SEMANA 16 - APLICACIONES PRACTICAS DE LA TELEDETECCIÓN EN EL PERÚ Y EL MUNDO.

APLICACIONES PRACTICAS DE LA TELEDETECCIÓN EN EL PERÚ Y EL MUNDO

Las aplicaciones de la Teledetección son múltiples y por tratarse de una tecnología reciente, todavía están en proceso de desarrollo.

Las disciplinas que actualmente más utilizan las informaciones de los satélites son: geografía, biología, edafología, geología, agronomía, oceanografía, cartografía y arqueología.

Algunas de las aplicaciones de la Teledetección más destacadas son:

• Estudio de la erosión de playas y arenales.
• Inventario regional del medio ambiente para hacer estudios de impacto ambiental.
• Cartografía geológica para la explotación de recursos minerales y petroleros.
• Control de la acumulación de la nieve y de los cambios previsibles en la disponibilidad de energía hidroeléctrica.
• Seguimiento del movimiento de icebergs en zonas polares.
• Estimación de modelos de escorrentía y erosión del suelo.
• Inventario del agua superficial.
• Análisis en tiempo real de masas nubosas de escala media y pequeña.
• Medidas de aguas superficiales y humedales para evaluar la situación del hábitat para aves acuáticas.
• Verificación de contenidos de salinidad en las principales corrientes de agua.
• Cartografía térmica de la superficie del mar.
• Verificación y control de la calidad del agua, turbidez y contenido de algas.
• Control de las corrientes marinas.
• Cartografía de la cobertura vegetal del suelo.
• Evaluación de condiciones de estrés en la vegetación, por lo efectos de la sequía o la deforestación.
• Cartografía de áreas quemadas y seguimiento de los procesos de repoblación natural.
• Cartografía e inventario de la cobertura y uso del suelo.
• Selección de rutas óptimas para nuevas vías de comunicación.
• Control de pastizales para el estudio de los efectos de la sequía y del exceso de pastoreo.
• Cartografía e inventario de cultivos por especies.
• Agricultura de precisión: predicción del rendimiento de cultivos y del momento óptimo para las cosechas

Explotación de recursos naturales

Estructura geológica de una zona del desierto del Sahara en Argelia. Imagen Landsat en las bandas infrarrojas. El análisis de estas imágenes se pueden identificar nuevos yacimientos de petróleo. Fuente: ESA

Expansión urbana

Esta imagen muestra los puntos de nueva urbanización (en rojo) de la ciudad de Roma entre los años 1995 y 2000. Las zonas de color blanco señalan las zonas urbanas construidas antes de 1995. Fuente: Proyecto Urbex-ESA 

Navegación y rescate marítimos

El rompehielos argentino Almirante Irizar acude al rescate del barco "Magdalena Oldendorff" averiado en la bahía Muskegbukta. Gracias a esta imagen radar del satélite Envisat, es posible guiar al rompehielos por las zonas con menor espesor de hielo. El hielo marino es de color oscuro en contraste con el color blanco del hielo continental.

PERU

Aplicación de la Teledetección para el análisis Multitemporal del retroceso glaciar en el Nevado Pastoruri

https://teledeteccionsigcartografia.files.wordpress.com/2012/11/retroceso-del-nevado-pastoruri2.pdf

Aplicación de la teledetección en la exploración geológica y de recursos minerales.

http://es.slideshare.net/ingemmet/aplicacin-de-la-teledeteccin-en-la-exploracin-geolgica-y-de-recursos-minerales

Aplicación de la Teledetección en la degradacion de suelos

https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4157742.pdf 

Aplicaciones geológicas de la teledetección y SIG

es.slideshare.net/ingemmet/aplicaciones-geolgicas-de-la-teledeteccin-y-sig

Aplicaciones agrarias y ambientales de la teledetección espacial

www.aragoninvestiga.org › Ciencia en Aragón › Temas

Teledetección por satélite aplicada a estudios ambientales en el Perú

https://educast.pucp.edu.pe/video/2222/coloquio_de_fisica__teledeteccion_por_satelite_aplicada_a_estudios_ambientales_en_el_peru_de_la_fisica_a_la_toma_de_decisiones

Arqueología y Teledetección

Se ha realizado un mapa con imágenes del satélite Ikonos de las líneas de Nazca (300 kilómetros al sur de Lima).

