procesamiento matematico digital de imagenes

Universidad Distrital Fco José de Caldas Fac. de Ingeniería

Esp. SIG Prof. Orlando Riaño

15/Agosto/2014

Geologí a: Ima genes satelitales, generacio n y uso de bandas sintéticas para deteccio n e interpretacio n de caracterí sticas geolo gicas lineales

Compendio y desarrollo metodológico

Juan C Soto Orjuela (jcsotoo) Código 20141094025

Contenido Listado de Figuras...............................................................................................................................2

Listado de Tablas ................................................................................................................................3

Introducción. ......................................................................................................................................4

Filtros definidos ..................................................................................................................................5

Sistema de fallas de Eskisehir, Turquía ...............................................................................................6

Sistema de fallas de Romeral .............................................................................................................9

Resultados y recomendaciones ........................................................................................................12

Referencias.......................................................................................................................................13



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Listado de Figuras

Figura 1 Imagen satelital, Landsat 7ETM. Eskisehir, Turquía. .............................................................6

Figura 2 Eskisehir, 8 bandas. Componentes principales 1,2 y 3. Los rayos indican el paso de la falla 7

Figura 3 Eskisehir, 4 bandas. Componentes principales 1,2 y 3. Los rayos indican el paso de la falla 8

Figura 4 Sistema de fallas de Romeral, al norte de La Pintada (Antioquia) ........................................9

Figura 5 Romeral, 8 bandas. Componentes principales 1,2 y 3. Los rayos indican el paso de la falla

.........................................................................................................................................................11


.........................................................................................................................................................14



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Listado de Tablas

Tabla 1 Definición de filtros direccionales ..........................................................................................5

Tabla 2 Eskisehir, 8 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal ....................................6

Tabla 3 Eskisehir, 8 bandas. Matriz de valores Eigen .........................................................................7

Tabla 4 Eskisehir, 4 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal ....................................8

Tabla 5 Eskisehir, 4 bandas. Matriz de valores Eigen .........................................................................8

Tabla 6 Romeral, 8 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal ...................................10

Tabla 7 Romeral, 8 bandas. Matriz de valores Eigen ........................................................................10

Tabla 8 Romeral, 4 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal ...................................10

Tabla 9 Romeral, 4 bandas. Matriz de valores Eigen ........................................................................10



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(jcsotoo) Página Nro 4

Introducción. Con el advenimiento de nuevas tecnologías, la geología ha sido una usuaria de ese tipo de

tecnologías de manera frecuente. Una de esas tecnologías son los sensores remotos,

presentes en el campo de la geología desde hace más de 40 años, especialmente en el

uso de la detección e interpretación de características geológicas lineales como las fallas,

limites estratigráficos, y en la diferenciación de litología. En este documento se muestra

una de las técnicas usadas para resaltar ese tipo de característica o geoforma, en especial

las fallas geológicas de gran impacto en la vida del ser humano, ya que están relacionadas

con movimientos sísmicos.

Una falla que puede no ser clara en el campo, es posible que una imagen satelital la

resalte; para hacer ese realce, las imágenes satelitales son sometidas a procesos de

aplicación de filtros y un posterior Análisis de Componentes Principales (ACP) , usando una

técnica propuesta por Ayday (Ayday, et al, 2008). Por su característica de ser lineales, el

filtro idóneo para su realce son los llamados filtros direccionales o de gradiente. Se usa un

filtro para direcciones en incrementos de 45°, empezando en 0° hasta los 315°, es decir se

obtienen 8 imágenes, cada de ellas se podría denominar “banda sintética”, ya que esas

imágenes serán tratadas como nuevas bandas independientes al momento de aplicar el

ACP.

Por sus características y bondades para la realización de estudios de Geología, de la

imagen satelital original, LandSat, se usa la banda 7 (Enhaced Thematic Mapper-ETM).

En resumen, la técnica sigue los siguientes pasos:

1. Recorte del área de interés 2. Definición de filtros (solo una vez), si no se tienen pre-definidos, para 0°, 45°, 90°,

135°, 180°, 225°, 270° y 315° 3. Generación de bandas sintéticas, una por cada dirección definida 4. Aplicación de ACP, tanto para las 8 direcciones definidas como para las 4 principales

(0°, 90°, 180°, 270°)

Para la realización delas diferentes tareas, se usó el software ERDAS IMAGINE 2013 (Pasos

1, 2 y 3) y el ILWIS v 3.3 para el ACP.

