Revisión bibliográfica sobre la temática de percepción remota

1. Percepci´on remota
Miguel Armando L´opez Beltr´an
Universidad Aut´onoma de Sinaloa
ma.lopez11@info.uas.edu.mx
12 de junio de 2013
1. Introducci´on
La percepci´on remota es un conjunto de
t´ecnicas que permiten obtener informaci´on
a distancia de los objetos, pero para que
est´a observaci´on sea posible, es importante
que entre los objetos y el sensor exista un ti-
po de interacci´on[1,2]. Implica principalmente
el an´alisis de im´agenes, que son ampliamen-
te procesadas e interpretadas para producir
datos que puedan tener una aplicaci´on en dis-
tintas ´areas en tiempo real, con rapidez y de
superficies extensas[2].
Dispone de tres elementos principales de
cualquier sistema: sensor, objeto observado
y el flujo energ´etico que los pone en relaci´on.
Sin embargo, la percepci´on remota esta cons-
tituida de los siguientes elementos[1]:
1. Fuente de energ´ıa: Origen de la radiaci´on
electromagn´etica que dtecta el sensor.
2. Cubierta terrestre: Formadas por distin-
tas masas de vegetaci´on, suelos, agua o
construcciones humanas, que reciben la
se˜nal energ´etica procedente de la fuen-
te de energ´ıa y la reflejan o emiten de
acuerdo a sus caracter´ısticas f´ısicas.
3. Sistema sensor: Compuest por el sensor
y la plataforma.
4. Sistema de recepci´on-comercializaci´on:
Es donde se recibe todos los datos trans-
mitidos por la plataforma.
5. Interprete: Convierte esos datos en infor-
maci´on tem´atica de inter´es.
6. Usuario final: Encargado de analizar el
documento final originado de la interpre-
taci´on.
En Sobrino Rodr´ıguez[8], cita a una de sus
referencias, definiendo la percepci´on remota
como: es el registro de informaci´on de un ob-
jeto sin entrar en contacto material con ´el en
las regiones del ultravioleta, visible, infrarojo y
microondas, por medio de instrumentos como
esc´aners y c´amaras localizadas en platafor-
mas moviles (un avi´on o sat´elite), y el an´ali-
sis de la informaci´on adquirida por medio de
t´ecnicas de fotointerpretaci´on, interpretaci´on
de im´agenes y procesado de las mismas. En
otras palabras, la percepci´on remota es una
t´enica que nos permite obtener informaci´on a
distancia de los objetos situados sobre la su-
perficie terrestre desde sensores ´aereos o es-
paciales[1].
2. Fundamentos
Los fundamentos de la percepci´on remota
aborda el campo de la f´ısica y m´as concreta-
mente la ´optica y la electr´onica, interactuando
1

2. con el flujo energ´etico de las cubiertas terres-
tres[4].
El sol es la principal fuente de energ´ıa, esta
energ´ıa interactua con los objetos en la super-
ficie terrestres en tres formas[1,7]:
Reflexi´on: La reflexi´on es descrita como
especular o difusa.
• Reflexi´on Especular: Se presenta
cuando la energ´ıa que es reflejada
por la superficie, continua viajando
en una direcci´on y el ´angulo de re-
flexi´on es igual al ´angulo de inciden-
cia.
• Reflexi´on Difusa: La energ´ıa refleja-
da es esparcida a todas direcciones.
Emisividad.
Reflexi´on-emisividad.
El flujo tiene una intensidad determinada,
proveniente de, o dirigida a, una superficie y
una direcci´on concreta. Por lo tanto, las unida-
des de medida m´as empleadas en percepci´on
remota, estan basadas en magnitudes abso-
lutas y relativas[1].
Entre las magnitudes absolutas son:
Energ´ıa radiante ( ): Indica el total de
energ´ıa radiada en todas las direcciones
y se mide en Julios (J).
Flujo radiante (φ): Total de energ´ıa radia-
da en todas las direcciones por unidad de
tiempo y se mide en Vatios (W).
Emitancia o excitancia radiante (M): To-
tal de energ´ıa radiada en todas las direc-
ciones desde una unidad de ´area y por
unidad de tiempo, se mide en vatios por
metro cuadrado (W m−2).
Irradancia (E): Total de energ´ıa radiada
sobre una unidad de ´area y por unidad de
tiempo. Es equivalente a la emitancia, si
bien ´esta indica la energ´ıa emitida, mien-
tras la irradiancia refiere a la indicente (W
m−2).
Intensidad radiante (I): Total de energ´ıa
radiada por unidad de tiempo y por ´angu-
lo s´olido (Ω), se trata de un ´angulo tridi-
mencional, que refiere a la secci´on com-
pleta de la energ´ıa transmitida y se mi-
de en est´ereo-radianes, por lo tanto la in-
tensidad radiante se mide en vatios por
est´ereo-radi´an (W sr−1).
Radiancia (L): Total de energ´ıa radiada
en una determinada direcci´on por uni-
dad de ´area y por ´angulo s´olido de medi-
da. Describe precisamente lo que mide el
sensor y se cuantifica en vatios por metro
cuadrado y est´ereorad´ıan (W m−2 sr−1).
Radiancia espectral (Lλ): Indica el total
de energ´ıa radiada en una determinada
longitud de onda por unidad de ´area y por
´angulo s´olido de medida.
Las magnitudes relativas:
Emisividad (ε): Relaci´on entre la emi-
tancia de una superficie (M), y la que
ofrecer´ıa un emisor perfecto, denomina-
do cuerpo negro, a la misma temperatura
(Mn).
Reflectividad (ρ): Relaci´on entre el flujo
incidente y el que absorbe una superficie.
Transmisividad (τ): Relaci´on entre el flujo
incidente y el transmitido por una superfi-
cie.
El flujo energ´etico entre la cubierta terres-
tre y el sensor constituye una forma de radia-
ci´on electromagn´etica[1]. La radiaci´on electro-
magn´etica es una forma de energ´ıa que pue-
de ser ´unicamente observada por su inter-
acci´on con la materia, est´a compuesta por
2

