Introducción al procesamiento digital de imágenes

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Procesamiento Digital de Imágenes Aplicado a Recursos Naturales Noviembre 2001

Profesor Juan Carlos Gómez jcarlosgomez@interar.com.ar

Introducción al procesamiento digital de imágenes

Reseña Histórica

El procesamiento digital de imágenes a evolucionado tanto desde su comienzo que es necesario realizar una breve reseña sobre el camino recorrido por esta disciplina en nuestro país y describir la situación actual.

Landsat

A partir del lanzamiento de la NASA del primer satélite Landsat en 1972 comienza, dentro de la comunidad científica mundial dedicada al estudio de recursos naturales, una nueva etapa en el manejo de datos. El proyecto Landsat marca un hito muy importante, no solo por la oportunidad de manejar datos digitales, sino porque las imágenes satelitarias brindan una visión global del paisaje terrestre, jamás antes registrada en esa forma. Es importante señalar que mucho antes de este evento fueron desarrolladas técnicas de procesamiento digital de imágenes, que se emplearon en inteligencia militar y en medicina.

CNIE

Los investigadores tuvieron oportunidad de conocer y trabajar con estas imágenes, gracias a la difusión que en la década del 70, le dio la Fuerza Aérea, por intermedio de la CNIE (Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales) Auspiciaron Simposios Nacionales e Internacionales, dónde se convocaron a todos los especialistas en Teledetección. En dichas reuniones se pudo ver la evolución del uso de estas imágenes:

Al principio fueron usadas como mapas, en otras palabras, utilizando las metodologías tradicionales generaban información temática (Geográfica, Geológica, Agronómica, Edafológica, Urbana, etc.) y se utilizaba la imagen, para hacer lo mismo que podría hacerse con una carta, es decir utilizar la imagen satelital como una base cartográfica de referencia para volcar sobre ella, la información temática obtenida sin la utilización de la misma. Paulatinamente se dieron a conocer trabajos donde, las imágenes se utilizaban como si fueran fotografías aéreas es decir, se obtenía información temática con los métodos tradicionales de interpretación visual. En una tercera etapa se vio claramente una evolución en los trabajos, utilizando criterios espectrales y geométricos de las imágenes. En ese momento, casi a fines de la década existieron en el país dos grupos de estudiosos que utilizaban información Landsat.

A - Unos pocos tenían acceso al Centro de Sensores Remotos de la Fuerza Aérea (Vicente López, Buenos Aires) dónde podían contar con imágenes y el procesamiento digital de las mismas.

B - Para la mayoría de los investigadores del país, tener en sus manos una imagen satelital, era un privilegio y acceder al único centro de cómputos dónde se podía trabajar digitalmente una imagen, era imposible.

En ese momento un sistema de procesamiento digital de imágenes, se soportaba en computadoras que superaban en costo el millón de dólares. Se formaron los primeros centros de estudio fuera de la CNIE, en Mendoza (Cricyt) e Inta, etc.

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Landsat TM - Spot

La tecnología Landsat siguió avanzando y en la década del 80; irrumpen las imágenes Landsat TM de mucho mejor resolución espacial y espectral que sus antecesoras. Sumándose a esto a fines de la década, Francia pone en órbita el satélite Spot con características espaciales aún mejores. La Fuerza Aérea quedó fuera de carrera al no poder actualizar tecnológicamente sus equipos de registro y procesamiento. Paralelamente a esto se desarrollaron procesadores más rápidos y de más capacidad.

Computadoras Personales - PC

A mediados de la década el costo de un equipo de procesamiento digital de imágenes, era comparable al de un microscopio de polarización o de una herramienta de laboratorio de costo medio. A partir del advenimiento de las Computadoras Personales popularmente conocidas como PC, cambia radicalmente el entorno en el estudio digital de las imágenes satelitarias.

A fines de la década la mayor perfomance lograda en los procesadores, permite manipular datos digitales con muchas posibilidades en el tratamiento de imágenes satelitarias y fotografías aéreas.

Actualmente se están comenzando a utilizar cámaras digitales que permiten obtener fotografías aéreas sin intervención de films y procesos fotográficos convencionales. Incluso su procesamiento métrico se realiza soportado en sistemas de digitales que permiten obtener una muy buena georeferencia y modelos digitales del terreno.

En la actualidad la generación PCs brinda prestaciones más eficientes que los centros de cómputos antes mencionados hace menos de un lustro y con un costo cien veces menor.

CONAE

La Comisión Nacional de Actividades Espaciales reactiva en nuestro país la obtención de imágenes de Radar, Imágenes Spot y Landsat TM. En 1999 la Nasa puso en órbita el satélite Landsat TM 7 con 6 bandas de 30 metros del espectro reflejado, dos bandas de 60 metros con IR emitido y un sensor ETM que ofrece una imagen pancromática con una resolución de 15 metros. Actualmente recepciona y distribuye datos del Landsat 7, Sac-C, SPOT, Radarsat, NOAA, Eros, Terra, SeaStar.

