004 2016 a la teledeteccion 1 tp

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales LABORATORIO AREA GEOTECNIA

GEOTECNIA I

La teledetección EN INGENIERIA

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GEOLOGIA PARA INGENIEROS Ingeniería Civil e Ingeniería Ambiental Versión 3.0 – Abril de 2016

INTRODUCCION Generalidades La intervención del hombre sobre el espacio físico se traduce en una modificación del mismo, sea para la realización de una obra de ingeniería o la explotación de recursos. Así, el ámbito en el que el hombre desarrolló su existencia desde sus inicios, concebido originariamente como el ambiente natural fue modificado, en mayor o menor medida, a tal punto de constituir ya un medio antrópico, pues sería difícil encontrar un espacio en el que no se haya hecho sentir su presencia, de algún modo.

CAMBIO DE COBERTURA VEGETAL EN GRAN ESCALA

Provincia de Córdoba (Argentina). Variación en la cobertura vegetal en un lapso de cien años.

Lejos de aquellas tendencias que pretenden enfrentar al hombre con la naturaleza, siendo el hombre parte de la misma, no hay que soslayar que fue el hombre el que tuvo cada vez mayor protagonismo en el dominio y el manejo del medio natural.

Se trata entonces de tener siempre a la vista, y se puede ver en particular durante el último siglo, que fue adquiriendo progresivamente mayor capacidad de 1 Publicaciones Digitales de la Cátedra de acceso libre en plataformas públicas. Ciclo lectivo 2016.

Abril, E.G. (2016). La teledetección en ingeniería. Geotecnia I: Geología para Ingenieros. Carreras de Ingeniería Civil e Ingeniería Ambiental. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba. Córdoba, Argentina. Versión Digital V 3.0 (abril de 2016).

intervenir en la naturaleza, a tal punto de que se habla nada menos que de su incidencia en el clima.

Las imágenes en la Ingeniería Una de las facetas más complejas y laboriosa de un proyecto de ingeniería es el relevamiento de datos. También es una labor costosa porque requiere de uno de los recursos más valiosos: el tiempo.

El proceso de obtención de datos impone una etapa de partida muy pesada, que no admite omisiones, generalizaciones ni subjetividades. Para llevar adelante un proyecto, muy frecuentemente no se contará con todos los datos deseables y tal vez estos no tengan una precisión y exactitud ideales.

La cantidad y calidad de datos disponibles redundará en los resultados del trabajo, pero hay que tener presente que la búsqueda de una base informativa perfecta puede conducir a que el proyecto no se llegue a realizar o a que su logro sea tardío.

El equilibrio, que es una condición necesaria para encarar con mayores posibilidades de éxito cualquier iniciativa, es aquí también un requerimiento básico. Ante una disponibilidad de recursos más que limitada, los profesionales se deben exigir muy especialmente para respetar al máximo el delicado límite entre lo accesorio, lo necesario y lo imprescindible.

Ante ese verdadero problema, debe resaltarse el importante papel de algunos recursos y herramientas que posibilitan adquí-rir y manejar eficientemente los datos necesarios para llegar a un conocimiento suficiente del territorio, de manera de hacer posible progresivamente la toma de decisiones acertadas y oportunas.

Nivel de detalle de una imagen satelital

En esa línea de razonamiento, y como lo recomienda expresamente la OEA (1993) para el logro de un desarrollo regional integrado a partir de una planificación seria, los sensores remotos se constituyen en un recurso de alta eficacia para la obtención de datos territoriales actualizados.

En el caso particular del proceso de toma de decisiones y la adopción de medidas estratégicas a partir del análisis geográfico de la información, la fotografía aérea y las imágenes satelitales pasan a ser fuentes temáticas de datos a partir de las cuales se pueden satisfacer ampliamente muchos de los requerimientos prioritarios.

LOS SENSORES REMOTOS El sentido de la vista Nuestro sentido de la visión percibe un objeto cuando puede descifrar la información que éste envía desde sí a partir de la luz que en él se refleja. En la oscuridad, no vemos, no hay luz.

Los ojos son instrumentos (sistema de la visión) sensibles (sensores) que perciben datos a distancia (remotos), sin estar en contacto con la cosa observada. Nuestros ojos son sensores remotos.

El sistema de la visión pertenece al dominio natural, pero así como la óptica ideó formas para intervenir en ese campo (anteojos, lupa, binoculares, telescopio…) binoculares…), la ciencia fue también capaz de emular el mecanismo de la percepción visual. Así como la propia visión humana involucra un proceso de teledetección, éste puede ser reproducido a partir de instrumentos artificiales.

La teledetección es un sistema, un conjunto de elementos e instrumentos relacionados. Este sistema, esquemáticamente, consta de: - el sensor, que es el instrumento sensible a la energía lumínica, capaz de percibir aquella que proviene del objeto - el objeto (el objeto en sí o una imagen del objeto), que es aquello a percibir y que refleja (o emite) la energía lumínica que capta el sensor - el flujo energético (la luz), que permite relacionar el objeto (emisor) con el sensor (receptor) sea a partir de una emisión (o reflejo) / recepción de energía

Este flujo de energía procede de una fuente luminosa (normalmente la luz visible), llega al objeto (lo ilumina) y lo hace visible.

Los avances tecnológicos han dado lugar a la creación de dispositivos que “iluminan” los objetos con un flujo de energía que no es visible y a sensores que captan el reflejo, se trata de los llamados sensores activos.

La luz puede ser en parte absorbida y en parte reflejada por el objeto iluminado. La parte reflejada llega a los ojos haciéndonos percibir, de acuerdo a qué parte se ha reflejado, los colores del objeto.

Estamos hablando de los ojos como un sensor llamado pasivo, ya que la luz proviene de una fuente externa y pertenece a lo que se denomina el espectro visible.

Luz incidente y luz reflejada

La posibilidad de adquirir información desde la distancia se basa entonces en una interacción entre la radiación electromagnética y la materia. Los objetos

reaccionan ante los estímulos energéticos, entre ellos, a la luz. Esta reacción se conoce como respuesta espectral y depende de una serie de características de los objetos, tanto de su composición como de su morfología superficial.

Si los objetos y sus superficies fuesen homogéneos, la respuesta sería siempre la misma y sería sencillo identificarlos por la citada respuesta espectral, pero no son homogéneos ni lo es la morfología de su superficie, además de que existe una serie de variables adicionales que inciden sustancialmente.

El análisis visual La ciencia y la técnica permitieron que nuevas y variadas herramientas, con sus limitaciones propias, fueran incorporándose a la investigación para mejorar la búsqueda de conocimientos cada vez más profundos y confiables.

Sector inestable de pedemonte

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Para conocer lo que le rodea, el hombre dispone de los sentidos, que permiten a las personas entrar en contacto con el mundo que las rodea.

Siendo la vista uno de los sentidos que permiten un acceso directo a uno de los ámbitos de la realidad, el mundo visible, uno de los primeros recursos que emplea el hombre para investigar algo es observar analíticamente, separando en partes, para poder entenderlo, estudiar su constitución y comprender sus relaciones con el contexto.

Esto requiere, en primera instancia, apelar a una visualización panorámica de la realidad que contiene lo que se desea analizar, para poder distinguirlo del resto, individualizarlo y también encontrar en ese contexto explicaciones relacionadas con sus características. El análisis comprende entonces variables de diferente escala geográfica (regional, local…), algunas de las cuales trascienden el ámbito del individuo en estudio y provienen de ese contexto.

Las fotografías del paisaje, las terrestres primero, luego las aéreas y finalmente las satelitales, fueron valoradas realmente en toda su magnitud cuando se comenzó a aplicar la concepción de la fotografía como documento.

Abarcar estas variables enteramente significa incorporar el aspecto relacional, sobre el que descansa buena parte del conocimiento de la identidad de las cosas.

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Análisis relacional de contexto

Esto ocurrió apenas inventada la fotografía (Niepse, 1826), en la consideración del periodismo histórico. En el ámbito que nos ocupa, entretanto, su potencial informativo recién se valoró a partir de la aeronavegación.

La fotografía aérea Como el microscopio proveyera en su tiempo de una nueva dimensión de análisis en la biología, la geología y la química, una alternativa novedosa se incorporó con la modernidad. La incursión en los cielos dio lugar a la observación y estudio en escalas muy grandes. La aeronavegación presentó la oportunidad de analizar realidades de dimensiones regionales a partir de la fotografía aérea.

En Geología, por ejemplo, las imágenes obtenidas por fotografía aérea demostraron ser un instrumento básico para estudiar y entender realidades que no habían sido antes abordadas satisfactoriamente. Como todos los nuevos elementos que se incorporan, no solamente permiten resolver situaciones sino aventurarse hacia el conocimiento de otras.

La inclusión de la aerofotografía mereció y merece aún la misma atención que la de técnicas indirectas de análisis como la microscopía, en lejanos tiempos, y la difractometría, la absorción atómica, los rayos X y la espectrometría, entre otras, en épocas más recientes.

Estereoscopio de espejos y par de fotografías aéreas convencionales

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El descubrimiento de la fotografía, llevada al papel por primera vez por Fox Talbot en 1840, ocurrió al descubrirse la acción fotoquímica de la energía radiante sobre una película sensibilizada.

La importancia de la fotografía fue tan significativa que en torno a ella se generó una industria caracterizada por constantes avances en todos sus frentes.

La industria química favoreció el desarrollo de diferentes películas y el mejoramiento constante de su calidad y de las técnicas de revelado.