3. los componentes el´ectricos y magn´eticos y
es afectada por las propiedades el´ectricas y
magn´eticas de la materia con la cual entra
en contacto[7], es decir, la energ´ıa electro-
magn´etica viaja a trav´es del espacio como on-
da a la velocidad de la luz (299’792,458 m
s−1), la onda consiste en un campo magn´eti-
co y uno el´ectrico, que son perpendiculares el
uno al otro y a la direcci´on de la propagaci´on
de la onda, esta onda se describe en t´erminos
de longitud de onda (λ) y se relaciona como[2]:
λf = c (1)
donde c representa la velocidad de la luz, f la
frecuencia y λ longitud de onda. Por lo que La
radiaci´on electromagn´etica puede ser descri-
ta como una onda, cuyos par´ametros lo defi-
nen[7]:
Longitud de onda: Es la distancia entre
dos m´aximos consecutivos de la onda;
se mide en unidades de distancia (me-
tros (m), o cualquier de sus submultiplos:
´Angstrom [1 ˙A = 10−10 m]).
Frecuencia: N´umero m´aximo que pasan
por un punto en un tiempo determinado;
las unidades de medida son en hecios
(Hz), por lo tanto un Hz equivale a un
ciclo por segundo.
Amplitud: Es la distancia que hay entre
un punto de reflexi´on de la onda y el
m´aximo.
Las propiedades de la radiaci´on electro-
magn´etica est´an basados en dos teor´ıas: La
teor´ıa de Huygens y Maxwell concibe como
un haz ondulatorio (Teor´ıa de la onda), por
otro lado la teor´ıa de Planck y Einstein consi-
deran como una sucesi´on de unidades discre-
tas de energ´ıa, fotonoes o cuantos, con masa
igual a cero (Teor´ıa de part´ıculas)[1].
2.1. Teor´ıa ondulatoria
En la teor´ıa ondulatoria, la energ´ıa elec-
tromagn´etica se transmite de un lugar a otro
siguiendo un modelo arm´onico y continuo, a
la velocidad de la luz, conteniendo dos cam-
pos de fuerzas ortogonales entre s´ı: el´ectrico
y magn´etico. Las caracter´ısticas de este flu-
jo energ´etico pueden describirse por dos con-
ceptos: longitud de onda (λ) hace referencia a
la distancia entre dos picos sucesivos de una
onda; y la frecuencia (ν)designa el n´umero de
ciclos pasando por un punto fijo en una uni-
dad de tiempo. Ambos elementos est´an inver-
samente relacionados:
c = λ ν (2)
donde c indica la velocidad de la luz (3 x 108
m s−1); λ expresa la longitud de onda en uni-
dades habitualmente en micr´ometros (1 µm =
10−6 m) o nan´ometros (1 nm = 10−9 m); ν la
frecuencia (Hertz, 1 Hz = 1 ciclo por segun-
do). Por lo tanto a mayor longitud de onda,
menor frecuencia y viceversa[1,4].
2.2. Teor´ıa cu´antica o particulas
La teor´ıa cu´antica, expl´ıca el fen´omeno de
la radiaci´on electromagn´etica bas´andose en
sus propiedades energeticas, se puede calcu-
lar la cantidad de energ´ıa transportada por un
fot´on, siempre que se conozca su frecuencia:
Q = h ν (3)
donde la Q es la energ´ıa radiante de un fot´on
(julios), ν la frecuencia y h la constante de
Plack (6.6 x 10−34 J s). Sustituyendo en la
ecuaci´on 3, se puede expresar:
Q = h
c
λ
(4)
a partir de esta ecuaci´on (4), a mayor longi-
tud de onda (o menor frecuencia), el conteni-
do energ´etico ser´a menor y viceversa, impli-
cando que la radiaci´on en longitudes de onda
3

