La teledetección o percepción remota (en inglés Remote Sensing) es una disciplina científica que integra un amplio conjunto de conocimientos y tecnologías utilizadas para la observación, el análisis y la interpretación de fenómenos terrestres y planetarios. Sus principales fuentes de información son las medidas y las imágenes obtenidas con la ayuda de plataformas aéreas y espaciales. Como su nombre indica, la teledetección supone la adquisición de información a distancia, sin contacto directo con el objeto estudiado.

Tú mismo, al leer estas líneas, estás efectuando un acto de percepción remota: un ente físico, la luz que emana de la fuente emisora, en este caso la pantalla de su PC, atraviesa cierta distancia hasta que es capturada por un sensor, los ojos, que la envían a un procesador, tu cerebro.

La adquisición de información a distancia implica la existencia de un flujo de información entre el objeto observado y el captador. El portador de esta información es la radiación electromagnética, que puede ser emitida por el objeto o proceder de otro cuerpo y haber sido reflejada por este. Todos los cuerpos (planetas, seres vivos, objetos inanimados) emiten radiación electromagnética; la cantidad y tipo de esta radiación emitida depende fundamentalmente de su temperatura.

El principal emisor de radiación en el sistema solar es el propio Sol, cuya radiación, reflejada por la Tierra y los objetos situados en ella, es la más comúnmente utilizada en teledetección y es la que nos permite ver los objetos situados a nuestro alrededor. Otra opción es que el sistema captador incorpore un emisor de radiación (Radar), cuyo reflejo en la superficie del planeta objeto de estudio lo recoge el propio captador.

El objetivo fundamental de la teledetección es analizar las características de la radiación que abandona la superficie terrestre y que es captada posteriormente por un sensor situado en un satélite. El análisis de estos datos permite determinar qué elementos y factores ambientales las han producido.

Proceso de Teledetección

El principio básico de la teledetección es similar al de la visión. La teledetección es el resultado de la interacción entre tres elementos fundamentales: una fuente de energía, un objetivo o escena y un captador o sensor.

Elementos de la Teledetección

• La fuente de energía: Es la que «ilumina» el objetivo emitiendo una onda electromagnética (flujo de fotones). También es posible medir el calor que se desprende de la superficie del objetivo (infrarrojo térmico). En este caso, el propio objetivo es la fuente de energía (aunque se trata de energía solar almacenada y reemitida).
• El objetivo o escena: Es la porción de la superficie terrestre observada por el satélite. Su dimensión varía, en función de la resolución del captador, de unos pocos km² a algunos miles de km².
• El captador o sensor: De teledetección mide la energía solar (es decir, la radiación electromagnética) reflejada por el objetivo. El captador puede encontrarse en un satélite o en un avión, sobrevolando el objetivo a una altura de pocos centenares de metros hasta distancias de 36000 kilómetros en el caso de los satélites meteorológicos.

Los captadores embarcados en los satélites miden la radiación electromagnética reflejada y posteriormente reenvían esta información a la Tierra mediante un emisor. En la Tierra, una red de estaciones de recepción se encarga de recibir y almacenar estos datos.

Tipos de Teledetección

Cuando la fuente de energía es el Sol, y el captador solo mide la radiación reflejada, se conoce como teledetección pasiva. Esta modalidad de teledetección solo es operativa durante las horas diurnas. Por la noche o cuando hay nubes que se interponen no es posible realizar observaciones. La observación de las regiones tropicales no es fácil con esta modalidad de teledetección, a causa de la frecuente presencia de densas coberturas de nubes en estas zonas. Asimismo, son difíciles de observar las regiones polares durante los periodos invernales, debido a la reducida iluminación solar que reciben.

En los casos en que el mismo satélite lleva una fuente emisora de energía (radar) que envía hacia el objetivo y mide el eco producido se le denomina teledetección activa. El radar atraviesa la cobertura de nubes, lo que facilita la obtención de imágenes independientemente de las condiciones meteorológicas, tanto de día como de noche.