Fotografía: Cortesía Fundación María Reich

SEMANA 15 - INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES

INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DIGITAL DE 

IMÁGENES

ESTADÍSTICA DE LAS IMÁGENES

HISTOGRAMA:

El Histograma es la gráfica que muestra la cantidad de píxeles que tienen una determinada intensidad luminosa.

En la Figura 1.5, puede notarse que el histograma de la imagen (a) presenta tres picos y se encuentra centrado, mientras que el de  la  imagen (b) solo tiene dos picos y esta cargado a  los tonos claros ( la media esta por encima de 127) y el de la imagen (c) tiene un solo pico marcado muy cerca del origen (tonos muy oscuros) y la estructura de los tonos que forman al animal es muy pobre. Es posible refinar los detalles usando una escala Log(z+1) para el eje vertical en la Fig. 1.6 se muestra la gráfica con ésta transformación. 

Esta técnica permite observar detalles en la estructura de información del histograma que a simple vista no son notorios y ayuda a encontrar detalles que eventualmente son relevantes en las imágenes. 

El análisis estadístico derivado del histograma puede servir para comparar contrastes e intensidades entre imágenes. El histograma podría ser alterado para producir cambios en la imagen. Por ejemplo, el histograma es utilizado para binarizar una imagen digital, es decir, convertirla en una imagen en blanco y negro, de tal manera que se preserven las propiedades "esenciales" de la Histogramas imagen. La forma usual de binarizar una imagen es eligiendo un valor adecuado o umbral, u, dentro de los niveles de grises, tal que el histograma forme un "valle" en ese nivel. Todos los niveles de grises menores que u se convierten en 0 (negro), y los mayores que u se convierten en 255 (blanco).

INTENSIDAD:

La magnitud física que mide cuanta luz hay presente, ligada a la energía es la intensidad. La intensidad es lo que se cuantifica de 0 a 255 en ocho bits por tono.

Intensidad:

o Es el valor de gris que puede adoptar cada píxel.

o La cantidad de valores posibles que puede adoptar un píxel se denomina Profundidad de Color. Usualmente se mide en potencias de 2. Ej: 2^1, 2^8, 2^16, etc. 

BRILLO:

El brillo por otro lado es una sensación humana. La relación entre brillo e intensidad no es directa debido a la adaptabilidad que tiene el ojo.

CONTRASTE:

El contraste se refiere a la variación de intensidades:

1. si hay mucha variación de intensidades hablamos de alto 

contraste

2. si hay poca variación de intensidades hablamos de bajo 

contraste

AJUSTES DEL CONTRASTE:

Los sensores utilizados en teledetección están calibrados para recibir valores muy altos de radiación sin llegar a saturarse por lo que lo normal es que todos los valores recibidos estén muy por debajo de los máximos posibles. La consecuencia es que los valores de ND obtenidos son muy bajos y las imágenes se van a ver oscuras. Una forma de solventar este problema es ajustar el contraste mediante diversas técnicas que a continuación se exponen. Con ellas se obtiene el nivel de gris (NG) que se representará en el monitor en función del ND representado.

COMPOSICIONES DE COLOR:

En una imagen e satélite se dispone de varias bandas que corresponden a diversas regiones del espectro electromagnético. En muchos casos algunas de estas bandas corresponden a las subregiones del visible que corresponden a los colores azul, verde y rojo. Por otra parte, los monitores y tarjetas de video disponen de 3 canales

USO DEL PSEUDO COLOR:

las imágenes en pseudocolor consisten en imágenes monocromas en las que se ha substituido la escala de grises por una tabla o paleta de colores .

Tradicionalmente las imágenes de satélite, al menos cuando se representa una sola banda, se visualizan con niveles de gris. Diversos estudios evidencias que el ojo humana tiene menos capacidad para distinguir niveles de gris que para distinguir diferentes colores. Por ello puede representarse una banda con colores en lugar de con niveles de gris asignando a cada ND 3 valores (intensidad en el rojo, verde y azul) en una paleta e colores.

SEMANA 14 - ESTRUCTURA DE DATOS

ESTRUCTURA DE DATOS

IMAGEN DIGITAL

Son datos organizados en una grilla de columnas y líneas. De igual forma de una grilla de pixeles Usualmente representa una área geográfica.