La micromecánica y la óptica intervineron en la optimización del equipamiento de relevamiento y revelado hasta que la electrónica invadió todo el espectro y produjo y sigue introduciendo adelantos que no cesan de asombrar. El primer gran salto se generó dentro de la llamada era industrial, pero los más prominentes avances se registraron después de cada guerra. Fue la puja internacional por el poder, como en muchas otras cosas más, su motor. Quienes más se destacaron fueron Alemania, Japón y los Estados Unidos. ◄

Par estereoscópico

Comprobado su valor descriptivo, se comenzaron a impulsar una serie de estudios que condujeron a importantes descubrimientos. Surgió la idea de implementar la técnica desde plataformas aéreas, comenzando a usarse con fines estratégicos. Su utilidad en el campo bélico, potenció la evolución de las cámaras fotográficas, de la óptica y de una enorme variedad de equipos complementarios.

El incremento de las actividades aeronáuticas y la posibilidad de montar cámaras a bordo de las diferentes naves, motivaron nuevas plataformas y sistemas de relevamiento y de navegación, cada vez más precisos y complejos.

La fotografía aérea y satelital transcendió el ámbito militar para constituirse en una herramienta muy valiosa para el estudio de los recursos naturales y gran variedad de temas donde entra en juego la componente territorial.

En cuanto a la fotografía aérea vertical, la posibilidad de efectuar el análisis pormenorizado del terreno mediante acercamientos ópticos en tres dimensiones, a través de los estereoscopios, le agregó un significativo atractivo.

Como nuevo recurso de análisis, permitió panoramicidad y precisión a muy bajo costo relativo, lo que la transformó en una herramienta ideal para estudios regionales. Las características ordinarias de los sistemas de relevamiento aerofotográfico permitieron el empleo de productos en escalas entre 1:50.000 y 1:5.000 (y aún menores), con una resolución geográfica de entre 2 m y 0,20 m.

Si bien la fotografía fue una de los objetivos de las muchas misiones espaciales de los Estados Unidos, los productos más destacados fueron los obtenidos por las misiones rusas desde la década pasada, tanto por su cobertura como por su calidad espectacular.

La aerofotografía es el recurso de percepción remota más antiguo y más difundido. Los relevamientos se realizan a partir de cámaras fotográficas montadas en aviones que vuelan entre 200m y 15000m de altura, permitiendo la captura de datos de detalle. La gran ventaja de la fotografía residió siempre en su elevada definición, pero su mayor problema la baja frecuencia de relevamientos.

Las fotografías aéreas ofrecen un inventario visual instantáneo y multi-temático de una porción reducida de la superficie del terreno y permiten la creación de mapas detallados.

Las fotografías aéreas son tomadas por firmas comerciales especializadas que disponen de aeronaves especialmente acondicionadas y equipadas con cámaras de gran formato.

◄ Aerofotografía pancromática en escala original 1:20000 del relevamiento de la provincia de Córdoba (Fuente: DG Catastro de la provincia de Córdoba).

Así, la configuración de las cámaras y plataformas puede agruparse en términos de convencionales y no convencionales, en función de ciertas cuestiones que podrían encuadrarse según parámetros considerados o no como estándar.

La fotografía aérea vertical estándar es tomada con cámaras especiales, de gran formato, que apuntan perpendicularmente desde una abertura en el piso de la aeronave. Pero las fotografías aéreas también pueden ser tomadas con cámaras de formato pequeño (35mm, 70mm), manuales o montadas en aviones no modificados.

◄ A diferencia de las citadas, se designan

como relevamientos no convencionales (entre ellas se encuentra, por ej., la fotografía aérea oblicua color).

La aerofotografía no convencional se toma según una dirección determinada y con un ángulo no vertical en relación con el plano del suelo.

Las imágenes dan una vista real de la superficie pero distorsionada en las proporciones, por cuanto que no es posible o es difícil localizar y medir sus elementos y poder llevarlos a la cartografía.

Las imágenes resultantes de las aerofotografías convencionales verticales muestran detalles del terreno en forma plana y pueden ser comparadas fácilmente con los mapas y ser utilizadas con el propósito de generar cartografía temática de detalle. Son particularmente útiles en casos en los cuales no hay mapas disponibles.

La comparación de fotografías de distintas fechas permite advertir los cambios que puede haber sufrido un área a través del tiempo. La estrategia de estudio que contempla la observación simple entre dos fechas es conocida como análisis temporal.

El análisis multi-temporal abarca varios períodos y permite advertir tendencias a partir de la observación de fenómenos dinámicos tanto naturales (erosión) como antrópicos (uso de la tierra).

Trayectoria del vuelo

Solapado TOMAS

Las fotografías aéreas verticales contienen deformaciones debidas al relieve y otras distorsiones referidas a la persistencia en la dirección del vuelo y la inclinación del avión, así como la distorsión debida a las lentes.

Las imágenes verticales se toman con una superposición de unas con otras, metodología llamada solapamiento. Generalmente, esta superposición es de cerca de un 60 % a lo largo de la línea de vuelo y de por lo menos un 20 % entre líneas contiguas.

La superposición entre las aerofotografías permite observar un mismo lugar desde diferentes puntos de observación y, analizándose un par aerofotográfico con dispositivos llamados estereoscopios, se recrea la visión humana, lográndose una vista tridimensional del territorio.

Las firmas comerciales de estudios aéreos usan aviones equipados con cámaras cartográficas en formato grande. Estas cámaras (como la Wild RC-10, por ejemplo) utilizan rollos de película fotográfica de 23cm de ancho (fotografía de 23cm x 23cm).

Hay fábricas que se dedican específicamente a las variedades de película para fotografía aérea. Se emplean aerofotografías en escalas 1:100000, 1: 50000 y 1:25000. Para la obtención de copias, se usa el negativo de la película. Las copias en escala 1:5000 tienen una definición excelente para trabajos a nivel de detalle.

Las cámaras en formato pequeño desde aeronaves comunes (alquiler de vuelos) constituyen una alternativa económica para realizar inspecciones de relevamiento de la situación actual.

Aerofotografía: bombardeos en Corea

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Se requiere una cámara de 35mm o 70mm, un avión liviano y medios para procesar la película. Los sistemas de 35mm son bastante convenientes, debido a que existen laboratorios comerciales en casi todas partes del mundo que realizan este procesamiento a bajo costo.

Las fotografías oblicuas pueden tomarse con una cámara manual desde cualquier aeronave liviana. Tienen varias desventajas, entre ellas las restricciones de altura, limitadas por lo general a los 4000m de altura de vuelo. El tamaño de la película es pequeño, de manera que tienen que sacrificarse la resolución o bien el área a cubrir. Este tipo de fotografía es muy útil para estudios de reconocimiento y también para muestreo.

Las fotografías color normales son producidas a partir de un compuesto de tres capas de película fotográfica sensible con filtros que intervienen para aislar las longitudes de onda correspondientes al rojo, verde y azul (rojo+verde+azul = luz blanca).

Con la película color infrarroja, estas longitudes de onda se cambian a las longitudes más largas para producir un compuesto que posee reflejos aislados de las regiones de longitud de onda del verde, rojo y casi infrarrojo.

El ojo humano no puede ver la luz infrarroja, por ello se elabora un compuesto color falso al hacer que las longitudes de onda del verde aparezcan azules, las rojas se vean verdes y las infrarrojas se vean rojas (codificación).

INFRARROJO

Verde Rojo IR

  

VISIBLE

AZUL VERDE ROJO FALSO COLOR

Otra aplicación de las películas color consiste en agrupar varias cámaras y montarlas en la aeronave, cada una con película en blanco y negro y con un filtro designado para aislar un rango específico de longitudes de onda. De esta forma se estará aislando cada una de las componentes del visible para trabajarlas independientemente. Se obtiene un registro multiespectral.

Cada una de las zonas del espectro en que resultará dividido el visible podrá ser tratada adecuadamente para mejorarla y analizar lo que mejor expresa o resalta.

Cada una de estas bandas podrá luego ser empleada en la generación de un compuesto color, asignándole a cada una el filtro color correspondiente.

La aerofotografía se encuentra en formato analógico, pero puede ser usada en procesamientos digitales debiendo ser digitalizada a partir de un scanner.

La fotointerpretación El relevamiento de la superficie terrestre desde gran altura proporcionó la oportunidad de analizar fenómenos regionales que no podían siquiera detectarse sin disponerse de una perspectiva panorámica, adecuada a su magnitud.

La fotointerpretación, dentro de ella la fotogeología, surge a propósito de advertirse el valor de estos productos en el campo de las Ciencias de Tierra, al reconocerse la valiosa información geológica y geomorfológica, cualitativa y cuantitativa, contenida en las aerofotografías (Lewis, 1972).

Idénticos conceptos merecieron las primeras fotografías satelitales de las misiones espaciales tripuladas, permitiendo la consideración de escalas nuevas en el análisis geológico.

Por efectuarse sobre la base de productos de tipo fotográfico, también los estudios con imágenes satelitales quedaron comprendidos en el ámbito de la llamada fotogeología (Henphill y Danilchick, 1968; Lowman y Tiedeman, 1971).

A los estudios geológicos de carácter regional, se incorporaron entonces las megaescalas, para las que no se disponía hasta entonces de medios adecuados de estudio. Pudieron abarcarse y distinguirse rasgos muy extensos que enmarcan y sirven de explicación y contexto a realidades menores subordinadas a aquellos.