Aunque las imágenes de radar son más difíciles de analizar, complementan los datos de la teledetección pasiva y ofrecen información adicional sobre otros aspectos como la topografía del terreno.

Espectro Electromagnético

La radiación electromagnética comprende una amplia variedad de frecuencias o de longitudes de onda que abarcan desde los rayos gamma a las ondas de radio. Todas estas emisiones constituyen el denominado espectro electromagnético.

Características de las Radiaciones Electromagnéticas

• Las ondas electromagnéticas son todas semejantes (independientemente de cómo se generen) y solo se diferencian en su longitud de onda y frecuencia. La luz es una onda electromagnética.
• Las radiaciones electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de la luz.
• Las ondas electromagnéticas transportan energía radiante.
• Cuando la radiación electromagnética incide sobre la superficie de un cuerpo, una parte es reflejada y el resto transmitida.
• La intensidad de las ondas electromagnéticas disminuye con el cuadrado de la distancia.

Radiaciones Electromagnéticas Usadas en Teledetección

En teledetección aeroespacial, se mide la cantidad de radiación electromagnética reenviada por una porción de superficie terrestre. Las películas fotográficas solo pueden registrar las longitudes de onda del espectro visible e infrarrojo.

Los instrumentos de los satélites de teledetección son sensibles a un rango más amplio de frecuencias que el espectro visible. El rango de longitudes de onda que pueden captar va desde el ultravioleta, hasta las zonas infrarrojas, térmicas y las microondas.

Las radiaciones más utilizadas en teledetección son:

• Las microondas: Las microondas, también llamadas hiperfrecuencias, se usan en los sensores radar. Se generan mediante unos dispositivos electrónicos llamados magnetrones, parecidos a los que hay en los hornos microondas domésticos.
• La radiación infrarroja: Los cuerpos calientes emiten radiación infrarroja, propiedad que tiene muchas aplicaciones en teledetección, medicina y astronomía. La zona infrarroja del espectro se subdivide en tres regiones: infrarrojo cercano, medio y lejano o térmico.
• El espectro visible: La luz es la parte visible del espectro electromagnético. La sensibilidad espectral del ojo humano es muy estrecha y se subdivide en seis intervalos que definen los colores básicos: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.
• La radiación ultravioleta: La radiación ultravioleta es la componente principal de la radiación solar.

Hasta la primera mitad del siglo XIX, todas las informaciones sobre el Universo se recogían de las observaciones en luz visible; con el desarrollo de instrumentos capaces de captar las otras emisiones del espectro electromagnético, nuestros conocimientos sobre el Universo se han ampliado enormemente.

Los datos captados por los satélites de teledetección se registran en diferentes bandas del espectro electromagnético. Cada banda de un sensor multiespectral es una imagen monocroma que podemos ver en escala de grises con una paleta de 256 tonos. Cada píxel de estas imágenes puede tener un valor que oscila entre negro (valor 0) y blanco (valor 256).

Representación en Color de Imágenes Satélite

La visualización de las imágenes de teledetección es mejor cuando se tiene una representación en colores, ya que el ojo humano percibe mejor las diferencias de color que los niveles de gris.

Para poder ver las imágenes de teledetección en colores, se hace una combinación de tres bandas, que recibe el nombre de imagen de color compuesta. Las imágenes de las distintas bandas se pueden combinar entre ellas para producir una imagen en color real o en falso color en función de las bandas escogidas. Esto se hace asignando a cada uno de los canales (RGB) de la pantalla de ordenador una banda en particular.

El máximo número de canales que podemos ver simultáneamente en una pantalla es de tres, y la apariencia de colores dependerá de las bandas espectrales concretas que asignemos a los canales rojo, verde y azul del monitor.

