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CAPÍTULO V
INTERPRETACIÓN DE IMÁGENES SATELITALES
SECCIÓN I
CONCEPTOS SOBRE INTERPRETACIÓN
5.001 Introducción a la interpretación de imágenes. En los capítulos previos hemos
visto los temas necesarios para poder afrontar las tareas de interpretación sin inconvenientes: la
exposición de los aspectos físicos básicos referentes al funcionamiento de los sensores remotos,
las características de algunos de los satélites más empleados, términos relativos al vocabulario
que generalmente se manejan en esta disciplina y todos aquellos temas asociados al
procesamiento y análisis de las imágenes satelitales.
Esto nos ha dado la base necesaria poder enfrentar las tareas de interpretación; es conveniente
estar en capacidad de realizar todos aquellas tareas que involucra el procesamiento y análisis de
la imagen porque las mismas son herramientas fundamentales para preparar la imagen para una
adecuada interpretación, teniendo además en cuenta que en más de una oportunidad deberemos
retroceder a la etapa de análisis en función de requerimientos que surjan durante la
interpretación.
La interpretación de imágenes tiene como misión examinar los objetos contenidos en las mismas,
con el propósito de identificarlos y deducir su significado. Los sensores remotos son útiles en
una infinidad de campos (geología, hidrología, oceanografía, forestación, etc.) y específicamente
en el campo militar, donde generalmente se inició el desarrollo de estas tecnologías; estos
sistemas ofrecen la posibilidad de conocer áreas determinadas, en forma rápida y continua,
relacionando los diversos aspectos que presenta la superficie terrestre (suelo, vegetación,
hidrografía, morfología, etc.) simultáneamente.
5.002 Ventajas de la observación terrestre.
•
•
•
•
•
Cobertura global y periódica de la Superficie Terrestre.
Visión panorámica.
Homogeneidad en la toma de datos.
Información sobre el espectro electromagnético.
Formato digital.
Antes de abordar la interpretación propiamente dicha, se consideran una serie de cuestiones
fundamentales como por ejemplo:
•
•
•
•
•
En qué banda del espectro puede ser detectado el fenómeno de interés?
Cuál es la resolución espacial requerida para observarlo?
Qué ciclo temporal precisa?
En qué plazo han de entregarse los resultados?
A qué escala?
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• Con qué nivel de detalle?
• Qué método de análisis (digital o visual) garantiza esos requerimientos?
Las respuestas a estas cuestiones se relacionan con diversos factores, entre ellos, cabe destacar
dos fundamentales:
• Los objetivos del proyecto.
• Los medios disponibles para su realización.
Una vez aclarados los aspectos mencionados anteriormente conviene considerar varios
elementos para seleccionar la imagen satelital sobre la cual vamos a trabajar, como ser:
•
•
•
•
Tipo de sensor.
Fecha de adquisición.
Soporte de las imágenes.
Material auxiliar.
5.003 Aspectos físicos a tener en cuenta para la interpretación.
a. Radiación solar. La cantidad de energía emitida por la fuente solar y recibida por la tierra es
fundamental para los estudios meteorológicos y de recursos naturales.
El sol es la estrella más cercana a la tierra, su estructura es en extremo compleja y sus
regiones interiores, que son completamente inaccesibles a la observación directa, tienen
temperaturas estimadas en varias decenas de millones de grados centígrados. Es allí donde
tienen lugar las reacciones nucleares complejas que son la fuente de la energía solar.
La energía del Sol se irradia uniformemente en todas direcciones y casi toda ella desaparece
en la inmensidad del espacio; solamente una fracción de la misma es interceptada por la
Tierra y su atmósfera.
Espacio
Sensor remoto res - alta
6
21
4
insolación...100
Atmósfera
absorbido...
18: vapor de agua,
polvo, ozono, CO2
esparcir
3: nubes
nubes
superficie /reflejo del objeto
Océano, Tierra
Absorbido
48…sensor remoto res - baja (olr)
Transmitido
Transmitido
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b. Influencia del medio atmosférico. La atmósfera, entre el sensor ubicado en las plataformas
aéreas o satelitales y la fuente de radiación tiene efecto sobre la calidad de los datos a
registrarse y por lo tanto, en la selección de las bandas espectrales.
La atmósfera puede afectar los datos mediante la dispersión y/o absorción de energía.
Se produce dispersión cuando la radiación es reflejada o refractada por las partículas de la
atmósfera que varía de moléculas de gases a partículas de polvo y grandes gotas de agua. La
consideración general que la radiación dispersada, sea la que provenga del sol o la reflejada
de la superficie de la tierra, no es atenuada sino orientada en otra dirección que es dependiente
de la longitud de onda.
Aquella energía que no es dispersada, es absorbida por la atmósfera, dependiendo de la
longitud de onda; la atmósfera es calentada por esa radiación absorbida.
Las características meteorológicas de la atmósfera afectan los mecanismos de dispersión y
absorción.
Luz Blanca
Rojo
Anaran
-jado
Amarillo
Prisma
• La luz blanca es una
combinación d e partes iguales
de cada color
• c a d a c o l o r e s luz d e u n a o n d a
de longitud diferente
Verde
Azul
Violeta
La dispersión puede dividirse en tres categorías diferentes, dependiendo de la relación entre la
longitud de onda de la radiación a ser dispersada y del tamaño de las partículas que la
provocan.
1) Dispersión Rayleigh. Se da cuando la longitud de onda de la radiación es mucho mayor
que el tamaño de las partículas dispersadas.
Este tipo de dispersión es la causa de que el cielo aparezca azul. Ya que la radiación en las
longitudes de onda del azul, se dispersa mucho más que en las longitudes de onda del rojo.
El color rojo del atardecer se debe a lo mismo. A medida que el sol se aproxima al
horizonte, sus rayos siguen un camino más largo a través de la atmósfera, por lo tanto la
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radiación que corresponde a longitudes de onda más cortas se dispersa dejando que sólo la
radiación de longitudes de onda más largas, rojo, naranja, alcancen nuestros ojos.
Debido a la dispersión Rayleigh, los datos multiespectrales de la porción del azul son de
limitada utilidad.
2) Dispersión Mie. Sucede cuando la longitud de onda de radiación es comparable al tamaño
de las partículas dispersadas. Según Mie, si las dimensiones de la partícula son
comparables o mayores que el haz incidente, el campo alrededor de la partícula no podrá
ser considerado ya como uniforme y la onda esférica que se genera debe representarse por
un sistema de ondas parciales, que se hace cada vez más complejo, a medida que el tamaño
de la partícula aumenta.
A medida que el tamaño de la partícula aumenta, la difusión hacia delante se hace más
pronunciada, al tiempo que disminuye la difusión hacia atrás.
3) Dispersión no-selectiva. Es el caso en que el tamaño de la partícula de dispersión es
mucho mayor que la longitud de onda de la radiación.
La interacción entre la materia y los fotones de cualquier energía específica conducen a la
absorción, emisión, dispersión y reflexión de energía electromagnética con la materia.
Estos procesos son específicos para cada longitud de onda y composición del material en
cuestión, ya que la masa y la energía se conservan, éstas pueden estar en las siguientes
formas:
a) Absorbida, eliminando su energía en forma de calor.
b) Emitida por la materia como función de la temperatura y estructura a la misma
temperatura o diferente longitud de onda.
c) Dispersada dentro de la atmósfera.
d) Reflejada al medio nuevamente.
c. Ventanas atmosféricas. Por otro lado las moléculas que constituyen la atmósfera
pueden absorber energía. La estructura molecular de los gases, en la atmósfera, es compleja,
por ejemplo el anhídrido carbónico absorbe radiación para varias longitudes de onda. En la
vecindad de estas longitudes de onda, el mecanismo de absorción de la atmósfera predomina
sobre la dispersión.
La atenuación de la radiación solar es causada por la presencia de los diversos gases
contenidos en la atmósfera terrestre (oxígeno, ozono, vapor de agua, nitrógeno, anhídrido
carbónico, etc.) y ellos generan una serie de espacios vacíos por donde pueden pasar ciertas
longitudes y el resto del tren de ondas no pasa o sólo lo hace en un porcentaje variable.
Estas regiones espectrales se llaman ventanas atmosféricas. Hay bandas angostas de
absorción, aproximadamente a 1.4 µm y 1.9 µm debido a la presencia de vapor de agua en la
atmósfera. El agua produce baja reflectancia para estas mismas longitudes de onda.
La dispersión molecular atmosférica Rayleigh y las capas de absorción del ozono atenúan la
radiación para longitudes de onda por debajo de 0.3 µm. Esto permite la identificación de
ventanas atmosféricas en las regiones espectrales.
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•
•
•
•
•
•
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
1
2
3
4
5
6
0.3 – 1.3
1.5 – 1.8
2.0 – 2.6
3.0 – 3.6
4.2 – 5.0
7.0 – 15.0
µm
µm
µm
µm
µm
µm
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Las bandas espectrales en las cuales operan los sensores remotos ópticos son elegidas de
acuerdo a las ventanas atmosféricas, ya que los efectos reflexivos y de emisión están
claramente separados en estas regiones espectrales.
En consecuencia, la energía electromagnética procedente del sol, cuando llega a la superficie
terrestre ya ha sufrido un filtrado diferencial, según cada longitud de onda y entonces la curva
de la irradiación solar se hace muy irregular.
