Visión global de la Teledetección (texto)

Tecnología Satelital para Análisis del Territorio

J. Arbe D.

SESIÓN I. VISIÓN GLOBAL DE LA TELEDETECCIÓN

Historia y principios de Percepción Remota

Introducción

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Figura 1

La figura 1 es una imagen de una porción de la superficie de la tierra que ha sido grabada por la reflexión de la energía solar a un instrumento a gran altura. Ya que muestra características localizadas a gran distancia del instrumento, esta imagen ilustra los conceptos que forman el campo de la percepción remota. Para aquellos que no tienen experiencia en examinar tales imágenes, el patrón de grabación puede darnos un significado muy pequeño. De hecho, estas características no familiares pueden introducirnos al conocimiento central de la percepción remota; unas simples preguntas pueden ilustrar la información necesaria para comprender esta imagen:

• ¿Que formas de radiación han sido empleadas para grabar este patrón? • ¿Como fue colectada esta radiación y grabada como una imagen? • ¿Cual es su escala? (que tan grande es el área representada aquí?) • ¿Cual es el nivel de detalle respecto del tamaño de las características

grabadas y con respecto a su luminosidad? • ¿Que patrones de tierra son representados por variaciones de

luminosidad?, ¿Están estos relacionados a otros no visibles?


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• ¿Que errores de presentan?, ¿Las regiones presentada están en condiciones correctas y áreas relativas?

• ¿Cuando ha sido adquirida la imagen?, ¿En que momento del día?, ¿Que estación?

Tales problemas constituyen, en parte, el campo de la percepción remota y su compañía, el arte de la interpretación de imágenes.

Definiciones El contenido del campo de la percepción remota ha sido definido muchas veces (tabla de definiciones) estas definiciones difieren, pero examinando los elementos que ellas presentan, es posible identificar algunos de los mas importantes temas dentro de este campo. Es fácil identificar el concepto central que es la colección de información a distancia del sujeto en estudio. Esta definición general, sin embargo, debe ser refinada suavemente: la clase de percepción remota que nosotros discutimos aquí está relacionada primordialmente con la observación de la superficie de la tierra y los cuerpos de agua por medio de energía electromagnética reflejada o emitida. Este refinamiento excluye aquellas aplicaciones que pueden ensanchar la definición, tales como registro del campo magnético de la tierra, patrones de nubes, o temperatura del cuerpo humano. Aquí estamos principalmente interesados en los instrumentos de percepción remota que presentan información en un formato de imagen (similar a la figura 1), así que debemos excluir los instrumentos que colectan datos a distancia pero que no forman imágenes de la tierra. Estas aplicaciones excluidas pueden, por supuesto, ser propiamente consideradas como percepción remota dentro de una definición genérica, pero se han omitido por razones de tradición y conveniencia. Para nuestro propósito actual, una definición puede ser basada en los siguientes conceptos:

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Definiciones

Percepción Remota es la ciencia de colectar información acerca de la superficie de la tierra y

áreas de agua desde imágenes adquiridas a distancia. Usualmente basada en mediciones de energía electromagnética reflejada o emitida desde objetos de interés.

Percepción Remota es el arte o ciencia de decir algo acerca de un objeto sin tocarlo. (Fisher, 1976)

Percepción Remota es la adquisición de datos físicos de un objeto sin tocarlo o contactarlo. (Lintz & Simonett, 1976) ... la imagen es adquirida por un sensor tal como una camara a través de la cual la escena es grabada, o tal como un escáner electrónico, usando radiaciones que están fuera del rango visual de la película y cámara como microondas, radar, infrarrojo, termal, ultravioleta, así como multiespectral; aquí se aplican técnicas especiales par procesar e interpretar las imágenes de percepción remota con el propósito de producir mapas convencionales, mapas temáticos, levantamientos, etc., en los campos de la agricultura, forestales, geografía, geología, defensa y otros (American Society of Photogrammetry).

Percepción Remota es la observación de un blanco por un dispositivo separado desde cierta distancia. (Barret & Curtis, 1976)

El termino Percepción Remota en su mas amplio sentido significa “reconocimiento a distancia”. (Cowell, 1966)


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Percepción Remota en un sentido amplio esta relacionado con la detección y grabación de la radiación electromagnética de áreas blanco en el campo de visión de un instrumento sensor. Esta radiación puede haberse originado directamente desde componentes separados o del área en estudio; puede ser energía solar reflejada desde estas, o pueden ser reflexiones de energía trasmitida al área blanco desde el sensor mismo. (White, 1977).

Percepción Remota es el término actualmente utilizado por un número de científicos para el estudio de objetos remotos (la tierra, la luna, superficies planetarias y sus atmósferas, fenómenos estelares y galácticos, etc.) desde grandes distancias. (National Academy of Sciences, 1970).

La primera definición es una expresión concisa de la visión de este texto. La cual no es universalmente aplicable, ya que por ejemplo se excluye el examen de superficies de otros planetas.