4. largas son m´as dificiles de detectar que aque-
llas provenientes de longitudes cortas[1,4], es
decir, la cantidad de energ´ıa que contiene un
flujo radiante es inversamente proporcional a
su longitud de onda[1].
A partir de la ley de Planck puede estable-
cerse la relaci´on entre el flujo energ´ıa y longi-
tud de onda:
Mn,λ =
2πhc2
λ5 exp hc
λkT − 1
(5)
donde Mn,λ indica la emitancia radiativa es-
pectral de un cuerpo negro a una determina-
da longitud de onda (λ); h es la constante de
Planck (6,626 ∗ 10−34 W s2); k es la constante
de Boltzmann (1,38 ∗ 10−23 W s2 K−1); c, la
velocidad de la luz; λ, longitud de ondas; y T
de temperatura absoluta de un cuerpo negro
(en Kelvin, K).
Por lo tanto, la f´ormula de Planck nos
se˜nala que cualquier objeto por encima del
cero absoluto (-273◦C), radia energ´ıa,y ´esta
aumenta con la temperatura. A mayor tempe-
ratura, radiara con m´as intensidad en longitu-
des de ondas m´as cortas.
A partir de la f´ormula de Planck puede cal-
cularse la longitud de onda a la que se pro-
duce la m´axima emitancia de un cuerpo ne-
gro conociendo su temperatura, permitiendo
seleccionar la banda m´as conveniente para
detectar un objeto a una determinada tempe-
ratura. Esta es la ley del desplazamiento de
Wien:
λmax =
2, 898
T
µm K (6)
donde la temperatura (T) est´a expresada en
Kelvin. Adem´as integrando la emitancia es-
pectral de un cuerpo negro para todas las lon-
gitudes de onda, se puede calcular el total de
energ´ıa que radia por unidad de supercie a
partir de la ley de Stefan-Boltzmann:
Mn = σT4
(7)
donde σ es la constante de Stefan-Boltzmann
(5,67 ∗ 10−8 W m−2 K−4) y T la temperatura
en Kelvin. Como concecuencia de esta f´ormu-
la, la emitancia global de un objeto es una
funci´on de su temperatura, y que peque˜nos
cambios en ´esta suponene notables modifi-
caciones en su emitancia radiante. Por otro
lado, al conocer la temperatura de un objeto
emisor, se puede estimar la irradiancia inci-
dente sobre el sensor, por cuanto emitancia e
irradiancia son funcionalmente equivalentes.
Por lo tanto a˜nadiendo un nuevo par´ametro,
la emisividad (ε), que indica la proporci´on de
energ´ıa emitida por un objeto (M) frente a un
cuerpo negro a la misma temperatura (Mn):
M = εMn (8)
A partir de est´as formulas, se puede esti-
mar la emitancia total y espectral de un objeto
conociendo su temperatura absoluta, siendo
aquella tanto mayor cuanto m´as alta sea ´esta.
3. Espectro electromagn´etico
A partir de ambas teor´ıas, se puede defi-
nir cualquier tipo de energ´ıa radiante en fun-
ci´on de su longitud de onda o frecuencia.
Los valores de longitud de onda es continua
y suelen establecerse una serie de bandas
en donde la radiaci´on electromagn´etica ma-
nifiesta un comportamiento similar, la organi-
zaci´on de estas bandas de longitudes de on-
da o frecuencia se le denomina como espec-
tro electrom´agnetico[1], se extiende desde las
longitudes de onda m´as cortas (rayos gam-
ma y rayos-X), hasta las longitudes de on-
da m´as largas (microondas y ondas de radio)
(Figura 1). La interacci´on de las ondas elec-
tromagn´eticas con las superficies naturales y
la atm´osfera depende fuertemente de la fre-
cuencia de las ondas. Por lo que las ondas
en las diferentes bandas espectrales tienden
4

5. excitar los diferentes mecanismos de interac-
ci´on electromagn´eticos, moleculares o con-
ductivos[8].
En la percepci´on remota la regi´on m´as im-
portante del espectro electromagn´etico son el
visible y el infrarrojo cercano[6], por lo que las
bandas m´as utilizadas en percepci´on remo-
ta son los correspondientes a la regi´on ´opti-
ca del espectro (radiaci´on visible e infrarroja),
y microondas[8]. Las bandas de interes en la
percepci´on remota seg´un Reuter[7] son:
Ultravioleta (0.3-0.4 µm): Longitud de on-
da m´as corta, es absorbida por el ozono
en la parte alta de la atm´osfera[7], algu-
nos materiales de la superficie terrestre
(rocas y minerales), despiden luz fluos-
rescente o emiten la luz visible cuando
son iluminados por la radiacci´on UV.
Espectro visible (0.4 a 0.7 µm): Den-
tro de esta regi´on, suelen distinguirse
tres bandas elementales: Azul (0.4-0.5
µm), verde (0.5-0.6 µm), y rojo (0.6-0.7
µm)[1], contiene todo los colores de la
luz que pueden ser percibidos por el ojo
humano[7], la conbinaci´on de los colores
primarios o las longitudes de onda del
espectro visible generan ciertos colores
dentro de las bandas: violeta (0.4-0.446
µm), azul (0.446-500 µm), verde (0.500-
0.578 µm), amarillo (0.578-0.592 µm),
naranja (0.592-0.620 µm) y rojo (0.620-
0.7 µm)[2].
Infrarrojo cercano (IRC: 0.7 a 1.3 µm): No
es visible, puede ser detectada por parti-
culas con emulsiones sensitivas infrarro-
jas[7].
Infrarrojo medio (IRM: 1.3 a 8 µm): En es-
ta regi´on del espectro la energ´ıa del sol
es reflejada y no contiene informaci´on de
las propiedades t´ermicas de los materia-
les[7].
Infrarrojo lejano o t´ermico (IRT: 8 a 14
µm) : Esta relacionada con la emisiones
t´ermicas[7].
Microondas (M: Por encima de 1 mm):
Puede ser utilizada para medir la emisi´on
terrestre pero es tambi´en importante para
sensores activos tales como los sistemas
de radar[7].
La radiacci´on electromagn´etica que no es
absorvida o dispersada por la atm´osfera pue-
de alcanzar e interactuar con la superficie de
la Tierra. Existen tres formas de interacci´on
que puede llevar a cabo cuando la radiacci´on
es incidente: Absorci´on, transmici´on y refle-
xi´on[2]. Por lo tanto, s´ı un objeto recibe un flujo
energ´ıa indicente (Φi), ´este resultara, en par-
te reflejada por el objeto (Φr), pero por el otro
lado, ´este ser´a transmitida (Φt)[7]. Las propor-
ciones de cada una depender´an de la longitud
de onda de la energ´ıa, del material y condi-
ci´on de la fisonom´ıa[2].
La radiancia que capta un sensor en el ran-
go del espectro depende de la que reflejan
las distintas cubiertas terrestres. La interac-
ci´on con la radiacci´on solar incidente consi-
dera al flujo incidente (φi), en tres t´erminos:
flujo reflejado (φr), flujo absorbido (φa), y flujo
transmitido (φt):
φi = φr + φa + φt (9)
Por lo tanto, la suma de la reflectividad, ab-
sortividad y transmisividad ha de ser igual a
uno. La relaci´on entre las tres magnitudes no
es constante, sino que var´ıa con la longitud de
onda (λ):
1 = ρλ + αλ + τλ (10)
La relaci´on del flujo incidente que es refle-
jado, absorbido y transmitido depende las ca-
racter´ısticas de la superficie que se observa y
de la longitud de onda a la que sea observa-
do, generando dos tipos de cubiertas: aque-
llas que flejan la energ´ıa con el mismo ´angu-
lo de flujo incidente (especulares), y aquellas
5