Imágenes Compuestas en Color Natural

Las imágenes compuestas en color natural o real son combinaciones de las bandas 1 (azul), 2 (verde) y 3 (rojo), que coinciden aproximadamente con la gama visual del ojo humano, por lo que se parecen bastante a lo que esperaríamos ver en una fotografía normal en color. Las imágenes de color real tienden a presentar un bajo contraste y un aspecto algo borroso. Ello es debido a que la luz azul es más afectada que las demás por la dispersión atmosférica.

Otras combinaciones de bandas distintas generan imágenes en falso color. La naturaleza de los objetos que se quieren investigar determina la selección de las tres bandas a combinar.

Imágenes Compuestas en Falso Color

El ojo humano puede ver muchos más detalles en las imágenes en color que en blanco y negro. Incluso se pueden apreciar más detalles en una imagen de color falso que en otra equivalente en color natural o verdadero.

En el procesado de imágenes de satélite, se generan a menudo imágenes en falsos colores porque incrementan la percepción de determinados detalles de la superficie. Una imagen en falso color es una representación artificial de una imagen multiespectral.

En algunas aplicaciones de teledetección, puede ser útil asociar las clases de cobertura del suelo con colores familiares, por ejemplo, la hierba con el verde. En otros casos, se prefieren los colores contrastados para resaltar objetos de interés en el fondo.

La codificación que se emplea en las imágenes multibanda se basa en la numeración de las bandas que integran dicha imagen, siguiendo el orden específico de rojo, verde y azul. De esta manera, una imagen que use la banda 7 para el rojo, la banda 4 para el verde y la banda 2 para el azul se la designa como: 7,4,2.

Resolución: Concepto y Tipos

El número de píxeles que integran un sensor de satélite o de cámara digital define su poder de resolución, es decir, la capacidad de discernir objetos o detalles de un determinado tamaño en las imágenes captadas. A mayor número de píxeles por unidad de superficie, mayor resolución del fotosensor, pero también mayor es el volumen del archivo informático generado. Es lo que se denomina resolución espacial y constituye uno de los tipos de resolución que definen a las imágenes satélite. Una imagen de satélite se caracteriza por las siguientes modalidades de resolución:

• Resolución espacial
• Resolución espectral
• Resolución radiométrica
• Resolución temporal

Tipos de Resolución

• Resolución espacial: Este concepto designa al objeto más pequeño que se puede distinguir en la imagen. Está determinada por el tamaño del píxel, medido en metros sobre el terreno; esto depende de la altura del sensor con respecto a la Tierra, el ángulo de visión, la velocidad de escaneado y las características ópticas del sensor. Por ejemplo, las imágenes Landsat TM tienen una resolución espacial de 30×30 m en las bandas 1, 2, 3, 4, 5 y 7, y de 120×120 m en la 6 (térmica). El sensor SPOT – HRV tiene una resolución de 10×10 m, mientras que los satélites meteorológicos como NOAA, el píxel representa un tamaño desde 500 a 1100 m de lado.
• Resolución espectral: Consiste en el número de canales espectrales (y su ancho de banda) que es capaz de captar un sensor. Por ejemplo, SPOT tiene una resolución espectral de 3, Landsat de 7. Los nuevos sensores, llamados también espectrómetros o hiperespectrales, llegan a tener hasta 256 canales con un ancho de banda muy estrecho (unos pocos nm) para poder separar de forma precisa distintos objetos por su comportamiento espectral.
• Resolución radiométrica: Se la llama a veces también resolución dinámica, y se refiere a la cantidad de niveles de gris en que se divide la radiación recibida para ser almacenada y procesada posteriormente. Esto depende del conversor analógico digital usado. Así, por ejemplo, Landsat MSS tiene una resolución espectral de 2⁶ = 64 niveles de gris en el canal 6, y Landsat MSS en las bandas 4 a 7 de 2⁷ = 128 niveles de gris, mientras que en Landsat TM es de 2⁸ = 256. Esto significa que tenemos una mejor resolución dinámica en el TM y podemos distinguir mejor las pequeñas diferencias de radiación.
• Resolución temporal: Es la frecuencia de paso del satélite por un mismo punto de la superficie terrestre, es decir, cada cuánto tiempo pasa el satélite por la misma zona de la Tierra. Este tipo de resolución depende básicamente de las características de la órbita. El ciclo de repetición de los Landsat-1 al Landsat-3 era de 17 días. A partir del Landsat 4, en 1984, el ciclo de repetición se redujo a 15 días. SPOT permite un ciclo de repetición de entre 3 y 26 días.

