En esta página se presentan algunos conceptos relacionados con la percepción remota y de imágenes generadas específicamente por sensores orbitales, debido a que una de las mayores funciones del SPRING consiste en el tratamiento de dichas imágenes, a través de funciones de realce y clasificación.
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Procesamiento de Imágenes de Percepción Remota.
Desde entonces los científicos fueron ampliando sus estudios al respecto de tan fascinante materia. Verificaron que la luz blanca era una síntesis de diferentes tipos de luz, una especie de vibración compuesta básicamente, de muchas vibraciones diferentes. Posteriormente, descubrieron que cada color descompuesto en el espectro correspondía a una temperatura diferente y que la luz roja incidiendo sobre un cuerpo, lo calentaba más que la luz violeta.
Además del rojo visible, existen radiaciones invisibles para los ojos, que pasan a ser ondas, rayos o inclusive radiaciones infrarrojas. Después, una experiencia de Titter reveló otro tipo de radiación: la ultravioleta. Siempre avanzando en sus experimentos, los científicos consiguieron probar que la onda de luz era una onda electromagnética, mostrando que la luz visible es sólo una de las diferentes especies de ondas electromagnéticas.
Algunos autores colocan el origen de la Percepción Remota ligado al desarrollo de sensores fotográficos, cuando las fotografías aéreas eran obtenidas desde globos.
Es evidente que la Percepción Remota es fruto de un esfuerzo multidisciplinario que envolvió y envuelve avances en la física, físico-química, química, biociencias y geociencias, en la computación, mecánica, etc...
La evolución de la teledetección está ligada a algunos de los principales eventos citados a continuación:
Sensores : son equipos capaces de colectar energía proveniente del objeto, convirtiéndola en una señal posible de ser registrada y presentándola en forma adecuada para la extracción de informaciones.
Energía: la mayoría de las veces se refiere a la energía electromagnética o radiación electromagnética.
Un concepto más específico puede ser: "Es el conjunto de las actividades relacionadas con la adquisición y el análisis de datos de sensores remotos", donde:
Sensores Remotos: son sistemas fotográficos u óptico-electrónicos capaces de detectar y registrar, en forma de imágenes o no, el flujo de energía radiante reflejado o emitido por objetos distantes.
Un flujo de radiación electromagnética al propagarse por el espacio puede interactuar con superficies u objetos, siendo reflejado, absorbido o emitido por dichas superficies u objetos. Las variaciones que estas interacciones producen en el flujo considerado, dependen fuertemente de las propiedades físico-químicas de los elementos en la superficie. Más adelante se discutirán con más detalles, las interacciones de la radiación con la materia.
Todo en la naturaleza está en constante vibración, emitiendo o modificando ondas electromagnéticas (energía) y presentando "perturbaciones" de los campos magnéticos y gravimétricos de la Tierra. Todos los instrumentos que captan y transforman esa energía pueden ser clasificados como sensores: radio, televisión, máquina fotográfica, por sólo citar algunos.
Durante la fase de adquisición de datos por los sensores, se pueden distinguir los siguientes elementos básicos: energía radiante, fuente de radiación, objeto (albo), trayectoria y sensor (sistema de imageamiento óptico y detector). La figura a seguir presenta estos elementos y ejemplifica los diferentes caminos que la radiación electromagnética puede tomar antes de ser captada por el sistema sensor.
Una cámara fotográfica con flash puede servir como ejemplo de un sistema sensor: "cuando el sistema de la cámara es activado, el flash es accionado y emite radiación. La radiación fluye para el albo y es reflejada de éste, para el sistema óptico de la cámara. Entonces la radiación reflejada es registrada sobre el plano de la película, que constituye un detector fotoquímico de radiación. Una imagen del patrón de radiación es formada en la película y después es desarrollada químicamente".
Siempre que se realiza un trabajo, algún tipo de energía debe ser transferida de un cuerpo para otro, o de un local para otro en el espacio. De todas las formas posibles de energía, existe una de especial importancia para la Percepción Remota: la energía radiante o energía electromagnética, la cual es la única que no necesita de un medio material para propagarse. El ejemplo de energía radiante más familiar y de mayor importancia es la energía solar, que se propaga por el espacio vacío desde el Sol hasta la Tierra.