Dentro de la faja visible la curva tiene un comportamiento similar, manteniendo siempre su
pico en la longitud verde, aunque con una atenuación del 25% con respecto al espacio
exterior. Hacia el IR las irregularidades (o valles) profundas son provocadas por la absorción
del vapor de agua y del anhídrido carbónico.
En el ultravioleta (UV) y las ondas más cortas, la atmósfera provoca un cierre casi total por
debajo de los 0.28 µm; de allí que la evolución humana haya desarrollado seres tan sensibles a
la irradiación de ondas de muy corta longitud, haciendo imposible la salida al espacio exterior
sin trajes protectores y equipos sofisticados. Y provocando ampollas y graves quemaduras en
las grandes alturas cordilleranas. La presencia de estas “ventanas” y filtros mas o menos
totales para ciertas longitudes de onda, conduce a la conclusión de que si se desea registrar y
medir la energía electromagnética reflejada o la emitida, será imprescindible calibrar el sensor
para que opere en coincidencia con alguna de tales ventanas atmosféricas. Es importante
hacer resaltar que, para longitudes de onda superiores a 1 cm, una atmósfera clara es
totalmente transparente para la energía electromagnética.
El concepto de “atmósfera clara” es importante dado que el clima de una región tiene gran
influencia debido a la variación de los gases atmosféricos, en particular el vapor de agua. Por
ello es posible operar en ciertas bandas del espectro (como la que va de 3.0 a 3.5 µ) cuando el
clima es muy seco porque, en ese caso, la atenuación no es tan seria como en ambientes
tropicales. Para la porción del espectro entre 10.0 y 12.5 µ (IR emisivo o térmico) la ventana
atmosférica es muy amplia, siendo posible operar casi con cualquier clima, con la ventaja
adicional de que tales ondas sólo atraviesan la atmósfera en un solo sentido.
Otro fenómeno importante provocado por la atmósfera como medio de transmisión, es el
llamado “efecto invernadero”: el suelo se calienta por las radiaciones solares de longitudes de
onda inferiores a 3.0 µ y las emite en el IR térmico con longitudes entre 3.0 y 100.0 µ, con un
máximo cercano a 10.0 µ. A esa “devolución” de energía, se suman las radiaciones originadas
en la misma corteza: incendios, gases de combustión, hogares, fábricas, etc. Pero la atmósfera
tiene una sola ventana en el IR emisivo, para las longitudes de onda entre 8.0 y 13.0 µ de
modo que, para el resto del espectro los gases generan casi una pared ante el tren de ondas.
Esa energía que no puede atravesar la atmósfera es devuelta hacia a la Tierra, provocando lo
que se conoce como efecto invernadero, que incrementa suave pero constantemente la
temperatura del suelo, uniformándola y disminuyendo la relación entre la “señal” (radiación
solar) y el “ruido” (la radiación de la franja de la atmósfera situada entre el suelo y el sensor
o receptor). Este fenómeno se ve aumentado con el cielo cubierto (regiones húmedas o
tropicales) y por el contrario, disminuye en regiones secas o áridas (cielos claros o límpidos).
La conclusión es que, para lograr buenos resultados al operar con sensores remotos, no puede
dejar de analizarse la interferencia generada por los gases de la atmósfera. Existen ventanas
donde se puede operar tanto en el visible como en el IR reflectivo y emisivo. En longitudes de
onda superiores a 1 cm, la atmósfera normal ya no molesta.
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c. Concepto de firma espectral. Los conceptos anteriormente desarrollados permiten afirmar
que todo objeto de la superficie terrestre refleja o emite energía electromagnética (EEM)
según una función que depende de la longitud de onda. De ese modo, cada material u objeto
tiene un comportamiento espectral que le es característico, llamado firma. Si se dispone de un
sensor capaz de captar y medir la energía procedente de los objetos, cada uno de ellos
aparecerá en la pantalla o imagen con su firma correspondiente, con un valor que será, solo
suyo, para cada longitud de onda registrada por el sensor. De este modo se puede contar con
datos espectrales numéricos, que irán trazando una curva en función de la longitud de onda y
que será específica de cada material de la superficie terrestre.
Las imágenes espectrales registran estas reflectancias a través del procesamiento,
proporcionan una presentación visual de las propiedades de la reflectancia. El análisis que se
hace de ellas explota esa separación espectral de los datos de la reflectancia para ayudar a la
detección e identificación de objetos y rasgos.
En el siguiente gráfico se pueden apreciar curvas características que muestran la reflectancia
de: vegetación, suelos, agua, etc.
Una aplicación militar del concepto de firma espectral permite una comparación entre las
redes de enmascaramiento norteamericanas y soviéticas y la vegetación verde. Como se puede
apreciar, en la porción del espectro visible, las firmas están muy juntas y difíciles de
discriminar.
En la región del IR cercano también; pero, a partir del IR medio, los esfuerzos de los rusos
para evitar la detección espacial se ven frustrados con la simple utilización de otra porción
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Reflectancia
Alto
Enmascaramiento
Americano
Enmascaramiento
Ruso
Vegetación
Verde
Bajo
.40
.70
VISIBLE
1.0
1.3
1.6
1.9
2.2
2.5
ONDA CORTA IR
IR CERCANO
Longitud de Onda (micrometros)
del espectro. Comparando las firmas de la vegetación natural y las redes de enmascaramiento
y asignando valores de color diferentes a cada uno, las redes pueden ser resaltadas sobre la
imagen.
La separación significativa de muchas firmas espectrales comparativas ocurre más allá de la
porción del espectro, más allá de la visión humana. En la región del infrarrojo de onda corta.
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Se sabe que algunos ejércitos (norcoreanos y norvietnamitas) hicieron poco uso de redes,
prefiriendo utilizar vegetación viva o cortada recientemente para su enmascaramiento.
d. Influencia de la fecha de adquisición de la imagen. Si bien es muy difícil dar normas de
validez universal para la adecuada selección de imágenes, ya que pueden variar de una zona a
otra.
En general, hay que tener en cuenta tres tipos de factores:
• Naturaleza del terreno (relieve, vegetación, litología, ...).
• Tipo de información que se desee obtener (terreno, instalaciones, movimiento de tropas).
• Régimen de lluvias. Para la información espectral, las imágenes mas adecuadas estarán al
final del estiaje, cuando hay menos pasto y mayor cantidad de suelo expuesto.
• Latitud. Con variaciones fuertes en el ángulo de inclinación solar, del Ecuador al Polo.
• Topografía. En áreas de topografía muy accidentada (por ejemplo Los Andes), las
imágenes de invierno pueden llegar a tener excesivas sombras y perder demasiada
información.
• Climatología. En climas muy húmedos, con extensas zonas llanas cubiertas de pastos, el
período de primavera puede permitir diferenciar litologías a partir de anomalías
geobotánicas.
SECCIÓN II
METODOLOGÍAS DE LA INTERPRETACIÓN DE IMÁGENES
SATELITALES
5.003 Metodología de la interpretación. En los últimos años se ha desarrollado una cierta
polémica sobre el método de análisis más idóneo para abordar un estudio de teledetección
espacial. Como sabemos las imágenes las adquirimos en formato digital, pero también podemos
contar con productos fotográficos de gran calidad susceptibles de interpretación visual en
múltiples aplicaciones.
En este contexto, cabe analizar cuál de los métodos, digital o visual, resulta más idóneo para
explotar adecuadamente el flujo de datos que la teledetección espacial ofrece. Si bien la
respuesta a esta duda está relacionada a aspectos económicos y humanos disponibles, a la rapidez
y precisión exigida y al tipo de superficie analizada, podemos decir que, ambos métodos de
trabajo se complementan. El tratamiento digital permite realizar operaciones complejas, muy
costosas o inaccesibles al análisis visual. Garantiza una clasificación rápida de la zona de
estudio, manteniendo una coherencia en la asignación de áreas vecinas a dos categorías. Por su
parte el análisis visual es una buena alternativa para actualizar cartografía existente o realizar
inventarios a escalas medias. Auxilia a la clasificación digital para evitar confusiones entre
coberturas heterogéneas o aquellas que son similares espectralmente pero de distinto significado
temático.
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5.004 Principios fundamentales de la interpretación. La imagen es una representación
pictórica de la configuración del paisaje y su componente electromagnético en el momento de la
captura de la información.
El modelo está compuesto por elementos indicadores (elementos diagnósticos) que reflejan lo
físico, lo biológico y los componentes culturales del paisaje.
En ambientes semejantes, condiciones semejantes reflejan modelos semejantes y condiciones
diferentes modelos diferentes.
El tipo y cantidad de información que se puede obtener son proporcionales, al conocimiento,
experiencia, habilidad e interés del analista, el método usado y el conocimiento de las
limitaciones de los medios que emplea.
a. Elementos diagnósticos
1) Tono. Es una medida de la cantidad relativa de la luz reflejada por un objeto y registrada
sobre la imagen como el ND (nivel digital) de los pixeles que la componen. El sensor
detecta la radiancia media de una parcela del terreno, equivalente al tamaño del pixel. Este
valor medio se traduce a un valor numérico que define al pixel en cuestión denominado
ND y que lo observamos como una intensidad luminosa o nivel de gris.
2) Textura. Es la frecuencia de cambio en el tono dentro de la imagen, está íntimamente
relacionada con la escala de la imagen.
3) Textura de erosión. Es la forma o modo de erosionarse de los distintos materiales o rocas
que componen la superficie.