Hechos que marcaron la historia de la Percepción Remota Nuestra definición puede ser elaborada examinando la historia de la percepción remota para tazar el desarrollo de estos conceptos centrales. Existen algunos eventos que son la llave de la evolución de este campo. Un elemento esencial en percepción remota es la habilidad de grabar una imagen de la superficie de la tierra, así que un punto inicial de la evolución de este campo puede ser la invención de la fotografía. Sin embargo, probablemente la fecha de origen de la fotografía no tenga mucho significado ya que muchos de los principios de la formación y proyección de imágenes fueron conocidos mucho después que grabaciones formales fueran mantenidas. Pero de alguna manera se pueden identificar fechas aproximadas de los primeros intentos de grabación fotográfica. A inicio del 1800 hubo una serie de experimentos con químicos fotográficos. En 1839, Louis Daguerre (1789-1815) reporto el resultado de experimentos que habían sido claramente conducidos de ante mano. Esta fecha representa convenientemente pero arbitrariamente la piedra angular del comienzo de la fotografía.

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El uso de fotografía aérea para la observación de la superficie de la tierra (desde un globo cautivo) data de 1858. Durante los siguientes años numerosas mejoras fueron realizadas en tecnología fotográfica y en los métodos de adquisición de fotografías de la tierra desde globos y cometas. Estas imágenes aéreas de la tierra son en realidad las que fijan la definición de percepción remota dada anteriormente, pero mas podría considerarse como curiosidades que como la base para el desarrollo de un campo de estudio sistemático.

Eventos principales en la historia de la Percepción Remota

1800 Descubrimiento del infrarrojo por Sir William Herschel. 1839 Comienza la práctica de la fotografía. 1847 El espectro infrarrojo es mostrado por A. H. L. Fizeau y J. B. L. Foucault

para participar sus propiedades con la luz visible. 1850-1860 Fotografía desde globos. 1873 La teoría de la energía electromagnética es desarrollada por James Clerk

Maxwell.


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1909 Fotografía desde aeroplanos. 1910-1920 Primera guerra Mundial: reconocimiento aéreo. 1920-1930 Desarrollo y aplicación inicial de la fotografía aérea y fotogrametría. 1930-1940 Desarrollo del radar en Alemania, Estados Unidos y Gran Bretaña. 1940-1950 Segunda Guerra Mundial: aplicaciones de la porción no visible del espectro

electromagnético; entrenamiento de personal en la adquisición e interpretación de fotografías aéreas.

1950-1960 Investigación militar y desarrollo. 1956 Investigación de Colwell en la detección de enfermedades con fotografía

infrarroja. 1960-1970 Primer uso del termino Percepción Remota. Satélite meteorológico TIROS. 1972 Lanzamiento del Landsat 1. 1970-1980 Rápidos avances en el procesamiento digital de imágenes. 1980 Satélite meteorológico USSR. 1980-1990 Landsat 4: una nueva generación de sensores Landsat. 1986 Lanzamiento de SPOT satélite francés para observación de la tierra.

La siguiente piedra angular es el uso de aeroplanos y plataformas para fotografía aérea. En 1910 Wilbur Wright piloteo un aeroplano con el cual obtuvo una película de un paisaje italiano cerca de Centocelli. La maniobrabilidad del aeroplano provisto de capacidad para el control de altura, velocidad y dirección, son pre-requisitos esenciales para el recubrimiento sistemático de una región con fotografía aérea.

4 4 La Primera guerra mundial (1914-1918) trajo el comienzo y las bases de la fotografía aérea. Durante la guerra el equipo fue diseñado específicamente para fotografía aérea y mucha gente fue entrenada para la adquisición e interpretación de las fotografías. No es una sorpresa que muchos de estos individuos mas tarde fueran pioneros en aplicaciones civiles de las fotografías aéreas. Numerosas mejoras le siguieron a estos inicios. Se probaron diseños de cámaras. La ciencia de la fotogrametría, la práctica de realizar mediciones precisas desde fotografías fueron aplicadas a la fotografía aérea. Los fundamentos de la fotogrametría habían sido establecidos con anterioridad, pero el desarrollo de la fotogrametría en su forma moderna llega en los años 20 con el desarrollo de instrumentos de precisión fotogramétricos. Otro suceso fue tomando forma, la mayor o menor aplicación de programas de gobierno con fotografías aéreas para el levantamiento de mapas topográficos, agrícolas y forestales. Sin embargo estas aplicaciones se fueron desarrollando lentamente a través de los años y felizmente la presión de los gobiernos por asegurar una continuidad en el desarrollo científico para la adquisición y análisis de las fotografías aéreas, incremento el número de fotografías disponibles y también el número de personas entrenadas en su uso. La Segunda guerra mundial es una parte fundamental de la historia de la percepción remota. Durante los años de guerra hubo un esfuerzo significativo para extender el uso del espectro electromagnético con un énfasis casi exclusivo sobre la radiación visible y otras porciones, mas notablemente en el infrarrojo y en la región de las microondas (energía de longitud de onda mucho mayor que aquella que esta dentro del rango de visón del hombre). Las investigaciones científicas dieron a conocer las aplicaciones


