INTERPRETACION VISUAL DE IMÁGENES SATELITARIAS Ing. Miriam Antes

1.- INTRODUCCIÓN Desde la puesta en órbita del primer satélite de recursos terrestres en el año 1972, el ERTS (Earth Resource Technollogy Sétellite), perteneciente a la familia de satélites denominados Landsat, hasta el presente, el volumen de información disponible sobre los recursos terrestres de nuestro planeta es sumamente importante. La tecnología de percepción remota consiste en realizar una adecuada utilización de esta información para lograr un preciso conocimiento y en consecuencia, un mejor aprovechamiento de nuestros recursos. Una amplia variedad de usuarios, en los sectores público y privado, utilizan este tipo de datos para facilitar la solución a problemas relacionados con áreas tan diversas como: agricultura, silvicultura, geología, planificación urbana, medio ambiente, cartografía, emergencias, etc. Las dos alternativas posibles para abordar estudios relacionados al monitoreo y evaluación de los recursos terrestres, mediante el uso de datos teledetectados, son: I) Interpretación visual y II) interpretación digital de la información. Durante mucho tiempo ha existido una notable polémica entre estos dos métodos de análisis, considerándose uno excluyente del otro; en la actualidad esta dicotomía ya no existe pues es ampliamente aceptado que ambos métodos, lejos de oponerse, se complementan. Por otra parte, en la actualidad, es ampliamente conocido que para llevar a cabo una interpretación visual con mayor éxito resulta necesario contar con imágenes papel de alta calidad; esto implica someter la información original a un procesamiento digital que incluye, generalmente, aumento de contraste por nivelación de histogramas y realce de bordes mediante la aplicación de filtros de pasa alta.

2.- INTERPRETACIÓN DE IMAGENES: ELEMENTOS VISUALES El análisis visual tiene ventajas sobre el digital cuando se trata de evaluar áreas de gran heterogeneidad. El procesamiento digital basa su análisis, casi exclusivamente, en los valores digitales registrados por cada píxel en cada una de las bandas en que se presenta la información, mientras que, la interpretación visual utiliza otros elementos, además de los datos espectrales, tales como: asociación, forma, tamaño, ubicación, textura, etc. El análisis visual se basa en principios similares a los de la fotografía aérea; sin embargo existen algunas pautas que no son comunes con la fotografía, o sea son propias de las imágenes satelitarias y esto se relaciona con la posibilidad que ofrecen los sistemas espaciales de obtener información en diferentes bandas del espectro, disponiéndose, de este modo, de datos multiespectrales con una frecuencia de observaciones determinada, dependiente del sistema de origen, que permite realizar estudios de tipo multitemporal. Por otra parte existen algunos principios que se refieren a la posibilidad de realizar estereoscopia. Entre los elementos visuales a tener en cuenta en el proceso de interpretación visual de imágenes satelitarias en forma de productos fotográficos, cabe mencionar:

2.1.- TONO: La intensidad de energía reflejada por una superficie, en una determinada banda del espectro electromagnético depende de la naturaleza físico-química del objeto, del grado de exposición al sol y del ángulo de reflectancia. Esta intensidad se expresa mediante variaciones de grises, que van del negro, superficies que carecen totalmente de energía reflejada, al blanco, máxima intensidad de energía reflejada que capta el sensor. Entre esos dos extremos encontramos una gama importante de grises. Una misma cubierta responde según la banda del espectro electromagnético considerado; así, por ejemplo, un área ocupada por vegetación verde, sana y vigorosa (cultivo), aparecerá con baja respuesta en las bandas del espectro visible correspondientes al azul y al rojo, debido a la alta absorción producida por los pigmentos fotosintéticos en esas longitudes de onda, observándose una respuesta algo mayor en la banda espectral correspondiente al verde, debido al ligero incremento de reflectividad en esa parte del espectro visible. Por el contrario, en el infrarrojo cercano, esta cubierta aparecerá con una alta reflectividad, y en el infrarrojo medio, con una reflectividad media. Del mismo modo si analizamos el comportamiento espectral del agua en esta misma región espectral, infrarrojo cercano y medio, la ref1ectividad es prácticamente nula y en el visible baja. El cemento (ciudad) posee un comportamiento similar (respuesta baja/media) a lo largo de las distintas longitudes de onda, bajando su respuesta en el infrarrojo cercano, este comportamiento es similar al de los suelos, con la diferencia que si es un suelo húmedo su respuesta será menor debido a la absorción del agua. (Figura 1)