4) Patrón o diseño de drenaje. Se refiere al dibujo o distribución espacial, que presentan en
planta, los cursos superficiales de agua, tanto permanentes como temporarios.
5) Forma o asociación. La forma es la característica geométrica de los objetos. Asociación se
refiere generalmente al conjunto de cosas que acompañan a un determinado objeto y
conforman con él un todo.
b. Etapas de la interpretación.
1) Lectura de imágenes. Es una observación de los distintos elementos del terreno sin mayor
detalle, identificándolos sin describirlos.
2) Análisis de imágenes. Es una descripción detallada de los elementos identificados en la
imagen, en la cual se realizan también mediciones de longitudes y superficies.
3) Interpretación de imágenes. Trata de la identificación, análisis de los objetos que
aparecen en la imagen y la determinación de su significado. Es un proceso de
razonamiento deductivo-inductivo.
c. Factores que determinan el reconocimiento de un objeto.
1) De los objetos en sí mismo.
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a) Densidad o grado.
b) Contornos.
c) Formas.
d. Concepto de interpretación temática. Es la que se realiza, siguiendo las técnicas antes
descriptas, sobre un tema específico como ser, el suelo, la vegetación, la red de drenaje,
obstáculos, pendientes, etc. Pero sólo en uno de los innumerables aspectos de interés de los
muchos que involucran cada uno de estos temas, en función de la disciplina que lo trate.
5.005 Aspectos a tener en cuenta sobre tono, color y textura. Entre las pautas visuales
manejadas en teledetección espacial, algunas son comunes con la fotografía aérea (tono, textura,
estructura, sombras, etc.); otras son más propias de las imágenes especiales, principalmente en lo
que se refiere a la dimensión multiespectral y multitemporal de las observaciones, severamente
limitadas en fotografía aérea. Los elementos diagnósticos (también llamados criterios visuales)
deben manejarse en el caso de las imágenes satelitales con cierta precaución, por cuanto las
escalas de trabajo y la geometría de adquisición son muy distintas a las conocidas
tradicionalmente en fotografía aérea.
a. Aspectos a tener en cuenta sobre tono. El tono, como es sabido, hace referencia a la
cantidad de energía recibida por el sensor para una determinada banda del espectro. En un
producto fotográfico los pixeles con tonos oscuros indican aquellas áreas sobre las que el
sensor detectó una señal baja, mientras las zonas claras son testigos de altos valores de
radiancia. En otras palabras, el tono se relaciona estrechamente con el comportamiento
espectral de las distintas cubiertas, para la banda particular del espectro sobre la que se
trabaje.
En consecuencia, el tono característico de una cubierta varía con la banda del espectro
considerada. Una superficie ocupada por vegetación vigorosa ofrece tonos oscuros en las
bandas visibles del espectro, especialmente en el azul y rojo, como consecuencia de la alta
absortividad de los pigmentos de la hoja en esas longitudes de onda. Por el contrario, aparece
en tonos claros si la imagen corresponde al infrarrojo cercano, por cuanto, en esa región del
espectro, la hoja vigorosa ofrece una elevada reflectividad. En consecuencia, para interpretar
los tonos que ofrece la imagen se ha de tener presente el comportamiento espectral de las
distintas cubiertas de interés. De otra forma, el intérprete puede entrenarse a reconocer
mecánicamente algunas categorías, pero no alcanzará a comprender plenamente las razones
de las diferencias tonales que observa.
Un intérprete avezado podrá reconocer múltiples categorías por sus tonos en distintas bandas
del espectro, por ejemplo:
Elemento
Vegetación
Agua
Tono en banda visible
Oscuros
Oscuros
Tono en banda infrarrojo cercano
Claros
Oscuros
Una mayor experiencia permite seleccionar las bandas más idóneas para reconocer
determinados rasgos de interés:
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Rasgo de interés
Drenaje
Morfología
Trazado urbano
Turbidez en el agua
Delimitación tierra/agua
Vegetación
Banda a emplear
Infrarrojo cercano
Infrarrojo cercano
Verde-rojo
Azul
Infrarrojo cercano
Rojo e infrarrojo cercano
b. Aspectos a tener en cuenta sobre color. Como es bien sabido, el color que aprecian nuestros
sentidos es fruto de la reflectividad selectiva de los objetos de la superficie terrestre a
distintas longitudes de onda.
Aquellas superficies con alta reflectividad en longitudes de onda cortas y bajas en el resto,
aparecen con color azul, mientras ofrecen un tinte rojo si absorben las longitudes cortas y
reflejan las largas.
Nuestro ojo sólo percibe las longitudes de onda comprendidas entre 0.4 y 0.7 µm, separando
la energía recibida en tres componentes de acuerdo a la sensibilidad espectral de nuestras
células sensoras. Estos tres componentes son los denominados colores primarios: azul, verde
y rojo, a partir de los cuales puede reconstruirse cualquier otro color del arco iris.
Una impresión similar al color se obtiene con cualquier instrumento que permite separar esas
bandas del espectro y combinar, posteriormente, cada una de ellas aplicándole uno de los tres
colores elementales.
Las combinaciones más comúnmente conocidas como de tipo RGB (Red-Green-Blue) son las
más ampliamente usadas en teledetección y procesamiento de imágenes; en adelante serán,
para nosotros, Azul-Verde-Rojo.
El modo de generación de estas imágenes está íntimamente relacionado con el
funcionamiento de los monitores de las PCs, que cuentan con tres canales, a los que se les
asignan esos colores (azul, verde y rojo) formándose cualquier color por combinación entre
estos.
Supongamos que tenemos una imagen en formato digital y multibanda, donde la intensidad
media de reflexión para cada longitud de onda y cada pixel está registrada digitalmente con un
valor de 0 a 255, equivalente a un tono de gris.
Si ahora tomamos tres de estas bandas y las representamos simultáneamente de forma que los
valores de cada una de ellas sean proporcionales a diferentes tonos de azul, otra a tonos de
verde y la última a tonos de rojo, obtendremos una combinación AVR (Azul-Verde-Rojo).
De esta forma el color obtenido en pantalla para cada pixel será proporcional a los valores en
cada uno de los canales:
1) Tonos blancos: coincidencia de máximo en los tres canales (255, 255, 255).
2) Tonos negros: coincidencia de mínimos en los tres canales (0, 0, 0).
3) Tonos azules: máxima reflectividad en un canal y mínima en los otros (255, 0, 0).
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4) Tonos verdes: idem anterior (0, 255, 0).
5) Tonos rojos: idem (0, 0, 255).
6) Tonos violáceos: máxima reflectividad en 2 canales y mínima en otro (255, 0, 255).
7) Tonos amarillos: idem (255, 255, 0).
8) Tonos verdes azulados: idem (0, 255, 255).
Teniendo en cuenta que hay 256 posibles tonos de color para cada uno de los canales
individuales, el número de colores representables en pantalla serán:
256 x 256 x 256 = 16.777.216
Estas diferencias de tonalidades no pueden ser captadas o diferenciadas por el ojo humano, pero
sí pueden ser procesadas digitalmente, permitiendo diferenciaciones muy precisas, si las
condiciones del terreno son favorables.
Este es el criterio que se sigue en las composiciones coloreadas, en donde se aplican los colores
primarios a tres bandas captadas por el sensor, en el orden y criterio que se estime más oportuno.
Si el sensor recoge información sobre las bandas del espectro azul, verde y rojo, puede obtenerse
una composición en color natural. De otra forma, la composición coloreada no se ajusta a los
colores que aprecian nuestros sentidos, puede ser más interesante desde el punto de vista
interpretativo.
Las ventajas más importantes de esta técnica de representación consisten en visualizar
simultáneamente 3 tipos diferentes de información, controlando sus distribuciones espaciales
relativas por la distribución de los tonos de color.
Antes de proceder a la realización de la combinación entre bandas es necesario asegurarse de que
las distribuciones estadísticas (ensanche de contraste) han sido previamente corregidas. De otra
forma los colores obtenidos estarán extremadamente influenciados por la distribución original y
no por la respuesta espectral del terreno.
Entre las múltiples combinaciones de color que se han empleado en análisis visual, la más
destacada es, sin duda, la denominada falso color o infrarrojo color. Se obtiene desplazando
hacia longitudes de onda más largas las bandas del espectro visible. En lugar de aplicar los
colores azul, verde y rojo a las respectivas bandas del espectro, se aplican a las bandas verde (V),
rojo (R) e infrarrojo cercano (IRC), respectivamente. Esto supone originar una clave de color
nueva, extraña a la forma con que apreciamos el color, pero de gran valor temático.
Su profusa utilización se relaciona con la resolución espectral a la mayor parte de los sensores
espaciales. Desde el inicio de la serie Landsat, se han venido distribuyendo imágenes en falso
color, por cuanto el sensor MSS sólo permitía esta composición. (V, R, IRC), al no adquirir
información en otra banda del espectro. Este es el caso también de los sensores instalados en los
satélites SPOT, MOS, o IRS, por lo que sigue siendo la composición multibanda más frecuente.
Cuando comenzaron a adquirirse imágenes del sensor TM, se abrió la posibilidad de diseñar
nuevas composiciones. La inclusión de una banda azul (A) permite al TM obtener
composiciones en color natural (A, V, R) mientras sus nuevas bandas en el infrarrojo medio y
térmico, amplían notablemente las posibilidades de combinar información multibanda. Con
motivo de ello, varios autores han intentado establecer algún indicador, más o menos objetivo,
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que ayude a seleccionar las bandas más idóneas para una composición en color. Los criterios
más estudiados son los de tipo estadístico: análisis de componentes principales y obtención de
los ejes del elipsoide de variación.
