procesado y anÁlisis de imÁgenes...

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PROCESADO Y ANÁLISIS DE PROCESADO Y ANÁLISIS DE IMÁGENES DIGITALES EN IMÁGENES DIGITALES EN

TELEDETECCIONTELEDETECCION

Asignatura de Libre Elección (créditos: 4,5)Asignatura de Libre Elección (créditos: 4,5)GRUPO DE TELEDETECCIÓN

C. Gonzalo, E. Martínez y A. ArqueroDATSI, FI (UPM)

http://www.fi.upm.es

Departamentos y LaboratoriosArquitectura y Tecnología de Sistemas Informáticos

Enseñanza: Plan 96: Asignaturas mediante Telenseñanza (GATE):

Procesado y Análisis de Imágenes Digitales en Teledetección

Investigación:Grupo de Teledetección

Personal:DocenciaInvestigación

PROFESORAS

Águeda Arquero Hidalgo D- 4210

[email protected]

Consuelo Gonzalo Martín D- 4207

[email protected]

Estíbaliz Martínez Izquierdo D- 4210

[email protected]

TEMARIOTEMARIO1. Introducción. Interés de la Teledetección en la

sociedad actual.2. Sensores, satélites y programas espaciales.3. Fundamentos físicos de la interacción radiación-

materia.4. Radiometría y supervisión de campo.5. Introducción al procesado y análisis de imágenes.6. Errores en la detección remota de imágenes.7. Corrección geométrica y radiométrica de imágenes.8. Radiación solar. Corrección atmosférica.9. Métodos de análisis de imágenes remotamente

detectadas. Clasificación de imágenes.10. Métodos de análisis de imágenes remotamente

detectadas. Detección de Cambios.

CALENDARIOCALENDARIO

Horario: Miércoles (12,15-14 h)Se controlará y considerará la asistencia a clase

3 Noviembre a 22 Diciembre:Exposición Telepresencial del Temario

12-1-05 y 19-1-05: Exposición Telepresencial de los trabajos de los alumnos

OBJETIVOSOBJETIVOSEl objetivo global de este curso es formar al alumno en el procesado, análisis e interpretación de imágenes y datos registrados tanto por sensores en campo próximo, como por sensores remotos transportados en satélites, para su aplicación a la gestión de recursos naturales y evaluación de cambios medioambientales en cubiertas terrestres. Objetivos parciales:

•Conocimiento del proceso de registro de los datos próximos y remotos (2-4).•Conocimiento de la naturaleza y propiedades de los datos (3-6).•Conocimiento de técnicas generales de procesado digital de imágenes (5, 7-10).

EVALUACIÓNEVALUACIÓN• EXPOSICIÓN DE TRABAJOS REALIZADOS

(PowerPoint con páginas de notas)

• MEMORIA COMPLETA DEL TRABAJO (Documento enviado como fichero electrónico)

• RESOLUCIÓN DE CUESTIONES Y EJERCICIOS, así como participación activa en las sesiones.