Figura 1. Bandas espectrales correspondiente al verde, rojo, infrarrojo cercano e infrarrojo medio

Un conocimiento acabado del comportamiento espectral de los distintos tipos de cobertura permitirá seleccionar con éxito las bandas más apropiadas para su reconocimiento y evaluación. De este modo podemos indicar como bandas más idóneas para el estudio de las áreas urbanas y vías de comunicación al visible (especialmente bandas del verde y rojo); para la separación de agua de tierra emergida y redes de drenaje a la banda del infrarrojo cercano; para la turbidez del agua al visible (bandas azul, verde y roja); para la vegetación a las bandas del rojo e infrarrojo cercano y para la separación de vegetación de suelo desnudo a la banda del rojo. 2.2.- COLOR El ojo humano es sensible a las longitudes de onda correspondiente al azul, verde y rojo, a partir de los cuales se forman todos los otros posibles colores; esta región del espectro se conoce como región del espectro visible. El color que aprecian nuestro ojos está directamente relacionado con la energía reflejada por los objetos en las diferentes longitudes de onda del espectro visible; así, por ejemplo, un objeto se visualizará como azul si es que su máxima reflectancia se encuentra en la longitudes de onda conrrespondiente a ese color; del mismo modo un objeto aparece blanco a nuestra vista debido a la elevada reflectancia del mismo en todas las longitudes de onda del visible. En el caso de los productos fotográficos y digitales color obtenidos a partir de datos satelitarios, el procedimiento para su formación consiste en la superposición de tres bandas espectrales con tres filtros color. Una cubierta se expresará en forma tanto más intensa, con respecto a un color determinado, cuanto más claros aparezcan los píxeles (el mínimo elemento pictórico de las imágenes que es susceptible de ser procesado) que la componen en la banda a la que se ha adjudicado ese filtro. Un píxel aparecerá color rojo cuando la intensidad de energía reflejada en la banda del infrarrojo cercano es máxima y si en esa banda se colocó el filtro rojo. Las combinaciones color posibles son diversas (Figura 2), la más usada para interpretar vías de comunicación, es la Composición Simulación Color Natural, la misma se forma con las bandas del azul, verde y rojo, utilizando los filtros azul, verde y rojo respectivamente, los elementos en esta combinación aparecen como simulación de la realidad. Pero para el análisis de la vegetación la combinación más usada era la que considera la banda del verde, rojo e infrarrojo cercano con la asignación de filtros azul, verde y rojo respectivamente, a esta composición color (simulación de película infrarroja color) se la denomina Falso Color Compuesto Estándar (FCCS), su uso universal, sobre estudios de vegetación, se debe a la sensibilidad de nuestros ojos a las variaciones de tono del color rojo, siendo este filtro el que se coloca en la banda del infrarrojo cercano donde la vegetación tiene su máxima respuesta. Posteriormente con la aparición del Landsat TM y el SPOT IV, que incorporan la banda del infrarrojo medio, se comenzó a usar la composición multibanda que se obtiene superponiendo a las bandas del espectro correspondientes al rango del rojo, infrarrojo medio e infrarrojo cercano, los filtros color azul, verde y rojo, respectivamente, a esta combinación se denomina Falso Color Compuesto (FCC) y también es muy usada para vegetación. En la Tabla 1 se presentan los colores con que aparecen las distintas cubiertas en la composición color Falso Color Compuesto Estándar y en la Falso Color Compuesto (bandas rojo, infrarrojo medio e infrarrojo cercano con filtros color azul, verde y rojo, respectivamente).

Tabla 1. Colores de las distintas cubiertas considerando la combinación de bandas 2, 3, 4 y 3, 5, 4, filtros azul verde y rojo respectivamente

CUBIERTAS Vegetación verde y sana Pastizal Monte arbustivo Vegetación arbórea densa Suelo seco Suelo húmedo Agua con partículas en suspensión Agua limpia Nieve Salinas Áreas urbanas Áreas quemadas Áreas rocosas

FCCS rojo rosado marrón bordó celeste azul-verdoso cyan azul oscuro- negro blanco blanco celeste negro celeste

FCC Naranja Amarillo rojo-amarronado rojo-anaranjado Celeste azul-verdoso Azul azul oscuro- negro Magenta Blanco Celeste Negro Celeste