A propósito de las experiencias fotográficas aéreas y espaciales, se pensó luego en relevamientos sistemáticos para disponer de una cobertura total del planeta. A partir de esa nueva perspectiva de la superficie de la Tierra, se hizo posible reconocer y analizar el encaje y las relaciones de realidades y fenómenos conocidos de diferente orden de magnitud. Esto exigió trabajar sobre variadas escalas y estudiar no sólo las áreas de interés sino también el contexto y las particularidades de un área con diferentes finalidades.

Los cuestionamientos de que fuera objeto la especialidad, la fotogeología en especial, tuvieron motivo en la audacia desmedida de algunas interpretaciones y en la subjetividad de muchas apreciaciones. Durante mucho tiempo esta disciplina fue sumida en el descrédito y sus resultados presa de la desconfianza. Este proceso puede haberse debido también a que muchas disciplinas habían avanzado tecnológicamente en forma notoria incorporando tecnología mientras que la fotointerpretación no lo había hecho en medida semejante.

La especialización y la aparición de medios y métodos nuevos, que eliminaron en gran parte la subjetividad, al introducir dispositivos de relevamiento y de medición

más precisos y confiables, posibilitaron recuperarla para la investigación científica, ámbito en el que se soslayaba su importancia.

Mientras tanto, en el ámbito de los estudios aplicados como la minería y el petróleo, no por nada fue siempre muy utilizada habiendo sido cada vez más valorada. Con el tiempo, a partir del mejoramiento de los medios y de las técnicas para el relevamiento y el estudio de datos se lograron importantísimas ganancias de resolución espacial y espectral y en la abarcabilidad geográfica.

Precisamente, uno de los primeros recursos que tiene el hombre para analizar un problema es tomar distancia, contemplar panorámicamente la situación para poder entenderla, estudiar sus partes en relación al contexto y tratar de no dejar fuera del análisis lo importante. La navegación aérea primero y luego la espacial, demostraron ser un instrumento importantísimo para el entendimiento de situaciones regionales. Estudiando aerofotografías o imágenes satelitales, pueden detectarse y analizarse variedad de elementos del terreno que manifiestan realidades sub-superficiales.

El origen del concepto unidad de análisis permitió trabajar sobre diferentes escalas y dimensiones, estudiar sus particularidades y su contexto, y aprovechar las ventajas de la información temporal y espectral.

El sistema de la visión, dentro de su enorme y maravillosa complejidad, permite ser simplificado en un esquema según el cual los ojos son sensores remotos. Los datos colectados por el sentido de la vista son procesados por la mente y se convierten en información.

El trabajo del analista comienza a partir de la captación de datos que realiza a través de la visión. Se inicia con una lectura de datos, a cargo de los elementos sensibles del ojo, distinguiéndose una etapa de recepción de la señal, otra de entendimiento de la misma (una decodificación que corre por cuenta del cerebro y de la que participa el intelecto recurriendo a la experiencia personal previa), su interpretación (la extracción del significado) y su almacenamiento en la memoria.

Foto-lectura temática (vegetación) realizada sobre una fotografía horizontal estándar.

Los sensores remotos posibilitan recoger datos e inferir información mediante el estudio de objetos distantes a partir de imágenes de los mismos, sin necesitar del contacto físico con ellos.

El estereoscopio permite mezclar las imágenes de dos aerofotografías del mismo sitio tomadas desde diferente ángulo, tal como ocurre con la visión ocular humana a partir de dos sensores ubicados en diferente posición. Esto posibilita reproducir la sensación de profundidad que permite la observación 3D y acercar a la realidad dos bases de datos gráficas planas.

Fotointerpretación estereoscópica

Pero sensores especiales permiten acceder a información contenida en diferentes ámbitos del espectro electromagnético (distintas longitudes de onda), haciendo posible visualizar características diferentes a las que pueden percibirse en el ámbito espectral visible.

Las experiencias que se realizan en torno al objeto son a partir de las consecuencias de su presencia en el medio y no mediante un contacto visual directo con el mismo. Se trabaja sobre la imagen del objeto y no sobre el objeto.

◄ Esquema interpretativo resultante del análisis temático de una aerofotografía

Debe destacarse que este recurso posibilita acercar el problema al gabinete o laboratorio mediante un registro estable que es su imagen a distancia. El contacto físico "directo" también ocurre en otras etapas del análisis, las que apuntan a la comprobación de las interpretaciones y a la validación de los métodos de análisis.

Las fuentes de datos básicas son las imágenes principales (locales) y las auxiliares (del contexto), aunque hay que remarcar que todas son importantes. Cada una es

analizada en escala/s y época/s conveniente/s, examinadas en gabinete y laboratorio. Complementan la información los informes y memorias, con sus mapas temáticos, trabajos realizados en el sector, en áreas contiguas y/o similares, en diferentes épocas y sobre temas tanto específicos como generales.

La visión humana y las imágenes La visión humana está limitada un número discreto de niveles de gris que le es posible distinguir. En general, el ojo humano puede distinguir unos 30 niveles discretos de gris pero una cantidad mayor de graduaciones color.

El espectro electromagnético muestra a la distribución de la energía según su rango. Diferentes sensores captan distintas longitudes de onda. Uno de los sensores es el ojo humano y la franja energética que éste capta se llama “región del visible”.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda (rayos gamma) hasta las de mayor longitud (ondas de radio), pasando por el visible.

◄ Espectro electromagnético

Debido a este contraste, el color es una importante herramienta en el realce de imágenes. El espectro visible puede representarse en un sistema a dos ejes entre aproximadamente 0,4 m y algo más de 0,7 m: azul verde rojo

0,4 0,5 0,6

0,5 m 0,6 m 0,7 m

Un color gris estaría dado por iguales intensidades en los tres ámbitos. Los colores pueden ser representados según la mezcla de los colores primarios (rojo, verde, azul) en un sistema de tres ejes:

P(r,v,a) Tal representación estaría dada por un punto en un sistema de tres ejes (sistema RVA). Pero el brillo, por ejemplo, una propiedad del color, no puede ser

expresado por la proyección individual de los tres colores primarios. Lo mismo ocurre con otras dos propiedades el matiz y la saturación.

Es por ello que se ha propuesto un sistema de representación diferente, expresado en términos de tales propiedades:

-

brillo matiz saturación

Es el sistema brillo-matiz-saturación (BMS) es un sistema de coordenadas cilíndricas donde la coordenada en z es el brillo, el plano polar es la saturación y la coordenada angular es el matiz.

-

El brillo representa la intensidad del nivel de gris asociada al color El matiz se relaciona con la longitud de onda del color y es mayormente responsable de la percepción del color por el sistema de la visión humana La saturación denota el grado de mezcla del color

En el sistema brillo-matiz-saturación (BMS) todas las graduaciones de gris se expresan en el eje de brillo (o eje acromático), ya que la saturación y el matiz no se relacionan con el sistema blanco y negro. En cambio, los atributos de color se encuentran en el plano matiz-saturación, ortogonal al eje del brillo.

La amplitud de diferenciación del ojo humano se incrementa sustancialmente considerando el matiz, con lo que la consideración de este sistema de representación del color es una herramienta sumamente importante para la lectura temática y la interpretación de imágenes y puede ser empleada como recurso de realce de imágenes.

En el sistema de representación blanco y negro (ByN), según graduaciones de gris, se consideran solamente la diferencia de brillo. En la percepción color, se agregan las variaciones simultáneas tanto cromáticas como del brillo. Diferencias imperceptibles a la visión ByN y se hacen contrastantes al ser expresadas en color.

La transformación de la información blanco y negro (niveles de gris, en realidad) a color deriva en imágenes llamadas en seudo-color. ◄ Sistema de niveles de grises: variación progresiva y variación según niveles discretos (en “saltos”)

Hay tres conversiones posibles controlando la relación entre colores en la imagen final y la correspondiente intensidad en el original y a través de las cuales se puede ganar en posibilidades de discriminación.

Las imágenes son logradas mediante la combinación por asignación de cantidades apropiadas de cada uno de los tres colores primarios (sistema aditivo). En esta operación no se guarda ninguna relación con los colores originales.

Una transformación interesante se logra tomando una graduación de grises determinada (de 30 niveles, por ejemplo) (niveles de brillo), asignándosela a cada matiz. Con ello que se obtiene una paleta de colores variable en matiz y en intensidad, apta para análisis de detalle, pues la capacidad de discriminación de matices se multiplica por la de discriminar intensidades de brillo.

Los falso-colores son compuestos especiales que se emplean habitualmente para la visualización de información multiespectral, esto es cuando la misma porción del terreno es relevada en diferente longitud de onda, la mayoría de los casos fuera del espectro visible. Se relacionan (suman) tres componentes. Son imágenes del mismo lugar pero tomadas con diferente sensor, en diferente longitud de onda. A cada una se le asigna uno de los colores primarios.

Para continuar avanzando, hace falta abordar el tema de los sistemas de relevamiento multiespectrales y sus productos: las imágenes multiespectrales.

Plataformas de relevamiento digital Lo visto para la aerofotografía en general se aplica a los sistemas de sensores digitales hoy tan popularizados y que ya han reemplazado a las cámaras fotográficas tradicionales. Las cámaras digitales capturan y almacenan imágenes digitalmente, mediante un dispositivo electrónico. Las modernas son compactas y generalmente multifunción, pudiendo también filmar en ese formato.

La señal digital es un tipo de señal generada por un fenómeno electromagnético. Cada signo que representa su contenido puede ser analizado en términos de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango (continuos).

Los sistemas digitales, como los empleados por los ordenadores, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión (energía), uno alto y otro bajo. Dichos estados, a nivel numérico, se sustituyen por los valores cero y uno, lo cual da lugar a la aplicación de la lógica y la aritmética binaria.