TEMAS PARA TRABAJOSTEMAS PARA TRABAJOS• PROPUESTAS DEL GTD

• PROPUESTAS DE LOS ALUMNOS

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍAÁgueda Arquero, Consuelo Gonzalo, y Estíbaliz Martínez, Teledetección. Una aproximación desde la superficie al satélite, 2003, Fundación General de la UPM, Madrid, ISBN: 84-96244-12-1CHUVIECO, E. Teledetección Ambiental, 2002, Ed. Ariel S. A., Barcelona, ISBN: 84-344-8047-6.DECKER, R. y GAUL, W. Eds, Classification and Information Processing at the turn of the Millenium, 2000, Springer-Verlag, Berlin, ISBN: 3-540-6789-2.GUYOT, G. et al., Physical Measurements and Signatures in RemoteSensing, Vol. 1 y 2, 1997, A. A. Bakelma, Rotterdam, Brookfield, ISBN: 90-5410918-1. KRAMER, H. J., Observation of the Earth and Its Environment,1996, 3ªed. ampliada, Springer-Verlag, Berlin, ISBN: 3-54-60993-4. MATHER, P. M., Computer of Remotely-Sensed Images; an Introduction, 1999, 2ª Ed., Wiley, ISBN: 0-471-98550-3.REES, W. G., Physical Principles of Remote Sensing, 2001, 2ª Ed., Cambridge Univ. Press, U. K., ISBN: 0-521-66948-0. RENCZ, A. N., Remote Sensing for the Earth Sciences, Vol. 3, 1999, 3ª ed.John Wiley & Sons Inc., N.Y., ISBN: 0471-29405-5.RICHARD, J. A., Remote Sensing Digital Image Analysis, An Introduction, 1995, 2ª ed. ampliada, Springer-Verlag, Berlin, ISBN: 3-540-16007-8. SCHOTT, J. R., Remote Sensing, 1997, Oxford University Press, ISBN: 0-19-508726-7.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

"REMOTE SENSING" (RS) o TELEDETECCIÓN1960: Observación y medida de un objeto sin estar en contacto con él.Actualmente: Adquisición de información en torno a un objeto sin estar en contacto físico con él. La información mas habitual es la electromagnética.

SISTEMA DE TELEDETECCIÓNSISTEMA DE TELEDETECCIÓN

ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS:Fuente o fuentes de radiación electromagnéticaInteracción de las ondas electromagnéticas con

la superficie terrestreInteracción de las ondas electromagnéticas con

la atmósferaReceptor o receptores de las ondas

electromagnéticas.

SENSOR

SISTEMA DE TELEDETECCIÓNSISTEMA DE TELEDETECCIÓN

FUENTE 1FUENTE 2

FUENTE 3

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE TELEDETECCIÓNCOMPONENTES DE UN SISTEMA DE TELEDETECCIÓN

FUENTE RADIACIÓNSOLAR

TRATAMIENTO VISUAL

TRATAMIENTO DIGITALSISTEMA DE RECEPCION

USUARIO FINAL

ALMACENAMIENTO

SENSOR

?1. ¿Cuál es la fuente de iluminación de

la corteza terrestre mas habitual?

2. Indíquense los tipos de procesado que se pueden aplicar en Teledetección.

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE TELEDETECCIÓNEVOLUCIÓN HISTÓRICA DE TELEDETECCIÓN

1957 Se envía el primer satélite al espacio (Sputnik)

Se inventan los explo-radores multies-pectrales

1999Se lanza el Landsat-7, el Terra y el Ikonos.

1959

(U. de Michigan)

Lanza-miento del primer Landsat

1909Wilbur Wrightutiliza la primera cámara aerofoto-gráfica

1991Se lanza el primer satélite de la ESA (ERS-1)

1858Primera fotografía aérea: G.F. Tourna-chon

1972

EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN REMOTE SENSING (RS)REMOTE SENSING (RS)

ESTADO DEL PROBLEMA

RECOGIDA DE DATOS

ANÁLISIS DE DATOS

INFORMACIÓN DE SALIDA

EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)

• Uso de Lógica adecuada:

•Inductiva

•Deductiva

•Tecnológica.

ESTADO DEL PROBLEMA

EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)

RECOGIDA DE DATOS

• In situ:•Campo•Laboratorio•Bases de datos.