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generales del espectro no visible, sin embargo muchas de estas no estuvieron disponibles debido al tipo de materiales, equipo, y la falta de experiencia, pero los esfuerzos realizados durante esta época entregaron un conocimiento teórico y practico para el uso diario de las porciones no visibles del espectro. Al igual que después de la primera guerra, la segunda guerra dejo una gran cantidad de personal bien entrenado en la adquisición e interpretación de las imágenes obtenidas generándose una serie de aplicaciones civiles. La post guerra vio la continuación de las investigaciones realizadas durante la guerra. Colwell publicó en 1956 los resultados guías de investigación que describen los resultados de sus experimentos para la aplicación de la película infrarroja (conocida popularmente como la película de detección de camuflaje) para la detección de pequeñas plantaciones de cereales y sus enfermedades. Fue su propio trabajo de fotografía aérea color infrarrojo utilizado durante la segunda guerra mundial aplicada a los problemas de las plantas. Sabemos que muchos de estos principios fueron establecidos con anterioridad pero la investigación sistemática y sus dimensiones prácticas forman claramente una de las bases en el desarrollo del campo de la percepción remota. El gran mérito de Colwell fue que delineo las reglas de la percepción remota moderna y se anticipo a muchas de las oportunidades y problemas que actualmente están en investigación. Los mayores desarrollos llegaron nuevamente durante los 60, cuando una serie importante de eventos ocurrieron en una rápida secuencia. El primer satélite meteorológico TIROS fue lanzado en abril de 1960. Este satélite fue diseñado para observaciones climatológicas y meteorológicas pero proveyó las bases para el desarrollo posterior de los satélites de observación de la tierra. Durante este periodo un determinado número de instrumentos de percepción remota fueron cedidos a la comunidad civil por parte de los militares que habían hecho investigaciones. La mayoría de ellos fueron diseñados para detectar radiación fuera de la porción visible del espectro, en el infrarrojo y en las microondas.

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El nombre de percepción remota se utilizo primeramente a inicios de los 60´s cuando se reconoció que el termino fotografía aérea ya no era el mas apropiado para describir las imágenes formadas usando energía de fuera del espectro visible. Al comienzo de los 60´s la NASA estableció un programa de investigación en percepción remota, un programa que durante la siguiente década proveyó investigaciones a diversas instituciones de los Estados Unidos. Un comité de la US National Academy of Sciences estudio oportunidades para aplicaciones en agricultura y forestales y en 1970 reportó de qué manera la percepción remota podía resolver problemas en estas disciplinas. Estos hechos y otros no mencionados representan el desarrollo de un interés científico serio en percepción remota y el compromiso de instituciones de gobierno, académicas y de negocios para la investigación y aplicaciones de este campo. El lanzamiento del Landsat 1 en 1972 fue otro de los eventos en la historia de la percepción remota, fue el producto de la investigación interés y planeamiento iniciado en los 60´s. El Landsat 1 fue el primero de una serie de satélites que orbitan la tierra diseñado específicamente para la observación de porciones de la superficie terrestre. El Landsat 1 proveyó inicialmente observación de áreas de tierra en forma sistemática y repetitiva. Cada imagen describía grandes áreas que con un análisis modesto revelaban determinados detalles de la superficie. La imagen de un área determinada podía ser


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adquirida con intervalos de 18 días y más tarde con el incremento de otros satélites con intervalo de 9 días. El significado del Landsat no ha sido del todo apreciado, pero podemos al menos identificar dos de sus mayores contribuciones. La primera es la disponibilidad constante de datos multiespectrales de grandes porciones de superficie de la tierra (las observaciones multiespectrales muestran para una región particular de la superficie de la tierra una diversidad de imágenes adquiridas con una variedad de longitudes de onda). Los instrumentos diseñados para adquirir datos multiespectrales habían sido desarrollados muchos años antes pero previamente fueron utilizados para investigaciones especializadas solamente. La vasta información colectada por el Landsat expandió aún más el interés de las instituciones en las aplicaciones. En segundo lugar la disponibilidad constante de datos multiespectrales en forma digital ha contribuido a incrementar el número de instituciones capaces de conducir análisis automatizados de los datos de percepción remota. A pesar que estas capacidades existían en algunas instalaciones antes del Landsat, su número y sofisticación aumentaron grandemente, en parte por la capacidad de difusión y distribución de sus datos (imágenes). Es posible discernir acerca de algunos de los aspectos futuros en el campo de la percepción remota, pero definitivamente el Landsat ha generado un profundo interés en los recursos orientados por la percepción remota de satélite, un interés que se ha extendido a científicos de diferentes disciplinas y en muchos países. Este interés se evidencia en el diseño de satélites para percepción remota por organizaciones de Francia, la Unión Soviética, India, Japón y otros. Sus diseños fundamentales parecen estar moldeados en el programa Landsat, a pesar que difieren en modos significantes de este. Parece ser que el monitoreo por satélite de los recursos de la tierra continuará para formar un punto vital en la aplicaciones de la percepción remota. Otro punto probable es el interés en el desarrollo de métodos de interpretación basados en la asistencia de computadoras para reducir el tiempo de análisis.