Un valor digital representa un grupo continuo de valores analógicos. En una señal dada, la cantidad de valores analógicos puros será siempre infinita, mientras que los valores digitales serán siempre finitos. Por ser tales, son manejables, esto es, almacenables y transportables con fidelidad.

Una ventaja interesante de la información digital es que los valores con los que se trabajará, al ser codificados numéricamente, pueden ser calibrados con suma precisión y, por lo tanto, pasan a ser comparables y compatibilizables.

Ejemplo de señal digital

Esto posibilita efectuar las mediciones y cálculos que se necesita realizar en la investigación científica.

Sistemas satelitales de barrido La fotografía ha probado ser una importante fuente de información para la confección de mapas a partir de su interpretación. Una misma fotografía puede brindar datos para realizar un mapa de vegetación, un mapa geológico o un mapa hidrográfico, por eso se designan las diferentes interpretaciones como interpretaciones temáticas.

El desarrollo de plataformas satelitales de alta complejidad ha sido acompañado por el avance operado en el campo de los sensores. El desarrollo de los sensores remotos comenzó con la fotografía aérea.

Fue aplicada con fines militares desde 1860 EE.UU. y Alemania, principalmente.

Durante las guerras se produjeron los mayores avances. Ya en la década de 1920 se utilizaba para generar mapas topográficos y de recursos naturales.

Rápidamente se advirtió su utilidad en los campos de la arqueología, ecología, geología e ingeniería, entre otras aplicaciones, generalmente por parte de agencias de gobierno.

La película infrarroja fue desarrollada durante la 2ª Guerra. En cuanto a los productos satelitales, recién en 1970 se comenzaron a emplear con fines no militares y comienza con el Earth Resources Technology Satelite (ERS-1), renombrado luego como LANDSAT (EE.UU.), lanzado 1972. La serie se extendió hasta nuestros días con la operación del Landsat-7.

El éxito de LANDSAT animó a otros países. En 1986, Francia pone en orbita el primer satélite SPOT. Hoy opera SPOT-5. India lanza el IRS-1 en 1988 y actualmente opera el IRS-1D. Rusia pone en orbita el RESURS-01 en 1985 y en 1994 lanza el tercero de la serie.

Argentina comienza con numerosas experiencias en la década del ´60 con lanzadores de mediano y largo alcance desde Córdoba (IIAE) y coronó su carrera en 1996 desde el Instituto Universitario Aeronaútico (Córdoba) y la Asociación de Investigaciones Tecnológicas con el satélite  SAT, conocido como Víctor 1.

Fue puesto en órbita por un lanzador ruso y su misión fue la de cubrir fotográficamente al país con imágenes de baja resolución para el seguimiento de la meteorología y las masas hídricas. Actualmente, luego de las primeras experiencias, se encuentra en construcción avanzada el satélite  SAT-3, a lanzarse en 2017.

Por otra parte, el Plan Espacial Nacional puso en órbita el SAC-C (Satélite Argentino de Aplicaciones Científicas) en el año 2000 y el SAC-D Aquarius en 2011. En la actualidad, se encuentran en fase de desarrollo los satélites de la constelación SAOCOM 1, con los que se busca una cobertura global y una revisita de 16 días para cada satélite con un instrumento SAR banda L polarimétrica con una resolución espacial de entre 10 y 100m y aplicaciones en particular para la elaboración de mapas de humedad de suelo, en apoyo para la agricultura, la hidrología y el área de salud.

El desarrollo de sensores se ha diversificado en imágenes de baja resolución espacial pero con una frecuencia muy alta de visita sobre el mismo sitio (Advance Very High Resolution Radiometer, AVHRR) y el Moderate Resolution Imaging Spectrometer, MODIS) e imágenes con un importante número de bandas espectrales (sensores hiperespectrales), que alcanzaron hasta 220 bandas (Hyperion, de la NASA).

Una tercera tendencia ha sido la de producir imágenes con muy alta resolución espacial (píxeles de 1m o menos), como Ikonos (de la compañía Space Imaging) y QuickBird (de DigitalGlobe), que producen imágenes multiespectrales y pancromáticas con resoluciones muy importantes.

Finalmente, una de las últimas tendencias es la de sensores RADAR, que producen imágenes de la superficie terrestre a partir de sistemas activos, con la ventaja de que la cobertura nubosa no afecta el relevamiento (el Canadiense RadarSat, el ERS de la Unión Europea y el JERS, del Japón). El desarrollo de la tecnología ha ocurrido mucho más rápidamente que sus aplicaciones prácticas.

Las bandas espectrales El dato de base que analiza el fotointérprete es la intensidad de radiación electromagnética captada por el sensor. Cada sensor está calibrado para registrar señales en ámbitos de longitud de onda determinados (bandas).

Las concepciones de la energía de Maxwell y Plank, esta última después de los desarrollos de Bohr (1913), Compton (1923), de Broglie (1925) y de Schrodinger (1926), que llevó las comprobaciones a nivel experimental (Siegal y Gillespie, ?), fueron integradas para considerarse la onda como la trayectoria de la energía y el fotón su magnitud.

La aproximación cuántica provee al ámbito de los sensores remotos del concepto de niveles discretos de energía para los materiales. Considera que estos niveles y su disposición es diferente para cada material y esto permite buscar en la información electromagnética datos sobre los materiales de los que proviene la energía en forma de reflejo (reflectancia). La reflectancia de los materiales informa sobre su identidad y sobre sus características y particularidades asociadas.

Consecuentemente, hay algo así como un sello, una firma, la denominada firma espectral, que resulta de plotear los niveles de energía que el material reflecta en cada sector del espectro electromagnético. El resultado de este ploteo resulta en una característica del material a partir de la cual, teóricamente, sería posible identificarlo y diferenciarlo de otros.

Si bien los valores espectrales empíricos son el resultado de minuciosos trabajos experimentales de laboratorio, la validez de las conclusiones está severamente limitada en la práctica. Muchos factores perturban los valores teóricos de cada material. Una ilimitada variedad de situaciones naturales es el resultado de la presencia de impurezas, mezclas (distintas proporciones minerales), diferentes características de las superficie (textura, rugosidad), posición (inclinación con respecto a las direcciones de toma y de iluminación) cobertura (partículas, microorganismos, vegetación), la presencia de humedad, etc.

Firma espectral de la vegetación Firma espectral de diferentes materiales en superficie ►

Estas variables introducen distorsiones significativas en la señal teórica tipo y se suman a las provenientes de las características del medio (el aire) que recorre la señal. El contenido de agua (moléculas de agua) y de partículas en suspensión incide decisivamente en la calidad de la señal.

Hay zonas del espectro donde estos factores se hacen sentir con mayor fuerza.

Estas regiones espectrales son evitadas por los sensores, que aprovechan las llamadas zonas más libres de interferencia o “ventanas atmosféricas”.

VENTANAS ATMOSFERICAS





    

Los sistemas de relevamiento están planificados de acuerdo a objetivos específicos de cada una de las misiones satelitales. Los rangos espectrales que cada uno releva se ubican en porciones del espectro que resultan convenientes a lo que cada proyecto persigue. Así, pueden estar referidos a los recursos naturales (programas LANDSAT y SPOT), al clima (GOES, NOAA-AVHRR, METEOSAT), el estudio de los océanos (SAC-D Aquarius, 2011), etc.

A las plataformas satelitales han sido incorporados sensores no fotográficos sino digitales que captan energía reflejada o emitida por la superficie de la tierra en diferentes longitudes de onda. No relevan solamente datos correspondientes a un valor de longitud de onda determinado sino una gama de longitudes de onda (un determinado rango) que se denomina banda.

Pero no se trata de registrar solamente una banda sino varias, y solo aquellas en las cuales se encuentra habitualmente información de utilidad sobre los elementos de la superficie que se desea visualizar para su análisis.

Las características específicas de cada sistema varían pero, en general, podrían describirse diciendo que se trata de mecanismos de barrido. Estos permiten el recorrido directo (o indirecto, a través de espejos) de sensores (unidades sensibles a señales) sobre un determinado campo visual, en dirección transversal al recorrido del satélite (que se mueve orbitando la Tierra). ← Satélite

← Franja de relevamiento

◄ Trayectoria del satélite (órbita) y ancho de la franja de cobertura del mecanismo de barrido multiespectral.

Este recorrido del sensor mientras se produce el desplazamiento del satélite permite captar la energía de cada unidad del terreno (resolución geográfica). La

energía es emitida por la tierra (termal), reflejada del sol (reflectancia) o reflejada inducida (RADAR) desde la superficie.

Esquema de ámbitos espectrales cubiertos por un sistema de cuatro bandas espectrales. Cada banda tiene un ancho (amplitud abarcada o grado de mezcla) y está centrada en un valor definido del espectro (eje) 

Los datos son receptados y grabados momentáneamente en una unidad de almacenaje a bordo, para descargarse hacia estaciones terrenas cuando el satélite pasa sobre ellas. Estas últimas la re-envían a través del sistema de comunicaciones terrenas y satelitales hacia los respectivos centros de recepción y almacenaje final.

Este movimiento de barrido permite capturar información del promedio de la energía proveniente de cada una de las unidades de superficie recorridas por el sistema de barrido y confeccionar una grilla de datos de valores de energía proveniente de cada uno de ellos, en una estructura conocida como raster.

La estructura raster consiste en una serie de líneas y columnas que define un sistema de celdas cada una de las cuales tiene una ubicación determinada en x y en y (coordenadas) y un valor que es el que representa la magnitud de la energía recibida por el sensor en esa posición.

