Percepción Remota, Sensores Remotos, Radiación Electromagnética, Espectro electromagnético

1. Introducción a los Sensores Remotos
Reporte de lectura
Alumna: Lizette Zareh Cortes Macías.
Unidad de aprendizaje: SENSORES REMOTOS
Facilitador: Dr. Jushiro Cepeda Morales
Los sensores remotos se encuentran por todas partes, nuestros propios sentidos son una
especie de ellos. La ciencia de la teledetección se refiere a el hecho de poder estudiar
objetos o superficies de estos de manera distante, es decir no con una interacción directa.
Tienen múltiples aplicaciones que van desde el entretenimiento o herramientas, hasta la
investigación científica.
Fuentes de los datos
Los sensores remotos pueden detectar diferentes tipos de energía (geofísica, gravedad,
magnetismo, ondas de radio, radiación electromagnética, etc), pero por lo general
operan obteniendo datos de la emisión y reflexión de la radiación electromagnética.
Los sensores se dividen en acticos o pasivos dependiendo de la procedencia de la
energía que registran. Los sensores activos generan radiación directa sobre el objeto que
se desea estudiar, mientras que los pasivos operan únicamente usando la energía de
radiación solar.
Todos los datos obtenidos por los sensores remotos necesitan ser procesados en
computadora, por lo tanto siempre se deben obtener los datos en digital.
Los sensores remotos necesitan “un asiento” y este puede ser desde un globo
meteorológico hasta un satélite espacial, esto es muy importante ya que ello determina su
resolución espacial y espectral.
Básicamente el procedimiento para realizar estos estudios consta de dos partes
esenciales: la adquisición de datos, y el análisis de estos.
La adquisición de datos involucra a:
1) La fuente de energía 2) La propagación de ésta a través de la atmosfera 3)
Interacción de la energía con la superficie terrestre 4) Retransmisión de energía por la
atmosfera 5) Sensores orbitales o transportados en el aire 5)Generación de datos digitales
o analógicos .
El análisis de datos implica:
1) El examen e interpretación de los datos obtenidos 2) Una referencia de los datos sobre
los recursos estudiados 3) Compilación de toda la información en forma de mapas,
informes o SIG para finalizar obteniendo el producto listo para presentar a los usuarios de
manera fácil.

2. ENERGÍA Y PRINCIPIOS DE RADIACIÓN
Radiación Electromagnética (REM)
Es preciso entender cómo la REM es generada, propagada, y modificada puesto que es
la base del sistema de sensores remotos.
Las ondas electromagnéticas (están formadas por un campo eléctrico y un campo
magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación, y viajan a través del
espacio sin necesitar de un medio físico, a través de los fotones. El espectro
electromagnético de radiación incluye diferentes ondas que van desde las de radio,
microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz ultravioleta, rayos X, hasta rayos gamma,
según su longitud. La luz visible está entre los 300 y 700 nanómetros, del rojo al azul.
La teoría básica de ondas explica cómo toda esta energía se transporta. La distancia de
un máximo de la onda con el de la siguiente es la “longitud de onda”, mientras que el
número de picos que pasan por un punto fijo en el espacio por unidad de tiempo es la
frecuencia.
La ecuación de Max Planck deja claro cómo las ondas electromagnéticas de alta
frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energía mientras que las ondas de
baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.
El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de
onda. Cuando la radiación electromagnética interactúa con átomos y moléculas
puntuales, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por quantum
que lleve.
El Espectro Electromagnético (EEM)
Las ondas electromagnéticas cubren una
amplia gama de frecuencias o de
longitudes de ondas y pueden clasificarse
según su principal fuente de producción.
La clasificación no tiene límites precisos
(Leonberger 2002, pp. 425-427). No hay un
corte neto entre una región y la siguiente.
Principalmente se definen según su longitud
de onda, frecuencia y energía.
La región del espectro que corresponde a
la parte visible es muy pequeña, sin
embargo la mayoría de la radiación que
llega a la Tierra es de esta naturaleza.
La mayoría de los sistemas de sensores remotos operan en una o varias fajas del espectro
visible, el infrarrojo y microondas.
Región del
espectro
Intervalo de frecuencias
(Hz)
Radio-
microondas
0-3.0·1012
Infrarrojo 3.0·1012-4.6·1014
Luz visible 4.6·1014-7.5·1014
Ultravioleta 7.5·1014-6.0·1016
Rayos X 6.0·1016-1.0·1020
Radiación
gamma
1.0·1020-… .

