IMAGEN DIGITAL

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.


Entrada de imágenes
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.


Caracterización de imágenes

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.




Resolución y Bandas

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.

TM
HRV
AVHRR
Frecuencia de la
adquisición de imágenes
16 días26 días2 veces al día
Resolución espacial
30 m
120 m (Banda 6)
20 m (Banda1 a 3)
10 m (Pan)
1,1 km (nominal)
Resolución radiométrica
8 bits8 bits (1-3)
6 bits (Pan)
10 bits
Resolución espectral

bandas espectrales

(micrómetros)
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:

>Reflectancia de vegetación verde sana
Satélite Landsat - Sensor TM
CanalFaja Espectral (um) Principales aplicaciones
1
0,45 - 0,52
Mapeo de aguas costeras
Diferenciación entre suelo y vegetación
Diferenciación entre vegetación de coníferas y caducas
2
0,52 - 0,60
3
0,63 - 0,69
Absorción de clorofila
Diferenciación de especies vegetales
4
0,76 - 0,90
Levantamiento de biomasa
Delineamiento de cuerpos de agua
5
1,55 - 1,75
Medidas de humedad de la vegetación
Diferenciación entre nubes y nieve
6
10,4 - 12,5
Mapeo de estrés térmico en plantas
Otros mapeos térmicos
7
2,08 - 2,35
Mapeo hidrotermal


Satélite SPOT - Sensor HRV
Canalum) Principales aplicaciones
1
0,50 - 0,59
Reflectancia de vegetación verde sana
Mapeo de aguas
2
0,61 - 0,68
Absorción de la clorofila
Diferenciación de especies vegetales
Diferenciación de suelo y vegetación
3
0,79 - 0,89
Levantamiento de fitomasa
Delineamiento de cuerpos de agua
Pan
0,51 - 0,73
Estudio de áreas urbanas


Satélite NOAA - Sensor AVHRR
CanalFaja Espectral (um) Principales aplicaciones
1
0,58 - 0,68
Mapeo diurno de nubes, hielo y nieve.
Definición de características de suelo y cubierta vegetal.
2
0,725 - 1,1
Delineamiento de la superficie del agua
Definición de condiciones de fusión de nieve y hielo
Evaluación de la vegetación y monitoreo metereorológico (nubes).
3
3,55 - 3,93
Mapeo nocturno y diurno de nubes
Análisis de la temperatura (C) de la superficie del mar
Deteccción de puntos calientes (incendios).
4 e 5
10,30 - 11,30 (4)

11,50 - 12,50 (5)
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.


Imagen



Formato de Imágenes

El SPRING prevé la lectura en varios dispositvos, en los formatos superestructura o fast format para los sistemas sensores descritos arriba.

Formato superestructura

Formato "fast format"


Imagen



Imagen TM/Landsat

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.

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:

Cuadrantes
A=1,2,5,6N= 2,3,6,7
B=3,4,7,8S= 10,11,14,15
C=9,10,13,14W= 5,6,9,10
D=11,12,15,16E= 7,8,11,12
X=6,7,10,11

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16



Imágenes Ladsat en CDROM

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.


Imagen



Imagen HRV/SPOT

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.

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:

Nivel
Modo
Nº líneas
Nº columnas
1A
P

XS
6.000

6.000
6.000

3.000
1B
P

XS
6.000

3.000
6.400 a 8.500

3.200 a 4.250
2A/2B
P

XS
7.200 a 10.200

3.600 a 5.100
7.500 a 10.200

3.750 a 5.100

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.


Consulte también:
Sistemas Orbitales.


Imagen



Imagen AVHRR/NOAA

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.

Registro
Líneas
Columnas
1
1
B1.1 B2.1 B3.1 B4.1 B5.1 B1.2 B2.2
2
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.


Imagen



Archivos SPG

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:

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).

Imagen

Imágenes en el SPRING

Para la entrada de imágenes de sensores remotos en el SPRING, las técnicas de que se dispone son:

ima_grib.gif - 10177 Bytes

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.



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