UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA AGRARIA LALA MOLINAMOLINALA LA MOLINAMOLINA

DIPLOMADO EN RIEGO Y DRENAJEDIPLOMADO EN RIEGO Y DRENAJE

TECNICA DE PROCESAMIENTO DE IMAGENESTECNICA DE PROCESAMIENTO DE IMAGENES

ING. MARCELO PORTUGUEZ MAURTUAEspecialista en Sistema de Información GeográficaEspecialista en Sistema de Información GeográficaE-mail: mportuguez@lamolina.edu.peCel: 01- 997 -309-955

Que es la teledetección?Que es la teledetección?

TeledetecciónTeledetección

Es el proceso por el cuál podemos obtener información de unobjeto mediante un dispositivo sin estar en contacto físico conél un claroél, un claro.

Es una técnica que ha ido evolucionando aceleradamente durantelas últimas décadas con el aparición de la tecnología satelital, susorígenes se ubican con el inicio de las actividades aeronáuticas aorígenes se ubican con el inicio de las actividades aeronáuticas aprincipio de siglo XX para ir evolucionando con el desarrollo de lasactividades espaciales. Hoy en día, las definiciones de

l d ó l d b l d d lteledetección se utilizan para describir las actividades que realizanlos satélites, trasbordadores espaciales o determinado tipo deaviones

Elementos que intervienen Elementos que intervienen

(D) D) El Sistema Sensor

(A) Fuente de energía o iluminación

(E) (E) Sistema de trasmisión, Recepción y proceso

(G(G) Aplicación

(B) (B) Radiación

(F) F) Interpretación y análisis

(C) (C) Interacción con la superficie terrestre

Hitos histórico (1)Hitos histórico (1)( )( )

• 1837-Primera fotografía en b/n: Daguerre

• 1935-Kodak introduce las películas en color.

• 1941-Se comienza emplear b/n: Daguerre

• 1858- Primera fotografía aérea: G.F. Tournachon

film en IR (b/n)

• 1904-Primer mapa topográfico a partir de fotografías aéreas: Fourcadefotografías aéreas: Fourcade

• 1909-Wilbur Wright utiliza la primera cámara aerofotográficaaerofotográfica

Hitos histórico (2)Hitos histórico (2)( )( )

• 1943- Se inventa el radar

• 1944 Comienza a

• 1959 - Se inventan los exploradores multiespectrales (U de • 1944- Comienza a

emplearse el film en IRC

• 1947- Primera foto espacial

multiespectrales (U. de Michigan)

desde un cohete V-2, con cámara automática.

• 1955- Se desarrolla la 1955 Se desarrolla la ortofoto.

• 1957- Se envía el primer télit l i (S t ik)satélite al espacio (Sputnik)

Hitos histórico (3)Hitos histórico (3)( )( )

• 1960 – Primer satélite meteorológico: TIROS

• 1962 – Fotografías aéreas de gran altura (U-2)

• 1966 - Primeras fotos • 1966 Primeras fotos espaciales (Apollo 9)

• 1967- Se inventa el rádar de b é ( fabertura sintética (U. of

Michigan)

Hitos histórico (4)Hitos histórico (4)

1972 L i t d l

( )( )

• 1972 - Lanzamiento del primer Landsat.

• 1982… misiones del Space Shuttle

• 1982 - Landsat-4 (TM)

• 1986 - Lanzamiento del primer SPOT (primer satélite comercial).)

• 1991 - Se lanza el primer satélite de la ESA (ERS-1)1).

Hitos histórico (5)Hitos histórico (5)

1999 S l l L d t

( )( )

• 1999 - Se lanza el Landsat-7, el Terra y el Ikonos.

• 2000 – Satélite argentino gSAC-C, EO-1

• 2001 – Quickbird.

• 2002 – Aqua, Envisat, SPOT-5.

• 2003 Constelación de • 2003 – Constelación de satélites SSL.