6. Figura 1: Espectro electromagn´etico. Fuente: Chuvieco (2008)[1].
que lo reflejan uniformemente en todas las di-
recciones (lambertianas)[1].
La reflexi´on caracter´ıstica de la fisonom´ıa
de la superficie terrestre puede ser cuantifica-
da por mediciones de porciones de la energ´ıa
incidente, que es reflejada como una fun-
ci´on[2]:
R(λ) =
ER(λ)
EL(λ)
(11)
donde R(λ) es el espectro de reflexi´on; ER(λ)
la energ´ıa de longitud de onda λ reflejada por
el objeto multiplicado por 100; y EL(λ), es la
energ´ıa de la longitud de onda λ incidental so-
bre el objeto.
4. Firmas espectrales
Las firmas espectrales son fundamenta-
les para reconocer cubiertas de inter´es, o
par´ametros dentro de esas cubiertas. La fir-
ma espectral de una cubierta puede obtener-
se a partir de varias fuentes: mediral con un
radi´ometro; extraerla de una biblioteca espec-
tral puesta a punto por alguna instituci´on; si-
mularla mediante modelos f´ısicos; o extraerla
de una imagen con la debida resoluci´on es-
pectral[1].
Una firma espectral es representada por un
gr´afico, la longitud de onda es en el eje X, y la
reflectividad en el eje de las Y. Se puede ob-
servar que cada cubierta se ve re´resentada
por una curva caracter´ıstica en ´el, personali-
zando un comportamiento espectral frente al
de otras cubiertas, en dichas curvas se le de-
nomina espectros, signaturas o firmas espec-
trales (ver figuras 2, 3)[3] .
5. Interaci´on de la radiaci´on
electromagn´etica con la su-
perficie terrestre
La superficie de la Tierra est´a cubierta en
gran parte por suelos, rocas, agua y vege-
taci´on[3,5], por lo que se considera divida en
tres grandes tipos de cubiertas: superficies
con agua, superficies con vegetaci´on y sue-
los[? ]. Dado que cada una de estas cubiertas
interactua de distinta manera con la radiac-
ci´on electromagn´etica, es necesario el cono-
cimiento de sus propiedades espectrales para
6

7. la elecci´on de las bandas del espectro.
Para cada cubierta, el comportamiento es-
pectral, la forma de relfejar la energ´ıa en las
distintas longitudes de onda, no es ´unico y ho-
mog´eneo sino que var´ıa sustancialmente en
funci´on de los factores:
F´ısicos: en relaci´on con la temperatura,
humedad o textura.
Qu´ımicos: variaciones de composici´on,
contenido de materia org´anica, etc.
Ambientales: pendiente, orientaci´on, es-
taci´on del a˜no, hora de la toma, etc.
5.1. Vegetaci´on
Figura 2: Firma espectral de una hoja. Fuente:
P´erez[5]
Las curvas espectrales de la hoja varian
en relaci´on con el tipo de hoja[1]. Las plan-
tas usan la energ´ıa solar para convertir agua
y di´oxido del carbono a carbohidratos y oxi-
geno a atraves del proceso de fotos´ıntesis a
partir de la clorofila, cuya funci´on es la de
absorber la radiaci´on solar (Figura 2), princi-
palmente entre los 0.45 y 0.67 µm. Cuando
la vegetaci´on sufre alg´un tipo de estr´es, dis-
minuye la producci´on de clorofila, causando
una disminuci´on en la absorci´on de las ban-
das del azul y rojo. LA reflectancia de la ve-
getaci´on aumenta hacia el infrarrojo cercano,
con un fuerte aumento en los rangos 0.7 a 1.3
µm,donde la hoja de una planta refleja el 40-
50 % de la energ´ıa incidente[5]
La elevada reflectividad en el infrarrojo cer-
cano se debe, por un lado, a la baja absortivi-
dad de las clorofilas, y, por otro, a la estructura
celular interna de la hoja.[1].
Otros pigmentos (como la clorofila), son los
carotenos y las xantofilas (pigmentos amari-
llos), y las antocianinas (pigmentos rojos). Los
carotenos y las xantofilas est´an presentes a
menudo en las hojas verdes pero tienen una
banda de absorci´on solo en la regi´on azul del
espectro (0.45 µm), en algunas vegetaciones
durante el oto˜no la coloraci´on de las hojas tor-
nan a color amarillo, esto es debido a que la
clorofila empieza a desaparecer y el fecto de
los carotenos y xantofilas se hace dominan-
te[3].
5.2. Suelo
Figura 3: Firma espectral para distintos ti-
pos de suelos: Molisol, Vertisol, Entisol. Fuente
Chuvieco Salinero[1]
7

