3. TELEDETECCIN Y SISTEMAS DE TRATAMIENTO DIGITAL DE IMGENES A. Arozarena Villar

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3. Teledeteccin y Sistemas de Tratamiento Digital de Imgenes

Dentro del Sistema de Produccin Cartogrfica se estudia la teledeteccin como sistema de captura directa, en forma digital, de informacin a distancia. El tratamiento digital de imgenes digitales ser la herramienta fundamental de explotacin de dicha informacin, as como de la integracin de los procesos de informacin y comunicacin en las fases de captura, tratamiento y explotacin. 3.1. Introduccin

La teledeteccin es el sistema integral de captura de informacin territorial (a partir de la radiacin electromagntica captada por el sensor) que se emplea cada da con mayor asiduidad para la captura tanto de informacin temtica (medioambiental), como de informacin topogrfica (MDT, planimetra). Ello ha sido posible gracias al desarrollo que han experimentado, por un lado, las Tcnicas de Tratamiento Digital de Imgenes, lo cual ha facilitado, en todos los procesos, la obtencin de datos significativos del territorio y por otro al acceso a la exhaustiva informacin digital proporcionada por sensores, en su aspecto espacial, radiomtrico, espectral y temporal.

Fig. 1.- Captura mediante teledeteccin: sistemas de comunicacin y de informacin.

Como ya se ha indicado anteriormente, la fotogrametra se puede considerar la tecnologa precursora de la teledeteccin. No obstante, para la captura de informacin desde satlites nos tenemos que remontar al ao 1960 cuando la NASA (National Aeronautics and Space Administration) pone en rbita el primer satlite de la serie TIROS, pionero de los destinados a la observacin meteorolgica, y en 1972 el ERTS 1 (Landsat 1), comenzando la era de la Teledeteccin espacial. En la actualidad hay cientos de satlites de Observacin de la Tierra en rbita, cada uno de los cuales porta uno o varios sensores diseados para un tipo de aplicaciones especfico. 2

Las imgenes de satlite tienen la ventaja de que abarcan una zona mucho mas amplia que las imgenes areas, permitiendo realizar estudios territoriales a bajo coste. En la actualidad los satlites nos proporcionan sistemas integrados de datos territoriales (a partir de la radiacin electromagntica transformada en informacin digital) con gran resolucin espacial, radiomtrica, espectral y gran periodicidad, que hacen de la teledeteccin un instrumento indispensable para el conocimiento global de la Tierra, as como para la deteccin y cuantificacin de los cambios que en ella se producen. El Tratamiento Digital de Imgenes utiliza la informacin digital (imgenes) procedentes de sensores para la extraccin de informacin especfica a los fines requeridos, topogrficos y temticos. Una de sus grandes ventajas es la rapidez de procesamiento de la ingente informacin digital disponible hoy da para cada proyecto. Para la obtencin de informacin topogrfica y temtica se ha venido utilizando, hasta fecha reciente, diferentes sistemas y equipos de produccin, con lo que la superposicin y correspondencia entre ambas informaciones se haca difcil, as como un elevado costo en su obtencin y actualizacin. Para el estudio del Tratamiento Digital de Imgenes se puede dividir, el mismo, en las siguientes fases:

Concepto de imagen digital. Tratamientos previos. Radiomtricos y geomtricos. Mejoras de la imagen. Sistemas de Extraccin automtica de informacin.

Para finalizar conviene resaltar que las aplicaciones de la teledeteccin son actualmente muy variadas, prcticamente de aplicacin a todas las ciencias y disciplinas del conocimiento de la Tierra, como son: meteorologa, ocupacin del suelo, geologa, edafologa, agricultura, estudios forestales, medioambiente, cartografa temtica y topogrfica, cambio global, anlisis geogrfico, etctera. La teledeteccin ha propiciado la creacin de equipos multidisciplinares que resultan indispensables en la ejecucin de cualquier proyecto.

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3.2.