• Datos biofísicos e híbridos remotos:

•Analógicos Pasivos:•Cámara•Vídeo

•Digitales Pasivos:•Cámara•Multiespectral•Matrices lineales•Espectrorradiómetros

•Digitales Activos:•Micro-ondas (Radar)•Sonar•Láser

EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)ANÁLISIS DE

DATOS

• Procesado analógico (Visual) de la Imagen:•Elementos de interpretación

•Procesado digital de la Imagen:•Preprocesado (correcciones radiométricas y geométricas)•Modelos: escena, atmosférico, sensor•Realce de la imagen (ajuste del contraste)•Reconocimiento de patrones (estadístico y sintáctico)•Sistemas expertos (base de conocimientos e inferencia)•Redes Neuronales Artificiales

• Visualización científica•Hipótesis:

•Aceptación o rechazo

EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)EL PROCESO DE LA TELEDETECCIÓN (RS)INFORMACIÓN

DE SALIDA

• Analógica y Digital:

•Imágenes

•Mapas de imágenes

•Mapas temáticos

•Bases de Datos espaciales

• Informes de error:

•Geométrico

•Temático

• Estadísticas

• Gráficos (1, 2, 3 dimensiones)

?Indíquense algunos tipos de

resultados del análisis de imágenes remotas.

TÉCNICAS DE TELEDETECCIÓNTÉCNICAS DE TELEDETECCIÓN

La Fotografía AéreaTeledetección multiespectral VIS-NIRTeledetección TérmicaLa Radargrafía

Diferencias:Tipo de sensor (cámara, radiómetro o radar)Modo de adquisición (activo o pasivo)

ANALISIS DE DATOSANALISIS DE DATOSImagen como representación de paisaje.Aspectos físicos y biológicos de los elementos del paisaje se reflejan en la imagen.Condiciones semejantes en un mismo ambiente originan un paisaje idéntico.Calidad y cantidad de información obtenida están en función del analista y de los límites de la técnica.

INFORMACIÓN DIRECTA INFORMACIÓN DIRECTA OBTENIDA POR TELEDETECCIONOBTENIDA POR TELEDETECCION

VARIABLES DE LA SUPERFICIE TERRESTRE:TOPOGRAFÍAALBEDO (REFLECTANCIA GLOBAL)TEMPERATURA SUPERFICIAL

VARIABLES DE LOS OCÉANOS:COLORRUGOSIDADTOPOGRAFÍATEMPERATURA.

INFORMACIÓN DEDUCIDA DE DATOS INFORMACIÓN DEDUCIDA DE DATOS REMOTOSREMOTOS

MEDIDA DEL SENSORRADIANCIA ESPECTRAL Lλ= f (prop. ópticas de Superficie y Atmósfera, ángulos cenital y acimutal solar y del sensor, propiedades del sensor)A partir de Lλ se pueden identificar cubiertas terrestres.

TOPOGRAFÍADiferenciación de cubiertas por propiedades ópticas superficiales (S) dependientes del estado físico.

PARÁMETROS FÍSICOSBiomasa vegetal (Sλ).

INTERÉS EN LA SOCIEDAD ACTUALINTERÉS EN LA SOCIEDAD ACTUAL

Técnica aplicada, dependiente del desarrollo tecnológico:• Óptica y detectores del sensor• Vehículo que transporta el sensor• Sistemas de transmisión• Equipos de tratamiento• Software asociado, etc.


Desarrollo en periodos:Preliminar al crecimiento, con tradición escasa y sin asociaciones (países en desarrollo).Crecimiento exponencial, aumento de publicaciones y grupos (países europeos).No aumenta el crecimiento, pero si el nivel de especialización y discusión (EEUU).Crecimiento cercano a cero, consolidación de sociedades y adquisición de madurez.

INTERÉS EN LA SOCIEDAD ACTUALINTERÉS EN LA SOCIEDAD ACTUALSociedades y centros: EEUU

American Society for Photogrammetry and RemoteSensing (En 1996: 7000 afiliados (30% sector privado y 155 empresas). Revista: Photogrammetric Engineering and RemoteSensingGeoscience and Remote Sensing Society. Revista:Transactions on Geoscience and Remote SensingCentros NASADptos Universitarios: Environmental Research Institute de Michigan (ERIM), Laboratory for Applications of RemoteSensing (LARS), Institute for Environmental Studies (Wisconsin-Madison), Remote Sensing Unit (California), Laboratory for Earth Resources Information Systems(LERIS)Comerciales: EOSAT (productos Landsat), con apoyo del EROS Data Center, NASA y NOAA (mantenimiento de estaciones receptoras)