Figura 2. Ejemplos de distintas composiciones color (Simulación color natural, Falso color compuesto estándar y Falso color compuesto)

2.3.-TEXTURA La textura es un carácter de conjunto y se refiere a la frecuencia en los cambios de tono en una imagen; se manifiesta a través de una aparente rugosidad o suavidad de la superficie. La misma se produce por un conjunto de elementos, demasiado pequeños para ser distinguidos por sí mismo. La textura de la imagen deriva de la relación entre el tamaño de los objetos y la resolución del sensor y también está influenciada por el ángulo de iluminación. En el caso de áreas boscosas, los árboles resultan demasiado pequeños para ser distinguidos individualmente, pero en conjunto presentan una textura rugosa (Monte natural y Forestación implantada), al igual que las irregularidades en el terreno (Sierra/roca). (Figura 3 y 4)

Figura 3. Ejemplo de textura rugosa en un área serrana con vegetación de monte natural

Figura 4. Ejemplo de textura rugosa en un área serrana con forestación implantada y en un área serrana con presencia de roca sin vegetación 2.4.- PATRON O DISEÑO El patrón o diseño se refiere al ordenamiento espacial de los objetos con características tales que permiten su fácil identificación. Podemos definir patrones culturales y naturales. Patrones naturales: a) patrón de drenaje, relacionado con la disposición de las vías de agua en cuanto a su forma, densidad y distribución; b) patrón de relieve, relacionado con las elevaciones o irregularidades de una superficie terrestre; c) patrón de vegetación natural, donde los cambios espontáneos de vegetación natural son buenos indicadores de cambios de suelo Patrones culturales: a) patrón de uso de la tierra: el parcelamiento, con sus distintas formas rectangulares, triangulares, redondas, etc., dan idea de un patrón o diseño geométrico, propio de áreas rurales y está vinculado a diferentes usos de la tierra (Figura 5); para la correcta evaluación de los mismos se deben tener en cuenta, en forma paralela, otros elementos como: tamaño, ubicación, etc.; dentro de este nivel podemos incluir el uso de máxima artificialización del medio, o sea el uso urbano, caracterizado por el diseño o patrón en grilla, consecuencia del trazado vial. (Figura 6)

Figura 5. Patrón geométrico en parcelas de propio de las áreas rurales

Figura 6. Patrón en grilla propio del uso urbano

2.5.- FORMA Este elemento permite reconocer en las imágenes, objetos de carácter individual, tales como: aeropuertos, hipódromos, parques industriales, cuerpos de agua (lagos, lagunas), rasgos geológicos, (lineamientos, coladas volcánicas). Las formas lineales, irregulares o rectilíneas, permiten separar cursos de agua naturales (ríos o arroyos) de cursos artificiales (canales). (Figura 7, 8 y 9)

Figura 7. Forma lineal de las pistas de aviación

Figura 8. Forma característica de la pista de los autódromos

Figura 9. Forma irregular de los cuerpos de agua 2.6.- TAMAÑO El tamaño es un elemento importante para lograr mayor precisión en la identificación de objetos. En áreas de uso rural, el tamaño de parcelas es un buen indicador de la intensidad de uso de la tierra; así, se pueden diferenciar usos predominantemente agrícolas o ganaderos, o áreas dedicadas a horticultura; en general las parcelas que presentan menor tamaño son las destinadas a la horticultura, correspondiendo a la actividad ganadera las parcelas de mayor tamaño. (Figura 10)

Figura 10. Tamaño de lotes agrícolas y frutihortícolas

2.7.- ASOCIACIÓN Por asociación se entiende, la relación existente entre una determinada cubierta con elementos vecinos en la imagen. Algunos elementos con igual respuesta espectral, sólo pueden ser interpretados correctamente si se tiene en cuenta su ubicación y su relación con el entorno; un claro ejemplo de esto podría ser la presencia de una superficie de agua cercana a canteras, en la imagen aparece un cuerpo de agua negro en un área irregular blanquecina; otro ejemplo lo constituye la identificación de cursos de agua, asociándolos con la presencia de vegetación en sus márgenes. (Figura 11 y 12)

Figura 11. Asociación de la presencia de un cuerpo de agua en una cantera

Figura 12. Asociación de la presencia de vegetación en las márgenes de un río 2.8.- SOMBRAS Las sombras favorecen la interpretación de rasgos geomorfológicos, dependen de la fecha de adquisición de la imagen y del relieve. Los ángulos solares bajos tienden a acentuar las pequeñas variaciones del terreno, ayudando a identificar mejor las irregularidades topográfícas. (Figura 13). Las sombras favorecen, también, la interpretación de áreas forestales y son una valiosa ayuda para separar, en ciertas oportunidades, nieve de nubes ya que éstas aparecerán acompañadas de su respectiva sombra.

