Visualización y Exploración de Datos SatelitalesMediante el Uso de Erdas ViewFinder® 2.1 Ciudad Capital de Santiago del Estero: Imagen TM LANDSAT 5 - Composición en falso color 543 RVA Fecha: 21.02.2011 Dr. Hugo Raúl Zerda * Parcialmente traducido y adaptado del texto de ayuda de ViewFinder®. ViewFinder® es un software de distribución libre y propiedad registrada de LEICA®, y puede ser obtenido gratuitamente en: pueden constituir un buen inicio para el análisis de imágenes satelitales. pero que con una adecuada diagramación de tareas y explicaciones. Actividades como el análisis de imágenes satelitales en formato digital no es una excepción. Se presenta una serie de actividades que permitirán ir comprendiendo el comportamiento espectral de diversas coberturas y usos del suelo según el intervalo espectral en el cual ha sido captada la información que sobre tal comportamiento es captada por los sensores satelitales. y aplicación diversos filtros digitales (smooth. más el contar con datos adecuados a la práctica a desarrollar. Tal funcionalidad abarca también la composición de imágenes según diversos tipos de combinaciones de canales. muchas veces tales programas son demasiado costosos. Superposición. para efectuar mejoramientos de imagen. Visualizar varias imágenes en una sola ventana de ViewFinder®. que se presenta aquí como software auxiliar para el análisis exploratorio de imágenes satelitales. y también reproyectar imágenes en forma directa. GeoTIFF y los archivos comprimidos de Lizardtech Mr SID (software incluido en las últimas versiones de ERDAS Imagine®). Introducción Una limitante siempre presente en diversos centros de enseñanza suele ser la carencia de presupuestos para programas informáticos en diversas especialidades. sharpen). Reproyectar imágenes desde cualquier proyección a otra de diferente tipo. La existencia de programas de uso libre (freewares) permite en ciertos casos usos limitados. Desplegar movilizando. Un detalle de las funciones es el siguiente: 1. TIFF (incluyendo TIFF World).1. generando una imagen nueva en formato IMG o GeoTIFF. con opción de grabar todos los procesos en el mismo archivo o creando uno nuevo. 2. medición. Este es al caso del programa ERDAS ViweFinder. es más. También es posible realizar algunos mejoramientos de imágenes al efecto de mejorar la diferenciación entre diversos tipos de objetos y coberturas y usos de la tierra. 3. Este programa permite visualizar y realizar algunos simples análisis de datos digitales de diversos tipos y formatos. también se pueden abrir varias ventanas a la vez (recomendable solo en casos con recursos informáticos suficientes). . interrogación. rotando y ampliando de forma continua las imágenes. una herramienta de visualización de datos provista por Leica Geosystems Geospatial Imaging. a cualquier escala. toda vez que no tengan una aplicación posterior en investigaciones concretas o para la generación de servicios que permitan su adquisición. 4. 5. Generalidades sobre ViewFinder ERDAS ViewFinder® es un software de libre distribución. e inclusive datos de 16 bit y punto flotante (reales). 2. y la superposición de datos del tipo raster en diversas capas. Visualización de imágenes en diversos formatos: IMG. se puede ampliar. disminuir y trasladar el área que se observa en la vista principal. ambas vistas están relacionadas geográficamente.000. permite visualizar de manera ampliada la región encerrada en la caja de la vista principal.000. se puede ampliar.Principal Localización Detalle Figura 1. El programa tiene tres componentes básicas: menú. Información sobre las coordenadas de la imagen y el tipo de proyección se visualizan en el marco inferior del marco general: . disminuir y trasladar el área que se observa en la vista en detalle. pudiendo regularse la escala a la cual se desea realizar la observación. Manteniendo presionado el botón izquierdo del ratón y sujetando el marco interior de color blanco. entre otras). Manteniendo presionado el botón izquierdo del ratón y sujetando el marco interior de color blanco. tiene tres ventanas o vistas (View) donde se despliegan las imágenes: Vista Principal: permite desplegar las imágenes según una opción por defecto (default ) en una resolución 1:1. o sea que un píxel de la imagen (archivo) corresponde a un píxel del monitor. Vista para Localización: es la ventana superior izquierda.000. se puede elegir una escala predeterminada (1:1. Vista en Detalle: es la ventana inferior izquierda. 