En el terreno del análisis visual, también se han efectuados algunos ensayos para identificar la
composición de color que ofrece una mejor discriminación de cubiertas. El proceso de trabajo
parte de seleccionar intérpretes con distinto grado de experiencia y cuantificar el número de
cubiertas que discriminan adecuadamente en distintas composiciones de color. En estos tests, las
combinaciones más puntuadas incluyen una banda del espectro visible, otra del infrarrojo
cercano y otra del térmico. El orden habitual a aplicar es:
Color
Color rojo
Color verde
Color azul
Banda
Infrarrojo cercano (TM4)
Infrarrojo medio (TM5) o rojo (TM3)
Rojo (TM3) o verde (TM2)
Para objetivos parciales, puede ser interesante considerar otros tipos de combinaciones
coloreadas. A partir de imágenes TM, se han comprobado la eficiencia de las siguientes
composiciones para los casos que a continuación se mencionan:
Rasgo de interés
Zonas quemadas
Cultivos en regadío o zonas encharcadas
Aplicaciones oceanográficas
Detección de cambios (agua)
Penetración en agua
Detalles de desiertos
Información de áreas residenciales
Transitabilidad
Diferenciación agua-tierra
Penetración en agua
Detección de cambios (tierra)
Terreno tropical en detalle
Combinación de bandas
4/7/5
7/4/3
7/3/1
1/2/3
1/4/7
1 y 2
2/3/4
Pese al interés de estas composiciones, sigue vigente el papel protagonista de la combinación en
falso color tradicional (IR/R/V), puesto que es la única disponible en la mayor parte de los
sensores de interés medio ambiental, además de garantizar una buena discriminación de las
cubiertas vegetales.
c. Aspectos a tener en cuenta sobre la textura. Esta cualidad se refiere a la aparente rugosidad
o suavidad de una región de la imagen; en definitiva, al contraste espacial entre los elementos
que la componen. La textura de la imagen procede de la relación entre el tamaño de los
objetos y la resolución del sensor. Cuando un objeto ocupa una superficie inferior a 1 mm2 en
la imagen no puede identificarse individualmente, sino sólo a través de la variabilidad
espacial que provoca. De esta forma, en función del tamaño de los objetos se distinguen:
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1) Textura grosera, cuando los objetos están comprendidos entre 0.25 y 1 mm2 a la escala de
la imagen.
2) Textura media, para objetos comprendidos entre 0.04 y 0.25.
3) Textura fina, para objetos inferiores a 0.04 mm2.
En sentido estricto, además del tamaño de los objetos la textura está también influida por el
ángulo de observación y de iluminación. Estos elementos son especialmente importantes en
superficies rugosas, como es el caso del bosque natural, que ofrece una textura muy variada a
lo largo del año, en función de las condiciones de adquisición.
El criterio de textura es muy importante para discriminar determinadas cubiertas que pueden
ofrecer un comportamiento espectral uniforme.
Aspectos a tener en cuenta de los Sensores más empleados
Sensor
MSS
Resolución
Temporal 16 días
170x185 km
Banda
4
5
6
7
8
Ancho de banda
0.5 – 0.6
µm
0.6 – 0.7
“
0.7 – 0.8
“
0.8 – 1.1
“
10.4 – 12.6 “
TM
Resolución
Temporal 16 días
170x185 km
1
2
3
4
5
6
7
0.45 – 0.52
µm
0.52 – 0.60
“
0.63 – 0.69
“
0.76 – 0.90
“
1.55 – 1.75
“
10.40 – 12.50 ”
2.08 – 2.35
“
SPOT
Resolución
Temporal 26 días
60x80 km
XS1
XS2
XS3
Pancromática
AVHRR-NOAA
Resolución
Temporal 12 hs
Cubrimiento
global
1
2
3
4
5
0.50
0.61
0.79
0.51
– 0.59 µm
– 0.68 “
– 0.89 “
– 0.73 “
0.58 – 0.68
µm
0.72 – 1.10
“
3.55 – 3.93
“
10.30 – 11.30 “
11.50 – 12.50 “
Zona del espectro
Verde
Rojo
IRC
IRM
Térmico
Azul
Verde
Rojo
IRC
IRM
Térmico
IRL
Resolución
79 m
79 m
79 m
79 m
240 m
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
120 m
30 m
Verde
Rojo
IRC
Verde/Rojo
20
20
20
10
Rojo
IRC
IRM
IRT
IRT
5
5
5
5
5
m
m
m
m
km
km
km
km
km
5.006 Metodología de interpretación de imágenes.
a. Aspectos generales. Los procedimientos empleados para interpretar imágenes satelitales en
las diversas disciplinas de aplicación (geología, agronomía, urbanismo, hidrología, forestal,
catastro, etc.) poseen un método común a todas las especialidades independientemente del
objetivo buscado.
Pág. 89
En todos los casos, el objetivo fundamental y último es cartografiar formas que aparecen en la
imagen, delineando sus formas o contactos y si fuera posible, reconociendo sus características
esenciales.
El razonamiento lógico que acompaña la interpretación, parte de la premisa de que todo
objeto material de la superficie terrestre tiene propiedades físicas que le son inherentes y lo
caracterizan. Estas formas, cuando aparecen en la imagen tienen que indicar al intérprete cuál
es la propiedad física que las provocó y de allí, el analista determinará cuál es el objeto
correspondiente a esa forma observada, estableciéndose de esta manera una relación
biunívoca:
OBJETOS ----------> propiedad física ----------> formas de la imagen
Cuando se encuentra una forma en la imagen, se acepta que ella fue provocada por una
determinada propiedad física, inherente a un objeto dado de la naturaleza:
FORMAS ----------> propiedad física ----------> objeto real
El método generalizado consiste en distinguir y trazar los límites de las áreas que envuelven
zonas constantes, las que son llamadas “zonas isomorfas” o “zonas homólogas”, esto permite
delimitar porciones de la imagen que registran características iguales o constantes.
Inicialmente no es necesario dar un nombre a cada elemento identificado en la clasificación,
dado que se trata de medios y no objetivos propiamente dichos. Se establece que una forma es
constante tanto en la zona A como en la B o en la C; luego, al haber señalado zonas con
formas comunes y bien definidas, conociendo las características de vegetación, suelos, etc. de
una de ellas, por extensión o analogía se podrá determinar que aquellas zonas de formas
similares a la identificada pertenecerán al mismo tipo.
Zona isomorfa u homóloga será aquella porción de la imagen donde aparecen reunidas
formas semejantes o equivalentes.
Una vez analizadas las zonas isomorfas de una región, se debe proceder a ubicar aquellas
subzonas cuyas características no coincidan, parcial o totalmente, con la que las comprenda;
éstas se denominan anomalías y constituyen en distintas especialidades el objetivo principal
de la investigación: el minero que busca yacimientos, el forestal que detecta una plaga en el
bosque, el militar que identifica una cubierta de encubrimiento dentro de una zona boscosa,
etc.
Una irregularidad detectada dentro de una zona isomorfa no constituye una anomalía en sí
misma, sino que adquiere tal condición sólo cuando está donde no debería (Ejemplo: los
caminos que cruzan por todas las zonas de un paisaje rural: son filiformes, a veces radiando
desde centros bien definidos). El concepto de anomalía es sólo relativo y no absoluto: un
monte de algarrobos es una anomalía en medio de una meseta chubutense, pero no lo es en las
faldas del Velazco.
Una vez definidas las zonas isomorfas y las eventuales anomalías detectadas se procederá a
identificar qué es cada cosa, el intérprete debe basar su trabajo en datos estadísticos,
investigación de antecedentes, la experiencia y un correcto “trabajo de campo”, lo que
permitirá establecer la relación
Pág. 90
ZONAS ISOMORFAS <----------> OBJETOS
de modo tal que, posteriormente, se pueda extrapolar la información hacia sectores
desconocidos.
La metodología convencional para la interpretación de imágenes tiene dos caminos, que no
son excluyentes sino, casi siempre, complementarios:
•
•
Identificación de las formas observadas.
Análisis sistemático de las formas.
1) Identificación de las formas observadas.Se refiere a reconocer un objeto, porque existen
antecedentes de la forma de ese objeto y se lo identifica directamente en la imagen
observada. No es necesario analizar sus partes o componentes, su situación dentro de un
ambiente dado, ni sus vínculos con otras formas del área.
No se puede limitar una interpretación a la simple búsqueda de clases o claves fijas o
relaciones directas sencillas. Si bien para algunas técnicas éste método resulta aceptable,
para la mayoría de las disciplinas no lo es, porque la gran cantidad de variables que
concurren a definir una forma impide identificar de antemano, sin análisis-síntesis de
todas sus partes, al objeto que la originó.
2) Análisis sistemático de las formas. Se llama forma a la distribución no-aleatoria de
puntos en la imagen; esos puntos son los elementos más pequeños discernibles para un
nivel de observación dado.
Al iniciar una interpretación, se hace identificando las formas conocidas, hasta que se
encuentra algo que no se puede comprender sin estudiar mejor. En ese momento se debe
profundizar el análisis, para llevarlo al dominio de las formas desconocidas o incógnitas.
