Apuntes Geología
S. Griem-Klee (2016)

Apuntes Exploraciones Mineras

Remote sensing: Imágenes satelitales

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Métodos de Exploración y Prospección

Capitulo
2.
3.1

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Contenido página
Introducción
Energía electromagnetica
Propiedades ondas
Materia - energía interacción
Regiones y bandas
Atmosfera
Características

Remote sensing
del inglés:
Remote = ubicado lejos
sense = percibir, observar

Alemán:
Fernerkundung










Imágenes satelitales

2.3 Imágenes de satelite y otros datos satelitales
2.3.1
Fundamentos teóricos



Introducción en los conceptos

Remote sensing de inglés: remote = ubicado lejos; sense = percibir, observar; por consiguiente remote sensing se puede traducir como percepción o observación de estructuras lejanas.

Remote sensing denomina la ciencia, que se ocupa de la producción de imágenes de satélite y de fotos aéreas, del procesamiento de los datos (conversión de los datos brutos en imágenes) y de la interpretación de las imágenes, fotos y otros datos, que reflejan la interacción entre la materia y la radiación electromagnética.

La interacción entre la energía electromagnética y la materia depende de las propiedades físicas de la materia y de la longitud de onda de la energía electromagnética, que se detecta.

Remote sensing se refiere a los métodos que emplean energía electromagnética como ondas de luz, ondas térmicas, ondas radioeléctricas y ondas sonoras (en investigaciones subacuáticas). Métodos geofísicos como los métodos eléctricos, magnético y gravimétrico, conque se miden y se delinean campos de fuerzas, no pertenecen al remote sensing.

En el método más antiguo de la toma y interpretación de fotografías aéreas se utilizan la parte del espectro electromagnético visible.

En los 1960 se desarrollaron las imágenes infrarrojas y imágenes de la parte del espectro ocupada por las microondas y las imágenes de satélite.



Energía electromagnética

Energía electromagnética se refiere a la energía que se extiende con la velocidad de la luz en una forma ondulatoria armónica. La forma ondulatoria armónica se caracteriza por ondas que ocurren en intervalos de tiempo iguales. El concepto ondulatorio explica la propagación de la energía. Solamente la energía, que interactúa con la materia puede ser detectada. En la interacción entre energía y materia la energía electromagnética se comporta como si se constituyese de muchos cuerpos individuales, llamados fotones, que parecen a partículas. La refracción de la luz, que transmite por medios ópticos de diferente densidad óptica (de diferentes índices de refracción) se explica por el comportamiento ondulatorio de la luz. El concepto de los fotones se emplea por ejemplo para explicar la medición de la intensidad de la luz por un fotómetro. Mediante la medición de la intensidad de la luz por un fotómetro la interacción de los fotones con un detector sensible a la luz (fotosensible) produce una señal eléctrica, que varia en su intensidad proporcionalmente a la cantidad de los fotones.




Propiedades de ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas se describen por medio de los parámetros velocidad, longitud de onda y frecuencia.

Las ondas electromagnéticas se propagan con la velocidad de la luz en el vacío c = 2,9979246 x 108 m/s = 299,79246 km/s = aproximadamente 3,00m/s.

La longitud de onda de ondas electromagnéticas es la distancia entre cualquier punto de un ciclo de la onda y el punto con la misma posición en el ciclo sucesivo de la onda (entre dos puntos idénticos sucesivos de la onda). La longitud de onda se expresa por micrómetros (1 µm = 10-6 m) o por nanómetro (1 nm = 10-9 m).

Frecuencia f se define como la cantidad de dorsos de ondas por tiempo. La frecuencia f antiguamente fue expresada por ciclos por segundos, hoy día su unidad es Hz = hertz.

La ecuación siguiente relaciona la velocidad con la longitud de onda l con la frecuencia de la onda electromagnética f : c = l x f.

Temperatura se expresa en °C o en °K, 273°K = 0°C o 0°K = -273°C.





Procesos de interacción entre la energía electromagnética y la materia

Energía electromagnética que interactúa con materia sólida, liquida o gaseiforme se denomina radiación incidente. Los procesos de interacción entre materia y energía eléctrica pueden causar cambios en las propiedades siguientes de la radiación incidente:

● intensidad, dirección, longitud de onda, polarización , fase.


Por el método de remote sensing se detecta y graba estos cambios. Al interpretar las imágenes y los datos resultados se puede determinar las características de la materia en que incidió la energía electromagnética. Los procesos de interacción entre la energía electromagnética y la materia se describe por sus resultados. La radiación incidente puede ser:

1) transmitida: La energía electromagnética pasa por la sustancia. La transmisión por medios de diferente densidad, como por ejemplo desde el aire al agua, causa un cambio de la velocidad de la radiación electromagnética. La razón de las dos velocidades correspondientes a los dos medios se llama índice de refracción y se la expresa por ns = c0/cs, donde c0 es la velocidad de la radiación electromagnética en el vacío y cs es su velocidad en la sustancia s.

2) absorbida: La radiación incidente ceda su energía en grandes partes para calentar la sustancia, en que incide.