8. 5.2.1. Composici´on f´ısica: Textura y
humedad
La textura del suelo hace referencia a las
proporciones de arcilla, arena y limo presen-
tes en el por unidad de masa. Las diferentes
proporciones de estos tres tipos de part´ıcu-
las s´olidas en un suelo determian un nombre
seg´un contenga un tipo y otro de particulas en
mayor propoci´on. La textura, estructura y con-
tenido de humedad est´an altamente relacio-
nados. Los suelos arcillosos tienden a retener
mejor la humedad, lo que supone una baja re-
flectividad, por otro lado los suelos arenosos
tienden una debil estructura y bajo contenido
de humedad, por lo que tiene una reflectividad
m´as elevada[1].
El contenido de humedad es uno de los ele-
mentos m´as destacados en la reflectividad del
suelo para estas longitudes de onda, como
consecuencia de la alta absortividad del agua
en bandas. Influye inversamentge en la reflec-
tividad del visible e infrarrojo (1.45 µm y 1.92
µm), con mayor intensidad en las bandas de
absorci´on del agua[1].
5.2.2. Composici´on qu´ımica
Adem´as de la textura y humedad, entre
otras caracter´ısticas, modifican la reflectividad
de los suelos. Entre ellas el contenido de ma-
teria org´anica y el ´oxido de hierro entre otros
compuestos que modifican la relfectividad de
los suelos en el visible, d´andoles un color par-
ticular[3].
Por lo que, la composici´on qu´ımica es la
causa del color dominante con el que perci-
bimos el suelo, por ejemplo los suelos arcillo-
sos ofrecen una mayor reflectividad en el rojo,
debido a su alto contenido en ´oxido de hiero.
El contenido de humos (materia org´anica), re-
sulta muy influyente en su color, tendiendo a
una baja reflectividad, especialmente en torno
a 0.7-0.75 µm. Por otro lado las propiedades
f´ısicas del suelo, la reflectividad espectral re-
sulta tanto mayor cuanto se trate de suelos
m´as finos y apelmazados[1].
5.3. Agua
Las superficies acu´aticas absorben o trans-
miten la mayor parte de la radiaci´on ´optica
que reciben, siendo mayor su absortividad
cuanto mayor sea la longitud de onda. La ma-
yor reflectividad del agua se produce en el
azul, reduci´endose paulatimante hacia el in-
frarrojo cercano y medio, donde ya es pr´acti-
camente nula. La variabilidad del agua es m´as
facilmente detectable en las longitudes de on-
das m´as cortas (azul y verde). Se relaciona
con su profundidad, contenido de materiales
en suspensi´on(clorofila, sedimentos y nutrien-
tes), y rugosidad de la superficie[1].
La profundidad del agua influye directamen-
te en el aporte de reflectividad derivado de
los materiales de los fondos. En aguas poco
profundas la reflectividad aumenta, en conse-
cuencia, a mas profundidad m´as absortividad
tendra el agua[1].
5.3.1. Nieve
La nieve ofrece un comportamiento muy
distante del agua, presentando una reflecti-
vidad elevada en las bandas de los visibles,
reduciendose en el infrarrojo cercano y m´as
claramente en el medio. En ocaciones no es
sencillo disntinguir la nieve de las nubes en el
espectro visible, dicha disntici´on resulta m´as
evidente en el infrarrojo medio[1].
6. Sensores y sat´elites
Un sensor es un dispositivo que detecta ra-
diaci´on electromagn´etica emitida o reflejada y
la convierte en un valor f´ısico que puede ser
grabado y procesado[7].
8

9. Los sensores remotos, discriminan informa-
ci´on de detalle a partir de la resoluci´on del
sistema[1]. Esto debido a las caracter´ısticas
propias del sensor. Estas caracter´ısticas pue-
den ser agrupadas en resoluciones del sen-
sor: espacial, espectral, radiom´etrica y tem-
poral[9]. Sin embargo, ´estas resoluciones se
encuentr´an muy relacionadas entre s´ı. A ma-
yor resoluci´on espacial, disminuye la tempo-
ral y es previsible que se reduzca tambi´en la
espectral. Adem´as, el aumento de cualquiera
de los cuatro tipos de resoluci´on significa tam-
bi´en un incremento considerable del volumen
de datos a procesar, tanto por el sensor como
la estaci´on receptora[1].
6.1. Resoluci´on espacial
´Esta resoluci´on hace referencia al objeto
m´as peque˜no que puede ser detectado por el
sensor, denominado pixel. El tama˜no del pixel
varia seg´un los sensores, determina el nivel
de detalle[9]. La resoluci´on espacial depende
de varios factores, como son la altura orbital,
la longitud focal, y el n´umero de detectores[1].
El rango de resoluci´on espacial cubre nive-
les de detalle bastante diversos. Los sat´eli-
tes que cuentan con mayor resoluci´on ofre-
cen un detalle espacial pr´oximo a 1 m2, los
de recursos naturales, que son dise˜nados pa-
ra adquirir informaci´on sobre ´areas muy he-
tereog´eneas, suelen contar con resoluciones
pr´oximas a los 25 x 25 m. Los sensores orien-
tados hacia aplicaciones m´as globales, cuen-
ta con pixeles de un tama˜no comprendido
entre 300 y 1,000 m de lado. Los sensores
con menor resoluci´on espacial son los sat´eli-
tes meteorol´ogicos de ´orbita geoestacionaria
(Meteosat, GOES, GMS), con pixeles de has-
ta 5 km de lado[1].
Por lo que la resoluci´on espacial tiene un
papel fundamental en la interpretaci´on de la
imagen, dado al nivel de detalle que puede
ofrecer, se encuentra estrechamente ligadda
con la escala de trabajo y con la fiabilidad fi-
nalmente obtenida en la intepretaci´on[1].
6.2. Resoluci´on espectral
´Esta resoluci´on, es el n´umero y el ancho
de bandas espectrales que puede discrimi-
nar el sensor[1,9]. A mayor cantidad de ban-
das y menor ancho de ´estas, aumenta la reso-
luci´on espectral[9]. Registra simult´aneamen-
te el comportamiento de los objetos en dis-
tintas bandas del espectro, por ello, un sen-
sor ser´a m´as id´oneo cuanto mayor n´umero de
bandas proprocione, ya que facilita la caracte-
rizaci´on espectral de las distintas cubiertas, a
su vez conbiene que esas bandas sean sufi-
cientemente estrechas, con objeto de recoger
la se˜nal sobre regiones coherentes del espec-
tro, debido a que bandas muy amplias supo-
nene registrar un valor promedio, que puede
encubrir la diferenciaci´on espectral entre cu-
biertas de inter´es[1].
6.3. Resoluci´on radiom´etrica
La resoluci´on radiom´etrica es la sensibili-
dad del sensor para detectar variaciones en
la cantidad de energ´ıa espectral recibida. La
sensibilidad es expresada en bits e indica el
n´umero de los distintos niveles radiom´etricos
que puede detectar el sensor[9], es decir, la
imagen se codigica en un formato binario, por
lo que la resoluci´on radiom´etrica suele iden-
tificarse con el rango posible de valores que
almacena el sensor[1].
6.4. Resoluci´on temporal
Es la frecuencia con la que el sensor ad-
quiere im´agenes de la misma zona[9]. El ci-
clo de cobertura esta en funci´on de las ca-
racter´ısticas orbitales de la plataforma (altu-
ra, velocidad, inclinaci´on), as´ı como el dise˜no
9