• 2004 – Icesat, Proba, CBERS

• 2005 – Radarsat-2

Otros datos de teledetecciónOtros datos de teledetección

• Sensores aeroportados(lid hi l)(lidar, hiperespectral).

• Aviones no tripulados (UAV).(UAV).

• Sensores terrestres

Evolución de los sistemas de teledetecciónEvolución de los sistemas de teledetección

SistemasSistemas SensoresSensores ComercialesComerciales

IKONOS

SPIN-2

SPOT 4, 5SPOT 4, 5

QuickBird

EROS A1Orbview 3

Aqua

CALIPSO

TRMM

GRACE CloudsatCALIPSO

GIFTSTOPEX

Meteor/SAGE Landsat

NOAA/POES

Terra SORCE

SeaWiFS

AuraJasone a SORCEICESat

Jason

Observación globalObservación globalgg

Observación globalObservación globalgg

Observación es escalableObservación es escalable

Observación Observación multiescalarmultiescalar

Imágenes MODIS (500 m) - Landsat (30m) – Ikonos (1 m) de la ciudad de San) ( )Francisco, CA. Color natural.

Observación directa de la cubiertaObservación directa de la cubierta

Disponibilidad en tiempo realDisponibilidad en tiempo realp pp p

Antena de bajo costepara la recepción de imágenesNOAA-AVHRR en formato HRPT

ALGUNAS APLICACIONESALGUNAS APLICACIONES

Eutrofización de lagosEutrofización de lagos

1/feb/1973 1/ene/1979 12/ene/19891/feb/1973 1/ene/1979 12/ene/1989

Lago Turkana, Kenia. National Geographic, 1998

Desecación Mar deDesecación Mar de AralAralDesecación Mar de Desecación Mar de AralAral

Landsat-TM (1976 y 1997)National Geographic, 1998

I d iI d iInundacionesInundaciones

Satélite: Landsat 7

Fecha de adquisición:q14/08/2000 – 20/08/2002

Río Elba (Europa Central)Fuente:http://visibleearth.nasa.govp g

Tsunami en el Índico (26Tsunami en el Índico (26--XIIXII--2004)2004)

Quickbird color naturalQuickbird color naturalBanda Aceh, 28-XII-2004

www.digitalglobe.com

Análisis de efectosAnálisis de efectos

www.digitalglobe.com

Tsunami en SriTsunami en Sri--LankaLanka

www.digitalglobe.com

Movimiento de Movimiento de dunasdunas

1982 1992 1992-19821982 1992

Dirección dominante del viento

1992-1982

0 1 Km Desplazamiento en 10 años (290 m)

Collado, 1998

AgriculturaAgricultura

TERRA-MODIS3/06/20023/06/2002Delta de Nilo (Egipto)Fuente:http://visibleearth nasa govhttp://visibleearth.nasa.gov

Detección de plagasDetección de plagas

Efectos de una placa de gusanos

Infrarrojo color TérmicoEfectos de una placa de gusanosCortesía Dr. Jan Clevers, Wageningen

VertidosVertidos de de petróleopetróleopp

Imágenes Envisat.

Erupciones volcánicasErupciones volcánicas

I á t i t iImágenes anterior y posterior a la erupción del volcán St. Helens (1980)

Imágenes Landsat-TM (1972 y 1985))

National Geographic, 1998

Seguimiento Seguimiento de casquetes de casquetes glaciaresglaciaresg ac a esg ac a es

Satélite: Landsat 7F h d d i i ióFecha de adquisición:21/02/2000Antártida

Fuente:http://visibleearth.nasa.gov

Cambios urbanosCambios urbanos

1984 1992 2002

Cobertura del suelo planetariaCobertura del suelo planetaria

www.glcf.umd.edu

Incendios forestalesIncendios forestales

Modis 4 08 2003 3 08 2003

MOPITT 1 a 7-08-2003

Modis 4-08-2003 3-08-2003

PRINCIPIO FISICO DE LA TELEDETECCIONPRINCIPIO FISICO DE LA TELEDETECCIONRadiación ElectromagnéticaRadiación Electromagnética

La R.E.M es energía que se propaga en el espacio exteriorcomo ondulaciones armónicas, trasmitidas de un lugar aotro en forma continua a la velocidad de la luz. Estaenergía se describe generalmente por tres elementos:Longitud de onda (λ), Intensidad (I) y Frecuencia (F).