1:250. zoom -). El tamaño de la ventana de ERDAS ViewFinder® puede regularse arrastrando con el ratón (mouse) desde las esquinas. Vista de las tres ventanas para la visualización de imágenes de ERDAS ViewFinder®. También. Mediante las herramientas de zoom (+ y -) se aumenta o disminuye el tamaño de la imagen en la vista. controla el tamaño de la imagen en la vista principal. Para ello escriba la escala deseada en la ventana: . o presionando en el selector. panel de íconos y barra de estado. Mediante el cambio de tamaño en la vista principal (zoom +. Ventana de escala. produce una imagen de apariencia algo nublada. o imágenes visualizadas respectivamente. Abre los archivos de imágenes. Ordena los diversos canales espectrales de la imagen. Genera una nueva imagen en memoria. independientemente si se ha realizado algún tratamiento o no. superficies y perímetros . También se puede abrir una imagen utilizando la lista de archivos que abrió anteriormente (history list) en el menú de archivo (File). Amplia (zoom in) y reduce la imagen visualizada (zoom out). Desplaza la imagen en la ventana (roam). otra opción es arrastrando el archivo desde el explorador de Windows. y seleccionar allí el archivo deseado. para el caso de escenas tratadas anteriormente con filtrados de bordes. como así también algún tipo de análisis de las características espectrales de los datos visualizados. Mide distancias. realizar mediciones de superficies. muestra la escala en la que se encuentra la imagen desplegada en la vista principal (main view). se muestra un resúmen de sus herramientas y componentes. distancias y perímetros. Puede escribirse la escala deseada y mediante la tecla ENTER ejecutar el programa interno de escalado en pantalla. Filtro de suavizado de la imagen. . 3. Graba las imágenes con un nuevo nombre. también posiciones. que puede ser grabada como una versión mejorada de la original. Herramientas de ERDAS ViewFinder® El programa ERDAS ViewFinder® permite realizar diversos tratamientos de imágenes. con lo que podrá abrir la ventana de selección de archivos de ViewFinder®. También Puede restaurarse la imagen original.¿Cómo observar una imagen en el Visor? Se realiza mediante la siguiente secuencia de instrucciones: Archivos: para abrir un archivo de imagen debe ingresar a seguir la secuencia File Open. Seleciona herramientas mediante el puntero. Borra contenidos de una vista. A continuación. Despliega un cursor de consulta de información y permite obtener diversos atributos de la celda o píxel determinada por el cruce de líneas del cursor. la ciudad de La Banda y otras ciudades vecinas. Esta opción es interesante porque dependiendo de la combinación de canales utilizada. Mejora el contraste de la imagen por ecualización del histograma de distribución de los valores de grises. 6 bandas espectrales del sensor TM LANDSAT 5 (menos la térmica). Controles de brillo y contraste (izq. También puede grabarse el resultado como una nueva imagen o sobre la original.1. permite restablecer los parámetros 4.1. en sus tres bandas. Firmas Espectrales de Diversas Coberturas y Usos del Suelo Se utilizarán imágenes satelitales SAC-C MMRS (cámara multiespectral de resolución media (resolución espacial 175 m x 175 m). Genera una nueva imagen en memoria. y completamente o en parte. Seleccione la herramienta para ordenar las bandas espectrales. Filtro para detectar bordes y límites. y del tipo de cobetruras que cubra la imagen utilizada. respectivamente). se utilizará. Permite escalar los intervalos de las estadísticas de la imagen. El ícono originales de brillo y contraste. Establece la transparencia del background de la imagen visualizada.Filtro de bordes. Todas cubren la ciudad Capital de Santiago del Estero. que puede ser grabada como una versión mejorada de la original. Mejora el contraste utilizando dos desvíos estándares de las estadísticas obtenidas del histograma de distribución de los valores de grises. Procedimiento 4. 4.2.1. . el color de la caja de visualización puede confundirse con elementos de la escena. Genera una nueva imagen en memoria.1. y derecha. Otras imágenes y bandas espectrales le serán indicadas por el instructor. hasta desplegar la escena ubicada en la carpeta indicada por el instructor. 