10. del sensor, principalmente del ´angulo total de
abertura (tama˜no de la imagen).
6.5. Tipos de sensores
Existen diversas maneras de clasificar los
sensores remotos, la principal forma de clasi-
ficarlo es considerando su procedimiento de
recibir la energ´ıa procedente de las distintas
cubiertas, clasificando en dos tipos: pasivos y
activos[1,7,9].
Sensores pasivos: Se limitana recibir la
energ´ıa proveniente de un foco exterior a
ellos, ya sea reflejada por los rayos sola-
res o emitidas a trav´es de ondas termales
(sensores electro-´opticos)[1,7,9]. Depen-
diendo del tipo de sensor, pueden grabar
en diferentes partes de la radiaci´on elec-
tromagn´etica dentro de longitudes de on-
da ultravioleta a microndas[7]. Entre es-
tos se encuentr´an: C´amaras anal´ogicas,
exploradores de barrido, exploradores de
empuje, c´amaras de video y radiometros
de microondas[1].
Sensores activos: Son capaces de emi-
tir su propio haz de energ´ıa, que tras
su reflexi´on sobre la superficie observa-
da es captado y registrado por el siste-
ma (operan en la regi´on de las micro-
ondas)[1,7,9]. Entre estos se encuentr´an:
RADAR y L´IDAR[1].
6.6. Plataformas
Los sat´elites m´as comunes en percepci´on
remota se ajustan en dos ´orbitas: geos´ıncro-
nas (geoestacionaria) y helios´ıncronas. Los
sat´elites geoestacionarios tienen una ´orbi-
ta ecuatorial a 36,000 km de distancia. Su
per´ıodo orbital es el mismo que el de la Tie-
rra, por lo que el saelite aparece siempre en
la misma posici´on relativa (estacionario), res-
pecto a la Tierra. Los sat´elites helios´ıncroni-
cos, cuentan con una inclinaci´on pr´oxima a
los 90◦C (casi Polar), permitiendo observar en
cada momento una zona distinta del planeta,
hasta completar la observaci´on ajustandose
el per´ıodo orbital para que pase por el Ecua-
dor a la misma hora local, lo que les permite
tomar im´agenes en similares condiciones de
iluminaci´on si se comparan las mismas ´epo-
cas del a˜no, la ´orbita es perpendicular al mo-
vimiento terrestre, las alturas varian entre 600
y 900 km[1].
6.6.1. Programa Landsat
Programa de sat´elites dedicado a la obser-
vaci´on de los recursos terrestres. El primer
sat´elite fue puesto en orbita el 23 de julio de
1972[1].
Las caracter´ısticas de acuerdo a los instru-
mentos a bordo son[1]
Primeros Landsat: Los primeros tres
sat´elites incorporaban un equipo de barri-
do multiespectral denominado MSS (Mul-
tispectral Scanner) y un conjunto de tres
c´amaras de video (RBV, Return Beam Vi-
dicon).
Landsat 4 y 5: Eliminan las c´amaras RBV
por un nuevo explorador de barrido, de-
nominado TM (Thematic Mapper), pro-
porcionando una mayor resoluci´on espa-
cial y espectral que el previo MSS, para
la cartograf´ıa tem´atica, sin embargo, se
mantuvo el MSS en estos Landsat.
Landsat 7: Incorpora un nuevo sensor,
ETM+, que mejora las caracter´ısticas del
TM, a˜nadi´endole una banda pancrom´ati-
ca de 15 m de resoluci´on y aumentando
la resoluci´on de la banda t´ermica a 60 m.
10