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Un tema recurrente a través de la historia de la aplicación de las fotografías aéreas y la percepción remota ha sido el paso lento en la integración de nuevos desarrollos en las operaciones rutinarias. Por ejemplo, la viabilidad de la fotografía aérea para la elaboración de mapas topográficos, de suelos, geológicos etc., fue aparente a inicios de los 30´s. Aún, a despecho del desarrollo de proyectos piloto durante esta época, muchos debatieron el merito del uso de la fotografía aérea hasta llegados los 50´s, y durante los 60´s algunos científicos todavía estaban determinando las bases para el uso de la fotografía aérea en la confección de mapas del uso de la tierra. Las otras formas de imágenes obtenidas por percepción remota también encontraron una aceptación bastante lenta, aunque los lineamientos de sus capacidades habían sido bien establecidas por investigación, estudios piloto, y proyectos de demostración. Este paso lento de aceptación puede ser en parte debido al tradicionalismo de ciertos científicos y a la inercia burocrática. Puede ser también causado por la conveniencia de no especialistas en sobre enfatizar los beneficios potenciales de la percepción remota y de enfatizar los costos y problemas. Por ejemplo, el uso de la percepción remota algunas veces ha sido exagerado por una baja estimación de los costos o por la sobre estimación de la precisión y detalles. Estos problemas quizás hayan sido mayores durante la época de los 60´s o 70´s pero aún ahora siguen presentes y el campo de la percepción remota


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sufre el continuo sobre entusiasmo de una era previa donde todas las cosas parecían posibles.

Vistazo de Percepción Remota La imagen que es examinada por un intérprete es el producto de muchas interacciones complejas y procesos. Para usar la imagen completamente, el intérprete debe continuamente aplicar su conocimiento para todos los elementos en el sistema. Si el intérprete intenta aislar la imagen de alguno de estos elementos, los resultados de la interpretación serán necesariamente incompletos y posiblemente imprecisos. Primero consideramos como la imagen ha sido adquirida, trazando la ruta de energía requerida para hacer la imagen y tomando en cuenta algunos de los procesos envueltos. Consideremos, por ejemplo, una fotografía aérea sobre un tipo de planta forestal (no debemos preocuparnos por ahora si se presentan algunos conceptos que no nos son familiares, pues estos se verán mas adelante). La energía que alcanza la tierra desde el sol esta compuesta de diferentes formas de radiación, incluyendo la de la parte visible del espectro (luz azul, verde y roja), así como otro tipo de radiación (tal como la infrarroja) fuera del rango de visión humano. La energía solar debe pasar a través de la atmósfera de la tierra para llegar a las copas de los árboles. Algo de esta energía es absorbida y dispersada antes de que llegue a los árboles. Mucha de la dispersión es seleccionada por la longitud de onda; por ejemplo, la atmósfera dispersa la luz azul más que la luz verde y roja. De la energía que queda, algo de esta golpea o llega a las hojas de los árboles. De la energía que llega a las hojas, la porción infrarroja (longitud de onda que esta inmediatamente después de la visible) será reflejada (una pequeña cantidad puede realmente pasar a través de las hojas para ser reflejada desde objetos debajo de las hojas). La porción en el segmento verde del espectro visible va a tender a ser reflejada, mientras que mucha de la luz azul y roja será absorbida para ser usada en la fotosíntesis. La energía dirigida al lente de la cámara deberá también pasar a través de la parte baja de la atmósfera terrestre, donde es otra vez sujeta de atenuación.

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La energía que llega al lente de la cámara es muy diferente de la que ingreso a la atmósfera de la tierra. Algo de la luz azul ha sido dispersado por la atmósfera, de tal manera que llega a la cámara sin haber sido reflejada desde la superficie de la tierra. El verde, rojo, y el infrarrojo han sido reflejados desde las copas de los árboles pero llegaron a la cámara en diferentes proporciones que cuando fueron interceptadas por las copas. Algunas veces se coloca un filtro en la cámara para excluir la luz azul, la cual debido a que fue dispersada desde la atmósfera más que reflejada del objeto, tiende a degradar la calidad de la imagen. La radiación verde, roja e infrarroja entra a la cámara y expone la película infrarroja. El proceso de la película representa las radiaciones verde roja e infrarroja en sombras de azul, verde y rojo respectivamente. Un intérprete de imágenes (una persona con habilidades en el examen de imágenes) estudia la imagen para identificar los tipos de madera y delinear áreas dañadas por enfermedades y actividades de insectos. Examinemos las cinco categorías de conocimiento para comprender todo el proceso descrito en los párrafos anteriores: (1) el paisaje, (2) la atmósfera, (3) el sistema de


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percepción remota, (4) el intérprete de imágenes, y (5) el uso de la información derivada de las imágenes sensadas remotamente. En mucha de la percepción remota, el proceso involucra una interacción entre la radicación incidente y los blancos de interés. Esto se ejemplifica por el uso de sistemas de imágenes donde están involucrados los siguientes siete elementos. Note, sin embargo que la percepción remota también involucra el sensoramiento de energía emitida y el empleo de sensores sin imágenes.

