Para la detección orbital mediante sensores remotos, se utiliza un gran número de datos para representar una imagen, los cuales pueden manipularse en formato digital, a fin de extraer informaciones de estas imágenes. Cada punto captado por los sensores corresponde a un área mínima denominada "píxel" (picture cell), que debe estar geográficamente identificada, y para la cual se registran valores digitales relacionados con la intensidad de energía reflejada en fajas (bandas) bien definidas del espectro eletromagnético.
Una imagen digital puede definirse por una función bidimensional de la intensidad de luz reflejada o emitida por una escena, en la forma I(x,y), donde los valores de I representan, en cada coordenada espacial (x,y), la intensidad de la imagen en ese punto. Esa intensidad es representada por un valor entero, no-negativo y finito, llamado nivel de gris.
Para realizar el procesamiento digital de imágenes de datos obtenidas por sensores remotos, es necesario que la imagen se encuentre en el formato digital. Existen básicamente dos maneras para obtener una imagen digital: (1) adquirir la imagen obtenida por sensores remotos en formato analógico (por ejemplo, fotografia área), y después digitalizarla, y (2) adquirir la imagen obtenida por sensores remotos ya en formato digital, tales como los datos en cinta CCT (Computer Compatible Tape), grabados por satélites como Landsat y SPOT.
El proceso de digitalización de una imagen no-digital (imagen continua), corresponde a una "discretización" (o muestreo) de la escena en observación, mediante la superposición de una malla hipotética, y una atribución de valores enteros (en los niveles de gris) a cada punto de esa malla (proceso llamado "cuantización").
En satélites como el Landsat y el SPOT, la señal eléctrica detectada en cada uno de sus canales es convertida, aún a bordo del satélite, por un sistema analógico/digital, y la salida enviada para las estaciones de recepción por vía telemétrica. Las imágenes de estos satélites se muestrean con un número grande de puntos (las imágenes del sensor Thematic Mapper del satélite Landsat poseen más de 6.000 muestras por línea). Además de eso, tales imágenes tienen la característica de ser multiespectrales, en el sentido de constituir una colección de imágenes de una misma escena, en el mismo instante, obtenida por varios sensores con respuestas espectrales diferentes.
Para la entrada de datos imagen, las técnicas
disponibles en el SPRING son:
Consulte también:
Acerca de la Detección por Sensores Remotos.
Registro de Imágenes.
Cómo obtener otras informaciones conceptuales del sistema.
Se puede representar una imagen por una matriz de datos, en la que las líneas y columnas definen las coordenadas espaciales del píxel. Para esto se utiliza un número finito de bits para representar la "radiancia" de la escena para cada píxel.
"Radiancia" es el flujo radiante que proviene de una fuente, en una determinada dirección, por unidad de área.
En realidad, la medida de la "radiancia" representada en cada píxel por su nivel de gris, no es sólo la de la radiación reflejada por la superficie contenida en la escena del píxel, sino también la radiación debida a la dispersión atmosférica.
La cuantificación de la "radiancia" continua de una escena representada por los niveles de gris descritos en la imagen digital, es dada por un número de bits por píxel para producir un intervalo de "radiancia". Los sensores de nueva generación obtienen normalmente imágenes en 8 ó 10 bits (equivalentes a 256 o 1.024 niveles digitales).
En realidad el nivel de gris es representado por la "radiancia" media de un área relativamente pequeña en una escena. Esta área está determinada por la altitud del sistema sensor a bordo del satélite y otros parámetros como el IFOV (Instantaneous Field Of View), que es el ángulo formado por la proyección geométrica de un único elemento detector sobre la superficie de la Tierra.
La figura abajo ilustra el sistema de coordenadas usualmente utilizado para representar una imagen digital. El eje x representa el número de columnas, el eje y el número de líneas.
En el caso de las imágenes multiespectrales, la representación digital es más compleja, porque para cada coordenada (x,y), habrá un conjunto de valores de nivel de gris. Cada píxel está representado por un vector, con tantas dimensiones como tantas fueran las bandas espectrales.
Banda espectral es el intervalo entre dos longitudes de onda, en el espectro electromagnético.
El SPRING permite la entrada directa de imágenes provenientes de los satélites Landsat, SPOT y NOAA. Cada una de estas imágenes presenta caracteríticas distintas en cuanto a resolución. Imágenes analógicas, como fotografías en papel, también pueden ser tratadas por el SPRING, pudiendo importarse en el formato TIFF luego de ser escaneadas.
Resolución es una medida de la habilidad que posee un sistema sensor para distinguir entre respuestas que son semejantes espectralmente o próximas espacialmente. La resolución puede clasificarse en espacial, espectral y radiométrica.