11. 6.6.2. Sat´elite Spot
El primer sat´elite SPOT (Systeme Pour l
Observation de la Terre) se lanzo en 1986.
La novedad de estos sat´elites es la incorpo-
raci´on de dos equipos de exploraci´on por em-
puje denominados HRV (Haute Resolution Vi-
sible). ´Estos sensores obtienen im´agenes en
dos modalidades: pancrom´atico y multibanda
(V, R, IRC), adem´as ´este sensor tiene la ca-
pacidad de variar su campo de visi´on, gracias
a un dispositivo m´ovil instalado en el equipo
´optico, lo que permite observaciones no verti-
cales de hasta 27◦ a ambos lados del nadir[1].
Posteriormente a los sat´elites SPOT se le
incorporaron dos equipos de apoyo: DORIS
y POAM (Polar Ozone and Aerosol Measure-
ment), incorporados en el SPOT-3. A partir del
SPOT-4 dispone de una mejora, el sensor de
alta resoluci´on pas´o a dominarse HRVIR, in-
corporando una nueva banda en el SWIR. En
SPOT-4 y Spot-5 se incorpora otro sensor de-
nominado Vegetation que cuenta con una re-
soluci´on espacial de 1 km2 en cuatro bandas
espectrales (A, R, IRC, SWIR)[1].
6.6.3. Programa IRS
Perteneciente ala agencia espacial india
(NRSA), entre los sat´elites m´as modernos
descatan cinco sat´elites IRS (Indian Remote
Sensing Satellite). el objetivo es mejorar el co-
nocimiento de los recursos naturales del pa´ıs
de India. Basado en la tecnolog´ıa de explora-
ci´on por empuje, con dos sensores denomi-
nados LISS (Linear Imaging Self Scanning).
´Este sensor ofrece informaci´on en cuatro ban-
das del espectro, comprendidas entre el azul
y el IRC para los dos primeros y entre el rojo y
el SWIR para los dos segundos, lo que resulta
id´oneo para estudios costeros, disciminaci´on
de cubiertas vegetales y exploraci´on minera.
En los ´ultimos dos sat´elites se a˜nadi´o otros
dos sensores: una c´amara pancrom´atica con
alta resoluci´on (5.8 m), y un sensor de obser-
vaci´on regional (WIFS)[1].
6.6.4. TIROS- NOAA
El primer sat´elite se lanz´o en los a˜nos se-
senta, denominandose TIROS, m´as tarde pa-
san a denominarse NOAA (National OCeanic
and Atmospheric Administration Satellite). El
sensor AVHRR (Advance Very High Resolu-
tion Radiometer), esta dise˜nado para propor-
cionar im´agenes en 5 bandas del espectro
(R, IRC, IRM, IRT), las imagenes se encuen-
tran en tres formatos diferentes: la m´axima
resoluci´on es denominada LAC (Local Area
Coverage), cuando se graba a bordo, HRPT
(High Resolution Picture Transmission) cuan-
do es enviada en tiempo real a las estaciones
receptoras. Adem´as del sensor AVHRR, los
NOAA llevan otros sensores de interes me-
teorol´ogicos como son la sonda TOVS (Ti-
ros Operational Vertical Sounder), el sensro
SBUV/2 (Solar Backscatter UltraViolet Spec-
tral Radiometer), para medir las concentracio-
nes verticales de ozono en la atm´osfera, y el
ERBE (Earth Radiation Buget Experiment)[1].
6.6.5. Sat´elites geoestacionarios
En el programa GARP (Global Atmosp-
heric Research Programme) forman parte
los sat´elites Meteosat, GOEs, GMS, Insat y
GOMS.
el primer sat´elite geoestacionario se lan-
zo en 1966 por la NASA, denominando-
se ATS (Aplications Technollogy Satellite),
siendo posteriomente convertido en la serie
de GOES (Geostationary Operational Enviro-
mental Satellite). El sat´elite Meteosat fue lan-
zado por primera ves en 1977.
11

12. 6.6.6. Terra y Aqua
El Terra fue lanzado en diciembre de 1999 y
el Aqua en mayo de 2002, ambos incorporan
una gran variedad de sensores que se com-
plementan para generar variables de inter´es
ambiental. El terra dispone de los sensores de
MODIS, CERES, MIRS, MOPITT y ASTER y
el Aqua de AIRS, AMSR-E, CERES, HSB y
MODIS[1].
El ASTER (Advanced Sapceborne Thermal
Emisi´on and Reflection Radiometer), cuenta
con 15 canales: 4 con 15 m de resoluci´on (V,
R, IRC, IRC), 6 con 30 m de resoluci´on en el
SWIR y otros 4 en el IRT. Tiene como objetivo
medir las propiedades de las nubes, estudios
de vegetaci´on, temepratura terrestre y topo-
graf´ıa[1].
El CERES ((Clouds and the Earth’s Radiant
Energy System) mide el balance de radica-
cion global terrestre y proporciona estimacio-
nes sobre las propiedades de las nubes.
MISR (Multi-angle Imaging Spectroradio-
meter), primeros sensores en proporcionar
una cobertura multiangular de todo el plane-
ta, teniendo una capacidad de observar si-
mult´aneamente 9 ´angulos distintos y 4 ban-
das espectrales (A, V, R, IRC).
MODIS (Moderate-Resolution Imaging
Spectroradiometer) es el primer sensor
con capacidad hiperespectral lanzado al
espacio. Cuenta con 36 canales, a distintas
resoluciones y ´ambitos del espectro. Las
primeras bandas tienen una resoluci´on de
250 m de resoluci´on, cubriendo el R e IRC.
Las siguientes 5 ofrecen 500 m y cubren el V
y diversas bandas del SWIR. El resto con una
resoluci´on de 1 km, cubren principalmente el
VIS-IRC, IRM y t´ermico. La principal novedad
del sensor MODIS es que tanto las im´agenes
orginales como todos los productos derivados
se encuentran accesibles gratuitamente en
internet.
MOPITT (Measurements of Pollution In The
Troposphere), es un sensor primordialmente
dise˜nado para estudiar las condiciones de la
baja atm´osfera, particularmente como interac-
ciona las superficies terrestres y marinas.
DMSP (Defense Meteorologival Satellite
Program), dise˜nado inicialmente con propo-
sito militar para la facilitaci´on de informaci´on
global y diaria sobre la cobertura de nubes.
6.6.7. Programas comerciales
Los principales satelites se encuentran
dentro de tres empresas norteamericanas:
Space Imaging y Orbimage (conocida recien-
temente como Geoeye), Earthwactch Inc (re-
bautizada como Digital Globe). La primera es
propietaria de IKONOS y Orbiew. QuickBird
de Digital Globe. La empresa ImageSat Inter-
national, dispone la serie EROS.
12

13. Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal
79 m 0.5-0.6
79 m 0.6-0.7
MSS 79 m 0.7-0.8 18 d´ıas
79 m 0.8-1.1
240 m 10.4-12.6
80 m 0.475-0.575
RBV 80 m 0.580-0.680 18 d´ıas
80m 0.690-0.830
40 m 0.505-0.750
30 m 0.45-0.52
30 m 0.52-0.60
30 m 0.63-0.60
TM 30 m 0.76-0.90 16 d´ıas
30 m 1.55-1.75
120 m 10.40-12.50
30 m 2.08-2.35
30 m 0.45-0.52
30 m 0.52-0.60
30 m 0.63-0.69
ETM+ 30 m 0.76-0.90 16 d´ıas
30 m 1.55-1.75
120 m 10.40-12.50
30 m 2.08-2.35
15 m 0.52-0.90
Cuadro 1: Sensores del programa Landsat.
Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal
20 m 0.50-0.59
HRV 20 m 0.61-0.68 26 d´ıas
20 m 0.79-0.89
10 m 0.5-0.73
20 m 0.50-0.59
20 m 0.61-0.68
HRVIR 20 m 0.79-0.89 26 d´ıas
20 m 1.58-1.75
10 m, 5 m, 2.5 m 0.51-0.73
1 km 0.43-0.47
Vegetation 1 km 0.61-0.68 26 d´ıas
1 km 0.78-0.89
1 km 0.1.58-1.75
Cuadro 2: Sensores del sat´elite SPOT.
13

14. Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal
76.5m, 32.25 m 0.45-0.52
LISS-I 76.5m, 32.25 m 0.0.52-0.59 22 d´ıas
76.5m, 32.25 m 0.62-0.68
76.5m, 32.25 m 0.77-0.86
23 m, 5.8 m 0.52-0.59
23 m, 5.8 m 0.62-0.68
LISS-III 23 m, 5.8 m 0.77-0.86 22 d´ıas
23 m, 5.8 m 1.55-1.70
5.8 m 0.5-0.75
WiFS 188 m 0.62-0.68 22 d´ıas
188 m 0.77-0.86
60 m 0.62-0.68
AWiFS 60 m 0.77-0.86 22 d´ıas
60 m 1.55-1.70
Cuadro 3: Sensores del sat´elite IRS
Sensor Resoluci´on espacial Resoluci´on espectral (µm) Resoluci´on Temporal
1 km 0.58-0.68 12 horas
AVHRR/1 1 km 0.72-1.10 12 horas
1 km 3.55-3.93 12 horas
1 km 10.3-11.3 12 horas
1 km 0.58-0.68 12 horas
1 km 0.72-1.10 12 horas
AVHRR/2 1 km 3.55-3.93 12 horas
1 km 10.3-11.3 12 horas
1 km 11.5-12.5 12 horas
1 km 0.58-0.68 12 horas
1 km 0.72-1.10 12 horas
AVHRR/3 diurno 1 km 1.58-1.64 12 horas
1 km 10.3-11.3 12 horas
1 km 11.5-12.5 12 horas
1 km 0.58-0.68 12 horas
1 km 0.72-1.10 12 horas
AVHRR/3 nocturno 1 km 3.55-3.93 12 horas
1 km 10.3-11.3 12 horas
1 km 11.5-12.5 12 horas
Cuadro 4: Sensores del sat´elite NOAA
14

15. Referencias
[1] Chuvieco Salinero, E. (2008). Teledetec-
ci´on ambiental: La observaci´on de la Tierra
desde el Espacio. Ariel Ciencia, Espa˜na,
3ra edition.
[2] CICEANA (2007). Saber m´as... percep-
ci´on remota. CICEANA: Centro de infor-
maci´on y comunicaci´on ambiental del Norte
Am´erica, A.C.
[3] Gand´ıa, S., Meli`a, J., Miralles, J., and
de Val`encia, U. (1991). La teledectecci´on
en el seguimiento de los fen´omenos natura-
les. Recursos renovables: agricultura. Pu-
blicacions de la Universitat de Valˇcncia.
[4] P´erez Guti´errez, C. and Mu˜noz Nieto, ´A. L.
(2006). Teledetecci´on: nociones y aplica-
ciones. Universidad Salamanca.
[5] P´erez, D. (2007). Introducci´on a los sen-
sores remotros: Aplicaciones en geolog´ıa.
Universidad de Buenos Aires.
[6] Rees, W. G. (2001). Physical principles
of remote sensing. Cambridge University
Press, 2 edition.
[7] Reuter, F. (2009). Principios de teledetec-
ci´on. Number 33 in Serie Didactica.
[8] Sobrino Rodr´ıguez, J. A. (2001). Telede-
tecci´on. Universitat de Valencia, Espa˜na.
[9] Zerda, H. R. (2004). Manual de telede-
tecci´on. Primer inventario nacional de bos-
ques nativos, proyectos bosques nativos y
´areas protegidas birf 4085-AR 1998-2001,
Republica de Argentina, Ministerio de Sa-
lud y ambiente de la naci´on y secretar´ıa de
ambiente y desarrollo sustentable.
15