La radiación (ondas) electromagnética está constituida por diversas características físicas (intensidad, longitud de onda, frecuencia, energía, polarización, etc...). Independientemente de esas características, todas las ondas electromagnéticas son esencialmente idénticas, presentando independencia con relación a la existencia o no de un medio de propagación (propiedad importante de este proceso de transferencia de energía). Esta independencia es fácil de entender a través de la figura a continuación, el campo eléctrico y el campo magnético son perpendiculares entre sí y ambos oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, así el campo eléctrico genera un campo magnético y el campo magnético genera un campo eléctrico.
Donde: E = Campo eléctrico
M = Campo magnético
La velocidad de propagación de la onda electromagnética en el vacío corresponde a la velocidad de la luz (3 x 108 m/s). El número de ondas que pasa por un punto del espacio en un determinado tiempo, define la frecuencia (f) de la radiación. La frecuencia de onda es directamente proporcional a la velocidad de propagación de la radiación. Cuanto mayor es la velocidad de propagación de la onda, mayor es el número de ondas que pasarán por un punto en un tiempo dado (t) y mayor será su frecuencia. La velocidad de propagación (v) en un medio dado es constante.
La onda electromagnética también puede ser caracterizada por la longitud de onda (lambda) que puede expresarse por la ecuación:
La faja de longitud de onda o frecuencias en que se puede encontrar la radiación electromagnética es ilimitada. Con la tecnología disponible actualmente, se puede generar o detectar la radiación electromagnética en una extensa faja de frecuencia, que se extiende de 1 a 1024 Hz, o longitudes de onda en la faja de 108 metros a 0,01A.
Este espectro es subdividido en fajas, representando regiones que poseen características peculiares en términos de los procesos físicos, generadores de energía en cada faja, o de los mecanismos físicos de detección de esta energía. Dependiendo de la región del espectro, se trabaja con energía (electro-volts), longitudes de onda (micrómetro), o frecuencia (hertz). Por ejemplo: en la región de los rayos gama y cósmicos, se usa energía; en la región entre ultravioleta e infrarrojo, se usa longitud de onda; y en la región entre microondas y radio, se utiliza frecuencia. Las principales fajas del espectro electromagnético se describen a seguir y están representadas en la figura a continuación.
Microondas: se sitúan en la faja de 1 mm a 30 cm o 3 X 1011 a 3 X 109 Hz. En esta faja de longitudes de onda se puede construir dispositivos capaces de producir haces de radiación electromagnética altamente concentrados, llamados radares. La poca atenuación por la atmósfera o por las nubes, hace propicio un excelente medio para uso de sensores de microondas en cualquier condición climática.
Infrarrojo: de gran importancia para la Percepción Remota. Engloba la radiación con longitudes de onda de 0,75 um a 1,0 mm. La radiación infrarroja es fácilmente absorbida por la mayoría de las substancias (efecto de calentamiento).
Visible: es definida como la radiación capaz de producir la sensación de visión para el ojo humano normal. Presentan una pequeña variación de longitud de onda (380 a 750 nm). Importante para la Percepción Remota, ya que las imágenes obtenidas en esta faja, generalmente presentan una excelente correlación con la experiencia visual del interprete.
Ultravioleta: extensa faja del espectro (10 nm a 400 nm). Películas fotográficas son más sensibles a la radiación ultravioleta, que a la luz visible. Esta faja es utilizada para la detección de minerales por luminescencia y polución marina. Uno de los grandes obstáculos para la utilización de esta región del espectro, es la fuerte atenuación atmosférica.
Rayos X: Faja de 1 Ao a 10 nm (1 Ao = 10-10 m). Son generados predominantemente, por la parada o frenada de electrones de alta energía. Por estar constituido por fotones de alta energía, los rayos X son altamente penetrantes, siendo una poderosa herramienta en la investigación sobre la estructura de la materia.
Rayos GAMA: son los rayos más penetrantes de las emisiones de substancias radioactivas. No existe, en principio, límite superior para la frecuencia de las radiaciones gama, aunque se encuentre aún una faja superior de frecuencias para la radiación, conocida como rayos cósmicos.
Las fuentes de radiación electromagnética (REM) pueden ser divididas en naturales (sol, tierra, radioactividad) y artificial (radar, láser, entre otras).
El sol es la fuente natural más importante, ya que al interactuar su energía con las diversas substancias de la superficie de la Tierra, origina una serie de fenómenos (reflexión, absorción, transmisión, luminiscencia, calentamiento, ...) investigados por la Percepción Remota.
