La diferencia en la reflectancia de los objetos geográficos nos da la posibilidad de identificarlos sobre una imagen compuesta por el producto de la captación remota de la señal emitida por cada objeto. En la práctica, esta posibilidad de captación extendida es relativamente ponderada por varios factores:

a) En primer lugar, es importante identificar de una manera más precisa lo que entendemos por el término de objetos geográficos. Los techos de dos edificios vecinos, en caso que constituyan dos objetos geográficos semánticamente idénticos, pueden ser totalmente diferentes por su composición química, su tamaño, su orientación, su textura y estructura, etcétera. Estas diferencias y otras generadas en el marco de las desigualdades mencionadas anteriormente, a menudo nos arrojan otras medidas de las esperadas al momento de querer pasar de una identificación individual hacia un grupo de individuos geográficos.

b) En segundo lugar, dos objetos geográficos naturalmente semejantes, como en el caso de dos parcelas de trigo vecinas en la periferia urbana, nos puede arrojar reflectancias diferentes en función de su estado fisiológico, la densidad de plantación, la orientación de las parcelas, etcétera.

c) En tercer lugar, las interferencias del entorno geográfico del objeto a identificar, juegan también un papel en la distorsión de la reflectancia. El mismo objeto captado durante una fuerte polución urbana, puede presentar una reflectancia diferente en condiciones normales. La mezcla de la información es también producto de la inadecuación entre los tamaños a detectar y la debilidad de los sensores al restituir la reflectancia dentro del abanico de sus capacidades radiométricas y espaciales.

d) En cuarto lugar, la adecuación entre lo que se busca y la capacidad de restitución de los sensores, no constituye por sí sola una limitante única. Los parámetros inherentes a los satélites mismos durante la toma de imagen, juegan un papel determinante: la hora, la estación y el ángulo de la toma, entre otros, están lejos de ser factores marginales y sus grados de incidencia son variables en función de los estudios a realizar.

Buscar firmas espectrales de los diferentes objetos geográficos de interés, nos parece un ejercicio difícil pero no del todo imposible. La existencia de la teledetección es la respuesta a estas dificultades una vez que hayamos tomado conciencia de las limitaciones objetivas que presenta nuestro instrumento de trabajo. Como lo vamos a ver en algunos ejemplos, muchas veces las limitaciones del instrumento son usadas para poner en relieve fenómenos de importancia para los estudios urbanos.

Tipos de firmas espectrales

Las firmas espectrales de los objetos geográficos son contenidas en un solo canal dentro de un intervalo parcial del ancho de banda total. El canal pancromático del satélite Spot, con un ancho de banda comprendido dentro del intervalo 0.51 hasta 0.73 µm, constituye un ejemplo entre varias ofertas para acceder a estas firmas espectrales. La firma espectral del objeto geográfico en este ejemplo, es solamente su respuesta espectral dentro del único canal disponible.

Figura 4.

Contrario a las restituciones espectrales en monobanda, las firmas multibanda están contenidas en varios canales caracterizados individualmente por la cobertura de un intervalo del ancho de banda total. En este orden de ideas, podemos mencionar otra vez el caso del satélite Spot multibanda caracterizado por tres tomas en tres intervalos: el canal XS1 (0.50 hasta 0.59 µm); el canal XS2 (0.61 hasta 0.68 µm) y; el canal XS3 (0.79 hasta 0.89 µm). Otros satélites pueden ofrecer bastante más canales y los casos extremos son algunas tomas en hiperfrecuencias activas, alcanzando hasta más de cien canales.

Figura 5.

Las firmas de origen opcional

Las firmas espectrales de origen opcional obedecen a su lógica de toma y algunos factores fijados por el usuario para el tratamiento de una información variable en función de los mismos factores. En este rubro, podemos mencionar los siguientes:

a) Las firmas de toma multiangular

La toma multiangular constituye una respuesta lógica a la variación espectral en función del ángulo de la toma y la elevación solar. Estas tomas multiangulares son una alternativa mucho más segura en la identificación de objetos confusos en las tomas tradicionales del tipo monodireccional.
La otra funcionalidad de las tomas multiangulares es el uso estereoscópico de una pareja de imágenes según dos ángulos opuestos a fin de generar un modelo numérico del terreno.

b) Las firmas de toma multitemporal

La toma multitemporal constituye una respuesta a la variación temporal de los objetos geográficos. La variación estudiada puede ser la de la flora en función de las estaciones del año o, la variación de los usos del suelo urbano en función de los planos de desarrollo. La temporalidad es una dimensión dependiente del objeto estudiado: para la flora, los ciclos fisiológicos o las prácticas agrícolas y forestales, determinan el uso temporal del dato espectral; al contrario, en el medio urbano la temporalidad es variable en función de los fenómenos sociales y organizacionales que escapan en una proporción no marginal a los acontecimientos naturales. Según el enfoque que se le dé a los estudios urbanos diacrónicos, los usuarios de las imágenes multitemporales deben tener un conocimiento previo de los temas relacionados, para poder al menos adquirir tomas correspendientes a la problemática estudiada.

Las firmas espectrales avanzadas

Con el concepto de firmas espectrales avanzadas, queremos enfatizar la idea de exclusividad de este dominio a algunas empresas o laboratorios de investigación de vanguardia. En este rubro, podemos citar las firmas polarimétricas utilizadas, entre otras, en el campo de las hiperfrecuencias activas y también la fluorescencia en la medición de la actividad clorofílica de la vegetación.

