodo orbital es el mismo que el de la Tie- rra, por lo que el saelite aparece siempre en la misma posici´on relativa (estacionario), res- pecto a la Tierra. Los sat´elites helios´ıncroni- cos, cuentan con una inclinaci´on pr´oxima a los 90◦C (casi Polar), permitiendo observar en cada momento una zona distinta del planeta, hasta completar la observaci´on ajustandose el per´ıodo orbital para que pase por el Ecua- dor a la misma hora local, lo que les permite tomar im´agenes en similares condiciones de iluminaci´on si se comparan las mismas ´epo- cas del a˜no, la ´orbita es perpendicular al mo- vimiento terrestre, las alturas varian entre 600 y 900 km[1]. 6.6.1. Programa Landsat Programa de sat´elites dedicado a la obser- vaci´on de los recursos terrestres. El primer sat´elite fue puesto en orbita el 23 de julio de 1972[1]. Las caracter´ısticas de acuerdo a los instru- mentos a bordo son[1] Primeros Landsat: Los primeros tres sat´elites incorporaban un equipo de barri- do multiespectral denominado MSS (Mul- tispectral Scanner) y un conjunto de tres c´amaras de video (RBV, Return Beam Vi- dicon). Landsat 4 y 5: Eliminan las c´amaras RBV por un nuevo explorador de barrido, de- nominado TM (Thematic Mapper), pro- porcionando una mayor resoluci´on espa- cial y espectral que el previo MSS, para la cartograf´ıa tem´atica, sin embargo, se mantuvo el MSS en estos Landsat. Landsat 7: Incorpora un nuevo sensor, ETM+, que mejora las caracter´ısticas del TM, a˜nadi´endole una banda pancrom´ati- ca de 15 m de resoluci´on y aumentando la resoluci´on de la banda t´ermica a 60 m. 10
  11. 11. 6.6.2. Sat´elite Spot El primer sat´elite SPOT (Systeme Pour l Observation de la Terre) se lanzo en 1986. La novedad de estos sat´elites es la incorpo- raci´on de dos equipos de exploraci´on por em- puje denominados HRV (Haute Resolution Vi- sible). ´Estos sensores obtienen im´agenes en dos modalidades: pancrom´atico y multibanda (V, R, IRC), adem´as ´este sensor tiene la ca- pacidad de variar su campo de visi´on, gracias a un dispositivo m´ovil instalado en el equipo ´optico, lo que permite observaciones no verti- cales de hasta 27◦ a ambos lados del nadir[1]. Posteriormente a los sat´elites SPOT se le incorporaron dos equipos de apoyo: DORIS y POAM (Polar Ozone and Aerosol Measure- ment), incorporados en el SPOT-3. A partir del SPOT-4 dispone de una mejora, el sensor de alta resoluci´on pas´o a dominarse HRVIR, in- corporando una nueva banda en el SWIR. En SPOT-4 y Spot-5 se incorpora otro sensor de- nominado Vegetation que cuenta con una re- soluci´on espacial de 1 km2 en cuatro bandas espectrales (A, R, IRC, SWIR)[1]. 6.6.3. Programa IRS Perteneciente ala agencia espacial india (NRSA), entre los sat´elites m´as modernos descatan cinco sat´elites IRS (Indian Remote Sensing Satellite). el objetivo es mejorar el co- nocimiento de los recursos naturales del pa´ıs de India. Basado en la tecnolog´ıa de explora- ci´on por empuje, con dos sensores denomi- nados LISS (Linear Imaging Self Scanning). ´Este sensor ofrece informaci´on en cuatro ban- das del espectro, comprendidas entre el azul y el IRC para los dos primeros y entre el rojo y el SWIR para los dos segundos, lo que resulta id´oneo para estudios costeros, disciminaci´on de cubiertas vegetales y exploraci´on minera. En los ´ultimos dos sat´elites se a˜nadi´o otros dos sensores: una c´amara pancrom´atica con alta resoluci´on (5.8 m), y un sensor de obser- vaci´on regional (WIFS)[1]. 