Satélites de Alta Resolución

En primavera de 1998, fue lanzado el primer sistema de satélite de observación de la tierra de muy alta resolución digital y existen varias empresas con proyectos similares de próxima ejecución. Serán lanzados en órbitas polares. Este evento iniciará una nueva era de satélites comerciales para la observación de la tierra, el cual puede revolucionar la estructura y dirección de la comunidad fotogramétrica y de teledetección.

Actualmente cuatro compañías en los Estados Unidos (Earth Watch, Space Imaging, Orbimage e ImageSat) tienen satélites de alta resolución en órbita y son empresas estratégicas internacionales establecidas para recepción, procesamiento y distribución de estos datos.

Estos sistemas electro-ópticos producen imágenes pancromáticas y color con resoluciones espaciales de 0.61 a 1 metro en modo pancromático y desde 2.8 a 4 metros en bandas multiespectrales. Estos sistemas son famosos por su flexibilidad, alta fidelidad geométrica y rápida colección de imágenes y distribución a clientes.

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Después de 35 años de dominación oficial de los satélites de observación de la tierra, el sector privado ha tomado iniciativas. Desde el primer satélite artificial puesto en órbita, estos sistemas han tenido tres áreas de comercialización:

Comunicación

La industria del satélite comercial de comunicaciones nació desde operaciones gubernamentales a principios del 60 y ha prosperado paulatinamente.

Procesamiento de materiales

Procesamiento de materiales en el espacio esta todavía en un estado experimental y falta maduración para entrar en una etapa comercial

Teledetección

Satélites de sensores remotos están cruzando el umbral de la madurez como actividad comercial.

Los sistemas de satélites de observación de la tierra han sido creados y desarrollados con fondos oficiales para programas del gobierno incluyendo los sistemas casi comerciales tales como Landsat, Spot y Resurs-F. Tradicionalmente los satélites de observación de la tierra han sido categorizados dentro de cuatro tipos:

Reconocimiento Meteorología Recursos naturales Alta resolución

¿Por que después de muchos años estos sistemas están repentinamente comenzando a competir comercialmente?

Hay muchas razones, la más importante de ellas es el fin de la guerra fría, con la disminución de los programas de defensa. Esto es una emergencia de tecnología de uso dual o en otras palabras el uso de tecnología de defensa para aplicación civil probada previamente.

La venta de imágenes de los sistemas de reconocimiento ruso es el primer ejemplo, la otra razón para la comercialización es la infortunada falla del Landsat 6 y el final de la operatividad del Landsat 4. Landsat y Spot han recibido soporte económico de sus gobiernos pero no han tenido los resultados comerciales esperados.

Toda esta nueva técnica para la comunidad civil, esta muy desarrollada en los sistemas de reconocimiento y por esta razón, permite que empresas comerciales pongan en órbita satélites de muy alta tecnología y así los estudiosos de la superficie de la tierra, puedan contar con una información extremadamente útil, que en cierta manera obligará a replantearse proyectos de desarrollo y planificación donde será necesario manipular imágenes de muy alta resolución en forma digital, esto implica la capacidad de manejar y procesar archivos digitales de tamaños jamás pensados.

En la actualidad tenemos una amplia gama de plataformas y sensores y seguro alguno de ellos cumplen con la necesidad requerida.

A continuación se adjuntan páginas donde puede consultarse sobre todo este tema de imágenes espaciales:

http://research.umbc.edu/~tbenja1/

http://rsrunt.geog.ucsb.edu/rscc.html

http://www.lib.noaa.gov/docs/e-pubs.htm#NOAA http://www.ncdc.noaa.gov/ol/about/ncdctoc.html http://geo.arc.nasa.gov/sge/landsat/landsat.html http://www.nnic.noaa.gov/SOCC/l7noaa.html

http://edcwww.cr.usgs.gov/l7dhf/L7MMO/L7_website_map.html#10 http://www.conae.gov.ar/catalogo.html

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http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/tekrd/satsens/sats/landsate.html

http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/LANDSAT/CAMPAIGN_DOCS/DATA/Browse/Features/L7_FeaturesGallery.html http://www.spot.com/spot/home/system/system.htm

http://www.spot.com/

http://www.spotimage.fr/accueil/system/imexplo/welcome.htm http://spot4.cnes.fr/waiting.htm

http://earth-sciences.cnes.fr/ceos/cdrom-98/ceos1/satellit/spotsys/spot4_gb/forets.htm http://www.spaceimage.com

http://www.spaceimaging.com/home/newsroom/releases/ikonos1.html http://www.si-eu.com/ikonoslib.htm

http://www.deos.tudelft.nl/ers/ers2info.html http://www.demon.co.uk/raids/demos.html http://shakeeb.mcc.ac.uk/ers/bristol.htm http://www.rsi.ca/storefront/rsat_img.htm http://sigte.udg.es/unigis/index.htm http://geog.hkbu.edu.hk/QZone/Teaching/ 1

http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/tools/stepby/archive.html http://umbc7.umbc.edu/~tbenja1/freedata.html

http://www.ermapper.com/applic/esp_mining/use_satellites.htm http://research.umbc.edu/~tbenja1/

http://rsrunt.geog.ucsb.edu/rscc.html http://www.orbimage.com

http://digitalglobe.com http://www.ersdac.or.jp/

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