Resolución espacial: mide la menor separación angular o lineal entre dos objetos. Por ejemplo, una resolución de 20 metros implica que objetos distanciados entre sí a menos de 20 metros, por lo general no serán discriminados por el sistema.
Resolución espectral: es una medida de ancho de las fajas espectrales del sistema sensor. Por ejemplo, un sensor que opera en la faja de 0,4 a 0,45 m tiene una resolución espectral menor que el sensor que opera en la faja de 0,4 a 0,5 um.
Resolución radiométrica:
está asociada a la sensibilidad del sistema sensor
en distinguir dos niveles de intensidad de la señal de retorno.
Por ejemplo, una resolución de 10 bits (1.024 niveles
digitales) es mejor que una de 8 bits.
La tabla a continuación presenta las características de resolución de los sistemas sensores Thematic Mapper (TM), Haute Resolution Visible (HRV) y Advanced Very Resolution Radiometer (AVHRR), a bordo de los satélites Landsat, SPOT y NOAA, respectivamente.
adquisición de imágenes | 16 días | 26 días | 2 veces al día |
30 m 120 m (Banda 6) | 20 m (Banda1 a 3) 10 m (Pan) | 1,1 km (nominal) | |
8 bits | 8 bits (1-3)
6 bits (Pan) | 10 bits | |
| Banda 1 - 0,45-0,52 Banda2 - 0,52-0,60 Banda3 - 0,63-0,69 Banda4 - 0,76-0,90 Banda5 - 1,55-1,75 Banda6 - 10,74-12,5 Banda7 - 2,08-2,35 | Banda 1 - 0,50-0,59 Banda2 - 0,61-0,68 Banda3 - 0,79-0,89 Pan - 0,51-0,73 | Banda 1 - 0,58-0,68 Banda 2 - 0,725-1,1 Banda 3 - 3,55-3,93 Banda 4 - 10,30-11,30 Banda 5 - 11,50-12,50 |
Las diferentes bandas espectraless de los sensores tienen aplicaciones
distintas en lo estudios de detección por sensores remotos. Para orientar al
usuario en la selección de las mejores bandas que habrán de utilizarse en su proyecto, se muestran las tablas siguientes:
Canal | Faja Espectral (um) | Principales aplicaciones |
Mapeo de aguas costeras Diferenciación entre suelo y vegetación Diferenciación entre vegetación de coníferas y caducas | ||
>Reflectancia de vegetación verde sana | ||
Absorción de clorofila Diferenciación de especies vegetales | ||
Levantamiento de biomasa Delineamiento de cuerpos de agua | ||
Medidas de humedad de la vegetación Diferenciación entre nubes y nieve | ||
Mapeo de estrés térmico en plantas Otros mapeos térmicos | ||
Mapeo hidrotermal |
Canal | um) | Principales aplicaciones |
Reflectancia de vegetación verde sana Mapeo de aguas | ||
Absorción de la clorofila Diferenciación de especies vegetales Diferenciación de suelo y vegetación | ||
Levantamiento de fitomasa Delineamiento de cuerpos de agua | ||
Estudio de áreas urbanas |
Canal | Faja Espectral (um) | Principales aplicaciones |
Mapeo diurno de nubes, hielo y nieve. Definición de características de suelo y cubierta vegetal. | ||
Delineamiento de la superficie del agua Definición de condiciones de fusión de nieve y hielo Evaluación de la vegetación y monitoreo metereorológico (nubes). | ||
Mapeo nocturno y diurno de nubes Análisis de la temperatura (C) de la superficie del mar Deteccción de puntos calientes (incendios). | ||
| Mapeo nocturno y diurno de nubes. Medición de la superficie del mar, lagos y ríos. Detección de erupción volcánica. Humedad del suelo, atributos metereológicos de las nubes. Temperatura de la superficie del mar y humedad del suelo. |
El SPRING prevé la lectura en varios dispositvos, en los formatos superestructura o fast format para los sistemas sensores descritos arriba.
El formato superestructura (patrón de cintas y CDROM) presenta una organización de datos en cuatro niveles jerárquicos diferentes: volumen, el archivo, el registro y el campo de datos. Un grupo de archivos comprende un volumen lógico, que puede almacenarse en varios volúmenes físicos (cintas) y un volumen físico puede almacenar varios volúmenes lógicos, es decir, podemos tener una cinta con varios archivos (bandas), o una banda en más de un volumen físico. Los componentes básicos de una superestructura son: el archivo directorio del volumen y el archivo descriptor.
El archivo directorio del volumen define e identifica un volumen lógico (por ejemplo, un conjunto de bandas). El archivo descriptor es el primer registro dentro de cada archivo de datos (cada banda) y define la estructura interna del archivo suministrando parámetros para interceptar su contenido.