En este documento se muestra un caso para Turquía (Sistema de fallas de Eskisehir) y otro

para Colombia (Sistema de fallas de Romeral), donde es posible ver el uso de la técnica.



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Estas áreas están relacionadas con amplias zonas de riesgo de ocurrencia de terremotos u

actividad sísmica.

Igualmente es importante contar con información adicional, como mapas, descripción de

las áreas de estudio, publicaciones previas, para poder llegar a una mejor interpretación

de la información provista por las imágenes satelitales y el resultado de su procesamiento

(Richetti, 2000).

Filtros definidos La definición de los filtros o kernel usados, se muestran en la Tabla 1, la línea de ceros,

sombrada en amarillo, muestra la dirección de realce.

Tabla 1 Definición de filtros direccionales

90° 270°

Realce

Horizontal

-1 -2 -1 1 2 1

0 0 0 0 0 0 1 2 1 -1 -2 -1

0° 180°

Vertical -1 0 1 1 0 -1 -2 0 2 2 0 -2

-1 0 1 1 0 -1

45° 225°

Diag. Izquierda

0 1 2 0 -1 -2

-1 0 1 1 0 -1 -2 -1 0 2 1 0

135° 315°

Diag. Derecha

-2 -1 0 -2 -1 0

-1 0 1 -1 0 1 0 1 2 0 1 2



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Sistema de fallas de Eskisehir, Turquía El sistema de fallas de Eskisehir, está ubicado en la zona Norte de Turquía, ha estado

involucrado en múltiples terremotos, con saldo de grandes pérdidas humanas y

materiales. Para su descripción se usó lo expuesto por Ayday, et al, 2008 y Selçuk, et al,

2012

Figura 1 Imagen satelital, Landsat 7ETM. Eskisehir, Turquía.

Tabla 2 Eskisehir, 8 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal

Componente Principal

Peso

PC1 40.4

PC2 30.88

PC3 18.02

PC4 6.25

PC5 3.69

PC6 0.65

PC7 0.12

PC8 0



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Tabla 3 Eskisehir, 8 bandas. Matriz de valores Eigen

Banda Sintética


0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°

PC1 0.296 -0.001 0.471 0.547 -0.072 0.22 -0.197 0.547

PC2 -0.423 -0.554 0.233 -0.119 0.328 0.432 -0.37 -0.119

PC3 -0.029 -0.37 -0.168 0.035 -0.55 -0.46 -0.564 0.035

PC4 -0.537 -0.022 0.465 -0.008 -0.544 -0.015 0.445 -0.008

PC5 0.144 0.485 0.125 -0.29 -0.395 0.486 -0.41 -0.29

PC6 0.547 -0.28 0.576 -0.318 0.065 -0.271 0.103 -0.318

PC7 0.353 -0.491 -0.364 0.003 -0.359 0.494 0.359 0.003

PC8 0 0 0 -0.707 0 0 0 0.707

Figura 2 Eskisehir, 8 bandas. Componentes principales 1,2 y 3. Los rayos indican el paso de la falla



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Tabla 4 Eskisehir, 4 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal


Peso

PC1 34.38

PC2 29.64

PC3 23.20

PC4 12.78

Tabla 5 Eskisehir, 4 bandas. Matriz de valores Eigen

Banda Sintetica


0° 90° 180° 270°

PC1 0.096 0.658 -0.146 -0.733

PC2 -0.689 0.113 0.705 -0.129

PC3 -0.428 -0.61 -0.416 -0.521

PC4 0.578 -0.427 0.556 -0.418

Figura 3 Eskisehir, 4 bandas. Componentes principales 1,2 y 3. Los rayos indican el paso de la falla



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Sistema de fallas de Romeral Este sistema de fallas, va desde el norte del Perú, hasta el caribe colombiano y es el responsable

de gran parte de la actividad sísmica del occidente colombiano. Una descripción del sistema es

posible revisarla en Chicangana, 2005.