Los sensores son detectores fotoeléctricos que miden cantidad de energía emitida o reflejada, en las partes del espectro electromagnético para la cual son calibrados o tienen sensibilidad específica (ancho de banda).

Cada uno de estos ámbitos espectrales a los cuales es sensible cada uno de los juegos de sensores que se encuentran a bordo de los satélites es una franja del espectro electromagnético que pasa a denominarse banda espectral.

RESOLUCION Resolución geográfica: Tamaño del pixel o unidad mínima relevada; Resolución temporal: Frecuencia de paso del satélite por el mismo punto de la Tierra; Resolución espectral: Cantidad de bandas espectrales cubierta por sus sensores de a bordo.

Resolución espectral del World View2  Cada plataforma satelital ofrece una serie de bandas espectrales (en una determinada resolución geográfica y temporal) que son apropiadas para

aplicaciones temáticas particulares y que la distinguen de las otros en cuanto a la utilidad de sus productos o prestaciones.

Bandas:

















Deben destacarse los avances logrados en el ámbito del uso pacífico de los sensores remotos con un ejemplo basado en el sensor que provee las imágenes Quick Bird. Quick Bird es propiedad del consorcio Digital Globe y es el satélite comercial con mayor resolución disponible (pixel de 0,60m).

Fue puesto en órbita en 2001 y adquiere datos multiespectrales y pancromáticos sobre zonas de hasta 165km de longitud en una única pasada.

◄ Egipto. Imagen de una de las pirámides del conjunto Keops, Kefren y Micerino.

Aplicabilidad de la fotointerpretación en Ingeniería Los productos aerofotográficos constituyen incalculable valor para la Ingeniería.

un

reservorio

informativo

de

Para poner de relieve esta faceta, podemos citar el archivo aerofotográfico de la provincia de Córdoba, que resume información previa a la década satelital y en muy alta resolución (0,60m) desde el año 1960. Cuarenta años tuvieron que pasar para alcanzar esa resolución desde los satélites.

La expansión de las ciudades y el uso del suelo, la deforestación, los fenómenos de erosión como el carcavado y la pérdida de los suelos a propósito de una agricultura desmedida e incorrecta en sus métodos, pueden ser perfectamente seguidos a partir de los registros de base de la aerofotografía.

La enorme utilidad de este testimonio gráfico reside en la posibilidad de poder comparar y evaluar, advertir cambios y diagnosticar tendencias. Consecuentemente, son una base indiscutible para la toma de decisiones, dada su objetividad y nivel de detalle.

La realización de obras viales, ferroviarias, tendidos de redes de energía, canales y ductos, que se traducen en intervenciones lineales de gran longitud sobre el terreno, puede ser planificada eficientemente con el empleo de la aerofotografía histórica contrastada con los recientes registros satelitales en alta resolución.

Si esto es significativo para la llanura cordobesa, ya en el ámbito serrano, la aerofotografía provee de una información de gran detalle para la realización de obras de ingeniería como caminos, puentes y embalses, entre otros.

La oportunidad analítica que brinda la aerofotografía se basa en la alta definición y la posibilidad de trabajar en estereoscopía, analizando el territorio en 3D y reproduciendo la sensación de sobrevuelo, con una simulación objetiva que permite acercar la fotografía a la realidad, hacer más familiar el análisis y más objetiva la interpretación.

Dos son los aspectos que resaltan en los análisis por aerofotografía y a partir de las formas: la visualización del relieve y el entorno de las distintas unidades, y el sistema de escurrimiento, la red de drenaje y la definición de las cuencas.

En cuanto al relieve, la aerofotografía permite detectar y definir afloramientos rocosos y valles, deducir la litología, relevar estructuras como fallas, fracturas y diaclasas, aunque también la Esquistosidad y la estratificación. Pueden también medirse y calcular parámetros asociados (diferencias de nivel, rumbos, buzamientos) y estimar el estado de la roca (grado de alteración).

A partir de allí, se transforma en un recurso eficiente para la planificación del muestreo y la logística, especialmente cuando se trata de emprender obras en ámbitos inhóspitos o de difícil acceso o tránsito. Esto significa disponer de una herramienta ideal para enfrentar las etapas de anteproyecto y proyecto.

En cuanto a la posibilidad de visualizar la red de drenaje, se destaca la facilidad para realizar la cartografía de las cuencas, definiendo sus bordes y partes, las características de afluentes de distinto orden, pendientes, torrencialidad, procesos de erosión y el marco o contexto hidrológico regional. El conocimiento de una cuenca es un requisito indispensable a la hora de definir y calcular los niveles de riesgo y los diferentes parámetros que rigen las obras hidráulicas y civiles en general (alcantarillas, puentes…).

Puede advertirse que la tecnología satelital es un complemento de la tradicional aerofotointerpretación, alcanzando juntas la posibilidad de lograr un nivel de conocimiento al que todo proyecto de ingeniería aspira.

Finalmente, se destaca nuevamente la riqueza de las imágenes en cuanto a la cantidad y variedad de datos que contienen. Una imagen, en general, se trate de una aerofotografía como de una escena obtenida desde satélite, tenga formato analógico o digital, es nada menos que una base de datos.

Cada especialista sabe como leer los datos que contiene la imagen, los procesa y obtiene información temática sobre su especialidad.

La versatilidad de esta herramienta es entonces otra de sus características distintivas. De una imagen se sigue extrayendo siempre nueva información, a medida que se va conociendo más y mejor el área que abarca.

Se ha destacado la utilidad del recurso sin tener en cuenta aún la faceta temporal de los fenómenos geológicos, morfodinámicos y antrópicos. El aspecto del territorio cambia, no solo visualizándolo en el lugar sino también analizándolo a través del tiempo mediante imágenes.

La aerofotografía, pero más eficientemente los relevamientos por satélite, hace posible la visualización del terreno con el transcurso del tiempo, denominado comúnmente el monitoreo (seguimiento).

Esto es muy importante ya que pueden analizarse los cambios ocurridos, modificaciones asociadas a procesos naturales o antrópicos que son posibles de estudiar y que permiten advertir la evolución de situaciones y pronosticar futuros escenarios para los cuales planificar.

La superficie y lo que le subyace Como toda iniciación al conocimiento de algo, ver su aspecto es un punto de partida básico y fundamental. El estudio de imágenes provee de la visión del aspecto de la superficie de la Tierra y de los datos que se extraen de esta percepción superficial devienen inferencias que pueden considerarse conocimientos indirectos de lo que hay y sucede en profundidad.

Visible por aerofotografía ▼

Interpretación del subsuelo

Una buena interpretación puede aportar una cantidad importante de nuevos conocimientos de lo que hay más allá de la superficie, con un elevado margen de certidumbre.

Los objetivos del analista se resumen en la obtención de la máxima información posible a partir de la interpretación del aspecto de la superficie de la Tierra. El estudio va planteando interrogantes a medida que se intenta relacionar los distintos elementos identificados en las imágenes. La tarea de relacionar funciona como una primera comprobación.

La coherencia con el contexto, la satisfacción de la relación de bordes de cada parte o elemento de la imagen es una prueba que debe pasar cada ensayo de identificación. Los ajustes progresivos permiten replantear hipótesis en niveles de cada vez mayor detalle, hasta lograr una coherencia acorde a la escala de análisis.

La formulación y demostración sucesiva de las pequeñas hipótesis que van surgiendo en el proceso de interpretación permiten el acercamiento a la verdad y que lo analizado pase a ser conocido de manera clara, apoyándose en otras verdades, suficientemente conocidas y claras.

Parte del conocimiento que va adquiriendo el analista, y que le permite progresar en sus descubrimientos, es de tipo intuitivo. La intuición es un conocimiento inmediato, directo y espontáneo de la verdad.

Lo racional no está solamente en la órbita de las ciencias duras, positivas. Se puede ser racional, en el sentido científico, incluso solamente sobre la base de algunos presupuestos que a su vez no son racionales ni demostrables (Vattimo, 1994) sino sólo posibles, a nivel de sospecha.

Hay una intuición racional (de los primeros principios y de las verdades de experiencia inmediata). El conocimiento intuitivo es directo, es lo que aporta el sentido común del intérprete, un aventurarse honesto hacia lo desconocido. No es laborioso, como el conocimiento discursivo, que significa esfuerzo, sino que es

producto de una inclinación espontánea a asignar una identidad o un sentido a algo.

El intérprete encuentra en la geomorfología el resultado de la interacción entre el clima y el terreno y los fenómenos endógenos que le dieron una megaconfiguración de base. Las formas del terreno, a la luz del conocimiento del clima y de su resultante, la vegetación, son una fuente de datos a partir de cuyo tratamiento puede obtenerse información sustancial.

El conocimiento intuitivo desempeñará un rol fundamental en tales análisis, no requiriendo pasos de explicitación que constituirían una distracción mayúscula a la hora de interpretar.

Los análisis se enriquecen luego con estudios y muestreos directos, que son los que en definitiva sustentarán las interpretaciones, acotando los márgenes de certidumbre.

La asociación entre lo que se ve y lo que subyace, que puede ser muy variada, según el caso y según lo que se pretenda, surge del conocimiento y de la experiencia, que se potencian cuando se trabaja en equipo, aún sin los medios suficientes.

El papel protagónico en los estudios convencionales lo desempeña el análisis visual de la imagen. Si bien este es también un recurso complementario de las técnicas de análisis digital, se apunta aquí a estas últimas, realizadas en laboratorio de computación, sobre el estudio de la imagen en monitor y el análisis numérico de sus componentes.