Tratamiento Digital de Imgenes

El Tratamiento Digital de Imgenes es una parte fundamental de la teledeteccin, cuyo desarrollo ha impulsado las aplicaciones de los datos digitales procedentes de sensores. La Imagen en forma digital (matriz numrica bidimensional) obtenida directamente (radimetros) o por transformacin de la imagen analgica (cmaras mtricas) en digital mediante escner, ser la fuente indispensable de entrada de datos en el Sistema de Tratamiento. Asimismo, al ser los datos, en todo el procesamiento, en forma digital posibilita dos aspectos trascendentales en el momento actual, como son: La comunicacin y transmisin por redes de la informacin. La produccin electrnica de documentos cartogrficos (mapas, ortofotos, etctera). 3.2.1. Concepto de Imagen Digital La imagen, de forma genrica, se puede considerar que es un elemento constitutivo indiscutible de todo proceso de transmisin de informacin (comunicacin). Los primeros elementos que podemos considerar como imgenes (analgicas) son los dibujos, grficos, esquemas, etctera , los cuales, tanto su confeccin como su transmisin (reproduccin), se realizaban y realizan en ciertos casos, completamente de forma manual. La complejidad de su ejecucin y por tanto de su reproduccin variaban sustancialmente, entre otros factores, en funcin de si la imagen era en blanco y negro o color, dificultando y encareciendo los procesos antes mencionados en funcin de las caractersticas de la imagen. Este escaso conocimiento de las tcnicas asequibles en la utilizacin del color impidi y fren durante siglos que el mismo se utilizase regularmente en los procesos de produccin de documentos. La fotografa, desde sus orgenes, contribuy de forma definitiva y eficaz a todos los procesos de produccin de documentos y especialmente de imgenes. Las tcnicas analgicas de fotografa, fotomecnica y fotocomposicin, que en algunos casos todava se siguen utilizando en los procesos productivos, han sido los sistemas inspiradores de los actuales sistemas digitales de reproduccin y, por supuesto, fotogramtricos. Una fase fundamental en la produccin de imgenes digitales, en aquellos casos que la fuente de informacin fuese analgica (cmara fotogramtrica), sera la conversin de dicha informacin (seal analgica) en digital mediante convertidores ADC (cuantificadores y codificadores), como por ejemplo: escner, digitalizadores, etctera. La cuantificacin tiene por objeto el muestreo de la informacin analgica original y, por tanto, una discretizacin de la misma (funcin del tiempo o el espacio, en el caso de audio e imagen respectivamente). La codificacin (nmero de bits por muestra) se encargar de hacer reproducible y fcilmente procesable dicha informacin discretizada, facilitando igualmente su almacenamiento y transmisin.

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Todo proceso de cuantificacin (convertidores de una seal de entrada en otra de salida segn una ecuacin dada) lleva consigo una generalizacin de la informacin; por ello, pueden considerar a los cuantificadores como sistemas potentes de compresin. Las imgenes digitales, como ya se ha dicho anteriormente, son una transformacin (discretizacin) de las imgenes originales fotogrficas (analgicas) en digitales mediante un escner (ADC), o bien son en s mismas digitales si proceden directamente de un barredor multiespectral (caso de la teledeteccin) o cmara digital. En cualquier caso, una imagen digital se puede considerar de forma genrica como una matriz (bidimensional) discretizada en niveles de grises ND (valor radiomtrico o digital) con una expresin, por celda (cada celda/elemento de la matriz se denomina pixel -s-), del tipo:

Fig. 2.- Imagen digital (forma decimal).

ND = f(x,y)

f(x, y)

f(0, 0) . . . . f(M -1, 0) ................

f(0, M -1) . . . f(M -1, M -1)

Imgenes de M x M pixeles (M filas y M columnas) Cada pixel representa un valor de la radiacin electromagntica total reflejada Q por cada pixel en un instante dado. ND = f(x, y)=f (energa radiante recibida Q- ) = i (x, y). r (x, y) Siendo: i (x, y) = f (iluminacin) 0