Está compuesta por una matriz de puntos elementales (píxeles) generados por los captadores de los instrumentos de teledetección.

PÍXEL

Un píxel (picture element) es la menor unidad en la que se descompone una imagen digital. 

Representa la unidad elemental mínima de información de una imagen digital.

El píxel es el elemento pictórico más pequeño de las imágenes que es susceptible de ser procesado.

Definido por:

¨Su posición (fila, columna)

¨Tamaño (mayor o menor resolución espacial)

¨Luminancia (nivel de gris)



 El número de píxeles que integran un sensor de satélite o de cámara digital, definen su poder de resolución

A mayor número de píxeles por unidad de superficie, mayor resolución del fotosensor, pero también mayor es el volumen del archivo informático generado.

Los valores de brillo de cualquier banda espectral pueden ser usados para formar una imagen a color de los datos.

La imagen a color se forma como resultado de la mezcla de señales de rojo, verde y azul en cada pixel.

NÚMERO DIGITAL (DN)

• Cada píxel almacena un número digital (DN) medido por el sensor.
•  Mide  la radiancia promedio o brillo correspondiente al área de escena abarcada por dicho pixel. 
•  En una base binaria de 8 bits el DN poseerá 28 valores en un rango de 0 a 255. 

ESTRUCTURA DE UNA IMAGEN DIGITAL

* Está compuesta  de pixeles ubicados en la intersección de cada fila i y

columna j en cada una de las k bandas correspondientes a una dada

escena.

*Asociado a cada pixel existe un número (Número Digital, DN)

*Cada pixel en una escena que consta de k bandas espectrales habrá

asociados k niveles de grises. Estos definen un espacio espectral k

dimensional en el que cada pixel es representado por un vector que

constituye su firma espectral

      *Sin embargo, debemos considerar que de acuerdo a las características del        terreno, el área abarcada por un pixel puede incluir más de un tipo de objetos    o clases temáticas.

*La radiación reflejada correspondiente a dicho pixel estará compuesta por

las contribuciones de las firmas espectrales de las clases temáticas que

incluye.

FIRMA ESPECTRAL

• La forma en la cual un objeto refleja, emite o absorbe la energía  que conforma un patrón espectral denominado FIRMA ESPECTRAL.
•  Firma espectral: es la forma peculiar de reflejar o emitir energía de un determinado objeto o cubierta. Depende de las características físicas o químicas del objeto que interacciona con la energía electromagnética, y varía según las longitudes de onda.

La misma permite identificar y discriminar diferentes objetos de la naturaleza.

¨La firma espectral se “construye” a partir de la señal registrada.

EL SIGNIFICADO DE LOS COLORES EN LAS COMPOSICIONES MÁS FRECUENTES

La composición de color más parecida a lo que vemos nosotros vemos de forma natural es la 3,2,1 o color verdadero. Tiene el inconveniente de que resulta poco contrastada lo que hace difícil ver los detalles. La composición 4,3,2 es conocida como Falso color y también como Infrarrojo, ya que es parecida a las fotos aéreas tomadas con película infrarroja.

Es fundamental para estudiar la vegetación, ya que la vegetación verde irradia luz infrarroja. 

Lacomposición 4,5,3 es buena para diferenciar tipos de vegetación, es la utilizada en la cartografía de ocupación del suelo “Corine Land Cover” de la Agencia Europea de Medio Ambiente, al considerar que esas tres bandas son las que llevan mejor información para la interpretación del suelo.

Se denomina SWIR, de Short-Wavelenght Infrared, a una composición en que el rojo se usa para la banda 5 o 7. Vemos que la vegetación se ve verde intensa. Se usa mucho porque es como una imagen en color verdadero intensificado. 

FORMATOS

SEMANA 13 - INTERACCIONES DE LA REM CON LOS OBJETOS DE LA SUPERFICIE:

INTERACCIONES DE LA REM CON LOS OBJETOS DE LA SUPERFICIE

De cara a la identificación de objetos y procesos en la superficie terrestre, lo que nos interesa es la reflectividad de estos objetos respecto a las diferentes longitudes de onda. Cada tipo de material, suelo, vegetación, agua, etc. reflejará la radiación  incidente de forma distinta, lo que permitirá distinguirlo de los demás si medimos la radiación reflejada. A partir de medidas de laboratorio se ha obtenido la reflectividad para las distintas cubiertas en diferentes longitudes de onda.