RadiaciónRadiación EletroEletro--MagnéticaMagnética: : InteracciónInteracción concon lala S perfícieS perfícieInteracciónInteracción concon lala SuperfícieSuperfície

InteracciónInteracción Energia Energia -- CoberturaCobertura

Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético

Fraccionamiento ordenado de la Radiación

Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético

Fraccionamiento ordenado de la RadiaciónElectromagnética en bandas o regiones donde aquella tieneun comportamiento similar

Espectro ElectromagnéticoEspectro Electromagnético

Frecuencia (MHz)1014 1013 1012 1011 1010 109 10

8107 106 105 104 103 102

MICROONDAS

RADARRADARINFRARROJOINFRARROJOIBLE

VIO

LETA

VIO

LETA

RAYOS - XRAYOS - XGA

MM

AG

AM

MA

RADARRADAR

TV RADIOTV RADIOV

IS

ULT

RAV

ULT

RAV

RAYOS XRAYOS X

RAY

OS

RAY

OS

0.01 0.1 101 100 0.1 10 1 100 0. 1 101 1 10

TV - RADIOTV - RADIO

Amgstroms Micrones Centímetros Metros

Longitud de onda ( λ )

Curva de Curva de ReflectividadReflectividad

Según las características físicas y químicas, losdistintos objetos reflejan en mayor o menorproporción la energía correspondiente a distintasproporción la energía correspondiente a distintasregiones del espectro electromagnético, estasdiferencias se manifiestan en las curvas deREFLECTIVIDAD.

Curvas de Curvas de ReflectanciaReflectancia EspectralEspectralVISIBLE INFRARROJO

80

IA (%

)

60 VEGETACION

NIEVE

LEC

TAN

C

40

SANA

VEGETACIO

RE

FL40

SUELO

VEGETACION

ENFERMA

20

AGUA

SUELO

AGUA0,5 0,60,4 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

0µm

Longitudes de onda Longitudes de onda SateliteSatelite LandsatLandsat

Espectro ElectromagnéticoEspectro ElectromagnéticoDesde el espectro visible hasta las ondas de radarDesde el espectro visible hasta las ondas de radar

SENSORES PASIVOSSENSORES PASIVOS SENSORES ACTIVOSSENSORES ACTIVOS

VISIBLE INFRARROJO MICROONDAS DE RADARAN

OAN

O

DIO

DIO AN

OAN

OKK XX CC SS LL

CERC

CERC ME

DME

D

LEJA

LEJA

1000

1000µm=0,1 cm0.4 0.5 0.6 0.7 3 14 100 cm

Resolução dos Sistemas Orbitais

ESPACIAL

Capacidade do detector emCapacidade do detector emdistingüir objetos na superfície terrestre;

É expressa em termos do seu campo

h = altitude

É expressa em termos do seu campoinstantâneo de visada ou IFOV(Instantaneous Field of View). Este ângulodo IFOV define a área do terreno focalizadado IFOV define a área do terreno focalizadaa uma dada altitude pelo instrumento;

O IFOV representa o tamanho do pixel no terreno.O IFOV representa o tamanho do pixel no terreno.

Sistemas Sensores: “Resoluções...”

Diferentes Resoluções Espaciais

PLANEJAMENTO URBANO

IKONOS 4 m (Eixo Central – Brasília)

IKONOS 1m (Pancromática)

í

IKONOS 4m Ver/NIR/A(Parque Nacional de Brasília) Ver/NIR/Azul

Resolução dos Sistemas Orbitais

LandsatETM+ 30 ETM 30 m(PNB) 250m

500m

Sensor MODIS 1kmPNB

500m

1km

Imagem IKONOS 1m

Imagem IKONOS 4m

Imagem ETM+ 15m

Ferreira et al, 2003 (Simp. Geografia Física)

Sistemas Sensores: “Resoluções...”