El formato "fast format" contiene una cantidad mínima de datos generales, compactando al máximo posible los datos en una cinta, con lo que facilita la lectura y la escritura. Este formato está disponible solamente para la estructura de imagen en banda secuencial (BSQ), que se usa en imágenes TM/Landsat.
Los archivos de la imagen están contenidos en una única cinta y puede haber más de un archivo imagen por cinta. Hay dos tipos de archivo en una cinta "fast format": el archivo de "header" y los archivos de imágenes.
El archivo de "header" es el primero de cada cinta y contiene los datos de descripción como fecha, opciones de procesamiento e información de proyecto para el producto.
Los archivos de imagen solamente contienen "píxeles" de imagen. Estos datos pueden bloquearse o no. El bloqueo se utiliza para condensar una imagen lo máximo posible. Las imágenes geocodificadas son bloqueadas la mayoría de las veces.
A continuación se presentan los patrones de grabación utilizados para los sensores TM-Landsat, HRV-SPOT y AVHRR-NOAA.
La imagen TM/Landsat en que el SPRING hace la lectura debe
estar en el patrón BSQ de bandas secuenciales. Este patrón es frecuentemente generado por el INPE, en Cachoeira
Paulista, y se halla disponible para el usuario en los formatos
superestructura o "fast format".
En el patrón BSQ, la imagen queda registrada en la cinta, banda a banda, según lo ilustra el esquema siguiente:
El usuario puede escoger los productos digitales de las cintas TM-Landsat con niveles de corrección geométrica. Los niveles posibles son 4, 5 y 6, descritos a continuación.
Nivel 4 - el producto patrón del INPE es generado en este nivel. Se aplica a los cálculos de corrección geométrica, utilizando los datos de efemérides y actitud obtenidos del satélite.
Nivel 5 - los procedimientos son idénticos a los aplicados en el nivel 4, con corrección geométrica básica con remuestreo por el método del "vecino más próximo" y puntos de control adquiridos a partir de una base cartográfica oficial.
Nivel 6 - los procedimientos son semejantes al nivel 5, con remuestreo por convolución cúbica.
El tamaño de una escena de una imagen TM/Landsat es de 6.177 líneas por 6.489 columnas; esta escena puede dividirse en cuadrantes de 3.087 líneas y 3.243 columnas. Los cuadrantes se encuentran dispuestos en la escena conforme a la figura que sigue:
A= | 1,2,5,6 | N= | 2,3,6,7 |
B= | 3,4,7,8 | S= | 10,11,14,15 |
C= | 9,10,13,14 | W= | 5,6,9,10 |
D= | 11,12,15,16 | E= | 7,8,11,12 |
X= | 6,7,10,11 |
Los datos Landsat TM en CD-ROM están distribuidos en forma de escenas enteras (full frame - aproximadamente 185 x 185 km) o cuadrantes (aproximadamente 96 x 96 km), desde 1 hasta 7 bandas espectrales. A todas las escenas se les suministra el mismo nivel de corrección radiométrica básica, en la ecualización de la respuesta de los sensores, con vistas al efecto de "stripping" de los datos Landsat-TM. No se aplican ecualizaciones de histogramas o correcciones para el ángulo de elevación del sol.
El CD-ROM se formatea en el patrón IBM-DOS, pudiendo ser leído por cualquier unidad de lectura que acepte discos ópticos en conformidad con el patrón ISO-9660. El disco está estructurado en subdirectorios:
Por ejemplo, a la banda 7 de la misma escena de Río de Janeiro, cuadrante A, adquirida por el satélite el 31 de enero de 1994, se deberá acceder con el nombre:\217_076a\940131\banda7.dat
Las imágenes en CDROM se graban en el formato superestructura.
En el CD-ROM, eventualmente, podrá existir un subdirectorio adicional, \DEMO, con algunas imágenes de demostración en formato TIFF o JPEG.
Consulte también:
Sistemas Orbitales.
El programa de lectura de imágenes del SPRING ( IMPIMA), permite la lectura de imagen HRV/SPOT, en la que esta debe estar en el formato banda intercalada por línea (BIL), usualmente generado por el INPE, en Cachoeira Paulista, y disponible para el usuario.
En el formato BIL, cada línea es grabada secuencialmente para todas las bandas, conforme ilustra el esquema a continuación:
El usuario puede escoger los productos digitales
de las cintas HRV-SPOT con niveles de corrección geométrica. Los niveles posibles son
1A, 1B, 2A y 2B, descritos seguidamente.
Nivel 1A: la imagen contiene datos originales con calibración radiométrica relativa y absoluta, a través de la normalización de los detectores, sin corrección geométrica y calibración entre bandas.