Cualquier fuente de energía electromagnética es caracterizada por su espectro de emisión, el cual puede ser continuo o distribuido en fajas discretas. El sol, por ejemplo, emite radiación distribuida continuamente en una faja que va de los rayos X hasta la región de microondas, aunque concentrado en el intervalo de 0,35 um - 2,5 um.
Toda substancia con temperatura superior al cero absoluto (0o K ó -273o C) emite radiación electromagnética, como resultado de sus oscilaciones atómicas y moleculares. Esta radiación emitida puede incidir sobre la superficie de otra substancia pudiendo ser reflejada, absorbida o transmitida. En el caso de la absorción, la energía es generalmente reemitida, con diferentes longitudes de onda.
En la práctica, los cuatro procesos: emisión, absorción, reflexión y transmisión ocurren simultáneamente y sus intensidades relativas caracterizan la substancia que está siendo investigada. Dependiendo de las características físicas y químicas de la substancia, los cuatro procesos ocurren en diferentes regiones del espectro con intensidades distintas. Este comportamiento espectral de las diversas substancias es denominado firma espectral y es utilizado en Percepción Remota, para distinguir diversos materiales entre sí.
Existen regiones del espectro electromagnético en las cuales la atmósfera es opaca, o sea, no permite el paso de la radiación electromagnética. Estas regiones definen las "bandas de absorción de la atmósfera". Las regiones del espectro electromagnético en las que la atmósfera es transparente a la radiación electromagnética proveniente del sol, son conocidas como "ventanas atmosféricas".
De esta manera, los siguientes factores interfieren en la Percepción Remota y siempre deben ser asociados con la atmósfera:
absorción, efectos de masa de aire, dispersiones debido a moléculas gaseosas o partículas en suspensión,
refracción, turbulencias, emisión de
radiación por los constituyentes atmosféricos, entre otros.
Así, se puede concluir que la atenuación
de la radiación es dada por:
Existen tres tipo de dispersión:
** Debido a los factores de atenuación es importante planificar bien, antes de la adquisición de los datos y de dar inicio a los procesos de interpretación.
Como ya fue mencionado, todos los materiales y fenómenos naturales absorben, transmiten, reflejan y emiten selectivamente radiación electromagnética. Con el desarrollo actual es posible medir con una precisión razonable y a distancia, las propiedades espectrales de aquellos materiales y fenómenos.
Cualqueir sistema sensor presenta los siguientes componentes necesarios para captar la radiación electromagnética (ver la figura siguiente).
donde: colector = recibe la energía a través de
una lente, espejo, antenas, ...
detector = capta la energía colectada de una determinada
faja del espectro;
procesador = la señal registrada es sometida a
un procesamiento (revelado, ampliación, ...)
a través del cual se obtiene el producto;
producto = contiene la información necesaria
para el usuario.
Los sensores pueden ser clasificados en función de la fuente de energía o en función del tipo de producto que produce.
En función de la fuente de energía:
B-) ACTIVOS: poseen su propia fuente
de radiación electromagnética, trabajando
en fajas restrictas del espectro. Por ejemplo, los radares.
En función del tipo de producto:
Son esenciales para la adquisición de informaciones minuciosas sobre el comportamiento espectral de los objetos de la superficie terrestre.
B-) Imageadores: se obtiene como resultado una imagen de la superficie observada. Suministran informaciones sobre la variación espacial de la respuesta espectral de la superficie observada.
B.2 - sistema de barrido ("scanning systems") por ejemplo: TM, MSS, SPOT.
B.3 - sistema fotográfico
Los imageadores no fotográficos (sistema de imageamiento de barrido) se originaron para cubrir la laguna dejada por los problemas inherentes al uso del más difundido sensor óptico, la cámara fotográfica. Esta, a pesar de presentar condiciones más fáciles de operación y costos, tiene una limitación en captar la respuesta espectral, debido a que las películas cubren solamente el espectro del ultravioleta próximo al infrarrojo lejano. También este tipo de sensor limita las horas de sobrevuelo, ya que debido a fenómenos atmosféricos no es posible observar frecuentemente el suelo, a grandes altitudes.
Como los datos de estos sensores no fotográficos
son colectados en forma de señal eléctrica, estos datos
podrán ser fácilmente transmitidos para estaciones
distantes, donde un procesamiento electrónico hará el
análisis discriminatorio.
La tabla siguiente presenta un análisis comparativo de los sensores fotográficos e imageadores de barrido.
Resolución geométrica | ||
Resolución espectral | ||
Frecuencia | ||
Visión sinóptica | ||
Base de datos |