2 bits 8 bits

R l ã T lResolução Temporal(frequência do imageamento)

Resolução Radiométrica(níveis de cinza / “qualidade” da imagem)

Sistemas Sensores: “Resoluções...”ESPECTRAL

aCentenas de bandas

ESPECTRAL

cia M

ed

idaCentenas de bandas

“Hiper-espectral”

efl

ect

ân

cCaracterísticas Espectrais da Cena

Comprimento de Onda

Re

lect

ân

cia

Banda 3

Banda 4

a M

ed

ida

Refl

Banda 2

Banda 1flect

ân

cia

Comprimento de Onda

Poucas bandas Banda 1

Comprimento de Onda

RefPoucas bandas

“Multi-espectral”

Sistemas Sensores: “Resoluções...”ESPECTRAL

Landsat Hyperion

ESPECTRAL

Le g e n d No DataLegend

Hemlock/

N o D a t a

H a r d w o o d

S o f t w o o d

Le g e n dOpen field

Red Maple

Red OakMixed Hardwood

Hardwood Mix

Mixed Conifer

Norway Spruce

Red PineG r a s s / F i e ld sHardwood/Conifer Mix

White Pine

Red Pine

Spruce Swamp

Hardwood Bog

RADIOMÉTRICA (discretização da informação)

Determina a qualidade da imagem em termos daDetermina a qualidade da imagem em termos da

escala de cinza da imagem 2 n (n = numero de

bits)2 bits (0 4) 8 bits (0 256))2 bits (0- 4) 8 bits (0- 256)

1 bits (0-2) 2 bits (0- 4)

Programa Landsat

Programa Landsat

Interacciones de la R E M con la AtmosferaInteracciones de la R E M con la AtmosferaInteracciones de la R.E.M. con la AtmosferaInteracciones de la R.E.M. con la Atmosfera

ABSORCIÓN, producida en su mayor parte por losgases que hacen parte de la atmósfera: O2, O3,CO2 Tierra etcCO2, Tierra, etc.

DISPERSIÓN, ocasionada especialmente por el vaporde agua y los aerosolesde agua y los aerosoles.

REFLEXIÓN, ocurre especialmente cuando hay nubesd l d l di ió l ique devuelven parte de la radiación al espacio

exterior

Interacciones de la R.E.M. con los objetos Interacciones de la R.E.M. con los objetos d l fi id l fi ide la superficiede la superficie

La energía que llega a la superficie terrestre se denomina RADIACIÓN INCIDENTE, esta energía puede sufrir:

ABSORCIÓN, los cuerpos de la superficie absorben, p pdiversas proporciones de la radiación incidentesegún su composición física y química

EMISIÓN, parte de la energía absorbida esalmacenada en forma de calor y durante la nocheses emitida también en forma de calores emitida también en forma de calor.

Regiones espectrales utilizadas en teledetecciónRegiones espectrales utilizadas en teledetección

Región visible 0.4-0.7 µm, sensible al ojo humano.Infrarrojo 0.7-15µm, importante para estudio devegetación.egetac óInfrarrojo cercano 0.7-1.3µm, estructura celular de lavegetación influye en la energía captada por sensor.Infrarrojo medio 1 3-3(8)µm la humedad condiciona laInfrarrojo medio 1.3 3(8)µm, la humedad condiciona lacantidad de energía absorbida o reflejada por lavegetación.Infrarrojo lejano o termal 3(8) 15µm la energíaInfrarrojo lejano o termal 3(8)-15µm, la energíacaptada por el sensor es la emitida por los cuerpos enforma de calorMi d 1 3 tili d l dMicroondas 1mm-3m, utilizada por el radar por sucapacidad para penetrar lluvias, nubes, etc.