Esto permite diferenciar dos tipos de metodologías de análisis:
• Análisis sistemático directo
• Análisis sistemático indirecto
a) Análisis sistemático directo. Cuando la interpretación puede hacerse de modo directo,
sin materiales extraños que interfieran con la visión del objeto buscado, se dispone de
dos elementos de juicio que permiten sistematizar el proceso de análisis-síntesis:
(1) Los parámetros que caracterizan cada forma observada, tales como: geometría de
las partículas que componen la forma, su textura (tamaño y densidad), su estructura
(distribución espacial) y su índice de reflectancia espectral (tonalidad de gris).
(2) Los vínculos que relacionan –o no- las formas entre sí. Si durante un análisis
sistemático de las formas observadas en una imagen, los parámetros citados no
resultan suficientes como para delimitar zonas isomorfas confiables, se puede
intentar establecer ciertos vínculos que siempre existen entre las formas. Nunca las
formas que integran una imagen están totalmente aisladas, sino que constituyen un
contexto global con interrelaciones que las atan de un modo u otro, como partes de
un sistema de formas presentes en la región estudiada.
Pág. 91
b) Análisis sistemático indirecto. Hay que utilizar este método, cuando resulta imposible
observar directamente la superficie del suelo como para delimitar las zonas isomorfas,
sobre la base del análisis de sus parámetros directos. Esto se produce, por ejemplo,
cuando una densa cubierta vegetal imposibilita el análisis del suelo o cuando un manto
de nieve cubre la superficie. En consecuencia, en estos casos se debe recurrir a un
método “indirecto”, empleando para delinear zonas isomorfas otros elementos de juicio
distintos a los ya vistos. La mejor herramienta de interpretación indirecta es el análisis
del relieve, recordando que cada forma está relacionada directamente con determinadas
propiedades físicas del objeto real y que esta relación es siempre biunívoca:
FORMA en la imagen <----------> propiedad física <----------> objeto real
La diferencia con lo anteriormente visto es que ya no se habla
de puntos no dispuestos al azar, ahora se debe entender el
relieve”, las que se observan y analizan contando con la
paisaje. Para este tipo de análisis el intérprete debe tener
Geomorfología y de Geología estructural.
de formas como agregado
concepto de “formas del
visión estereoscópica del
sólidos conocimientos de
SECCIÓN III
CARACTERÍSTICAS DE LA VEGETACIÓN, SUELOS Y AGUA
5.007 Características de la vegetación. Múltiples factores influyen en la radiancia final
detectada por el sensor. En primera instancia, la propia reflectividad de la hoja, en función de su
estado fenológico, forma y contenido de humedad. Además se deben tener en cuenta las
características morfológicas de la planta: su altura, perfil, grado de cobertura del suelo, etc., que
provocan una notable modificación de su comportamiento reflectivo. Un tercer grupo de factores
serían los derivados de la situación geográfica: pendiente, orientación, asociación con otras
especies, geometría de la plantación, etc.
Existen mecanismos físicos y biológicos que influencian la respuesta espectral de la vegetación.
Se debe tomar en cuenta que las hojas reflejan, absorben y transmiten radiación incidente y este
proceso es característico de los pigmentos celulares y del contenido de solución de agua
presente.
Para facilitar la interpretación del espectro de reflectancia, absorción y transmitancia, el intervalo
de longitud de onda .50 y 2.50 µm se subdivide en tres características espectrales, inherentes a
las propiedades de la vegetación:
• El intervalo .50 - .75 µm, zona reflectiva del visible, donde predomina la influencia de la
pigmentación.
• La zona espectral .75 – 1.35 µm, que corresponde al IR cercano, se caracteriza por la alta
reflectancia y baja absorción, afectada considerablemente por la estructura interna de la hoja.
• La región espectral 1.35 – 2.50 µm, influenciada fundamentalmente por la concentración de
agua en el tejido.
Pág. 92
Las bandas de absorción de radiación más importantes están en 1.45 y 1.95 µm.
En el ancho de banda entre 1.35 y 2.50 µm,
relacionado con el espectro de absorción de agua
reflectancia, en las hojas de las plantas, entre 0.5 y
reflexiones de Fresnel en las superficies externa
pigmentación en la planta.
Pág. 93
el espectro
líquida pura.
1.35 µm, son
e interna de
de absorción de las hojas está
En síntesis las diferencias de
producidas, especialmente, por
la hoja y por absorción de
La reflectancia en el intervalo 1.35 – 2.50 µm, es influenciada por la reflexión de Fresnel y
absorción por el agua existente.
Alto
Vegetación
Maltratada
Reflectancia
Severamente
Maltratada
Vegetación
Verde
Saludable
Bajo
.40
.70
VISIBLE
1.0
1.3
1.6
1.9
2.2
2.5
ONDA CORTA IR
IR CERCANO
L o n g i t u d d e O n d a (m i c r o m e t r o s )
a. Pigmentación de las hojas. En la zona visible del espectro electromagnético (0.38 – 0.72
µm), los pigmentos de la hoja, principalmente las clorofilas, xantófilas y carótenos absorben
la mayor parte de la energía que le llega (70 a 90 %) en 0.445 µm; mientras la clorofila
presenta una segunda banda de absorción en torno a los 0.645 µm. Entre ambas porciones del
espectro, aparece una banda intermedia, alrededor de los 0.55 µm, en donde el efecto
absorbente es menor. Por esta causa aparece un pico relativo de reflectividad que coincide con
la banda del espectro visible y causa el color verde con el que nuestros ojos perciben la
vegetación vigorosa.
Pág. 94
En la longitud de onda del visible, la mayor cantidad de energía que llega a la superficie de la
hoja verde es absorbida y muy poca es la transmitida.
En tanto, la reflectividad es importante en el intervalo comprendido entre 0.7µm y 1.3 µm.
Estas características se relacionan, especialmente, con la acción de los pigmentos fotosintéticos y del agua que almacenan las hojas. En esta parte del espectro es muy poca la
absorción que se produce y la reflectancia muy alta, variando de un 30% a 70%, según el tipo
de plantas.
Una mayor absorción de la energía solar en el infrarrojo cercano produciría un incremento en
la temperatura, lo que podría significar una destrucción de las proteínas de la planta. Las hojas
se protegen mediante una estructura capaz de producir la reflectancia necesaria.
El cambio de color de las hojas se debe, parcialmente, a la descomposición de la clorofila
verde, que pone de manifiesto la xantófila amarilla y el caróteno anaranjado, previamente
ocultos por el pigmento verde y parcialmente a la formación de pigmentos rojos y púrpuras,
antocianinas en el jugo celular.
Cuando se aproxima la caída otoñal de las hojas, la clorofila ejerce una menor influencia, por
lo tanto aumenta la reflectividad en la banda roja y su color amarillento (verde + rojo). En
algunas especies resulta destacada la acción de otro pigmento, la antocianina, que refleja muy
bien en la porción roja del espectro y causa ese color en épocas de senescencia.
b. Estructura de la hoja. En la región IR cercana (0.72 – 1.3 µm) la energía es casi totalmente
reflejada o transmitida a través de la hoja, sólo pequeñas porciones de energía son
transmitidas.
El alto nivel de reflectancia es controlado por la estructura interna o histología de la hoja, ya
que aproximadamente la mitad de la energía que alcanza a la hoja es transmitida y la otra
mitad es reflejada en esta zona espectral.
Infrarrojo Cercano
Verde
Azul y Rojo
M e s ó fila
Esponjosa
Espacio de
aire
C lorofila
Las hojas jóvenes tienen mesófilo compacto con células protoplasmáticas pequeñas, es decir,
con pocos intersticios en el mesófilo; las hojas desarrolladas son lacunosas (estructura
mesófila débilmente ligada con células vacuoladas), esponjosas, es decir, con mucho espacio
libre.
Pág. 95
Las hojas esponjosas tienen 5% menos reflectancia que la hoja compacta, en el visible (0.5 –
0.75 µm) y 15% más en el IR (0.75 – 1.35 µm). El efecto esponjoso en la hoja madura
aumenta la reflectancia porque hay más espacios intercelulares.
Los efectos de las componentes estructurales, de la hoja de las plantas, sobre la reflectancia,
son variados. Se puede comprobar que el coeficiente de reflexión para un mismo cultivo varía
debido a la reflectancia del suelo y a la etapa de maduración del cultivo.
L a transmisión y reflexión son responsables d e las rutas
múltiples encontradas por casualidad cerca de la luz IR.
Valores experimentales de reflectancia y transmitancia de los cultivos se transforman en
constantes ópticas efectivas, que son útiles para predecir fenómenos de reflectancia asociada
con las hojas distribuidas naturalmente, en una cobertura vegetal. Estudios morfológicos
indican que las plantas que crecen en medios salinos naturales o inducidos tienen hojas más
finas, los parénquimas empalizadas más desarrolladas, menor cantidad de cloroplastos y de
clorofila espacios intercelulares de menor tamaño y menor estomata por unidad de área.
Pág. 96
Estudios espectrofotométricos han demostrado que hojas individuales de plantas afectadas por
la salinidad, reducen su reflectancia y aumentan su transmitancia comparados con hojas no
afectadas, de la misma edad cronológica.
Como consecuencia de esto cuando pretendamos ver en forma detallada la vegetación
deberemos, independientemente del sensor que empleemos, usar las bandas correspondientes
al IR, dado que la estructura celular interna de la hoja produce una elevada reflectividad.