Canada Center for Remote Sensing. CanadianRemote Sensing Society. Revista: Canadian Journal ofRemote Sensing. Proporciona un servidor gratuito (http://geogratis.cgdi.gc.ca/frames.html) donde se pueden hacer diferentes búsquedas de datos (fotos aéreas, imágenes registradas por sensores transportados en satélites (Landsat, NOAA, Spot, Seasat, ERS, Radarsat), mapas, empresas y noticias relacionadas con la Teledetección, así como material formativo relativo a este campo.

National Remote Sensing Center (U. K.) RemoteSensing Society. Revistas: International Journal ofRemote Sensing, NRSC Newsletter. NERC (NaturalEnvironment Research Council) tiene establecido un equipo para espectrometría de campo (EPFS) en la Universidad de Southampton, donde se calibran un gran nº de equipos. También hay un Centro de Oceanografía.


Centre National d’Etudes Spatiales (CNES). Presentan la posibilidad de adquirir datos sobre el territorio francés como coordenadas geográficas y su conversión, mapas, etc, y también comunican con un servidor educativo SEIG dedicado a información geográfica desde el punto de vista pedagógico, donde se pueden encontrar desde un índice de términos específicos a ejemplos, como puede ser la remodelación de un determinado litoral, etc.Groupement pour le Développement de laTélédétection Aérospatiale (GDTA). Empresa: SPOTImage (Satélites Spot).

UE (Unión Europea), junto con la ESA (Agencia Espacial Europea): Satélites Meteosat (MSG), ERS, Envisat, Ikonos. Space Applications Institute. European Association of Remote Sensing Laboratories (EARSeL)

Programa CORINE (Medioambiente y Agricultura). CORINE-Land Cover.Programas sobre inventario de cultivos y predicción de cosechas.Programas sobre inventario forestal y de pastizales.Proyectos Envisat y METOP (Medio ambiente y meteorología)PROGRAMA ACTUAL DE OBSERVACIÓN DE LA TIERRA “Envelope”: Misiones Watch (Vigías), Misiones Explorer (Exploradores)Programa futuro Metop.


INTERÉS EN LA SOCIEDAD ACTUALINTERÉS EN LA SOCIEDAD ACTUALEspaña

Desarrollo cada vez mayor y rápidoGran interés por grupos científicos diversosHerramienta poco utilizada todavíaIntroducción en nuevos planes de estudio (Geografía, Ciencias

Ambientales, Geología, Ingeniería Forestal, Agrícola, Geodésica y Cartografía.

Asociación Española de Teledetección (1989). Revista:Revista Española de Teledetección

Sociedad Española de Cartografía, Fotogrametría y Teledetección

Centros de producción cartográfica (IGN), de investigación (INIA) o de docencia (Univ. Alcalá)

Empresas: Infocarto, Ibersat, Espelsa, Tragsatec, Inisel.


GEOT del Departamento de Geografía (Universidad de Extremadura) que ofrece imágenes actualizadas del Meteosat cada 30 minutos.

LATUV del Departamento de Física Aplicada (Universidad de Valladolid). Ofrece información sobre meteorología, el estado del ozono, índices de vegetación, riesgos de incendios y diferentes tipos de imágenes.

Proyecto Mercator. De él se ha derivado la lista TELEDETECCIÓN (comunidad hispanohablante). Promueve y facilita el flujo de información. Esta lista se encuentra hospedada en RedIris. Permite colocar programas en el servidor para que sean accesibles a sus usuarios.

El departamento de Geografía de la Universidad de Alcalá, ha puesto en marcha un servidor a partir del cual se pueden solicitar imágenes NOAA procesadas a diferentes niveles y productos con este tipo de imágenes (NVDI).