3) emitida: La radiación es emitida por la sustancia, generalmente en forma de longitudes de onda más largas y en función de su estructura y su temperatura.

4) ‘scattered’ o esparcida: La radiación incidente es emitida y esparcida en todas las direcciones. ‘Scattering’ o esparcimiento se produce por superficies con cierto relieve o rugosidad comparable con la longitud de onda de la energía incidente. Por ejemplo ondas de luz sufren esparcimiento por moléculas o partículas de la atmósfera, cuyos tamaños son parecidos a las longitudes de onda de luz.

5) reflejada: La energía incidente regresa desde la superficie de la sustancia formando un ángulo con la normal a la superficie igual al ángulo de incidencia. Superficies relativamente planas con respecto a la longitud de onda de la energía incidente pueden causar la reflexión. Además la polarización o es decir la dirección de oscilación de la energía reflejada puede variar con respecto a la energía incidente.


La emisión, el esparcimiento y la reflexión principalmente son determinados por las propiedades de la superficie, en que inciden, como su color o su rugosidad. A estos procesos de interacción se llama fenómenos superficiales. Los procesos de interacción, que son determinados por las propiedades internas de la materia como la transmisión y la absorción, son los fenómenos de volumen. La combinación distinta de interacciones superficiales y de volumen con cualquier sustancia depende de la longitud de onda de la radiación incidente y de las propiedades de la sustancia.



Regiones de longitudes de ondas y bandas

A base de las longitudes de onda el espectro electromagnético en regiones. El espectro electromagnético se extiende desde las longitudes de onda muy cortas de la región de rayos gamma (medido en partes de nm) a las longitudes de onda largas de la región radioeléctrica (medido en m). El espectro visible ocupa las longitudes de onda entre 0,4 y 0,7 µm aproximadamente. La energía reflejada por la Tierra durante el día se puede presentar en función de la longitud de onda, el máximo energético es reflejado con longitudes de onda alrededor de 0,5 µm que corresponde a las longitudes de onda de color verde y que se llama alto de energía reflejada (reflected energy peak). Además la Tierra emite energía, cuyo máximo se caracteriza por longitudes de onda de 9,7 µm. Este alto de energía radiante corresponde a la parte térmica de la región infrarroja. La atmósfera absorbe energía en las regiones de los rayos gamma y de los rayos x y en la mayor parte de la región ultravioleta. Por esto en remote sensing no se utiliza estas regiones del espectro electromagnético. En remote sensing terrestre se detecta las regiones de las microondas, visible y infrarroja y las longitudes de onda largas de la región ultravioleta. Intervalos de longitudes de onda caracterizados por una transmisión alta por la atmósfera terrestre se llaman ventanas atmosféricas y se las utilizan para tomar las imágenes de remote sensing. Las regiones principales de remote sensing se subdivide en bandas, como las bandas azul, verde y roja de la región visible (fig.1-2 y 1-3, SABINS, 1996).


Espectro electromagnético y las características de los distintos intervalos espectrales:

Región Longitud de onda Características de los intervalos espectrales
Rayos gammas < 0,03 nm Radiación incidente en la Tierra es absorbida completamente por la atmósfera superior, no adecuado para ‘remote sensing’.
Rayos X 0,03 - 30 nm Completamente absorbidos por la atmósfera, no empleados en ‘remote sensing’.
Región ultravioleta 0,03 - 0,4 µm longitud de onda < 0,3 µm incidente es absorbida completamente por el ozono en la atmósfera superior.
Banda ultravioleta fotográfica 0,3 - 0,4 µm Transmitida por la atmósfera, detectada por rollos y fotodetectores, a menudo esparcimiento atmosférico.
Espectro visible 0,4 - 0,7 µm Grabado por rollos y fotodetectores, incluye el máximo de la energía reflejada por la Tierra a longitud de onda = 0,5 µm.
Región infrarroja 0,7 - 100 µm Interacción con la materia varia con la longitud de onda, las ventanas de la transmisión atmosférica están separadas por bandas de absorción.
Banda infrarroja reflejada 3 - 5 µm, 8 - 14 µm Ventanas atmosféricas principales de la región térmica, las imágenes de estas longitudes de onda se obtiene por scanners ópticos, mecánicos y vidicóns especiales.
Banda térmica infrarroja 3 - 5 µm, 8 - 14 µm Ventanas atmosféricas principales de la región térmica, las imágenes de estas longitudes de onda se obtiene por scanners ópticos, mecánicos y vidicóns especiales.
Región de microondas 0,1 - 100 cm Penetran por nubes, neblina, lluvia, imágenes se obtiene por scanning systems activos y pasivos.
Radar 0,1 - 100 cm Forma activa de remote sensing utilizando las microondas, imágenes de radar se obtiene a varias .
Radio > 100 cm Parte de más largas del espectro electromagnético.
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Efectos atmosféricos

Los gases de la atmósfera absorben energía electromagnética de distintas longitudes de onda, las cuales se llama bandas de absorción, por ejemplo la capa de ozono (O3) en la atmósfera superior absorbe las longitudes de onda menores que 0,3 µm. Las nubes, que se constituyen de partículas de agua liquida de tamaño igual al aérosol dispersan la radiación electromagnética de longitudes de onda menores que 0,1 cm. Solamente la radiación en la región de las microondas y de longitudes de onda mayores puede penetrar por las nubes sin ser esparcida, reflejada o absorbida.