8 1. Fuente de Energía o Iluminación (A) – el primer requerimiento de la percepción remota es tener una fuente de energía que ilumine o provea de energía electromagnética al blanco de interés.

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2. Radiación y la Atmósfera (B) – como la energía viaja desde su fuente hacia el blanco, habrá un contacto e interacción con la atmósfera cuando la atraviese. Esta interacción puede tener lugar una segunda vez cuando la energía viaje desde el blanco hacia el sensor.

3. Interacción con el Blanco (C) – una vez que la energía hizo su recorrido hacia el blanco a través de la atmósfera, interactúa con el blanco dependiendo de las propiedades tanto del blanco como de la radiación.

4. Grabación de Energía por el Sensor (D) – después que la energía ha sido dispersada, o emitida desde el blanco, requerimos de un sensor (remoto – no en contacto con el blanco) para colectar y grabar la radiación electromagnética.

5. Trasmisión, Recepción y Procesamiento (E) – la energía grabada por el sensor tiene que ser trasmitida, a menudo en forma electrónica, hacia una estación de recepción y procesamiento donde la data es procesada en un imagen (impresa o digital).

6. Interpretación y Análisis (F) – la imagen procesada es interpretada visual, digital o electrónicamente, para extraer la información acerca del blanco que ha sido iluminado.

7. Aplicación (G) – el elemento final en el proceso de percepción remota es alcanzado cuando la aplicación de la información que tenemos disponible para extraer desde la imagen del blanco para comprenderlo mejor, revela alguna información nueva o nos asiste en la solución de algún problema particular.


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Estos siete elementos comprimen el proceso de percepción remota desde el comienzo hasta el final. La Naturaleza La naturaleza forma un importante elemento en el proceso de percepción remota y ha sido definido como el más complejo de los elementos en este proceso. En un amplio contexto, la naturaleza esta compuesta no solamente por elementos biológicos, sino también por geológicos, hidrológicos y culturales, los cuales combinados crean un elaborado mosaico de parcelas de superficie de variados tamaños, condiciones, brillo y distribución. Estas características cambian de lugar en lugar y con el tiempo (como existen cambios de estaciones también ocurren cambios permanentes) por lo tanto la naturaleza es geográficamente variada y temporalmente dinámica. Durante una estación el contraste entre un maizal y un pastizal puede ser muy agudo y ser separados claramente en una fotografía aérea. Durante otra estación pueden aparecer bastante similares y su apreciación en las fotografías puede tornarse difícil. Atmósfera Toda la energía que llega al sensor debe pasar a través de la atmósfera, el segundo elemento en el sistema. La humedad, el polvo y la polución atmosférica, y otros elementos contribuyen a la atenuación de la energía. Las variaciones de temperatura y la humedad contribuyen a la refracción de la energía que atraviesa la atmósfera. En la actualidad es frecuente que en el uso de fotografía aérea o imágenes de satélite se presenten diversos tipos de interferencia atmosférica.

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Sistema de Percepción Remota El tercer mayor elemento en la percepción remota es el sistema de percepción remota mismo. En la figura 2 este elemento esta representado por el satélite, el sensor, la estación terrena y la imagen final. Estos dispositivos deben ser vistos como un sistema compuesto de una serie de elementos ínter relacionados. Para la percepción remota fotográfica, el sistema consiste de la cámara misma, junto con la película, los filtros, el avión que porta la cámara, el procesamiento de la película, y todo aquello que se requiere para la adquisición de la imagen. En todas las instancias, la imagen resultante del paisaje es imperfecta. Los sistemas de percepción remota no graban ni todo el brillo de la escena, ni todos los detalles, e incluyen errores geométricos en la representación del paisaje. La magnitud de la calidad de estos errores varía de sensor en sensor, así que el intérprete de imágenes debe conocer bien estos errores, y ser capaz de corregir o ajustarlos durante el proceso de interpretación. Interprete de Imágenes El Intérprete de imágenes posee los conocimientos concernientes a las categorías presentadas en tamaños, formas, y locaciones relativas, así como los cambios de estación que aparecen. Para algunos, mucho de este conocimiento esta basado en la experiencia diaria más que en un aprendizaje formalmente estructurado. Nosotros no necesitamos aprender que las hojas de los árboles caen en invierno o que el trigo tiende a ser plantado en campos de regular tamaño y forma. El almacenar este conocimiento