ASPECTOS LEGALES DE LA TELEDETECCIÓNASPECTOS LEGALES DE LA TELEDETECCIÓNProyecto de principios de la Comisión de Naciones Unidas para el uso del Espacio Exterior, aprobado por la Asamblea General de la ONU (Dic-86):

Se realizará en provecho e interés de todos los países según el derecho internacionalSe respetará la soberanía plena de los estados sobre su riqueza y recursos naturalesSe promoverá la cooperación internacional sobre recepción, interpretación y archivo de datos, prestando asistencia técnicaSe informará al Secretario General de las Naciones Unidas de los programas de teledetección a desarrollar y a los estados que lo solicitenSe informará a los estados afectados para prevenir fenómenos prejudiciales al medio ambiente, con acceso barato a los datos de su territorio.

VENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALVENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALCOBERTURA GLOBAL Y PERIÓDICA

Estación orbital europea (Polar Orbiting Earth Observation Mission, POEM-1); la japonesa (JPOP) y la norteamericana (EOS)

Dimensión global importante: Deterioro de la capa de ozono, procesos de desertización...

Observación periódica: Seguimiento de desertificación, inundaciones, predicción de escorrentías de nieve, deforestación y dinámica de procesos meteorológicos.

Datos NOAA-AVHRR

VENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALVENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALVISIÓN PANORÁMICA

Fotografía aérea 1:18.000 (16 km2) y de 1:30.000 (49 km2)Imagen Landsat 34.000 km2

Imagen NOAA 9 millones de km2

Detección casi instantánea y por el mismo sensor de una gran superficie.

VENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALVENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALINFORMACIÓN SOBRE REGIONES NO VISIBLES DEL ESPECTRO

Sensores optoelectrónicos facilitan la observación en zonas como:

Infrarrojo medio (Detección de focos con alta tª y escapes radioactivos)Infrarrojo térmico (Distribución de tª marina, seguimiento de corrientes)Región de las microondas (Imágenes con cobertura nubosa permanente, estudios oceanográficos y cartografía nival).

VENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALVENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIAL

EL CONCEPTO DE MULTI-TELEDETECCIÓN

Diferentes plataformas

Diferentes altitudes

Diferentes fechas/estaciones

Diferentes sensores

Diferentes bandas espectrales

MULTI-ESCENARIO

MULTI-TEMPORAL

MULTI-SENSOR

MULTI-ESPECTRAL

VENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALVENTAJAS DE LA OBSERVACIÓN ESPACIALFORMATO DIGITAL

Agiliza el proceso de interpretaciónPermite generar modelos cuantitativosPermite integrar los resultados con otra información geográfica.

LIMITACIONESLIMITACIONESCalibración (medidas absolutas)Cobertura nubosaResolución espacial, espectral y temporal.

FUENTES BIBLIOGRÁFICASFUENTES BIBLIOGRÁFICASCATÁLOGOS

Earth Resources: A Continuing Bibliography with Indexes (NASA, 1962-)

Geographical Abstracts, G: Remote Sensing, Photogrammetry and Cartography (Geo Abstracts)

RESORS (Canadá)GEOBASE (U. K.)

CONGRESOSInternational Society for Photogrammetry and Remote Sensing

(ISPRS)American Society of Photogrammetry and Remote Sensing

(ASPRS)Remote Sensing Society (RSS)European Association of Remote Sensing Laboratories

(EARSeL)International Symposium on Remote Sensing of EnvironmentIEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium

(IGARSS).