Los instrumentos en el análisis tradicional son de tipo óptico y de aumento, monocular (lupas) y binocular (estereoscopios, estereoscopios de espejos), a veces montados en mesas especiales con iluminación y sistemas de corrimiento de vuelos (interpretoscopios).

Estereoscopio de espejos

La computación y los sistemas de telepercepción satelital permitieron la incorporación de dispositivos electrónicos y recursos derivados del análisis digital.

La información digital relevada por sensores aéreos y satelitales se analiza convencionalmente en papel fotográfico, pero el aprovechamiento integral de semejante volumen de datos sólo es posible a partir de la computación, con el empleo de programas específicos de visualización y procesamiento.

Los medios y métodos tradicionales son empleados en apoyo de los recursos que abarca la tecnología del procesamiento y análisis digital de imágenes, entre ellos, el análisis estereoscópico, pero no sólo en el caso de tradicional de la fotografía aérea.

La composición estereoscópica de la nueva generación de productos ha significado una interesante herramienta, ya que acerca al entendimiento variables que ordinariamente no podrían analizarse conjuntamente.

La introducción de las matemáticas en el ámbito del análisis de imágenes ha significado un adelanto singular, pero lo más interesante es advertir que el pulimento, el acabado del producto, es fundamental y, además, queda siempre en jurisdicción de un criterio formado como debe ser el del analista.

Selección de imágenes

La selección del material fotográfico se efectúa en función de la temática específica de análisis y de las particularidades del territorio a investigar. Siempre existirán limitaciones que acotarán las posibilidades finales, no obstante, hay que distinguir entre lo ideal, lo posible y lo necesario.

El proceso de selección de fotografías e imágenes incluye variadas posibilidades:

El estudio de las imágenes Una imagen está constituida por individuos gráficos identificables con elementos y fenómenos en el terreno. Los datos percibidos son procesados y se transforman en niveles de información.

La sistemática (orden), el poder de observación (percepción), la información (experiencia), imaginación (inteligencia y creatividad), los productos de partida (calidad), los equipos disponibles (recursos tecnológicos) y otras variables inciden en que la interpretación se ajuste o no a la realidad.

El trabajo del analista comienza con el reconocimiento general del material y la aplicación de claves selectivas y de eliminación. Catálogos de foto-formas, y diagramas de flujo convergentes facilitan la identificación de los elementos de la imagen.

El estudio de un documento gráfico con las características de una fotografía tiene sus particularidades. El análisis de una imagen consiste en descomponer o separar en partes la información contenida en ella (por temas, por sectores, por rasgo...) para comenzar a investigar y conocer sus elementos y luego relacionarlos, extraer ideas y sacar conclusiones en forma de síntesis. Para ello se recurre a realces digitales que permiten resaltar los elementos constitutivos.

La búsqueda de la naturaleza, composición, cualidades y constitución de las partes se efectúa a partir de sus características físicas (espectrales) y geométricas (tamaños, formas, distribución espacial) individuales y de grupo, en un marco o contexto de coherencia.

Este análisis es entonces cualitativo (características estructurales, como distribución espacial y relaciones geográficas, propiedades) y cuantitativo (cantidades, frecuencias), de carácter elemental (cualidades intrínsecas del individuo) y funcional (función que desarrolla, papel que desempeña en el conjunto analizado).

Las características que regirán los métodos de estudio a aplicar, y todos los razonamientos en general son la escala y el ámbito espectral. Ambos aspectos serán las limitaciones de base a las que deberá ajustarse el analista.

El estudio se efectúa con el empleo de recursos informáticos que permiten el análisis automático a partir del criterio dl especialista. El ordenador posibilita un análisis prácticamente simultáneo de datos numéricos (matemáticos) y pictóricos (geográficos o espaciales) y comparativo, de manera ágil y precisa.

La información es analizada e interpretada a la luz de los diferentes argumentos de estudio, sostenidos por la estadística y el cálculo matemático, respondiendo a preguntas como: dónde y cómo es / está - qué es - por qué es / está - con qué / cómo se relaciona

A partir de las respuestas, el analista va logrando diferentes niveles de información temática, sujetos a las variables de escala, espacial, temporal y espectral. La información que va obteniendo se traduce en mapas, tablas, gráficos y valores estadísticos, los cuales son analizados globalmente, en conjunto y en secuencia, frente a la información complementaria, para obtener conclusiones en cada tema.

El proceso de análisis visual El análisis de imágenes, con sus correspondientes trabajos de campo, se erige muy a menudo en la única vía para detectar, y efectuar el estudio pormenorizado de muchos fenómenos.

Es una fuente de datos gráficos a partir de la cual es posible examinar diferentes aspectos de una misma realidad.

La posibilidad de investigar múltiples temas a partir de una imagen aérea o satelital surge de los significados que en cada temática tienen los datos que la integran.

Tales significados se logran develar aplicando una secuencia de lectura, análisis e interpretación en la cual se abarcan las características individuales de los datos y las de los de su entorno.

Puede deducirse entonces el sentido del análisis e interpretación temática de imágenes, un proceso integrado por pasos consecutivos y ordenados que permiten ir sumando argumentos.

Las imágenes digitales

Una imagen digital es una representación numérica de una escena por medio de un conjunto de elementos discretos (celdas unitarias) denominadas pixeles y a cada uno de los cuales es asignado un valor numérico que describe cuantitativamente un determinado atributo de la imagen (espectral: radiancia; espacial: texturas, forma; de contexto, etc.).

De las imágenes originadas en los sensores remotos satelitales y aéreos, algunas son originariamente digitales (satélites LANDSAT, SPOT, NOAA, GOES) y otras son fotográficas (Kosmos, Shuttle, aerofotografía estándar). Estas últimas pueden llevarse a formato digital a partir de lectores digitalizadores llamados scanners.

La estructura de las imágenes digitales puede explicarse como un grillado cuyas celdas son ocupadas por superficies de determinado valor (un número), expresado en un nivel de gris o en un color. 

     



COLUMNA



 Pixel

 LINEA

        

IMAGEN

 Resolución y escala: límites de lectura de datos (acercamiento progresivo –zoom- y pérdida de sentido del dato)

Como parte de la grilla, cada elemento (llamado pixel) tiene una ubicación que puede ser referida a un sistema de coordenadas (x,y) o a un ordenamiento en columnas y líneas. Mientras que las imágenes de tipo fotográfico pueden estudiarse visualmente (la visión humana es un analizador óptico), para examinar las imágenes digitales puede recurrirse a los analizadores digitales, instrumentados en ordenadores o computadoras, a partir de programas de computación.

La ventaja de los analizadores digitales sobre los ópticos está dada por los niveles de precisión y objetividad que se alcanza y la velocidad con que se realizan las operaciones. Pero hay que aclarar que, mientras que una máquina puede analizar,

solo la persona, con su criterio y experiencia, es quien se encuentra en condiciones de interpretar.

El histograma de una imagen digital Los histogramas son gráficos estadísticos que representan, en el caso de las imágenes, la cantidad de elementos de determinado valor espectral, esto es la frecuencia de valores espectrales de los pixeles de la imagen. ┌┐ │f │ ││┌┐ f: frecuencia (cantidad de pixeles de un determinado valor) │ │└┘│ ve: valor espectral de los pixeles (entre 0= negro y 255= blanco) │ │ └┐ │ ┌┘ └──┐ │ ┌┘ └┐ HISTOGRAMA DE UNA IMAGEN │ ┌─┘ └───┐ │ ───┘ └─ └─────────────────────────────────── 0 98 255  

La forma del histograma muestra la distribución y la relación porcentual de los pixeles que integran la imagen.

Sobre este punto se apoya la manipulación de la forma del histograma para así lograr los resultados necesarios en la imagen y mejorar su interpretabilidad, empleando criterios expeditivos de alto rendimiento.

El criterio de realce de imágenes por modificación de histograma es una forma práctica de mejoramiento de imágenes, fundado en una sólida base estadística.

Las modificaciones del histograma se efectúan según distintas necesidades como el aprovechamiento íntegro del rango de valores disponibles, el logro de una luminosidad adecuada en la imagen, la eliminación de pixeles presentes en muy escasa proporción y el contrastado de la información. La gráfica del histograma expresa los problemas de la imagen: │ ┌┐ │ ││┌┐ │ │└┘│ │ │ └┐ │ ┌┘ └──┐ │ ┌┘ └┐ │ ┌─┘ └───┐ │ ───┘ └─ └────────────────────────────────────── 0 98 255   │ ┌┐ │ ││┌┐ │ │└┘│ │ │ └┐ │ ┌┘ └──┐ │ ┌┘ └┐ │ ┌─┘ └───┐ │ ───┘ └─ └──────────────────────────────────────

No hay información entre los valores espectrales 0 y 97 (se desaprovecha 38 % un 38 % del ámbito cromático disponible)

Histograma de una imagen cuyos valores cromáticos ocupan parcialmente la gama tonal disponible.

│ ┌─┐ │ │ └┐ │ ┌┐│ └┐ │ │└┘ └┐ │ ┌┐│ │ │ │└┘ └┐ │ ┌─┘ └─┐ │ ─┘ └─── └────────────────────────────────────────

0 

255 

0 

255 

Histogramas de una imagen claras (izquierda) y oscuras (derecha).

│ ┌┐ │ ││┌┐ │ │└┘│ │ │ └┐ │ ┌┘ └──┐ │ ┌┘ └┐ │ ┌─┘ └───┐ │ ────────────┘ └─ └────────────────────────────────────── 0 27 255  

│ ┌─┐ │ │ └┐ │ ┌┐│ └┐ │ │└┘ └┐ │ ┌┐│ │ │ │└┘ └┐ │ ┌─┘ └─┐ │ ─┘ └──────────────── └──────────────────────────────────────── 0 232 255  

Histogramas de imágenes con baja frecuencia de pixeles en los extremos claros y oscuros.