3. Todos los cuerpos, incluso los de los lugares más inhóspitos del Universo emiten algún tipo
de radiación (excepto los agujeros negros-¿). Sin embargo la cantidad de emisión y
longitud de onda varía según la naturaleza e interacción con la energía de cada cuerpo.
El Color
La teoría básica de los colores hecha por Thomas Young explica que la retina humana
posee 3 tipos de sensores en los cono : los que son sensibles a la luz roja, los sensibles a la
luz azul y los sensibles a la luz verde. Los ojos capturan la energía del espectro magnético
entre 400 y 700 nanómetros, el azul corresponde de entre 440 a 520 nanómetros, el verde
hasta los 530 y el rojo a partir de 570 nanómetros. La respuesta humana al color está
determinada por la proporción de la actividad neuronal de estos tres sensores (Daniel J.
Pérez, 2007). Con la combinación de estos tres colores pueden obtenerse el resto de los
que pertenecen al arcoíris.
La percepción de un color es influenciada por varios factores cómo la intensidad de luz
del ambiente, su tamaño o cercanía con otros objetos, así como las características
peculiares de los ojos de los individuos. Por esto es difícil clasificar el color y hablamos de
brillo o luminosidad (aproximación del brillo real percibido).
Modelo RGB (síntesis aditiva)
Se refiere a la formación de los colores sumando las diferentes luces en sus distintas
longitudes de onda. Los colores primarios son rojo, verde y azul. La suma de todos los
colores es la luz blanca, y la ausencia de luz (de color) es el negro. La suma de dos colores
primarios en partes iguales resulta en un color secundario: amarillo, cian y magenta.
Modelo CMY (síntesis sustractiva)
Esta se refiere a la obtención de colores por mezclas de pigmentos. Los colores primarios
de este modelo son los que se crean por la absorción de ciertas longitudes de ondas:
cian, magenta y amarillo.
La síntesis sustractiva necesita de la luz blanca para su creación. Cuando la luz blanca
llega a una superficie los pigmentos que ésta contiene absorben la luz de todas las ondas
excepto la de sus colores, que se reflejan a la atmosfera y podemos así percibir.
Si se suman en partes iguales dos de sus colores primarios dan un color secundario: azul,
verde o rojo. La suma de los colores da negro, la ausencia de los colores sustractivos da
blanco.
Los colores primarios de ambos modelos además de que se pueden obtener tonalidad de
color, también se puede representar cuantitativamente mediante un grupo de 3 números.
A su vez estos pueden ser impresos en un conjunto de ejes tridimensionales dónde cada
eje representa un color RGB. Los 3 coeficientes definirán la cantidad de colores primarios
necesarios para producir cualquier tonalidad (Daniel J. Pérez, 2007).

4. LA ATMOSFERA
Es una gran mezcla de gases formada principalmente (>99%) por nitrógeno, oxígeno y
argón. Los principales gases atmosféricos que absorben radiación son el CO2, oxigeno,
vapor de agua, ozono, metano, óxido nitroso y monóxido de carbono. Estos gases
afectan de forma crucial el equilibrio de la energía global de la Tierra.
Se divide en capas: troposfera, estratósfera, mesosfera y termosfera, se diferencian en
temperatura y altitud.
Interacciones de la Radiación y la Atmósfera
Mediante la radiación se transmite la energía que proviene del Sol, y viaja a través del
espacio o a través de material. La transferencia de radiación es elemental para el uso de
sensores remotos.
La atmósfera es el medio en el cual la radiación del Sol viaja hasta llegar al sensor. O
también la radiación emitida directamente de la superficie de la Tierra y sus objetos viaja
a través de ella. Sin embargo, las características (volátiles) de la atmósfera afectan la
radiación que reincide por su capacidad de absorción, dispersión y emisión de la misma.
- Dispersión
Ocurre cuando la dirección de la energía se cambia de forma impredecible por las
partículas de la atmósfera.
- Absorción
Cuando la energía atraviesa el medio (atmósfera) una porción de esta es capturada por
ciertas partículas. Al hacer esto sufre una transformación, a otra forma de energía que
puede emitirse en otras partes de la atmósfera La absorción en la atmósfera la llevan a
cabo principalmente el vapor de agua, el CO2 y el O3.Mediante la transmisión la
radiación se propaga a través de un medio.
Interacción de la Energía con la Superficie de la Tierra
Cada objeto posee una “firma espectral” que es propia de cada material (estructura
atómica y molecular). Esta firma está relacionada con la capacidad de reflejar, absorber
o transmitir de cada material. Al no absorber ciertas longitudes de onda se reflejan hacia
el espacio, y de esta energía emitida depende la respuesta espectral.
Reflexión
Es el cambio de dirección de una onda cuando entra en contacto con una superficie y se
desvía regresando al medio formando un ángulo oblicuo al de la luz incidente. La forma
en que los objetos reflejan la energía está determinada por la forma de su superfi cie.
Puede ser especular (en superficies planas, con ángulos de incidencia y reflexión iguales)
ó puede ser difusa (en superficies ásperas que refleja uniformemente en todas
direcciones.