6.6.4. TIROS- NOAA El primer sat´elite se lanz´o en los a˜nos se- senta, denominandose TIROS, m´as tarde pa- san a denominarse NOAA (National OCeanic and Atmospheric Administration Satellite). El sensor AVHRR (Advance Very High Resolu- tion Radiometer), esta dise˜nado para propor- cionar im´agenes en 5 bandas del espectro (R, IRC, IRM, IRT), las imagenes se encuen- tran en tres formatos diferentes: la m´axima resoluci´on es denominada LAC (Local Area Coverage), cuando se graba a bordo, HRPT (High Resolution Picture Transmission) cuan- do es enviada en tiempo real a las estaciones receptoras. Adem´as del sensor AVHRR, los NOAA llevan otros sensores de interes me- teorol´ogicos como son la sonda TOVS (Ti- ros Operational Vertical Sounder), el sensro SBUV/2 (Solar Backscatter UltraViolet Spec- tral Radiometer), para medir las concentracio- nes verticales de ozono en la atm´osfera, y el ERBE (Earth Radiation Buget Experiment)[1]. 6.6.5. Sat´elites geoestacionarios En el programa GARP (Global Atmosp- heric Research Programme) forman parte los sat´elites Meteosat, GOEs, GMS, Insat y GOMS. el primer sat´elite geoestacionario se lan- zo en 1966 por la NASA, denominando- se ATS (Aplications Technollogy Satellite), siendo posteriomente convertido en la serie de GOES (Geostationary Operational Enviro- mental Satellite). El sat´elite Meteosat fue lan- zado por primera ves en 1977. 11
  12. 12. 6.6.6. Terra y Aqua El Terra fue lanzado en diciembre de 1999 y el Aqua en mayo de 2002, ambos incorporan una gran variedad de sensores que se com- plementan para generar variables de inter´es ambiental. El terra dispone de los sensores de MODIS, CERES, MIRS, MOPITT y ASTER y el Aqua de AIRS, AMSR-E, CERES, HSB y MODIS[1]. El ASTER (Advanced Sapceborne Thermal Emisi´on and Reflection Radiometer), cuenta con 15 canales: 4 con 15 m de resoluci´on (V, R, IRC, IRC), 6 con 30 m de resoluci´on en el SWIR y otros 4 en el IRT. Tiene como objetivo medir las propiedades de las nubes, estudios de vegetaci´on, temepratura terrestre y topo- graf´ıa[1]. El CERES ((Clouds and the Earth’s Radiant Energy System) mide el balance de radica- cion global terrestre y proporciona estimacio- nes sobre las propiedades de las nubes. MISR (Multi-angle Imaging Spectroradio- meter), primeros sensores en proporcionar una cobertura multiangular de todo el plane- ta, teniendo una capacidad de observar si- mult´aneamente 9 ´angulos distintos y 4 ban- das espectrales (A, V, R, IRC). MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) es el primer sensor con capacidad hiperespectral lanzado al espacio. Cuenta con 36 canales, a distintas resoluciones y ´ambitos del espectro. Las primeras bandas tienen una resoluci´on de 250 m de resoluci´on, cubriendo el R e IRC. Las siguientes 5 ofrecen 500 m y cubren el V y diversas bandas del SWIR. El resto con una resoluci´on de 1 km, cubren principalmente el VIS-IRC, IRM y t´ermico. La principal novedad del sensor MODIS es que tanto las im´agenes orginales como todos los productos derivados se encuentran accesibles gratuitamente en internet. MOPITT (Measurements of Pollution In The Troposphere), es un sensor primordialmente dise˜nado para estudiar las condiciones de la baja atm´osfera, particularmente como interac- ciona las superficies terrestres y marinas. DMSP (Defense Meteorologival Satellite Program), dise˜nado inicialmente con propo- sito militar para la facilitaci´on de informaci´on global y diaria sobre la cobertura de nubes. 6.6.7. Programas comerciales Los principales satelites se encuentran dentro de tres empresas norteamericanas: Space Imaging y Orbimage (conocida recien- temente como Geoeye), Earthwactch Inc (re- bautizada como Digital Globe). La primera es propietaria de IKONOS y Orbiew. QuickBird de Digital Globe. La empresa ImageSat Inter- national, dispone la serie EROS. 12