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implícito es importante ya que forma una gran porción de lo que debemos conocer acerca de una escena y a menudo no estamos al corriente de su rol en la interpretación. El conocer explícitamente la naturaleza es especialmente significativo en dos contextos. Primero, nosotros no tenemos medios para adquirir un entendimiento implícito de cómo la radiación se comporta fuera del espectro visible. A decir, el conocimiento de que la vegetación viva es altamente reflectada en la porción del infrarrojo cercano del espectro debe ser adquirido en una situación formal de aprendizaje. Segundo, nuestro fondo de conocimiento implícito tiene sus límites geográficos; cuando viajamos fuera del rango de nuestra experiencia, ya no vale nuestra apreciación de la naturaleza. Por ejemplo, existen grandes regiones de la tierra donde no se acostumbra plantar las cosechas en campos regulares y donde los árboles no pierden del todo sus hojas en determinada estación. Así, el intérprete debe muy a menudo efectuar un esfuerzo calculado para adquirir la información necesaria para interpretar las imágenes con precisión en áreas que estén fuera de su rango o experiencia directa. Usuario Finalmente, el usuario de la información interpretada forma el quinto elemento en el sistema de percepción remota. La información que el intérprete provee debe estar presentada en una forma aprovechable para las necesidades prácticas del usuario. Si el usuario requiere un mapa del uso de la tierra, es esencial conocer cuales son las categorías de suelo requeridas, así como el nivel de detalles y la precisión. Esto parece ser obvio, pero recordemos que puede haber un número infinito de formas alternativas para un mapa de suelos en una región dada, del cual solamente algo puede ser de interés para el usuario. Si la percepción remota no provee toda la información requerida, será necesario obtener otro tipo de datos. No hay razón para que siempre deba esperarse que la percepción remota provea toda la información deseada; es perfectamente aceptable el utilizar una variedad de fuentes de datos tan grande como sean necesarias en tanto sean consistentes en la aplicación del usuario.

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Principios de Percepción Remota

Los principios delineados posteriormente son propuestos como conceptos que dirigen las ideas centrales para la práctica de la percepción remota, sin considerarse una disciplina o aplicación específica. Diferenciación Espectral La percepción remota depende de las diferencias espectrales observadas en la energía reflejada o emitida desde objetos de interés. Expresado en términos comunes, uno puede decir que ve diferencias en los colores de los objetos (Esta analogía puede ser muy útil aún cuando la percepción remota es conducida fuera del espectro visible, donde los colores en el sentido usual de la palabra, no existen). Este principio es la base fundamental de la percepción remota Multiespectral, ciencia que observa los objetos en una variedad de longitudes de onda en un esfuerzo por derivar información acerca de las características y su distribución. El termino Firma Espectral ha sido usado para referir la respuesta espectral de un objeto dentro de un rango determinado de longitudes de onda. Esta es una identificación o distinción de cada cuerpo en cuestión dependiendo de su estado. Por ejemplo, consideremos la firma espectral del maíz. Un campo de maíz tiene


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una respuesta espectral cuando es plantado, otra cuando la planta emerge, otra cuando la planta esta madura y aún otra después de la cosecha. Tratar de seleccionar un único tiempo y lugar para designar una única firma espectral par el maíz es estéril. El terminó firma espectral es mas comúnmente utilizado, aún cuando existen personas que prefieren emplear el termino respuesta espectral u otras frases que no dan precisamente la idea de unidad (único). Diferenciación Radio métrica El examen de cualquier imagen adquirida depende finalmente de la detección de diferencias en la brillantez de los objetos y sus características. La escena misma debe tener suficiente contraste (en una región espectral específica) en brillantez, y el instrumento de percepción remota debe ser capaz de grabar este contraste, antes que la información pueda ser derivada de la imagen. Como resultado la sensibilidad del instrumento y el contraste existente en la escena entre los objetos y entorno, son siempre temas significativos en la investigación de percepción remota. Diferenciación Espacial Cada sensor esta limitado con respecto al tamaño en que una pequeña área pueda ser grabada separadamente como una entidad en una imagen. Esta área mínima determina el detalle espacial, la fineza del patrón en la imagen. Para algunos sistemas de percepción remota estas pequeñas unidades de área, cuadros, elementos o píxeles son de hecho unidades distintivas, distintas e identificables en la imagen. En otros el detalle espacial es menos obvio (determinado por el lente de la cámara o la película que ha sido usada). Nuestra habilidad de grabar detalles espaciales esta influenciada primariamente por la elección del sensor y la altitud a la que es usado para grabar las imágenes de la tierra.

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Transformación Geométrica Cada imagen grabada remotamente representa las características de la naturaleza o el paisaje en una relación geométrica específica determinada por el diseño del instrumento, condiciones específicas de operación, relieve del terreno, y otros factores. El instrumento ideal debe ser capaz de crear una imagen con precisión, consistencia en las relaciones geométricas entre los puntos en la tierra y sus correspondientes representaciones en la imagen. Tal imagen podrá formar las bases para mediciones precisas de áreas y distancias. En realidad, cada imagen incluye errores geométricos (locación) causados por la perspectiva óptica del sensor, movimiento de escaneo, relieve del terreno y la curvatura de la tierra (recordemos que debemos usar una imagen bidimensional para grabar un paisaje tridimensional). Cada fuente de error puede variar significativamente para instancias específicas. Pero el resultado es que los errores geométricos son inherentes, no accidentales. Dependiendo del sensor es posible remover o disminuir el error de posición, pero en todos los casos esto debe tomarse en cuenta antes de iniciar mediciones de áreas o distancias.