REFLECTÁNCIA DEL AGUA

El agua clara tiene unas excelentes propiedades en cuanto a transmisión de la radiación electromagnética en el espectro visible y de absorción en el infrarrojo. En cuanto a la reflectividad, aparece un  pico en el verde que va reduciendose hasta el infrarrojo. Esta falta de reflectividad en el infrarrojo va a ser la clave para distinguir entre areas de tierra y agua tanto en costas o lagos como en rios, incluso en rios pequeños.

El carácter tridimensional de las superficies de agua hace que en su respuesta espectral aparezca un componente debido a la superficie, otro a la columna de agua y un tercero al fondo. Por lo tanto, cualquier variación tanto en la columna de agua como en los materiales del fondo van a alterar su respuesta; un fondo de arena clara proporciona mayor reflectancia que otro compuesto por matria orgánica en descomposición. Sin embargo debido a la escasa capacidad de penetración de la radiación, estas consideraciones sólo son válidas en aguas muy someras.

Cuando el agua contiene turbidez, las consecuencias sobre la respuesta espectral van a depender del tipo de turbidez. Si se trata de fitoplancton, aparecen importantes alteraciones en el verde (aumenta) y en el azul (disminuye). Estos resultados han permitido el desarrollo de diversas ecuaciones empíricas. Si se trata de sedimentos inorgánicos la reflectividad aumenta, especialmente en el rojo

REFLECTÁNCIA DEL SUELO

Las propiedades espectrales del suelo son relativamente simples, la transmisión es nula, por tanto toda la energía se absorbe o refleja. La reflectividad es relativamente baja para todas las bandas aunque aumentando hacia el infrarrojo. Hay una cierta dependencia entre reflectividad y contenido en agua del suelo, cuanto mayor es el segundo, mayor es la primera como se puede ver en la figura. Este aumento se ve interrumpido en aquellas regiones en las que el agua absorbe energía, por tanto cuanto mayor sea el contenido de agua en el suelo, mayor va a a ser la disminución en reflectividad de estas regiones.

Otros factores que afectan la respuesta espectral del suelo son la textura con una mayor reflectividad al aumentar el tamaño medio de las partículas de suelo, los suelos arenosos tienen mayor reflectividad (se ven más claros) que los arcillosos. El problema es que la textura afecta también al contenido de humedad por lo que no resulta fácil diferenciar (con imágenes de satélite) entre ambos factores. Los minerales de la arcilla tienen, por su parte, una caida en reflectividad entorno 

El contenido en materia orgánica también afecta a la reflectividad, cuanto mayor sea su contenido y cuanto menos descomupesta se encuentre más oscuro resulta el suelo (menor reflectividad). La composición química y mineralógica también va a influir en la respuesta espectral, así por ejemplo el contenido en óxidos de hierro va a incrementar la reflectividad en el rojo. 

REFLECTÁNCIA DE LA VEGETACION

La vegetación sana tiene una reflectividad baja en el visible aunque con un pico en el color verde debido a la clorofila, ese pigmento aparece en concentraciones entre 5 y 10 veces mayores que otros como el caroteno). La reflectividad es muy alta en el infrarrojo reflejado o próximo debido a la escasa absorción de energía por parte de las plantas en esta banda. En el infrarrojo medio hay una disminución especialmente importante en aquellas longitudes de onda en las que el agua de la planta absorbe la energía. Durante el otoño, las hojas pierden los cloroplastos (organos que contienen la clorofila) ya que dejan de ser necesarios, por tanto deja de ser la clorofila el pigmento principal y las plantas adquieren un color pardo-amarillento debido a la cada vez mayor importancia relativa de carotenos y otros pigmentos.

Esta curva tan contrastada se debilita en el caso de la vegetación enferma en la que disminuye el infrarrojo y aumenta la reflectividad en el rojo y azul. Se observa también que la reflectividad de una planta depende de su contenido en agua. Cuando el contenido de agua aumenta disminuye la reflectividad ya que aumenta la absorción de radiación por parte del agua contenida en la planta.