Características de una imagen

La imagen es una representación de pixeles (elementos de la imagen) sin consideración de las longitudes de onda utilizadas para formarla. Una fotografía es una imagen, en que se graba las longitudes de onda entre 0,3 y 0,9 µm. Sus características son:


1. La escala: pequeña < 1:500.000, mediana = 1:50.000 a 1:500.000, grande > 1:50.000.

2. La claridad o la oscuridad respectivamente: variaciones en la intensidad de la radiación electromagnética se reflejan en variaciones de la claridad o oscuridad de los tonos de la imagen. La claridad se refiere a la magnitud de la repuesta producida por la luz en el ojo humano y es una percepción subjetiva. La luminosidad es una medida cuantitativa de la intensidad de la luz emitida por una fuente luminosa y se la mide por medio de un fotómetro. Las variaciones en la claridad de un tono de gris en fotos en blanco-negro por ejemplo se pueden medir por una escala de referencia de gris. En fotos aéreas el tono es determinado por la capacidad del objeto de reflejar la luz solar incidente, y además por efectos atmosféricos y por la sensibilidad espectral del rollo.

3. El contraste: se cuantifica por la razón entre la parte la más clara y la parte la más oscura de la imagen = razón de contraste = CR = Cmax./Cmin., donde Cmax = claridad máxima de la escena, Cmin = claridad mínima de una escena. En una escala de claridad de 1 a 10 por ejemplo:

● un contraste alto tiene un valor de CR = 9/2 = 4,5,
● un contraste mediano tiene un valor de CR = 5/2 = 2,5,
● un contraste suave tiene un valor de CR = 3/2 = 1,5.

Las causas de un contraste suave pueden ser:
● Los objetos y el fondo de una escena dan una repuesta electromagnética +/- uniforme a la banda particular de longitud de onda, que graba el sistema de remote sensing.
● La energía electromagnética es esparcida por la atmósfera. Este efecto es lo más pronunciado en las regiones de longitudes de onda cortas.
● El sistema de remote sensing no es suficientemente sensible para detectar y grabar el contraste del terreno.

4. La resolución: La resolución espacial se refiere a la capacidad de distinguir entre dos objetos ubicados uno al lado del otro en la imagen o es decir es la distancia mínima entre dos objetos, para que los dos objetos todavía aparezcan distintos y separados. El poder de resolución se aplica a un sistema, que forma imágenes, la resolución espacial se aplica a la imagen formada por el sistema. Otro parámetro determinante de la resolución espacial es el poder de resolución angular. El poder de resolución angular se define por el ángulo formado por líneas imaginarias, que parten del sistema de detección y corren a dos objetos ubicándose la distancia mínima para distinguirlos. Se lo mide usualmente en radians (rad). 1 rad = ángulo formado por un arco BC de una esfera de longitud igual a la longitud del radio de la esfera o es decir ángulo en rad = longitud del arco/radio de la esfera. 2pi = 6,28 rad = 360º, 1 rad = 360º/2pi = 57,29578º, 1º = 2pi /360º = 0,0174533 rad = 17,4533 mrad (véase figura abajo).


Exploraciones Mineras



5. La detectabilidad es la capacidad de un sistema, que forma imágenes, de detectar la presencia o la ausencia de un objeto.

6. La reconocibilidad es la capacidad de identificar un objeto en una imagen.

7. La signatura se refiere a la apariencia de un objeto en una imagen, que posibilita su identificación como objeto. Por ejemplo la signatura espectral de un objeto es su claridad medida a una longitud de onda de energía especifica.

8. La textura se refiere a la frecuencia de cambio y a la disposición de los tonos en una imagen y se la describe por términos como gruesa, moderada, fina.

9. La clave de interpretación se refiere a la característica o la combinación de las características, que posibilitan su identificación, por ejemplo el tamaño, la forma, el tono, el color.


 
           
           
           
           
         




     
     
     



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Contenido

Exploración Mineras

Apuntes - Geología
Contenidos Exploración Minera
1. Introducción
2. Remote Sensing

2.1 Fundamentos
2.2 Interpretación fotos
2.2.1 Principio
2.2.2 Equipo
2.2.3 Evaluación cualitativa
2.3.1 Satelitales
2.3.2 Sistemas
2.3.3 Landsat y MODIS
2.3.4 Interpret. MSS y TM

3. Geoquímica en prospección
4. Métodos sísmicos
5. Método magnético
6. Método gravimétrico
7. Métodos eléctricos
Índice
Bibliografía

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Literatura:
SABINS, F.F. (1997): Remote Sensing. Principles and Interpretation. - 3th Edition : 494 p., Freeman (New York).

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