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Factibilidad de intercambio de formatos digitales o pictóricos La mayoría de los sistemas de percepción remota generan imágenes como fotografías de la superficie de la tierra. Cada imagen puede ser representada en forma digital subdividiendo sistemáticamente la imagen en áreas diminutas de igual tamaño y forma y representar la brillantez de estas áreas con valores discretos. Contrariamente, muchos sistemas generan como en la primera generación, salida de ordenamiento digital que representa la brillantez de la superficie de la tierra. Las imágenes pueden ser desplayadas como imágenes pictóricas desplayando cada valor digital como un nivel de brillo escalado a la magnitud del valor. Estas dos formas representan dos métodos diferentes de desplayar y de representación, pero no hay una diferencia real en la información. Cada forma de presentación estará de acuerdo al propósito de la investigación (algunas veces se puede perder cierto nivel de detalle cuando se convierte de uno a otro). El formato pictórico se requiere para una interpretación manual de imágenes, mientras que la imagen digital se necesita para análisis numéricos y estadísticos. Los instrumentos de percepción remota actúan como un sistema Los instrumentos son típicamente compuestos por componentes separados que permiten el proceso óptico, mecánico, electrónico y químico de generar imágenes de la superficie. Además, cada instrumento es portado por un avión, satélite u otra plataforma, cada cual contribuye con el movimiento, orientación y altitud.

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El interprete de imágenes debe ser siempre consiente del hecho de que estos componentes actúan como un sistema y que no puede ser aislado uno de otro. Mejorar el lente de la cámara tendrá sentido siempre y cuando se mejore la calidad de la película para optimizar la imagen generada. El rol del Sujeto en Percepción Remota El sujeto, objeto o blanco de la investigación en percepción remota ha sido descuidado en ciertos conceptos y discusiones sobre este campo. Cada paisaje esta compuesto por diversos elementos presentados en variadas formas y tamaños; el número, tamaño y adaptaciones de estos elementos determinan en parte el carácter del problema de la percepción remota. Estas características varían generalmente según la composición geológica, natural vegetal, mineral entre otros, los cuales también dependen de las estaciones. Rol de la Atmósfera Toda la energía que llega al instrumento de percepción remota debe pasar a través de una porción de la atmósfera de la tierra. Para el caso de satélites que trabajan en la porción visible o infrarroja cercanos, la energía recibida por el sensor debe pasar a través de una considerable y profunda porción de la atmósfera. Haciendo esto, la energía del sol es alterada en intensidad y longitud de onda por partículas y gases. Estos


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cambios aparecen en formas que degradan la calidad de la imagen o son influyentes en la precisión de las interpretaciones. Otros factores importantes

Para una misma superficie, el flujo de energía recibido por el sensor no sólo depende de la reflectividad, sino también de otros factores:

• Angulo de iluminación solar (depende de la fecha del año y la hora de medición) • Relieve (distintas pendientes) • Influencia de la atmósfera (dispersión y absorción) • Variaciones medioambientales de la superficie (asociación con otras cubiertas,

homogeneidad).

Algunos usos de las imágenes obtenidas a distancia A estas alturas será útil mencionar brevemente algunos de los usos de la percepción remota. Ejemplos mas detallados aparecerán mas adelante. Vamos a describir cinco clases genéricas de cómo se puede emplear esta tecnología: Primero, la imagen grabada puede formar la base sobre la cual otra información, quizás adquirida por otros métodos, puede ser retratada. La imagen forma una clase rudimentaria de mapa que es empleada en áreas donde no se han preparado mapas precisos, o donde existen mapas desactualizados, publicados a escalas inconvenientes o que no tiene suficientes detalles como en las imágenes de percepción remota.

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Segundo, nosotros algunas veces conocemos las identidades de categorías presentes dentro de una región pero no de toda el área o de sus patrones. Después de haber sido corregidas de sus errores geométricos, las imágenes permiten una conveniente delineación de patrones, determinación de extensiones relativas, o medición de sus respectivas áreas. Tercero, las imágenes aéreas pueden proveer un medio de conducir un inventario de categorías en regiones donde la lista completa de categorías aún no esta completamente conocida o no se conoce con el detalle suficiente. Esta función de reconocimiento requiere que nosotros anteladamente conozcamos algo acerca del sujeto y manejar las categorías identificadas con cierta precisión cuando las encontramos. Cuarto, las imágenes pueden proveer un medio de medición de condición o estado de áreas específicas. La completa distribución de una determinada área forestal puede ser conocida, sin embargo es importante determinar por ejemplo, la extensión de áreas dañadas por los insectos. Otro ejemplo esta dado por el uso de las imágenes para grabar el crecimiento de plantas, la extensión de suelos erosionados, o el estado de la calidad del agua. En cada caso, la aplicación depende de la prioridad y detalle de la distribución a ser estudiada, cuidando el tiempo de la colección de datos y la apropiada selección de películas, filtros y otras variables. Finalmente, puede ser posible el uso de imágenes o sus datos como bases para mediciones cuantitativas de algunas propiedades de la superficie. Por ejemplo, la


