Fundamentos de las Imágenes Digitales y Teledetección

Imágenes Digitales y Teledetección

Conceptos Básicos

Imagen: Función bidimensional de la intensidad de la luz, f(x,y), donde x e y son las coordenadas espaciales y donde f, en un punto genérico (x,y), es proporcional a la luminancia, brillo o nivel de gris de la imagen en ese punto.

Muestreo: Digitalización de coordenadas espaciales (x,y).

Cuantificación: Digitalización de los valores de intensidad.

Píxel: Mínima unidad de información de la imagen.

Banda: El intervalo de longitud de onda dentro del espectro electromagnético. Se denomina banda a cada uno de los canales de adquisición de datos de un sistema sensor.

Imágenes Multiespectrales: (Filas, columnas y bandas); Pancromática: (Filas y columnas).

Nivel Digital: Cantidad de energía recibida codificada digitalmente.

Dimensiones de la Imagen: El número de filas y de columnas.

Tamaño de la Imagen: Nº de filas x nº de columnas x nº de bandas x nº de bits por píxel.

• R. Espacial: Nº de fila y Nº de columnas.
• R. Radiométrica: Nº de bits por píxel.
• R. Espectral: Nº de bandas.

Compresión de Imágenes

Compresión de Imágenes: Reducción del número de bits con vistas a transmitir o almacenar dicha imagen en condiciones óptimas.

Compresión sin Pérdidas: Se utilizan normalmente en compresión de texto. Emplean normalmente estadísticas de los valores que se repiten. Máximo 1:5.

Compresión con Pérdidas: JPEG (imágenes estáticas, 1:15), ECW (1:50), MrSID (1:50). Estos sistemas utilizan técnicas estadísticas junto con transformaciones de la imagen en términos de variación de brillo.

Formatos de Almacenamiento

BIP (Band Interleaved by Pixel): Se almacenan todos los valores, de las diferentes bandas, correspondientes a un mismo píxel antes de pasar al siguiente.

BIL (Band Interleaved by Line): Almacena la primera fila de la primera banda, luego la primera fila de la segunda banda, y así sucesivamente.

BSQ (Band Sequential): Se escriben de una sola vez todos los datos referentes a una misma banda. Resulta muy útil si se desea manipular una sola banda.

Formatos de Archivos

TIFF (Tagged Image File Format): Bloques que conforman la imagen.

GeoTIFF: Permite que información georreferenciada sea encajada en un archivo de imagen de formato TIFF.

JPEG: Es el formato de imagen más común utilizado por las cámaras fotográficas digitales y otros dispositivos.

Propiedades de la Imagen

Saturación: La cantidad de luz blanca mezclada con color.

Brillo: Es la energía radiante que se emite por unidad de tiempo.

Pseudocolor: Las imágenes monocromáticas visualizadas en color.

Tabla de Referencia: Es una matriz en la que a cada nivel de gris de entrada se le asocia una tripleta de colores RGB de salida.

Resolución

Resolución de un Sistema Sensor: Habilidad para registrar información de detalle, implica al menos cuatro manifestaciones: espacial, espectral, radiométrica y temporal.

Resolución Espacial: Designa al objeto más pequeño que puede ser distinguido sobre una imagen (tamaño de un píxel).

Resolución Espectral: Indica el número y anchura de las bandas espectrales que puede discriminar el sensor.

Resolución Radiométrica: Número de niveles digitales usados al digitalizar la información procedente del sensor (bits por píxel).

Resolución Temporal: Intervalo de tiempo entre muestras sucesivas de la misma.

Relación entre los Distintos Tipos de Resolución: A mayor resolución espacial, disminuye habitualmente la temporal y es previsible que se reduzca también la espectral y radiométrica. El aumento en cualquiera de los cuatro tipos de resolución significa también un incremento considerable del volumen de datos.

Tipos de Cámaras

Cámaras de Línea: Barren el terreno de forma simultánea al avance del avión con 3 líneas pancromáticas. Tienen una única lente y un plano focal.

Cámaras Matriciales: Toman imágenes al modo de las cámaras convencionales, tienen varios objetivos que disparan simultáneamente, unos en pancromático y otros en infrarrojo. Cuentan con varios planos focales y funden las imágenes en una única.

Sensores

CCD: Convierte cargas en voltajes y entrega una señal analógica a su salida, que debe ser digitalizada y procesada por la circuitería de la cámara.

CMOS: La digitalización se realiza píxel a píxel dentro del mismo sensor, por lo que la circuitería accesoria al sensor es mucho más sencilla.

• Responsividad: Nivel de señal que es capaz de ofrecer el sensor por cada unidad de energía óptica incidente. CMOS > CCD.
• Rango Dinámico (RD): Es el cociente entre el nivel de saturación de los píxeles y el umbral por debajo del cual no captan señal. CCD > CMOS.
• Ruido: CCD > CMOS.
• Respuesta Uniforme: CCD > CMOS.
• Velocidad: CMOS > CCD.

Exploradores

Exploradores de Barrido: Utilizan un espejo que rota u oscila permitiendo rastrear o explorar el terreno a lo largo de líneas perpendiculares a la línea de vuelo o trayectoria del satélite.

CVI: Ángulo del cono que provee energía al detector en un momento dado y se mide en radianes.

Diámetro = CVI (β) x la altura de vuelo del sensor (H).

IFOV = Dist. Terreno = 2H * tan (CVI/2).

Exploradores de Empuje: No utilizan un espejo sino una cadena de detectores que permite registrar la energía de una línea rastreo en forma simultánea.

Radiómetros de Microondas

Radiómetros de Microondas: Tienen la gran ventaja de que la cubierta nubosa no representa un obstáculo.

Conversión de Espacios de Color

De RGB a HSI

r = R / R+G+B, b = B / R+G+B, g = G / R+G+B

b <= g: h = arcCos [ 0.5 × [(r-g)+(r-b)] / √ [(r-g)²+ (r-b) × (g-b)] ]

b > g: h = 2π - arcCos [ 0.5 × [(r-g)+(r-b)] / √ [(r-g)²+ (r-b) × (g-b)] ]

s = 1 - 3× min(r,g,b)

H = h × 180 / π, S = s × 100, I = (R+G+B) / 3

De HSI a RGB

h = H × π / 180, s = S / 100, i = I / 255

x = i × (1 – s), y = i × [1+ (s × cos(h)) / cos(π / 3 -h)]

z = 3i – (x + y)

h < 2π/3: b = x, r = y, g = z

2π / 3 ≤ h < 4π/3: h = h - 2π / 3, r = x, g = y, b = z

4π/ 3 ≤ h < 2π: h = h - 4π / 3, g = x, b = y, r = z

R = r × 255, G = g × 255, B = b × 255