FUENTES BIBLIOGRÁFICASFUENTES BIBLIOGRÁFICAS

REVISTASCanadian Journal of Remote SensingGeocarto InternationalIEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

(IP: 1,605)International Journal of Remote Sensing (IP: 0.827)ITC JournalPhotogrammetriaPhotogrammetric Engineering and Remote Sensing (IP:

0.841)Remote Sensing of Environment (IP: 1.697)Remote Sensing QuartelyRemote Sensing ReviewsISPRS Journal of Photogrammetry (IP: 0,963)Radio Sci (1,139)J. Geodesy (0,960)

FUENTES BIBLIOGRÁFICASFUENTES BIBLIOGRÁFICAS

CATÁLOGOS DE IMÁGENESLANDSAT: Mission to Earth: Landsat views of the World

(NASA, 1976); Earth Watch (1981) y Man on Earth (1983)LANDSAT y FOTOS: Images of Earth (1984)Obra de Westerman (Alemania)Imágenes del Reino UnidoImágenes del Este Europeo y fotos desde estación espacialUniv. de Valladolid (NOAA): www.labtuv.esImágenes de Canadá:

www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/comvnts/comp/rscompe.htmlhttp://rsd.gsfc.nasa.gov/rsd/images/http://www.ncl.ac.uk/tcmweb/remote/images/

FUENTES BIBLIOGRÁFICASFUENTES BIBLIOGRÁFICASDIRECCIONES INTERESANTESlandsat7.usgs.govwww.noaa.govwww.labtuv.es www.geogra.alcala.eswww.ermapper-spain.comwww.estec.esa.nl/explorerwww.asdi.com/index_rs.htmlwww.soton.ac.ukwww.soton.ac.uk/~epfs/specs/specs.htmlwww.baylor.edu/~grasswww.soton.ac.uk/~epfs/specs/ciml_pht.htmlwww.vtt.fi/tte/research/tte1/tte14/virtualwww.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/eduref/educate.htmlwww.cla.sc.edu/geog/rslab/rsccnew/rscc-no-frames.html

Enlaces de TeledetecciónEnlaces de Teledetecciónhttp://nivel.euitto.upm.es/tele/inde2.html

Enlaces de TeledetecciónEnlaces de Teledetección

http://meteor.upc.es/launik/

http://www.geog.nottingham.ac.uk/~mather/useful_links.html

AsociacionesAsociaciones

APLICACIONES APLICACIONES Cartografía y planimetría: no son

muy sensibles a cambios temporales. Modelos digitales del terreno.

Agricultura: cartografía de cultivos y usos del suelo, control de erosión, manejo del agua...

Sector forestal: único medio operativo para obtener datos objetivos, sistemáticos y fiables de la superficie forestal, detección de fuegos y sus efectos.

APLICACIONES APLICACIONES Meteorología: estudios climáticos

y de cambio global.

Estudios del suelo: evaluación de la superficie terrestre y mapas de los suelos.

Conservación de la naturaleza/ Biología: control de la superficie con vegetación.

Hidrología: balance del agua, agrohidrología...

Sector militar: con satélites propios.

APLICACIONES APLICACIONES Componente de un SIG (GIS): Sistema

de Información Geográfico.

RESUMEN DE PROPIEDADES DE LA RESUMEN DE PROPIEDADES DE LA TELEDETECCIÓN TELEDETECCIÓN

Sinopsis: Visión global de las diferencias y similitudes de una región de la cubierta terrestre.

Flexible: Variedad de sensores, técnicas, algoritmos de procesado de imagen y análisis reproducible.

Actual: Información adicional a los mapas clásicos. Datos específicos.

Interactiva: Cooperación con el conocimiento humano y operaciones automáticas.

Dinámica: Capacidad de controlar series de datos temporales de la tierra y su entorno (detección de cambios).

Además: Lo invisible se vuelve visible. Datos objetivos y cuantitativos. Extrapola medidas puntuales. Apertura de regiones inaccesibles. Integración en SIG.

1. Indíquense las principales ventajas de la teledetección.

2. Indíquense los principales inconvenientes de la teledetección.

?

procesado y anÁlisis de imÁgenes...

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