GPS: Sistema de Posicionamiento Global

Ideado con fines militares en EE. UU., actualmente se usa con fines civiles, sobre todo para navegación. Es un sistema constituido por 28 satélites situados a 20.200 km de altitud, que van provistos de relojes atómicos muy precisos.

Funcionamiento del Sistema:

• Los satélites emiten señales muy precisas que son recogidas por los receptores GPS. Éstos, por triangulación, determinan las coordenadas y la altitud en cada momento.
• Para que el GPS funcione son necesarias, al menos, las señales de tres satélites de los 28 del sistema.
• Debido a su utilidad militar y por motivos de seguridad, se introduce un pequeño error (hasta 30 m) para evitar fines no deseados.

Aplicaciones:

• Su uso principal es la navegación terrestre y marítima. Permite establecer rutas, conocer la velocidad y la dirección en la que nos movemos, pilotar automáticamente embarcaciones, etc.
• Las principales aplicaciones en la gestión ambiental son:
  • Elaboración de mapas (cartografía) y planificación del territorio.
  • El posicionamiento de puntos de interés (vertidos de contaminantes, incendios forestales, rescates, plagas, …)
  • Tareas de seguimiento de animales en peligro de extinción, rutas migratorias, etc.

GLONASS

El sistema ruso GLONASS es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) desarrollado por Rusia y que representa la contrapartida al GPS estadounidense y al futuro Galileo europeo.

Consta de una constelación de 24 satélites (21 en activo y 3 satélites de repuesto) situados en tres planos orbitales con 8 satélites cada uno y siguiendo una órbita inclinada de 64,8º con un radio de 25.510 kilómetros. La constelación de GLONASS se mueve en órbita alrededor de la Tierra con una altitud de 19.100 kilómetros (algo más bajo que el GPS) y tarda aproximadamente 11 horas y 15 minutos en completar una órbita.

El sistema está a cargo del Ministerio de Defensa de la Federación Rusa y los satélites se han lanzado desde Tyuratam, en Kazajistán.

Galileo

Es un sistema de posicionamiento de la UE que se esperaba que estuviera operativo en el año 2008. Su uso civil permitirá situar un objeto con menos margen de error que el GPS, solo 4 metros. Galileo es la iniciativa de la Unión Europea y la Agencia Espacial Europea, que acordaron desarrollar un sistema de radionavegación por satélite de última generación y de alcance mundial propio, que brindara un servicio de ubicación en el espacio preciso y garantizado, bajo control civil.

Galileo comprende una constelación de 30 satélites divididos en tres órbitas circulares, a una altitud de aproximadamente 24.000 km, que cubren toda la superficie del planeta. Éstos estarán apoyados por una red mundial de estaciones terrestres. El primer satélite fue lanzado el 28 de diciembre de 2005 y se espera que el sistema esté completamente operativo a partir de 2010 (dos años más tarde de lo inicialmente previsto). Galileo será compatible con la próxima generación de NAVSTAR-GPS, que estará operativa antes del 2012. Los receptores podrán combinar las señales de 30 satélites de Galileo y 28 del GPS, aumentando la precisión de las medidas.

Teledetección

Es la técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes de la superficie terrestre desde sensores instalados en aviones o en satélites artificiales.