El acceso a las firmas espectrales

De una manera global tenemos dos posibilidades de acceder a firmas espectrales integradas. La primera de ellas consiste en dejar los valores digitales (VD) como están en el soporte donde se adquirió la imagen. La segunda posibilidad es usarla en los estudios del medio natural o de agricultura por sus estructuras y texturas homogéneas frente a las de los medios urbanos y periurbanos. Esta posibilidad consta en la conversión de valores de los pixeles de origen en valores porcentuales de la reflectancia, para poder comparar las repuestas espectrales a una escala espacial, temporal y de fuentes satelitales diferentes. La medida en estos términos, es en función de la superficie cubierta por el tamaño de cada pixel: aquí la tasa de reflectancia calculada por cada pixel toma el valor medio de los objetos geográficos contenidos en la misma superficie.

Los valores de pixeles adquiridos (Valores Digitales: VD) son, en la mayoría de los casos, la traducción de la radiancia espectral. La relación de los VD a la radiancia espectral es:

Rn = K0,n + K1,n VDn (1)

Rn : radiancia espectral por cada canal;
K0,n y K1,n : coeficiente de calibración por cada canal;
VDn: valores digitales por cada canal.

Por otro lado, sabemos que rk= K pi Rn / E0,n cos q (2)

rk : la refletividad;
K: factor corrector de la distancia Tierra-Sol;
pi: 3.14 o 22/7;
E0,n : radiancia solar extraterrestre en el canal;
q : ángulo cenital.

A partir de (1) y (2), el porcentaje de reflectancia o la reflectividad será calculado así:

rk= K pi (K0,n + K1,n VDn ) / E0,n cos q

En la mayoría de los casos, los valores de K0,n , K1,n, q, E0,n vienen con la imagen comparada en un archivo de texto. La variable K del día de la toma de la imagen, puede ser proporcionado por su estación climatológica o buscársele en una tabla de correctores astronómicos.

En los estudios urbanos –a menos que se trabaje sobre imágenes de muy alta resolución– la radiancia reflejada en imágenes de alta resolución nos arroja medidas de objetos geográficos mezclados. El tamaño de las estructuras urbanas y su frecuencia, por una parte y, por otra, la mezcla de los materiales, reduce el alcance de los estudios basados en el porcentaje de radiancia. Por lo tanto, en estos estudios el uso de valores digitales directamente como están en CD-ROM, constituye una solución adecuada, pero como lo veremos más adelante, esta solución llamará al despliegue de artificios un poco más complejos para la investigación en estos medios.

Identificación de los objetos geográficos

La identificación de los objetos geográficos es una de las diversas ramas de la teledetección. Como lo hemos visto anteriormente, el proceso de identificación está condicionado por diversos parámetros, unos son relacionados con el objeto mismo, otros son inherentes al satélite y al medio circundante del objeto a identificar. El conocimiento de estas características es necesario antes de iniciar cualquiera de los estudios, de ello dependerá la estrategia que se va a desarrollar para extrapolar la búsqueda a la totalidad del espacio cubierto por la imagen.
La búsqueda de los objetos geográficos, como la grabación de la reflectancia en los diferentes canales de una imagen satelital, se puede hacer desde variados enfoques relacionados con la cobertura de los suelos.

La búsqueda desde una biblioteca de conocimientos

Anteriores trabajos y contribuciones en el campo de la identificación de objetos a través de su reflectancia han permitido la acumulación de un conocimiento intercambiable que otros usuarios pueden utilizar con el fin de rastrear los mismos objetos en tiempos y espacios diferentes. Para poder acceder a este conocimiento previo, es necesario convertir los canales de los valores digitales (VD) hacia tasas de reflectancia. La conversión hacia la reflectancia nos permite alcanzar un nivel de intercambio seguro, es decir, la utilización de una medida indiferente al espacio, al tiempo y a las fuentes de captación: La reflectancia es el idioma universal en la búsqueda de firmas espectrales.

Figura 6.

La búsqueda desde el uso de un espectrorradiómetro

El espectrorradiómetro es un aparato de captura de la reflectancia dentro de numerosas bandas espectrales. Se usa para simular la grabación que se hace con otros vehículos (satélites, aviones, etcétera). Las medidas de reflectancia tomadas con un espectrorradiómetro, son también completadas por un registro de la situación y estado del objeto. Así, el usuario regresa del campo con una medida de la reflectancia del objeto a buscar en su imagen, una vez que ha hecho la conversión de los VD en tasas de reflectancia para obtener una medida compatible. El conocimiento acumulado a través de este proceso de investigación, es almacenado en un archivo de firmas espectrales para utilizarse en otras ocasiones o para realizar un intercambio.

Figura 7.

La búsqueda desde el reconocimiento del objeto

El conocimiento de los objetos contenidos en la grabación de la imagen adquirida, se puede alcanzar con fuentes de información actualizadas a la fecha de la toma de la imagen (mapas, fotografías aéreas, películas, croquis, etcétera). Entre estas fuentes, la salida al campo es la más importante, ya que nos permite apreciar personalmente las características y condiciones del objeto buscado y tomar nota de los parámetros necesarios para poder ubicarlos y sacar sus firmas espectrales a fin de extrapolar este conocimiento a toda la superficie cubierta por la imagen. En este sentido, las firmas espectrales son tomadas desde los valores burdos grabados en la imagen adquirida (VD) sin necesidad de realizar ninguna conversión hacia la reflectancia. En caso que se requiera dar continuidad temporal, como usar datos de otros satélites o comunicar estas firmas espectrales a otros grupos de trabajo, será necesario operar la reconversión de los VD en reflectancia. Los mismos datos de la conversión pueden también integrar la bibilioteca de conocimientos.