Debido a que la estructura de la hoja es muy variada según las especies, esta banda también
resulta idónea para discriminar entre plantas, incluso entre aquellas que no podrían separarse
en el espectro visible.
c. Contenido de agua en la hoja. En la región espectral de IR medio (1.3 – 3 µm), la energía que
no es absorbida por las moléculas de agua existentes en la hoja, es reflejada. En este rango de
longitud de onda, la cantidad de energía absorbida es función del contenido total de agua
existente en la hoja que, a su vez, está relacionado con el porcentaje de contenido de humedad y
el espesor de la hoja. A medida que la hoja envejece en contenido de humedad del follaje
decrece, provocando diferentes aumentos en reflectancia, no solo en las bandas de absorción de
agua, sino también entre ellas.
A partir de 1.4 µm el efecto absorbente del agua es muy claro, por lo que la reflectividad de la
vegetación sana se reduce notablemente en el infrarrojo medio.
Las curvas de reflectividad pueden modificarse en función de la morfología de la hoja. Las
aciculares tienden a una mayor absorbitividad en todas las longitudes de onda, mientras
plantas desérticas, de tronco importante, reflejan una mayor radiación que otras especies
mesofíticas.
Pág. 97
Cualquier fuente de estrés en la vegetación se mostrará en un comportamiento diferente de lo
anteriormente expuesto. La hoja senescente o enferma tiende a perder actividad clorofílica y
por lo tanto, a ofrecer una menor absortibividad en las bandas azul y roja del espectro visible.
El aumento de la reflectividad en estas bandas elimina el máximo relativo antes situado en el
verde, por lo que la hoja tiende a mostrar un color amarillento. Por el contrario, en el
infrarrojo cercano se produce una reducción de la reflectividad, como consecuencia de un
deterioro en la estructura celular de la hoja. La curva espectral se hace más plana, menos
cromática.
Este comportamiento espectral de las cubiertas vegetales, ha sido la base para obtener una
serie de índices de vegetación, que se basan, entre otros aspectos, en el contraste de las bandas
roja e infrarrojo cercano del espectro.
Un estudio detallado de discriminación de cultivos, mediante datos de percepción remota debe
tomar en cuenta altura de la planta, porcentaje de cobertura vegetal, dirección de cultivo,
efecto de la salinidad, para llegar a un resultado correlacionado con la realidad.
Pág. 98
Tabla de clasificación de tipos de Vegetación.
Aspecto temático
SELVA
MONTE
BOSQUE NATURAL
BOSQUE ARTIFICIAL
PARQUE
ESPINAL
ESTEPA
PRADERA
SABANA
VEGETACION
HIDROFILA
SUELO CULTIVADO
SUELO ARADO
SUELO DESNUDO
ZONA URBANA
ZONA SEMIURBANA
ZONA RURAL
Definición
Conglomerado denso de vegetales donde dominan arboles altos
de hojas perennes más otro tipo de vegetación en tres o más
estratos.
Similar a la selva, pero menos densa y en zonas próximas a los
trópicos.
Conglomerado vegetal casi continuo formado por arboles de
hojas caducas, generalmente de un solo estrato.
Idem anterior plantado por el hombre.
Formación vegetal mixta en la que alternarán el bosque y la
sabana
Arbustos y árboles de variado tamaño agrupados en forma
discontínua, dejando entre ellos el suelo descubierto.
Terreno sin cultivar llano y muy extenso, podrá ser con
predominio de gramíneas o arbustos.
Formaciones herbáceas de hojas perennes que constituyen una
cubierta contínua o casi contínua.
Formada por hierbas de distinta altura, con predominio de
gramíneas mezcladas con otras especies.
Vegetación que crece parcial o totalmente el el agua.
Suelo empleado en agricultura.
Suelo empleado en agricultura.
Suelo sin cubierta vegetal
Zona densamente edificada.
Zonas con un grado de edificación creciente en dirección al
centro urbano
Zona caracterizada por la explotación agropecuaria.
5.008 Características del suelo. Las características espectrales de los suelos dependen de
manera muy compleja de varias de sus propiedades: contenido de humedad, textura, estructura y
composición química.
Las curvas de reflectancia espectral de los suelos son, generalmente, menos complejas que las
correspondientes a la vegetación, son bastante planas y de carácter ascendente. Los suelos tienen
más reflectancia que las plantas en el visible mientras que en la banda del infrarrojo cercano
tiene menos. Por ello en una imagen en blanco y negro los suelos saldrán más claros, mientras
que en un infrarrojo lo harán las plantas.
Respecto a las características físicas del suelo, puede afirmarse, en términos generales, que la
reflectividad espectral resulta tanto mayor cuanto se trate de suelos más groseros, apelmazados,
secos y sin materia orgánica.
Una de las características sobresalientes de la reflectancia espectral de suelos, con bajo contenido
de humedad es que generalmente el nivel de reflectancia aumenta con el aumento de la longitud
de onda, en el rango 0.4 – 2 µm, es decir, en las zonas espectrales correspondientes al visible e
infrarrojo cercano y medio.
Pág. 99
La energía que llega a la superficie del suelo es absorbida o reflejada y no se necesita tomar en
cuenta la energía transmitida a través del material, como es el caso de los vegetales, por lo tanto
las interacciones energía-materia son menos complejas en suelos que en vegetación.
No obstante, se debe tener en cuenta que el suelo es una mezcla compleja de materiales
orgánicos e inorgánicos que tienen propiedades físicas y químicas que pueden afectar
significativamente la absorción y reflectancia del mismo.
El contenido de agua del suelo produce invariablemente un decrecimiento en la reflectancia, por
lo que los suelos con mucha humedad se presentarán más oscuros. El contenido de sal puede
modificar la reflectancia de los suelos, siendo esta influencia más importante cuando las sales se
encuentran sobre la superficie del mismo apareciendo las imágenes más brillantes que los
alrededores debido a su alta reflectancia.
Pág. 100
Desde el punto de vista geológico, existen cuatro tipos fundamentales de información
suministrada por la teledetección.
a. Espectral. Cada mineral y cada roca tienen una respuesta espectral característica, especialmente
en las bandas del infrarrojo medio. Los cambios mineralógicos inducidos por procesos
geológicos como: (1) Recristalización por metamorfismo de contacto, (2) Metasomatismo y (3)
Alteración hidrotermal, pueden ser detectadas sobre todo por los cambios de estructura en los
minerales arcillosos.
Algunos de estos procesos tienen gran importancia metalogénica y su detección pueden ser de
gran interés para la prospección minera.
Es importante recordar que muchos de estos procesos no pueden ser observados a simple
vista, ya que tienen lugar en el infrarrojo. Como uno de los principales problemas de la
información espectral (en especial en áreas no desérticas), es la interferencia de la vegetación,
que impide la visión directa del suelo y por lo tanto de los minerales arcillosos; se hace
necesario procesar las imágenes con mucha precisión, tratando de obtener información
geológica de la mezcla espectral o respuesta “mixta”.
b. Estructural. El segundo factor temporario que influencia la reflectancia de la superficie del
suelo incluye la aspereza de la superficie de ésta.
Pág. 101
Basándose en el mismo argumento biofísico expresado anteriormente, se puede observar que,
un suelo con costra (liso) tiene mucho mayor reflectancia que el mismo suelo arado, unos
minutos después. Se debe tomar en cuenta, además, que un suelo arado tiene mayor contenido
de humedad, que el mismo suelo que está liso y seco.
Las conclusiones son las siguientes: un aumento de reflectancia está altamente correlacionado
con la disminución de contenido de humedad, de rugosidad, tamaño de las partículas,
contenido de materia orgánica y cantidad de óxido de hierro presente en el suelo.
El uso de la teledetección ha añadido una nueva escala y una nueva metodología de
observación de la superficie de la tierra, permitiendo la localización de grandes accidentes
tectónicos no observados anteriormente.
Las grandes fracturas, que afectan a un espesor considerable de la corteza, son caminos
preferentemente para la ascensión de líquidos magnéticos o fluidos hidrotermales portadores
de mineralizaciones.
Cambios mineralógicos en la composición de las rocas, inducidos por procesos geológicos
como el metamorfismo de contacto, generan cambios en el comportamiento mecánico de los
materiales rocosos (aumento de fragilidad, aumento de dureza, etc.) que se traducirán en
modificaciones del modelo de fracturación (densidad, dirección preferente, etc.) respecto del
entorno.
b. Textural. Se entiende por textura las proporciones relativas de las partículas de arcilla, limo y
arena presentes en una porción de suelo. Partículas de diámetro < 0.002 mm se definen como
arcilla, entre 0.002 – 0.05 mm como limo y entre 0.05 – 2.0 mm como arena.
Es una de las propiedades permanentes de los suelos; de gran importancia ya que afecta la
reflectancia espectral debido a la influencia de la capacidad de retención de humedad y al
tamaño de las partículas que lo componen.
La textura del suelo modifica el nivel de reflectancia general de la superficie del suelo. A
medida que el tamaño de la partícula disminuye, la superficie del suelo es más lisa y esto
provoca disminución de energía atrapada entre partículas y reduce los efectos de la sombra
entre éstas, permitiendo mayor cantidad de energía reflejada. Se ha calculado que, al aumentar
el tamaño de las partículas de 0.22 a 2.65 mm, se produce un aumento del 14% de energía
absorbida proveniente de la radiación solar.