  13. 13. Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal 79 m 0.5-0.6 79 m 0.6-0.7 MSS 79 m 0.7-0.8 18 d´ıas 79 m 0.8-1.1 240 m 10.4-12.6 80 m 0.475-0.575 RBV 80 m 0.580-0.680 18 d´ıas 80m 0.690-0.830 40 m 0.505-0.750 30 m 0.45-0.52 30 m 0.52-0.60 30 m 0.63-0.60 TM 30 m 0.76-0.90 16 d´ıas 30 m 1.55-1.75 120 m 10.40-12.50 30 m 2.08-2.35 30 m 0.45-0.52 30 m 0.52-0.60 30 m 0.63-0.69 ETM+ 30 m 0.76-0.90 16 d´ıas 30 m 1.55-1.75 120 m 10.40-12.50 30 m 2.08-2.35 15 m 0.52-0.90 Cuadro 1: Sensores del programa Landsat. Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal 20 m 0.50-0.59 HRV 20 m 0.61-0.68 26 d´ıas 20 m 0.79-0.89 10 m 0.5-0.73 20 m 0.50-0.59 20 m 0.61-0.68 HRVIR 20 m 0.79-0.89 26 d´ıas 20 m 1.58-1.75 10 m, 5 m, 2.5 m 0.51-0.73 1 km 0.43-0.47 Vegetation 1 km 0.61-0.68 26 d´ıas 1 km 0.78-0.89 1 km 0.1.58-1.75 Cuadro 2: Sensores del sat´elite SPOT. 13
  14. 14. Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal 76.5m, 32.25 m 0.45-0.52 LISS-I 76.5m, 32.25 m 0.0.52-0.59 22 d´ıas 76.5m, 32.25 m 0.62-0.68 76.5m, 32.25 m 0.77-0.86 23 m, 5.8 m 0.52-0.59 23 m, 5.8 m 0.62-0.68 LISS-III 23 m, 5.8 m 0.77-0.86 22 d´ıas 23 m, 5.8 m 1.55-1.70 5.8 m 0.5-0.75 WiFS 188 m 0.62-0.68 22 d´ıas 188 m 0.77-0.86 60 m 0.62-0.68 AWiFS 60 m 0.77-0.86 22 d´ıas 60 m 1.55-1.70 Cuadro 3: Sensores del sat´elite IRS Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal 1 km 0.58-0.68 12 horas AVHRR/1 1 km 0.72-1.10 12 horas 1 km 3.55-3.93 12 horas 1 km 10.3-11.3 12 horas 1 km 0.58-0.68 12 horas 1 km 0.72-1.10 12 horas AVHRR/2 1 km 3.55-3.93 12 horas 1 km 10.3-11.3 12 horas 1 km 11.5-12.5 12 horas 1 km 0.58-0.68 12 horas 1 km 0.72-1.10 12 horas AVHRR/3 diurno 1 km 1.58-1.64 12 horas 1 km 10.3-11.3 12 horas 1 km 11.5-12.5 12 horas 1 km 0.58-0.68 12 horas 1 km 0.72-1.10 12 horas AVHRR/3 nocturno 1 km 3.55-3.93 12 horas 1 km 10.3-11.3 12 horas 1 km 11.5-12.5 12 horas Cuadro 4: Sensores del sat´elite NOAA 14
  15. 15. Referencias [1] Chuvieco Salinero, E. (2008). Teledetec- ci´on ambiental: La observaci´on de la Tierra desde el Espacio. Ariel Ciencia, Espa˜na, 3ra edition. [2] CICEANA (2007). Saber m´as... percep- ci´on remota. CICEANA: Centro de infor- maci´on y comunicaci´on ambiental del Norte Am´erica, A.C. [3] Gand´ıa, S., Meli`a, J., Miralles, J., and de Val`encia, U. (1991). La teledectecci´on en el seguimiento de los fen´omenos natura- les. Recursos renovables: agricultura. Pu- blicacions de la Universitat de Valˇcncia. [4] P´erez Guti´errez, C. and Mu˜noz Nieto, ´A. L. (2006). Teledetecci´on: nociones y aplica- ciones. Universidad Salamanca. [5] P´erez, D. (2007). Introducci´on a los sen- sores remotros: Aplicaciones en geolog´ıa. Universidad de Buenos Aires. [6] Rees, W. G. (2001). Physical principles of remote sensing. Cambridge University Press, 2 edition. [7] Reuter, F. (2009). Principios de teledetec- ci´on. Number 33 in Serie Didactica. [8] Sobrino Rodr´ıguez, J. A. (2001). Telede- tecci´on. Universitat de Valencia, Espa˜na. [9] Zerda, H. R. (2004). Manual de telede- tecci´on. Primer inventario nacional de bos- ques nativos, proyectos bosques nativos y ´areas protegidas birf 4085-AR 1998-2001, Republica de Argentina, Ministerio de Sa- lud y ambiente de la naci´on y secretar´ıa de ambiente y desarrollo sustentable. 15

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