5. Las reflexiones de una superficie pueden ser cuantificadas midiendo la energía incidente
reflejada, en función con la longitud de onda y el espectro de reflexión. Conocer las
propiedades espectrales de los materiales es muy importante para la selección de las
bandas espectrales que lo puedan reconocer desde el sensor.
Interacción de la Energía con los Materiales
La Tierra está cubierta primordialmente de agua, suelo, rocas y vegetación, y los rangos
de longitud de onda de cada uno de estos materiales son diferentes, reflejan energía en
diferentes longitudes de onda.
Interacción de la REM con la Vegetación (visible al infrarrojo cercano)
Los sensores pueden medir la reflectancia espectral típica de la vegetación en índices
aproximados de entre450 y 700 nanómetros. La clorofila con sus pigmentos, es el
catalizador para la fotosíntesis, su función es absorber la radiación solar. Cuando una
planta es sometida a cualquier tipo de estrés disminuye su producción de clorofila,
entonces provoca una disminución en la absorción de las bandas azul y rojo, y aument a
su reflectancia (vemos las plantas amarillentas).
Interacción de la REM con el Suelo
Los factores que aumentan la reflectancia del suelo son: la humedad, la textura
superficial, la presencia de óxido férrico así como la presencia de materia orgánica.
Mientras mayor cantidad de humedad y de óxido de hierro hay disminución de
reflectividad, al menos en la longitud de onda visible.
Interacción de la REM con el Agua
La reflectancia del agua depende de varios factores cómo: la profundidad del cuerpo de
agua, su rugosidad superficial y el contenido de materiales disueltos en ella. La mayor
reflectividad del agua se produce en el azul (400 a 500 nanómetros) y se reduce en el
infrarrojo próximo.
Interacción de la REM con las Rocas y Minerales
Los rasgos que caracterizan las respuestas espectrales de los minerales y /o rocas
dependen de procesos electrónicos y transiciones vibracionales, que ocurren en la
estructura atómica y molecular de los mismos (Daniel J. Pérez, 2007).
Sistemas de Sensores/ Métodos de Percepción Remota
Los satélites pueden ser ubicados a distintas distancias de la tierra y a velocidades
diferentes de la de rotación. De esto depende la cantidad de satélites necesarios para
una cobertura mundial y la potencia que deben tener.
La potencia necesaria para emitir desde una órbita baja es muy inferior a la necesitada
en casos de mayor altura de la órbita. Según estas características los satélites se dividen
en:

6. - Satélites Geoestacionarios (GEO)
Orbitan a 35848 km. sobre el ecuador terrestre. A esa altitud, el periodo de rotación del
satélite es exactamente de 24 h. y, por lo tanto, parece estar siempre sobre el mismo lugar
de la superficie del planeta.
- Satélites de órbita terrestre media (MEO)
Se encuentran a una altura de entre 10075 y 20150 km. Su posición relativa respecto a la
superficie, no es fija. En la actualidad no existen muchos satélites MEO, y se utilizan para
posicionamiento.
- Los satélites de órbita baja (LEO)
Los LEO prometen un ancho de banda extraordinario y una latencia reducida. Orbitan
generalmente por debajo de los 5035 km. y la mayoría de ellos se encuentran entre los 600
y 1600 km.
Tienen diferentes clasificaciones
- Según su aplicación en: Científicos, comunicaciones, meteorológicos, exploración de
Recursos Naturales, navegación y militares.
- Según su tamaño: picosatélites (<1Kg), nanosatélites (1-10Kg), microsatelites (10-100Kg),
minisatélites (100-500Kg), satélites medianos (500-1000Kg) y macrosatélites (>1000Kg).
Según el origen de su fuente de radiación pueden ser activos (con una fuente propia de
radiación, no depende de otra externa), y pasivos (depende de una fuente de radiación
externa, el Sol).
Estructura de la Imagen y Adquisición de Datos
La información colectada por los sensores remotos puede ser fotográfica o electrónica. En
esta ciencia al hablar de una fotografía se refiere a la impresión directa sobre una
película sensible a la luz mediante reacciones químicas. Cuando se habla de imágenes se
hace referencia a cualquier presentación gráfica de datos.
Las imágenes obtenidas a partir de los sensores remotos son una representación de los
objetos terrestres (Daniel J. Pérez, 2007).
Una imagen satelital está compuesta por un raster con celdas que tienene un arreglo
espacial según el sistema de coordenadas que consta de rows (columnas horizontales) y
samples (columnas verticales). Cada una de estas celdas forma un pixel en el raster.
Cada uno de estos pixeles tiene un atributo númerico que indica el nivel de gris de esa
celda. EL nivel de gris se llama “número digital” y no es para nada dado al azar, sino que
representa la intensidad de energía electromagnética medida por el sensor en diferentes
albedos en cierta área de la superficie terrestre.
Resolución de una Imagen
Se refiere al área que el pixel de la imagen cubre en la superficie terrestre. Hay diferentes
tipos de resolución:
Resolución geométrica o espacial

7. Es la medida del objeto más pequeño que los sensores pueden cubrir o registrar, está
representado por cada pixel (Daniel J. Pérez, 2007).
Resolución Espectral
Es la capacidad de los sensores de distinguir diferentes albedos de la superficie. Se
relaciona con: el valor de intervalos de longitud de onda y con la cantidad de bandas ue
el sensor puede registrar en el espectro electromagnético (Daniel J. Pérez, 2007).
Resolución Radiométrica
Está dada por el número de niveles digitales, cuánto mayor es el número de niveles de
grises, mayor es la resolución radiométrica.
Resolución Temporal
Es la frecuencia en el tiempo con la cual el sensor obtiene imágenes de una misma área
(Daniel J. Pérez, 2007).