Las partículas finas llevan un mismo volumen, en forma más compacta y dan una superficie
más lisa. Los agregados gruesos, que tienen forma irregular, conforman una superficie
compleja con un gran número de espacios interagregados.
Siguiendo el mismo ejemplo del metamorfismo de contacto, al cambiar la resistencia de la
roca respecto de los procesos de erosión/meteorización, así como la fracturación, se inducen
cambios en la topografía de la zona, en la densidad y distribución de la red de drenaje y de la
cobertura vegetal, generando un área texturalmente diferenciada respecto de su terreno.
d. Térmica. Los suelos aumentan su respuesta espectral al aumentar su temperatura. Esto tiene
su explicación en el hecho de que, en regiones más calientes, el contenido de materia orgánica
disminuye.
Pág. 102
Como ya se ha visto, un incremento en el contenido de humedad del suelo provoca
disminución en la medida de reflectancia, pero, ésta también decrece al aumentar el contenido
de materia orgánica. Estas características hacen que dos suelos diferentes, uno con bajo
contenido de humedad y el otro muy húmedo puedan tener respuestas espectrales similares en
el rango del visible. Y este efecto puede darse, en un caso, debido al contenido de humedad y
en el otro, al contenido de materia orgánica. En estos casos es importante recurrir a los datos
del infrarrojo térmico, como aproximación efectiva. Si el suelo oscuro se debe al contenido de
humedad, éste será relativamente frío debido a la evaporación. Un suelo seco absorbe energía
solar y no se enfría por la evaporación, permanece más caliente, emite mayor cantidad de
energía y aparece más claro en la imagen.
Se debe tomar en cuenta, además:
1) Que la conductividad térmica del suelo depende del contenido de humedad que varía con la
profundidad y el tiempo.
2) Que en primavera los suelos arcillosos son más fríos que los suelos arenosos, pero ocurre
lo contrario en otoño.
3) Que el tamaño de las partículas tiene, también, una influencia importante en la
transferencia de calor. A medida que aumenta el contenido de partículas de arcilla respecto
a partículas de arena disminuye la conductividad térmica para la fase sólida.
4) Que durante el día las variaciones de intercambio de calor dependen de la radiación solar.
El intercambio de calor es despreciable en el amanecer y atardecer. El mayor intercambio
positivo se observa en primavera y en verano, el más negativo, a comienzos del invierno.
5) Que la temperatura máxima y mínima se retardan con la profundidad. A medida que la
profundidad aumenta con progresión aritmética, la amplitud de la temperatura disminuye
con progresión geométrica y se amortigua a cierta profundidad.
Las diferencias de calor específico entre unos tipos de rocas y otros pueden ayudar a la
diferenciación litológica. También las diferencias en energía térmica, es otro de los
parámetros a utilizar. Este último caso requiere siempre la utilización de imágenes
multitemporales, en ciclos largos (invierno-verano) o cortos (pasadas sucesivas del satélite).
La información térmica puede ser también un valioso aporte para determinar variaciones
estructurales, ya que el contenido de agua del sustrato está fuertemente controlado por la
fracturación. Las zonas húmedas están, siempre, mas frías que su entorno y estas diferencias
de temperatura pueden permitir, a veces, obtener mapas de fracturación muy precisos en áreas
con gran escasez de afloramientos.
Los suelos secos y arenosos, con baja inercia térmica, ofrecen severos contrastes entre las
temperaturas diurnas y nocturnas. En contraste, los suelos húmedos y arcillosos son mucho
más resistentes al cambio y presentarán temperaturas diurnas inferiores y nocturnas superiores
a los suelos secos.
d. Materia orgánica y óxido de hierro en los suelos. El contenido de materia orgánica es una
propiedad importante y modifica la respuesta espectral reflectiva. Su porcentaje varía entre 0.5
y 5%. A medida que disminuye el porcentaje de contenido de materia orgánica en el suelo,
Pág. 103
aumenta su reflectancia, es decir, el suelo aparecerá más claro. Esta relación entre ambos
parámetros es constante y depende, además, de las condiciones de drenaje, región climática e
incluso del grado de descomposición de la materia orgánica.
Un detalle importante a tener en cuenta es que los suelos desarrollados, bajo condiciones
climáticas diferentes, no presentan la misma relación entre color y materia orgánica. En áreas
cálidas, suelos bien drenados, con alto contenido de materia orgánica, adquieren un color
marrón y no negro. Incluso se puede observar que, en climas tropicales, los suelos arcillosos,
aparecen oscuros y sólo contienen, como mucho, un 3% de materia orgánica.
La región climática y las condiciones de drenaje deben tomarse en cuenta al considerar las
relaciones entre reflectancia espectral y contenido de materia orgánica. Los suelos muestran
menor reflectancia con peor drenaje para todas las longitudes de onda.
Otro de los factores significativos que influencian las características reflectivas espectrales es
el óxido de hierro. El color rojo de muchos suelos está relacionado con el óxido deshidratado,
óxido de hierro parcialmente hidratado y dióxido de manganeso. Un aumento en el óxido de
hierro provoca una disminución en la reflectancia, en la zona visible del espectro.
La absorción del ión férrico se observa en las curvas de reflectancia en las regiones
espectrales de 0.7 – 0.9 µm. Se observan bandas anchas para estas longitudes de onda en
suelos con alto contenido de hierro.
La relación entre contenido de materia orgánica y reflectancia en las longitudes de onda del
visible tiene un comportamiento exponencial, al aumentar el contenido de materia orgánica,
como el óxido de hierro, los valores de reflectancia disminuyen, especialmente en el rango de
longitudes de onda entre 0.5 y 1.1 µm, zona reflectiva del espectro electromagnético, mientras
que por encima de 1.1 µm no se nota ya tanta diferencia.
f. Tabla de clasificación de suelos.
Aspecto temático
RV/sin erosión
RV/con erosión
RS
RG/pórfiros
MS/de acarreo
MS/diversos origenes
MS/de ceniza volcanica
MS/bloque – grava fluvial
MS/fino fluvial
MC/sin identificar
MCV
ARENOSO
LIMOSO
ARCILLOSO
TURBOSO
MIXTO
PEDREGOSO
Definición
Rocas volcánicas sin erosión.
Rocas volcánicas con erosión.
Rocas sedimentarias.
Rocas graníticas, pórfiros.
Material sedimentario.
Material sedimentario de diversos orígenes.
Material sedimentario de ceniza volcánica.
Material sedimentario, bloque, grava fluvial.
Material sedimentario fino fluvial.
Material consolidado sin identificar
Material volcánico de todo tipo: ceniza, mixto, bloque, lava.
Caracterizado por tener material grueso y fino en distintas
combinaciones, con y sin ligante.
Suelos muy capilares, con menos del 50 % de arena y poca
cantidad de arcilla ligante.
Suelo de elevada cohesión con propiedades ligantes variadas.
Suelo con alto contenido de material orgánico.
Suelos arenosos con la existencias de canto rodado.
Suelos que se caracterizan por la existencia de grandes
cantidades de canto rodado de distinta dimensiones.
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5.009 Características del agua. Como se ha observado para vegetales y suelo, la respuesta
radiométrica del agua varía con la longitud de onda, de acuerdo a las interacciones energíamateria.
Las superficies acuáticas absorben o transmiten la mayor parte de la radiación visible que
reciben, siendo mayor su absorbitividad cuanto mayor sea la longitud de onda. La curva
espectral, por lo tanto, es similar a la del suelo, aunque en sentido contrario. La mayor
reflectividad del agua clara se produce en el azul, reduciéndose paulatinamente hacia el IR
cercano, donde ya es prácticamente nula. Por esta razón el límite tierra-agua es nítido en esta
banda.
La variabilidad del agua se detecta mejor en las longitudes de onda más cortas (azul y verde),
que debe ser relacionada con su profundidad, contenido de materiales en suspensión (clorofila,
arcillas y nutrientes) y rugosidad de la superficie.
La reflectancia incluye, por lo tanto, la de la superficie de agua, la de los materiales existentes en
el fondo y de los mismos suspendidos en el cuerpo de agua. Las características de absorción y
transmisión no son sólo función de las propiedades del agua sino, además, de la influencia de los
tipos y formas de materiales, tanto orgánicos como inorgánicos.
Considerando primero las características de la absorción y transmitancia de agua pura se
observará que el agua destilada absorbe poca energía incidente en el visible, por debajo de 0.6
µm, por lo tanto la transmitancia será muy alta. Cabe aclarar para el caso de un lago u océano
limpio la respuesta espectral será similar a la del agua destilada.
La transmitancia decrece a medida que aumenta la turbidez, producto de los materiales en
suspensión que existan en la masa de agua y tiende a cero a medida que se acerca a la zona del
IR.
En la imagen se puede apreciar que el
agua del Lago Huechulafquen aparece negra, es
decir que la reflectancia es casi nula dado que se
trata de aguas claras, la profundidad del mismo
no permite a las ondas llegar al fondo. Cualquiera
de las bandas del visible e IR ofrecen la misma
respuesta.
La inclusión de la banda 4 en el canal rojo hace
que las zonas con vegetación se vean de ese color.
Cuando el agua está limpia y poco profunda, la energía reflejada, registrada por el sistema
óptico, que opera en longitudes de onda corta, es función de la arena, roca o cualquier tipo de
sedimento que se encuentre en el fondo. Este efecto físico se debe a que en esa zona del espectro
electromagnético las características de transmisión son altas y las de absorción bajas.