Aplicaciones de la Aplicaciones de la reflectanciareflectancia espectral en la espectral en la interpretacioninterpretacion dede imagenesimagenesinterpretacioninterpretacion de de imagenesimagenes

El á i i l d fl t i l i f jEl máximo nivel de reflectancia ocurre en el infrarrojocercano, región en la cual la estructura de las hojas esresponsable por el mayor o menor grado dereflectancia.En la región visible, la máxima reflectancia correspondeal verde, por esto el ojo humano ve a la vegetación de, p j geste color; los pigmentos presentes en las hojasdeterminan los niveles de reflectancia.El agua absorbe casi el 100% de la radiaciónEl agua absorbe casi el 100% de la radiacióncorrespondiente al infrarrojo, por tanto, los cuerpos deagua aparecen negros en los productoscorrespondientes a las regiones del infrarrojocorrespondientes a las regiones del infrarrojo

Para discriminar variaciones internas en el agua,d ó l d f d d dsedimentación o niveles de profundidad, usar

productos del rango visible especialmente azul yverde.Los ambientes urbanos presentan mayorescontrastes en la región visible.Los suelos presentan una curva ascendenteLos suelos presentan una curva ascendentedesde el visible hacia el infrarrojo, el contenidode materia orgánica es altamente condicionante,a mayor contenido menores niveles dea mayor contenido menores niveles dereflectancia.

CONOCIENDO UNA IMAGENCONOCIENDO UNA IMAGEN

Imágenes Imágenes -- MatricesMatrices

Una imagen digital es una matriz de datos, dondecada pixel tiene una coordenada espacial definida segúncada p e t e e u a coo de ada espac a de da segúsu ubicación en determinada línea y columnas.El eje X representa el numero de columnas y el eje Y, elnumero de líneasnumero de líneas.Los valores numéricos, corresponde a la radiaciónmedia de una parcela de terreno equivalente altamaño del pixeltamaño del pixel.Los sensores obtiene normalmente imágenes en 8 bits,motivo por el cual los valores numéricos oscilan entre 0255y 255.

Pancromático Pancromático -- MultiespectralMultiespectralpp

Existe sensores que obtienen información en una solaExiste sensores que obtienen información en una solalongitud de onda, motivo por el cual guardan lainformación en un solo archivo.Al trabajar en una sola banda se le denominaAl trabajar en una sola banda, se le denominaPancromático.Pero existen otros sensores, que para una misma

bti i hi d d lescena, obtienen varios archivos, cada uno de loscuales guarda la información de la radiación media delterreno en diferentes longitudes de onda.A la técnica que maneja varias bandas de una mismaescena, se le conoce como Multiespectral.Este es el caso del sensor Landsat que captura para unaq p pmisma escena 7 archivos.La combinación de estos archivos posibilita lacomposición de imágenes a color.composición de imágenes a color.

Color verdadero Color verdadero –– Falso colorFalso color

La visión humana esta restringida a las longitudes deonda denominadas visibles, mientras que los sensores“ven” o captan información en longitudes de ondas talesp gcomo infrarrojo o termal.Por ejemplo el sensor Landsat capta información en 7sensores de onda diferentes: en longitud de onda delsensores de onda diferentes: en longitud de onda delAzul, Verde y Rojo (igual a la información que captannuestros ojos), y en tres bandas en el denominadoInfrarrojo y una termalInfrarrojo y una termal .Pero el monitor emite en 3 canales y el sensor ofreceinformación en 7 bandas, ¿como resolver este

bl ?problema?

Asígnanos al cañón rojo de la computadora, lainformación que el sensor detecto como radiando enrojo sobre la superficie terrestre; al cañón azul de laj p ;computadora, la información que el sensor detectocomo radiando en azul sobre la superficie terrestre; alcañón verde de la computadora la información que elcañón verde de la computadora, la información que elsensor detecto como radiando en verde sobre lasuperficie terrestre. A esta forma de ver las imágenesse las denomina Color Verdaderose las denomina Color Verdadero.

MUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIONPOR SU ATENCIONPOR SU ATENCIONPOR SU ATENCION