Advertido el significado del histograma de una imagen, su procesamiento digital para lograr una mejora en la calidad de la imagen suele designarse según se manipula su histograma (ensanche de histograma, por ejemplo).

Procesamientos de restauración y corrección El análisis temático de imágenes permite efectuar estudios específicos del territorio, sobre la base de la interpretación de imágenes del mismo. Las imágenes proveen de datos que el intérprete emplea en sus estudios, con la finalidad de aumentar el conocimiento sobre un aspecto de su interés particular.

La base de datos que el analista emplee en sus estudios no debe presentar valores que motiven dificultades en la lectura, se presten a confusión o introduzcan información ruido o errores que conduzca a interpretaciones incorrectas.

Una de las interferencias más importantes la constituye los efectos atmosféricos de bruma, un factor que introduce distorsiones produciendo la disminución del contraste. Esto es más notable en las longitudes de onda mas cortas (0,5-0,6 m).

El problema es tan importante que uno de los procedimientos básicos de mejoramiento de imágenes consiste precisamente en la remoción de la bruma.

Este problema es atendido previamente a cualquier procesamiento digital ppd.

Otra de las cuestiones a tratar en la etapa inicial es la corrección de las deformaciones a partir de la eliminación de las distorsiones a través de las técnicas de corrección geométrica.

Una pequeña porción del espectro electromagnético (0,4 – 0,7 μm) es afectada por la dispersión atmosférica (efecto bruma), que se manifiesta en el histograma de la imagen con un desplazamiento de los valores espectrales propios del terreno en relación al origen: % │ │ │ │ │ │

░ ░ ░░░ ░░░░░ ░░░░░ ░░░░░░░░░░

[b = efecto bruma]

│ b ░░░░░░░░░░░░░░░░ │  ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ │ ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ │ ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ ├───────────────────────────────────────┐ ne 0

255

Expresión de la bruma como reflectancia de fondo de la imagen.

Ese desplazamiento está revelando una pérdida en la calidad de la imagen, ya que no solo se desvían los valores sino que significa un valor mínimo distinto del negro y la disminución de la definición.

Las interferencias en ese ámbito pueden ser eliminadas a partir de procesamientos digitales selectivos, específicamente desarrollados con esa finalidad y que resultan en un corrimiento de histograma. % │ ░ │ ░ │ ░░░ │ ░░░░ │ d ░░░░░ │<--│ ░░░░░░░░░░ │ │ ░░░░░░░░░░░░░░░░ │ │ ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ │ | ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ │ ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ ├───────────────────────────────────────┐ne 0

[d = desplazamiento por software]

255

Expresión de la bruma como reflectancia de fondo de la imagen.

Procesamientos de mejora Estos procesamientos están dirigidos no a eliminar interferencias o distorsiones sino a lograr mejorar la calidad de la imagen para facilitar su interpretación.

La visualización de los datos de la imagen, distribuidos según su frecuencia relativa y lograda en el histograma de cada una de ellas, permite advertir gráficamente los defectos de la presentación de los datos y las posibilidades existentes (rango dinámico Rd) para su optimización.

El histograma de una imagen es una función que expresa la repartición de los pixeles de la imagen en función de su intensidad radiométrica, es una representación estadística independiente de la posición geográfica de los pixeles.

10% 77% 23% 18% ┌───┬─────────────┬───────┬────┐

rango dinámico

f │ │ │ │ │ │

▌ ▌▌ ▌▌▌ ▌▌▌▌▌ ▌▌▌▌▌▌ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌

img G27 banda 5

│ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ ▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ └───────────────────────────────┘ 0 255

niveles de radiancia ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐ └───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘ Niveles cromáticos

Histograma de una banda espectral de una imagen

En el ejemplo, el 23 % de los pixeles de la imagen se encuentra distribuido en un 20% del Rd aprovechado; un 28 % del Rd se advierte que se encuentra desperdiciado.

El diagrama permite imaginar que una mejor explotación de las posibilidades del sistema (255 niveles de numéricos de radiancia, que se corresponden con otros tantos niveles de visualización: niveles de gris) podría efectuarse distribuyendo los valores actuales de modo tal de aprovechar la totalidad del rango dinámico disponible.

Existen diferentes maneras de llevar a cabo esta operación de reasignación de valores, recurriéndose para ello a distintos criterios matemáticos, algunos de los cuales son los más difundidos o empleados.

Hay tres modalidades, que han sido designadas según las modificaciones gráficas que introducen en los histogramas: expansión lineal de histograma, ecualización de histograma y distribución gausseana.

El realce lineal consiste en reasignar los valores de los pixeles según una transformación lineal (y = A x + B).

El pixel de menor valor (mín1) pasará a valer cero y el de mayor valor (máx1) pasará a valer 255 cuentas (mín2 = negro y máx2 = blanco, respectivamente), cubriendo la amplitud de niveles disponibles en su totalidad.

Visualmente, la ganancia experimentada con la aplicación de este proceso se manifiesta en una diferencia mayor de tonalidades entre pixeles de valores cercanos.

Un par de pixeles contiguos que tenían radiancias de 103 y 105, por ejemplo (con una diferencia de dos cuentas), podrían tomar valores 35 y 39, respectivamente (diferencia de cuatro cuentas), resultando tener radiancias más distintas y, por ende, ser visualmente más diferenciables entre sí. ┌── negro escala de grises blanco ──┐ ┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐ Niveles tonales MIN└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘MAX máx1 255 cuentas 0 mín1 f f │ │ │ histograma ▌ │ histograma ▌ │ original ▌ │ modificado ▌ │ ▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ g ▌▌▌▌▌ g │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ 1 ▌▌▌▌▌▌ 2 │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │┌─────────┐ ▌▌▌▌▌▌▌ ┌────────────┐ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌

│ ▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ └────────────────────────────────────┘ 0 255

│ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ └──────────────────────────────────────┘ 0 255

Realce de imágenes: transformación lineal (expansión lineal o linear stretch)

Esto permite comentar que, si bien el proceso contribuye a un aumento sustancial del contraste (ganancia: G = g1 + g2), debe tenerse en cuenta que la radiancia de los pixeles de la nueva imagen no es la radiancia real. De acuerdo con su radiancia original, los pixeles en la imagen de partida se verían de tonalidad gris media, mientras que en la imagen transformada tomarían un tono gris oscuro. ┌── negro escala de grises blanco ──┐ ┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐ Niveles tonales MIN└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘MAX 0 64 127 191 255 cuentas │ │ ││ │ │ ││ │ │ posición y diferencia tonal de los  │ │ pixeles en la imagen original │ │   posición y diferencia tonal de los pixeles en la imagen transformada

Estos procesos son un recurso de mejora de la visualización de los datos de una imagen y no podrían utilizarse en un análisis espectral sensu stricto porque se están modificando los valores originales. f │ │ histograma ▌ │ original ▌ │ ▌▌▌ │ ▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌ nivel de gris original │ ▌▌▌▌▌▌▌▌│ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌│ ▌▌ └─────────────────────────────────────┘ 0 255 f │ │ histograma ▌ │ modificado ▌ │ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ nueva posición del nivel de gris original │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ │ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ └─────────────────────────────────────┘ 0 255

Realce de imágenes: transformación lineal (expansión lineal o linear stretch)

Un análisis crítico de la transformación lineal realizada permitiría advertir que, en el caso que existiesen sólo algunos pixeles de valores muy bajos y muy altos, las posibilidades de ganancia con la aplicación de esta transformación podrían reducirse mucho.

Para salvar situaciones como esta, se recurre a los realces por ecualización, en los que el estiramiento de histograma no es uniforme sino que se efectúa en función de la frecuencia de los pixeles de diferente radiancia.

Esto se traduce en que el realce de contraste se efectúa preferentemente en aquellas radiancias más abundantes, donde se encuentra la mayor cantidad de datos. La visualización gráfica de este método de realce, para un caso igual que el anterior, se presenta en la figura.

Un par de pixeles contiguos que tenían radiancias con una diferencia de una unidad, por ejemplo, podrían ser de valores consecutivos, si fueran pixeles de muy baja frecuencia, o distanciarse en cuatro o aún más unidades en caso de ser los más abundantes.

El resultado será que tomarán más contraste cuanto más frecuentes sean en la imagen, siendo más diferenciables entre sí las áreas cuyos pixeles sean los más abundantes en la imagen. f f │ │ │ histograma ▌ │ histograma ▌ │ original ▌ │ modificado ▌ │ ▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ g ▌▌▌▌▌▌ g │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ 1 ▌▌▌▌▌▌▌ 2 │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │┌─────────┐ ▌▌▌▌▌▌▌ ┌────────────┐ │ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌▌ └────────────────────────────────────┘ └──────────────────────────────────────┘ 0 255 0 255 Realce de imágenes: transformación ecualizada (expansión por ecualización o equalisation stretch)

Esto es muy interesante, por cuanto permite una mayor discriminación relativa entre las áreas asociadas a los pixeles más abundantes.

Al igual que en el caso anterior, debe recordarse que la radiancia de los pixeles de la imagen obtenida no es la radiancia real.

En todos se advierte un cambio de radiancia, que se expresa en una variación de posición en el gráfico y en un cambio de tonalidad (todas más oscuras, en el ejemplo).

Para los pixeles de bajas frecuencias, se registra una disminución del contraste relativo y un aumento en los pixeles de alta frecuencia.