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Una excepción a lo recién explicado es el caso de reflexión especular sobre la superficie del
agua. Se debe aclarar que la reflexión especular es la misma para todas las longitudes de onda.
Se pueden ver detalles de la superficie del agua mediante la reflexión especular captada por el
sensor, pero no aclara nada sobre lo que sucede debajo de la superficie del agua. En general, se
trata de evitar este tipo de reflexión, pero es útil en aplicaciones sobre hidrología, pues
contribuye a detectar puntos brillantes que, de otra forma, no se distinguen. La reflexión
especular ayuda a registrar ondas sobre el agua que están relacionadas con la profundidad o el
estado del mar.
El porcentaje de energía solar que se refleja especularmente en aguas calmas, depende del ángulo
de elevación del sol. Sobre agua calma sólo un porcentaje de energía solar incidente se pierde
por reflexión especular, especialmente para ángulos de elevación solar entre 30º y 60º, sobre el
horizonte.
Si la superficie del agua tiene mucho oleaje, el área con reflexión especular es mayor que en
aguas calmas. Esto se debe a que las ondas tienen distintos ángulos de reflexión respecto del
sensor. El efecto del oleaje es complejo respecto de la reflexión especular debido a múltiples
reflexiones y diferencias en la longitud de onda, altura y forma de la superficie de las ondas.
La energía solar que no es reflejada especularmente en la superficie del agua, se transmite en
función de la profundidad y comienza a ser afectada por la absorción y la dispersión.
La energía absorbida por el agua se transforma en calor. Algunas longitudes de onda son
absorbidas más que otras. En el agua pura, la mayor parte de la luz en el IR cercano es absorbida
en 0.2 m de profundidad, la luz roja dentro de los 2 m; solamente las longitudes de onda del azul
y verde (0.4 a 0.6 µm) penetran por debajo de los 20 m.
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La dispersión en el agua pura es similar al proceso atmosférico que produce el cielo azul, ya que
se dispersa 10 veces más luz azul que roja. La parte de la energía dispersada, que vuelve a la
superficie del agua, es la señal que perciben los sensores remotos.
En agua pura, el 50% de la señal de luz azul (0.4 – 0.5 µm), proviene de una profundidad de 15
m, para luz roja (0.6 – 0.7 µm) de una profundidad de 1.1 m. De esto se desprende que, si un
cuerpo de agua es claro y poco profundo la energía solar se refleja desde el fondo y el satélite
registra dicha radiación. La intensidad de la señal medida puede correlacionarse con la
profundidad.
Imagen Landsat TM 5. Zona: Chaco-Corrientes.
Se pueden apreciar 6 bandas. Las de la izquierda corresponden a las bandas 1 (azul), 2 (verde) y
3 (rojo) del visible; y las de la derecha 4, 5 y 6 (IR Cercano, Medio y Lejano). Se destaca el
hecho de que el agua de río, con abundantes sedimentos en suspensión, presentan una importante
reflectancia en las bandas del visible (especialmente en el verde y el rojo), para luego
desaparecer bruscamente en las correspondientes al IR.
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Si hacemos combinaciones de color, en esta imagen, se verá el agua de río con diferentes
tonalidades, pero no en negro, tal como en el ejemplo anterior (excepto que se utilicen solo las
tres bandas del IR).
En aguas con mayor cantidad de clorofila, es decir aguas cercanas a la costa, la reflectancia en el
azul disminuye debido a la absorción por parte de este pigmento, en cambio la reflectancia para
longitudes de onda mayores aumenta. Constituyentes disueltos, tal como el cloruro de sodio, no
agregan, color al agua y no tienen efecto en la absorción y dispersión de la luz, como se observa
al medir con un barredor multiespectral. Esta es la razón por la cual el agua de mar pura, tiene la
misma respuesta espectral que el agua destilada.
En cambio, contaminantes, tal como sulfatos, sí afectan al color, la turbidez o la temperatura del
agua y son detectados por los sensores remotos. La turbidez causada por sedimentos en
suspensión es uno de los factores más importantes que afectan la respuesta espectral de los
cuerpos de agua, ya que estas partículas aumentan la dispersión.
El agua turbia tiene mayor reflectancia que el agua pura y el máximo de reflectancia para el agua
turbia está desplazado hacia longitudes de onda mayores que el agua pura.
En las regiones del IR cercano y medio el agua pura tiene muy poca o ninguna reflectancia; para
el caso del agua turbia la misma va decreciendo sensiblemente en el IR cercano (entre 0.7 y 0.95
µm) para casi desaparecer a partir de esta longitud de onda, al igual que en el IR medio. En
cambio en ambas bandas del espectro, son fácilmente diferenciables tanto del suelo como de la
cobertura vegetal.
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a. Diferencias de reflectancia del agua, nieve y nubes. La nieve, por su parte, ofrece un
comportamiento muy distante del agua. Presenta una reflectividad elevada en las bandas
visibles, reduciéndose drásticamente hacia el IR cercano.
Los sensores remotos son sistemas muy útiles para estimar áreas nevadas, mediante
recolección de datos y técnicas de procesamiento computacional. Basándose en los sistemas
Landsat existe un problema para diferenciar nubes de nieve, en ese rango del espectro
electromagnético (0.5 – 1.1 µm), ya que la reflectancia de la nieve, como la de las nubes es
tan alta que los detectores del satélite quedan saturados y no se pueden medir diferencias en la
respuesta espectral entre ambas.
Sin embargo, existen diferencias en los valores de reflectancia en el IR medio, especialmente
en las bandas 1.55 – 1.75 µm y 2.10 – 2.35 µm, allí las nubes tienen mayor reflectancia y se
presentan en color blanco en la imagen, mientras que la nieve tiene reflectancia menor y
aparece con color oscuro.
La radiación solar tiene dispersión no selectiva en la nube, eso explica que haya una respuesta
espectral alta y uniforme en la porción reflectiva (0.3 – 3.0 µm) del espectro.
Varios autores han demostrado una disminución de la reflectividad media, cuando aumenta el
diámetro de los cristales que conforman la masa de nieve. Otros factores destacados son el
grado de compactación y la impureza.
La reflectividad es mayor para la nieve fresca que para la helada, mostrando los valores más
bajos la nieve sucia; si tomamos el rango espectral (0.6 – 2.5 µm) se debe tener en cuenta la
influencia de las bandas de absorción del agua, explicadas anteriormente. En la zona del
visible no se podrán apreciar diferencias entre ambos estados de maduración de la nieve; sin
embargo, después de 0.8 µm la nieve fresca tiene mayor reflectancia, lo cual significa que, a
medida que transcurre el tiempo, sobre una misma masa compacta de nieve, la reflectancia
decrece en el IR.
Sobre la porción inferior derecha de la
imagen se ve con toda claridad una
numerosa cantidad de nubes debido a
su muy alta reflectancia y a los conos de
sombras que quedan expuestos sobre el
río. Con toda precisión quedan
marcadas las diferencias entre los dos
estados del agua; por un lado, el río con
abundancia de sedimentos en su
superficie, lo que hace que tome un
color determinado; por el otro, las
nubes saturadas de color en cualquiera
de las bandas de la imagen.
También se detectan zonas con diversos
tipos de cultivos y hacia la parte
superior izquierda de la imagen, una
zona
de
alta
reflectancia,
que
corresponde al trazado urbano de una
ciudad.
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Dado que el agua posee la mayor inercia térmica debido a su alta conductividad, la radiación
incidente es fuertemente absorbida y transmitida a lo largo de la superficie por movimientos
de convección, con lo que resulta más difícil que cambie de temperatura. Esto permite
detectar con bastante facilidad plumas de agua provenientes de fuentes ajenas al entorno,
como sería agua con materiales en suspensión o descargas de centrales nucleares.
La figura muestra 6
bandas de la imagen,
donde
la
identificada
como Canal 6 es, en
realidad, la banda 7 del
satélite.
La región ubicada en la
izquierda de la imagen
corresponde a una zona
densamente nevada, de
ahí su alta reflectancia en
las bandas del visible
(canales 1, 2 y 3) y un
poco menor en la banda 4
(IR cercano), en las
bandas
5
y
6
la
reflectancia es casi nula.
Con el agua del lago que
aparece en la parte
inferior derecha ocurre
algo similar, pero la curva
de reflectancia ya en la
banda 3 está casi en nivel
0%.
En el caso de la nieve, la temperatura, tamaño del cristal y contenido de agua líquida afecta a
la medida de la temperatura radiante. Esta cubierta ofrece la mayor reflectividad, por lo que
tiende a registrar más bajas temperaturas que el entorno. La observación en esta región
térmica permite diferenciar la nieve de las capas nubosas, siempre que formen núcleos
compactos.
b. Tabla de clasificación de Cuerpos de Agua.
Aspecto temático
Lago
Laguna
Embalse
Estero
Definición
Masa de agua salada o dulce, extensa y permanente, rodeada de tierra.
Depósito natural de agua menor que un lago, generalmente de agua dulce.
Depósito artificial para contener el agua de un río.
Terreno bajo, pantanoso, intransitable, que suele llenarse de agua y con
gran cantidad de plantas acuáticas.
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Bañado
Ensenada
Lagunilla
Cañada
Aguada
Terreno húmedo y cenagoso.
Recodo de la costa en el que penetra el mar.
Laguna pequeña.
Terreno bajo entre dos alturas, bañado de agua y con vegetación propia de
las tierras húmedas.
Sitio donde hay agua potable.
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