La sección que se muestra corresponde al departamento de Antioquia y va desde el norte de La

Pintada hasta Bolombolo, a lo largo del rio Cauca-

Figura 4 Sistema de fallas de Romeral, al norte de La Pintada (Antioquia)



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Tabla 6 Romeral, 8 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal


Peso

PC1 44.02

PC2 30.07

PC3 14.71

PC4 6.39

PC5 4.14

PC6 0.57

PC7 0.09

PC8 0

Tabla 7 Romeral, 8 bandas. Matriz de valores Eigen

Banda Sintética


0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°

PC1 0.413 0.096 0.343 0.556 -0.227 0.01 -0.179 0.556

PC2 0.314 0.511 -0.373 -0.046 -0.321 -0.5 0.379 -0.046

PC3 0.152 0.397 0.159 0.059 0.565 0.419 0.541 0.059

PC4 0.494 -0.003 -0.509 -0.005 0.498 -0.009 -0.498 -0.005

PC5 0.13 0.51 0.125 -0.275 -0.381 0.512 -0.386 -0.275

PC6 0.561 -0.261 0.562 -0.331 0.074 -0.267 0.07 -0.331

PC7 -0.362 0.494 0.357 0.001 0.358 -0.49 -0.359 0.001

PC8 0 0 0 -0.707 0 0 0 0.707

Tabla 8 Romeral, 4 bandas sintéticas. Pesos de cada componente principal


Peso

PC1 38.03

PC2 29.99

PC3 18.89

PC4 13.09

Tabla 9 Romeral, 4 bandas. Matriz de valores Eigen

Banda Sintética


0° 90° 180° 270°

PC1 -0.554 -0.441 0.537 0.458

PC2 -0.469 0.513 0.43 -0.576

PC3 0.497 0.504 0.544 0.45

PC4 -0.475 0.536 -0.481 0.506



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Resultados y recomendaciones La metodología propuesta por Ayday, et al, 2008, incluyendo la generación de bandas

sintéticas, usando filtros direccionales o filtros de gradiente y la aplicación de ACP sobre

las bandas resultantes mejora ostensiblemente la detección e interpretación de

características geológicas lineales, cómo las fallas.

Las imágenes producidas por los componentes principales asociados al uso de las bandas

sintéticas asociadas a las 8 direcciones planteadas, suelen mostrar una mejor calidad en el

realce de las características lineales

La presencia o no de cobertura adicionales a la tierra, puede influir en la interpretación de

las imágenes, ya que muchas fallas por su antigüedad, pueden estar cubiertas y no ser

visibles en las imágenes satelitales.

Un mejor conocimiento del software puede ayudar a solo usar un programa y no dos,

como en este caso, ya que no se supo cómo generar las diferentes imágenes asociadas a

los diferentes componentes principales producidos por el proceso de ACP usando ERDAS

IMAGINE 2013.



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Referencias

Ayday,C, Gümüşlüoğlu,E.2008. Detection and interpretation of geological linear features on the satellite images by using gradient filtering and principal component analysis. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B8. Beijing Chicangana Montón, German. 2005. La zona de fallas de Romeral: una zona de subducción extinta deformada y cizallada que sirve de contacto entre una litosfera oceánica y una continental en el norte de Suramérica. Tesis para optar al título de Maestría Geología de la Universidad Nacional de Colombia-Sede Bogotá. Colombia. ERDAS IMAGINE 2013. Help on-line ILWIS. V3.0 Academic. 2001. User’s Guide. Chapter 6. Image processing Richetti, Evaristo. 2000. Multispectral satellite Image and Ancillary Data Integration for Geological Classification. Photogrametric Engineering & Remote Sensing. Vol 66. No 4 April 2000. Pp 429-435 Selçuk, Azad Saglam & Gökten, Yasar Ergun. 2012. Neotectonic Characteristics of the İnönü-Eskişehir Fault System in the Kaymaz (Eskişehir) Region: Influence on the Development of the Mahmudiye-Çifteler-Emirdağ Basin. Turkish Journal of Earth Sciences, Vol. 21, pp 521-545



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