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fotografía aérea es empleada rutinariamente como medio que establece las elevaciones topográficas en la preparación de mapas, que es una aplicación bastante diferente de las descritas anteriormente. Tal aplicación requiere por decir lo menos, un completo entendimiento tanto del sensor como de las características del objeto en estudio. Aplicaciones directas

Determinación de superficies

• Cuantificación de las áreas cultivadas o en producción.

Cartografía y catastro

• Actualización cartográfica y catastral. • Automatización de los sistemas catastrales con fines impositivos. • Urbanismo

Monitoreo y utilización de los recursos naturales

• Mapa de suelos. • Mapa de vegetación. • Mapa de erosión hídrica y eólica. • Mapa de uso de la tierra.

14 14 Diagnóstico, evaluación y seguimiento de desastres naturales y antrópicos

Para declaración de zonas de emergencia y catástrofe, control de daños, otorgamiento de créditos, reembolsos de seguros y subsidios.

• Por catástrofes naturales. • Inundación, incendios, granizos, sequías y actividad volcánica. • Por salinización. • Por erosión hídrica. • Por erosión eólica.

Evaluación de la aptitud potencial de las tierras

Mapas de Capacidad de Uso de las áreas de producción para estudios dirigidos a otorgamiento o gestión de créditos, fiscalización impositiva y planificación de la producción, etc.

• Aptitud Agrícola. • Aptitud Ganadera. • Aptitud Forestal.

Supervisión y cuantificación de la producción agropecuaria y forestal

Monitoreo de las explotaciones a través del tiempo, a corto y mediano plazo para cultivos anuales y perennes, respectivamente.


J. Arbe D.

El fomento y/o control de las actividades agrícolas son prácticas constantes en las economías modernas, siendo realizadas a través de créditos rurales. En un país como la Argentina, con una economía característica de una nación en desarrollo, los mecanismos de planeamiento y control de los recursos disponibles necesitan ser aplicados de un modo eficiente.

En este contexto la tecnología de la Teledetección Satelital se presenta como una importante herramienta, debido a la posibilidad de observación de fenómenos que pueden ser detectados en forma espectral y que presentan elevadas variaciones multitemporales, como es el caso de la actividad agrícola.

La información obtenida de la observación Satelital tiene cuatro ventajas principales que son: la repetición, la objetividad, la exactitud y la restitución de los datos de tal forma que pueden ser combinados con otros como suelo, mapas de clima, etc., logrando pronósticos precisos.

Además la información de satélite es homogénea en todas las áreas observadas.

Impacto ambiental

• Por urbanización. • Por desmontes. • Por obras hidráulicas.

15 15 • Por construcción de caminos. • Por explotaciones mineras.

Para este tipo de estudios las imágenes satelitales son utilizadas como una herramienta por los profesionales de distintas orientaciones. Implican, además, una reducción significativa del costo de los estudios al integrar fuentes de información, imágenes satelitales, trabajo de campo en un sistema de información geográfico SIG, para la evaluación del impacto ambiental de la explotación con el fin determinar los cánones a cobrar para recuperación de daños ecológicos.

Esta técnica aporta, frente a la fotografía aérea, las siguientes ventajas:

• Cobertura global y periódica de la superficie terrestre. Gracias al uso de satélites se pueden obtener imágenes repetitivas de la mayor parte de la Tierra, incluso de áreas inaccesibles por otros medios (zonas polares o desérticas, por ejemplo.)

• Visión panorámica. Así una sola imagen del satélite NOAA abarca 9 millones de kilómetros cuadrados.

• Homogeneidad en la toma de datos. Una gran superficie se detecta por el mismo sensor y en una fracción muy pequeña de tiempo.

• Información sobre regiones no visibles del espectro. Los sensores ópticos-electrónicos facilitan imágenes sobre áreas no accesibles con la fotografía convencional: infrarrojo medio y térmico, etc. Estas bandas del espectro proporcionan una valiosa información para estudios medioambientales, registrando problemas imperceptibles al ojo humano.

• El formato digital de las imágenes agiliza su tratamiento y reduce costos para integrar los resultados con otro tipo de cartografía más convencional.


J. Arbe D.

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BIBLIOGRAFÍA Remote Sensing Tutorial. Canada Center for Remote Sensing CAMPBELL, James B.. Introduction to Remote Sensing. Virginia Polytechnic Institute.

Visión global de la Teledetección (texto)

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