Nivel 1B: la corrección radiométrica es la misma del 1A, con un aumento del remuestreo para compensar los efectos internos y externos del sistema y la corrección geométrica para los efectos de perspectiva, rotación de la Tierra y variación de la velocidad del satélite.
En el nivel 2A: la corrección radiométrica es la misma del nivel 1B y presenta un preprocesamiento geométrico sobre un mapa con el uso de datos de actitud del satélite.
En el nivel 2B: la imagen posee corrección geométrica sobre un mapa, con el uso de datos de actitud del satélite y puntos de control del terreno.
La definición del formato de una escena, en una imagen SPOT, depende de si esta posee información multiespectral (bandas 1, 2 y 3) o pancromática (pan), e incluso depende del nivel de corrección de la imagen.
El usuario tiene acceso a estas informaciones en una lista suministrada conjuntamente con la cinta.
El tamaño de las imágenes SPOT está definido de acuerdo
con el nivel de corrección, según muestra
la tabla siguiente:
| |||
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Una escena de la imagen SPOT también puede dividirse en cuadrantes, conforme ilustra la figura abajo. Cada cuadrante representa un área de aproximadamente 40 x 40 km.
El usuario tiene la posibilidad de solicitar una escena que esté localizada entre cuadrantes. Para esto, debe identificar el área deseada en la imagen y definir un cuadrado de 40 x 40 km que la encierre.
La imagen AVHRR/NOAA que suministra el INPE se encuentra
en el patrón o banda intercalada por "píxel"; (BIP).
En el formato BIP, cada "píxel" es grabado secuencialmente
para todas las bandas, conforme ilustra el esquema a continuación.
B1.1 B2.1 B3.1 B4.1 B5.1 B1.2 B2.2 | ||
B1.n B2.n B3.n B4.n B5.n B1.n+1... |
donde: n es el número del "píxel" que se ha de grabar en la línea siguiente.
Las cintas pueden grabarse en 10 bits (full) u 8 bits (comprimidas). Una cinta grabada en 10 bits puede contener hasta las cinco bandas registradas y posee la siguiente configuración, como muestra la figura al lado:
donde: (1) "Header" presenta las características del satélite, fecha de grabación, formato, etc.
(2) Matriz de Referencia Geodésica (MRG): presenta los datos de navegación de la imagen.
(3) Datos TIP: datos documentales de la imagen, como línea, columna, resolución, etc.
(4) Datos AHVRR: la imagen propiamente dicha.
Una cinta grabada en 8 bits puede contener hasta tres bandas registradas y posee la siguiente configuración:
Las imágenes AVHRR grabadas en Cachoeira Paulista-INPE no presentam ninguna corrección geométrica o radiométrica.
El tamaño de las imágenes AVHRR está definido por el ángulo de barrido del sensor, o sea, son 2.048 muestras ("píxeles") por canal, para cada barrido en la Tierra. Para las cintas grabadas en Cachoeira Paulista, el número de columnas se define por el alcance de la antena receptora; por ejemplo: el inicio de la grabación queda aproximadamente en la región de Río Grande del Sur, y la terminación, en la región de la Amazonia Central.
Consulte también:
Sistemas Orbitales.
SPG (Spring Gridded binary) es un formato de valores de punto de grid expresado en modo binario.
El formato SPG se presenta en dos archivos:
Entre estas características es imprescindible la presencia de:
Los otros ítems se aumentan en correspondencia con la operación aplicada sobre la imagen, por ejemplo:
La imagen resultante del impima que fue registrada en el Spring, tendrá las características siguientes:
NOTA: Las imágenes resultantes
del módulo de lectura IMPIMA e internamente en el módulo
SPRING, se almacenan en el formato SPG.
En el SPRING, cuando el usuario desea cargar
una imagen en su Proyecto de trabajo, lo deberá hacer mediante el submenú Importar Imágenes
Registradas en la barra del menú Archivo, con imágenes en el formato SPG. La imagen se convertirá automáticamente para la proyección del proyecto
en curso, y sus límites se definirán de acuerdo con los del proyecto
(vea cómo hacer la georreferenciación de imágenes al importar
imágenes registradas).
Para la entrada de imágenes de sensores remotos en el SPRING, las técnicas de que se dispone son:
Como se ve en la figura arriba, tenemos dos procedimientos diferentes para introducir una imagen en el módulo "Spring". Vea el significado de cada proceso:
OBS: Internamente el módulo "Spring" almacena las imágenes en el formato SPG, en el que cada banda (PI) está representada por un archivo SPG, a diferencia de un archivo SPG generado por el "Impima", que puede contener varias bandas de una misma escena.