4. según sea de su preferencia observar la vegetación y otras coberturas de la tierra en un determinado color. La paleta de colores disponible es más que sificiente para la mayoría de los casos. Siga las instrucciones brindadas en la primera parte de este documento. También. Permite definir el color de la caja de visualización un determinado color de una paleta de colores. que puede ser grabada como una versión mejorada de la original. una imagen XS SPOT de 1996 (resolución espacial 20 m x 20 m). mejora el aspecto de la imagen generando mayor información al rsaltar los límites entre coberturas y formas del relieve. Green. También tiene la opción de visualizar una composición de solo dos bandas en dos planos de colores. Tanto para la búsqueda de las diferentes coberturas y las características del área a analizar. se puede cambiar el color del cursor. además del conocimiento de la región de estudio.1. Para una mejor visualización. Band_2 y Band_3 podrá seleccionar el plano de color del monitor (Red. consulte al instructor. a partir de ello podrá seleccionarlas en las tablas donde confeccionará las composiciones color y perfiles espectrales. seleccione la opción para realizar combinaciones de bandas (Band Combinations). ¿qué sucede si utiliza la misma banda p. B3 en todos los planos de colores? ¿cuál es la razón? 4.4.3. Blue) en el cual se desplegará la banda seleccionada de la imagen a estudiar.1. textura. Experimente con esta opción. El instructor mostrará y discutirá sobre las diversas coberturas y usos de la tierra comprendidas en las escenas a utilizar. patrón. Para realizar la combinación de bandas elegida. ViewFinder le brinda las diferentes posibilidades de combinar bandas espectrales mediante la siguiente ventana de diálogo: Presionando las flechas correspondientes a Band_1. forma. donde se observan los diversos atributos de una celda o píxel: . Seleccione la herramienta para consultar información de una celda (píxel) determinada por el cruce de líneas del cursor que aparecerá inmediatamente seleccionada la herramienta citada. Selección de diversas coberturas de la tierra Aquí deberá aplicar diversos criterios de interpretación de imágenes: color. localización en el terreno. seleccionando mediante de donde podrá desplegar un color de la paleta y seleccionar el más conveniente. verde y azul) y apretando la tecla derecha.ej. El programa mostrará la siguiente tabla . tamaño.4. el programa desplegará una ventana como la siguiente: apoye el ratón sobre la porción que indica los tres planos de colores (rojo. Seleccione las opciones File. V: verde. son valores diferentes a los originales. o diferenciar a alguno de ellos o a un conjunto determiando. en sus diversos tipos. esto le permitirá poder leer en la tabla el valor de coordenadas de imagen (filas y columnas). y las herramientas de Viewfinder descriptas en los anteriores apartados. en la esquina superior izquierda. Observe las columnas que muestra la tabla: Band: indica la posición de cada banda en los planos de colores del monitor. Vegetación Cobertura 1 Cobertura 2 Cobertura 3 (a elección) (a elección) (a elección) . 4. mediante el conjunto de datos satelitales indicados. Combinaciones de bandas Combinación de canales 543 RVA Falso color 432 RVA Falso color 321 RVA Color verdadero *: R: rojo.1. para cada tipo de cobertura y uso del suelo determinada. siguiendo las tablas de combinaciones. determinada por el cruce de líneas del cursor. y con ello permite determinar la combinación que se está observando. latitud-longitud. LUT Value: valor digital de la celda en la pantalla del monitor (look-up table). A continuación. Elabore sus propias combinaciones y descríbalas adecuadamente. aplicará los conceptos teóricos sobre la formación de imágenes color y falso color.5. Paisajes urbanos y rurales en diversas resoluciones espaciales y espectrales SAC-C MMRS: describa el color dominante en la composición elaborada. otras opciones le permitirán observar coordenadas de mapa. papel (posición en la hoja a imprimir). File Pixel: valor digital original de la celda o pixel de la imagen. HISTOGRAM: número de celdas (píxels) que tienen el mismo valor de la celda analizada. A: azul. Composición de imágenes color y falso color Recuerde que uno el objetivo principal de las composiciones color es lograr la mayor diferenciación entre coberturas. son valores creados por el sistema de visualización para mejorar la