┌── negro escala de grises blanco ──┐ ┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐ Niveles tonales MIN└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘MAX 0 64 127 191 255 cuentas ││ ││ ││ ││ ││ ││ ││ ││ ││ ││ ││ 

│ │ │ │ │ │ │ │ 

│ │ │ │ │ │ │ │ 

│ │ │ │ │ 

│ ││ │ ││ │  pixeles de alta frecuencia │ (imagen original) │  pixeles de alta frecuencia (imagen transformada)

pixeles de baja frecuencia (imagen original)

pixeles de baja frecuencia (imagen transformada)

Realce de imágenes: resultado de una transformación por ecualización.

De ese modo, comprimiendo los sectores de muy bajas frecuencias (poco visibles en la imagen por una cuestión de resolución), se logra ampliar la posibilidad de expandir los sectores de altas frecuencias, que son los que contienen el mayor volumen de datos. Como ejemplo numérico, pueden advertirse las variaciones experimentadas en los valores de los pixeles ejemplificados en la citada figura: ┌─────────────┬────────────────────────────┬─────────────────────────────┬────────────┐ │ Pixeles de │ Radiancia en la imagen │ Diferencia de radiancia │ Resultado │ ├─────────────┼─────────────┬──────────────┼──────────────┬──────────────┤ │ │ Transformada │ (ganancia) │ │ Frecuencia │ Original │ Transformada │ Original ├─────────────┼──────┬──────┼───────┬──────┼──────────────┼──────────────┼────────────┤ │ │ Muy baja │ 82 │ 85 │ 3 │ 4 │ 3 │ 1 │ -2 ├─────────────┼──────┼──────┼───────┼──────┼──────────────┼──────────────┼────────────┤ │ Muy alta │ 169 │ 170 │ 138 │ 154 │ 2 │ 16 │ 14 │ └─────────────┴──────┴──────┴───────┴──────┴──────────────┴──────────────┴────────────┘ Realce de imágenes: cuadro comparativo de las diferencias de radiancia obtenidas en un procesamiento de ecualización

El criterio de realce gausseano produce una modificación del histograma acercándolo a una curva de distribución normal. Este procedimiento permite ganancias en las áreas tonales intermedias a bajas (desde los tonos grises claros al blanco y desde los grises oscuros hacia el negro).

Tales ganancias se logran en el proceso de centrado del histograma, lo que significa una pérdida relativa de contrastes en la zona de los tonos medios, por lo que no se mejora suficientemente la discriminación en la zona de esas radiancias.

La figura permite la visualización de la transformación de histograma que este método de realce posibilita. f f │ │ │ histograma ▌ │ histograma ▌ │ original ▌ │ modificado ▌ │ ▌ │ ▌ │ ▌ ▌ │ ▌ ▌ │ ▌ ▌ │ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ └────────────────────────────────────┘ └──────────────────────────────────────┘ 0 255 0 255

Realce de imágenes: transformación gausseana.

Como puede deducirse a partir de la comparación de los histogramas, la pérdida relativa de contrastes que se verifica en las zonas de reflectancia media podría evitarse si se ganara el rango dinámico ocupado por pixeles cuya frecuencia es insignificante en comparación con el grueso de los datos.

Con la idea de lograr más espacio para que la expansión sea mayor donde es más necesaria, existe la posibilidad de eliminar los pixeles que se encuentran presentes en un bajo porcentual en la imagen y que son imperceptibles en la práctica. Esto permite recordar que, si bien los métodos de realce ya comentados producen una distorsión de los datos, por cambiar su valor de radiancia, en ninguno de los casos se ha renunciado a ningún dato, esto es que la imagen transformada posee todos los datos separados.

Cuando se apela a realce con saturación se está decidiendo eliminar datos.

Obviamente, como fuera expresado, se elige descartar datos presentes en las más bajas frecuencias. El operador, en función de la información que está buscando, decidirá qué pixeles dejar fuera de la imagen transformada.

Puede decidirse eliminar aquellos pixeles que no lleguen a un determinado porcentaje (umbral porcentual) o aquellos inferiores y/o superiores a determinados valores de radiancia. Habitualmente, este recurso se denomina "truncamiento (de los extremos) del histograma" y su expresión gráfica es: f f │ │ │ histograma ▌ │ histograma ▌ │ original ▌▌ G = g + g = 45% │ truncado ▌▌ G = gt + gt = 57% │ ▌▌▌ o 1 2 │ ▌▌▌ t 1 2 │ ▌▌▌ │ ▌▌▌▌ │ g ▌▌▌▌▌ g │ gt ▌▌▌▌▌ gt │ 1 ▌▌▌▌▌▌ 2 │ 1 ▌▌▌▌▌▌ 2 │┌─────┐ ▌▌▌▌▌▌▌ ┌─────┐ │┌────────┐ ▌▌▌▌▌▌▌ ┌────────┐ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ └────────────────────────────────────┘ └────────────────────────────────────┘ 0 255 0 255 Bases para el realce por saturación o truncamiento de histograma: Ganancia obtenida

Cuando no se buscan discriminaciones en el interior de las clases sino solamente la visualización de sus límites, preservando el resto de la información de la imagen, el ámbito de valores ocupado en tales detalles puede ser ganado para lograr realces en otros sectores.

El truncamiento entonces pasa a ser una síntesis, asignándose un valor fijo a los pixeles correspondientes a un ámbito de diferentes valores que se considera adecuado abarcar por pertenecer a una misma clase. Esto ocurre comúnmente cuando en la imagen hay agua, nieve y/o sal (2), re-asignándose los valores de ambas clases a los valores extremos (cero y 255) y empleándose la ganancia en el mejoramiento visual del resto de los detalles.

2

Cuando el agua tiene sedimentos o la cobertura nival no es completa y se presenta mezclada con vegetación, roca o suelo, las reflectancias no son las típicas de estos medios sino que el pixel se encuentra afectado en su valor por las reflectancias de tales elementos.

f f │ ▌ │ ▌ │ histograma ▌▌ │ histograma ▌ ▌ │ original ▌▌▌ │ modificado ▌ ▌ ▌ C │ ▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ n ▌ │ agua ▌▌▌▌▌ nieve │ ▌ C ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │┌─────┐ ▌▌▌▌▌▌ ┌────┐ │ ▌ a ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌ ▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ ▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ ▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ ▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ └────────────────────────────────────┘ └──────────────────────────────────────┘ 0 255 0 255 Realce por síntesis de tramos

Esta operación puede también efectuarse no sólo con valores extremos del histograma sino también con clases como determinados tipos de suelo o vegetación, por ejemplo, y puede considerarse una clasificación parcial o una síntesis de densidades. Debe hacerse mención aquí que esta estrategia ya está insinuando una clasificación de pixeles y, por lo tanto, el inicio de la transformación de una imagen en un mapa.

El realce por tramos o por slicing consiste en efectuar expansiones locales específicas en las diferentes zonas del histograma de la imagen, buscando ganancias en los valores de cada tramo de interés y diferenciando a su vez cada tramo del otro con el cual limita, posibilitando contrastarlos entre sí (otra aproximación a la elaboración de un mapa digital).

El esquema de procedimiento permite considerarlo como una especie de clasificación espectral (separación de zonas espectrales y contrastado de las mismas) sólo que se deja subsistir la discriminación espectral interna en cada clase. f f │ │ │ histograma ▌ │ histograma ▌ │ original ▌ │ modificado ▌ │ ▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ ▌ └────────────────────────────────────┘ └──────────────────────────────────────┘ 0 255 0 255 Realce por expansión por tramos o por slicing.

Una derivación de este procedimiento es el que se conoce como agrupación por densidades (density slicing), una verdadera clasificación espectral en la que cada clase diferenciada pasa a ser expresada en un solo nivel tonal. Cada una de estas dos variaciones puede ser aplicada en combinación con la eliminación selectiva de determinados valores, a través de lo cual se ganan importantes márgenes para el contraste. Lo expresado ya nos permite estar hablando de una verdadera clasificación y, con ella, de un mapa digital a partir de una imagen. f │ │ │

histograma original

▌ ▌

f │ │ │

histograma modificado

C

│ ▌▌▌ │ ▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ │ ▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌▌ └────────────────────────────────────┘ 0 255

│ ▐ 3 │ C ▐ │ ▐ 2 ▐ │ ▐ ▐ C │ C ▐ ▐ ▐ 4 │ ▐ 1 ▐ ▐ ▐ C │ ▐ ▐ ▐ ▐ 5 ▐ │ ▐ ▐ ▐ ▐ └──────────────────────────────────────┘ 0 255

Realce por expansión por agrupación de densidades o density slicing.

Bibliografía Abril, E. G., 2013. Teledetección y procesamiento de imágenes. Geotecnia I: Geología para Ingenieros. Temas de Trabajos Prácticos. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba. Departamento Construcciones Civiles. Córdoba, Argentina. Versión digital 2.01, 37 pág.

Abril, E. G., 1998. Procesamiento y análisis digital interactivo de imágenes satelitarias aplicados al estudio geológico de la Puna. Tesis doctoral Universidad Nacional de Córdoba. Tomos 1-3, 658 págs y 708 imágenes.

GDTA, 1992. Iniciación a la teledetección y al procesamiento de imágenes. Utilidad de los datos SPOT. Buenos Aires, Barret, E. C., 1978. Introduction to environmental remote sensing. Chapman & Hall. London.

Bernstein, R. y D. G. Ferneyhough Jr., 1975. Digital image procesing. Photogramm.

Engineering & Remote Sensing 41, 12 (1465-1476).