Componentes de un Sistema de Teledetección

• a) Sensor: Situado en un avión o satélite. Son aparatos que detectan la energía del espectro de radiación electromagnético emitida por un cuerpo. Muchos satélites incorporan sensores multiespectrales que detectan energía de diferentes longitudes de onda.
• b) Flujo de energía detectada por los sensores: Es la radiación electromagnética que permite el funcionamiento del sistema. Dependiendo de la energía utilizada se distinguen dos tipos de sensores:
  • Pasivos: Utilizan la energía emitida por el sol y reflejada por los elementos situados en la superficie terrestre. Esta energía procede del Sol y es reflejada por la superficie terrestre, o bien absorbida y posteriormente emitida por los cuerpos (vegetación, agua, puentes, carreteras, edificios,…).
  • Activos: Emiten radiación y captan su reflejo, como el radar o el sonar.
• c) Centro de recepción: La imagen obtenida por el sensor (imagen analógica) se transmite a tierra en forma de imagen digital (códigos de 1 y 0), donde son captadas por una antena. La información recibida es procesada mediante programas informáticos y distribuida para su uso.

Aplicaciones de la Teledetección

Permite obtener un gran número de imágenes y la observación periódica de la superficie terrestre, por lo que permite establecer comparaciones temporales y detectar variaciones en una zona concreta.

Se utiliza para estudios de: avance y retroceso de hielos y desiertos, cambio climático, agujero de ozono, meteorología, riesgos de inundaciones, localización de bancos de pesca, identificación de cultivos, etc.

Imágenes por Satélite

Los sensores utilizan las radiaciones del espectro que no son absorbidas por la atmósfera, sobre todo:

• Región central o zona visible: Aunque contiene los siete colores del arco iris, el ojo humano percibe el azul, el verde y el rojo. Se emplean en fotografías convencionales pancromáticas (b/n) o en color.
• Región del infrarrojo: Dividida a su vez en tres zonas:
  • Infrarrojo próximo: Usada en fotografía convencional con películas especiales y en sensores digitales. Útil para masas de vegetación.
  • Infrarrojo medio: Solo con sensores digitales. Recoge el calor emitido por los objetos o medios cuando contienen humedad.
  • Infrarrojo lejano o térmico: Calor emitido por la superficie terrestre previamente calentada por el Sol. Detecta presencia de seres vivos u otras fuentes de calor como incendios. Sirve para estudiar el cambio climático.
• Microondas: Utilizadas por los sensores de radar, sirven para realizar imágenes de la superficie en situaciones especiales como cuando están cubiertas de nubes o en oscuridad.

Un píxel puede definirse como cada una de las celdillas en las que se divide una imagen y es la superficie mínima detectada sobre el terreno. Cada píxel se expresa por un valor numérico que se corresponde con un tono de gris concreto.

La resolución de un sensor establece el tamaño del píxel. Posteriormente, mediante programas informáticos, pueden visualizarse en forma de imágenes en blanco y negro o en color.

Resolución Espectral del Sensor

Son las distintas longitudes de onda o bandas en las que es capaz de medir un sensor. La resolución del sensor aumenta al hacerlo en número de bandas (longitudes de onda) en las que opera.

Por ejemplo, Landsat 5 y 7 utilizan el sensor TM (Thematic Mapper) que opera en siete bandas de espectro.

Obtención de Imágenes en Color

Resultan de la combinación en un programa informático de las imágenes tomadas en tres bandas espectrales. A cada banda se le hace corresponder un color, pudiendo obtener imágenes en color natural o en falso color.

Las más utilizadas son:

• Color natural o RGB = 3 2 1

  Se toman las imágenes en gris de las bandas 3, 2 y 1 y se les asigna un color de la siguiente manera:

  • Banda 3 (corresponde al color rojo) → ROJO
  • Banda 2 (corresponde al color verde) → VERDE
  • Banda 1 (corresponde al color azul) → AZUL

  Cada píxel tendrá un color definido por la combinación de los tres anteriores.

• Falso color, RGB = 4 3 2

  La correspondencia es la siguiente:

  • Banda 4 (corresponde al IF próximo) → ROJO
  • Banda 3 (corresponde al color rojo) → VERDE
  • Banda 2 (corresponde al color verde) → AZUL

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