Figura 13. Sombras en áreas de sierra 2.9.- CONTRASTE El contraste es un elemento importante que permite resolver objetos. Se puede definir como la relación entre el tono de una superficie y el de su área circundante. Este elemento permite delimitar con facilidad, sobre todo en la banda del rojo, las vías de comunicación y los ríos, siempre que la respuesta espectral de esta cubierta sea distinta a la de su entorno. (Figura 14 y 15)

Figura 14. Definición de caminos por contraste

Figura 15. Definición de cursos de agua por contraste 2.10.- ESCALA La escala se puede definir como la relación de distancia entre dos puntos en un mapa, fotografía o imagen y su correspondiente en el terreno. Puede expresarse en forma de una razón 1: 50.000. El cálculo de la escala de una imagen puede realizarse mediante la siguiente fórmula: EI/EC = DC/DI; donde EI: escala imagen; EC: escala carta; DC: distancia carta y DI: distancia imagen. Según la resolución espacial del sensor utilizado es la escala de trabajo a la que se puede llevar los productos fotográficos. (Tabla 2 y Figura 16) Tabla 2: Escalas de trabajo apropiadas según los distintos sensores Sensor

Resolución espacial en metros

Escala de trabajo

1

1:10.000

4 /5

1:25.000

10

1:50.000

15 / 20

1:60.000

LANDSAT TM Y ETM+

30

1:80.000

LANDSAT MSS

80

1:200.000

SAC-C

175

1:400.000

NOAA / MODIS/ Inst. Veg. SPOT

1000

1:1.500.000

IKONOS IKONOS / SPOT 5 P SPOT 5 M / RADARSAT SPOT 4 / ASTER / LANDSAT P

Figura 16. Escalas de trabajo según los diferentes sensores

3.- APLICACIONES DEL ANALISIS VISUAL Las aplicaciones que se enunciarán no son exclusivas del análisis visual de imágenes, pueden ser abordadas, también, por el tratamiento digital no obstante resulta conveniente conocer el amplio campo de aplicaciones de esta tecnología: 5. 1.- Agrícola -Forestal: discriminación de tipos de vegetación, natural o implantada; mapeo de áreas agrícolas / ganaderas u hortícola; catastro de áreas boscosas: mapeo de plantaciones arbóreas comerciales y masa forestales nativas. Mapeo de suelos (categorización de las capacidades de suelos). Emergencias agropecuarias: estimación de daños por inundaciones, incendios, granizadas, etc. 5.2.- Geología: mapeo de unidades geológicas; mapeo de fracturas y lineamientos; delineación de rocas y suelos no consolidados; mapeo de depósitos superficiales volcánicos, prospección minera, etc.. 5.3.- Uso de la tierra: cartografía de ocupación del suelo; cartografía de áreas urbanas; mapeo de vías de comunicación; planificación urbana; impacto de proyectos de ordenamiento territorial, etc. 5.4.- Hidrología y recursos acuáticos: inventario de cursos y cuerpos de agua; mapeo de áreas inundadas; medida de estructuras glaciales; prospección de los recursos de agua subterránea; preselección de sitios favorables para la implantación de granjas acuícolas; etc. 5.5.- Medio Ambiente: Mapeo de contaminación en cuerpos de agua; mapeo de áreas de explotación minera; mapeo de áreas deforestadas. etc.

4.- BIBLIOGRAFÍA Armand, Myriam; (1991); Aplicación de la Teledetección al urbanismo, Revista SELPER Vol. 7 Chuvieco. Emilio; (1996); Fundamentos de Teledetección Espacial; Ediciones RIALP. S.A.; Madrid, España CNES; (1988, 1989); SPOT, Instrumento de gestión y decisión; Tomos 1 y 2; Edición CNES; París, Francia Michel, A. y Dureau, F.; (1990); Teledetección aérea y espacial en medio urbano y observación demográfica; Revista SELPER; Vol. 6 N° 4; pp. 36 -47; Santiago, Chile