apariencia de la imagen aprovechando las posibilidades de despliegue del monitor. eventos o cuerpos. SPOT 2 XS: describa el color dominante en la composición elaborada. Cuando una imagen contenga mayor cantidad de bandas espectrales. mayor será el detalle que sobre el comportamiento espectral brindará el perfil. permite caracterizar a un pixel perteneciente a una determinada cobertura.1.LANDSAT 5 TM: describa el color dominante en la composición elaborada. para cada tipo de cobertura y uso del suelo determinada. persigue el objetivo de caracterizar el comportamiento espectral de diversas coberturas-usos-objetos. V: verde. A: azul. en función de las características de los sensores mediante los cuales se obtuvieron las imágenes a analizar. uso del suelo u objeto. la delineación de los valores digitales o niveles digitales de una imagen multiespectral. Perfiles espectrales e índices de vegetación Los perfiles espectrales. El siguiente ejercicio.6. . Combinaciones de bandas Combinación de canales 543 RVA Falso color 432 RVA Falso color 321 RVA Color verdadero Vegetación Cobertura 1 Cobertura 2 Cobertura 3 (a elección) (a elección) (a elección) *: R: rojo. V: verde. para cada tipo de cobertura y uso del suelo determinada. A: azul. Combinaciones de bandas Combinación de canales 543 RVA Falso color 432 RVA Falso color 321 RVA Color verdadero Vegetación Cobertura 1 Cobertura 2 Cobertura 3 (a elección) (a elección) (a elección) *: R: rojo. 4. las épocas de toma de la mismas y las características locales. aprovechadas para elaborar los índices de vegetación.7-1. el balance entre las radiaciones correspondientes al rojo e infrarrojo. NDVI y el comportamiento espectral de la vegetación ante la radiación electromagnética incidente (de Weier y Herring 2007). que abarcan desde las longitudes de onda correspondientes al visible hasta el infrarrojo cercano. La estructura de las células foliares es la responsable de la fuerte reflexión en el sector infrarrojo cercano (0. diferencias o en versiones “normalizadas”. como es el caso del denominado NDVI. R: rojo La siguiente figura muestra las diferencias de comportamiento espectral de la vegetación ante la energía electromagnética incidente sobre el mismo. se construyó la siguiente expresión matemática que permite calcular el NDVI.La densidad de verde y actividad de las coberturas vegetales puede medirse a través de la reflexión de la radiación electromagnética. especialmente lo . referente a las condiciones locales de las áreas cubietras por las imágenes utilizadas. para los sensores que se utilizarán en esta práctica: NDVI IRc R TM 4 TM 3 MMRS4 MMRS3 SPOTXS3 SPOTXS 2 IRc R TM 4 TM 3 MMRS4 MMRS3 SPOTXS3 SPOTXS 2 IRc: infrarrojo cercano. Según lo presentado y discutido con anterioridad con el instructor.4-07 µm) utilizada en la fotosíntesis.1 µm). en forma de cocientes. son esencialmente. La clorofila contenida en las hojas presentan una fuerte absorción en la luz visible (0. Aprovechando estas características únicas de la vegetación. Bosque 3. el NDVI para cada cobertura y uso se calcula mediante la fórmula indicada al pié de las tablas. mediante valores negativos > 0 y <0 respectivamente. Lagunas 4. Cultivos 2. COBERTURAS 1. Área urbana agrquemadas BANDA 1 (azul) BANDA 2 (verde) BANDA 3 (rojo) BANDA 4 (ir-cercano) BANDA 5 (ir-medio) BANDA 7 (6 en el archivo) (ironda corta) NDVI* (calcular) .referente a las coberturas y usos de la tierra. Lagunas 4. Quemados 6. SAC-C MMRS: determine los niveles digitales para cada cobertura y usos del suelo. Areas salinas 5. Observe este comportamiento en las distintas coberturas analizadas. seleccione lo indicado en las tablas siguientes. Bosque 3. Teóricamente el NDVI indica coberturas con vegetación mediante valores positivos. COBERTURAS Y USOS BANDA 1 (azul) BANDA 2 (verde) BANDA 3 (rojo) BANDA 4 (ir-cercano) BANDA 5 (ir-medio) NDVI* (calcular) 1. por ello la denominación de “normalizado”. y sin vegetación. Especialmente importante es considerar que el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) asume valores entre -1 y 1. Areas salinas 5. Cultivos 2. Área urbana agrquemadas LANDSAT 7 ETM+: determine los niveles digitales para cada cobertura y usos del suelo. Quemados 6. Anote las lecturas que se muestran en la ventana File Pixel (niveles digitales) para cada caso y para cada canal espectral. refiriéndose exclusivamente al los gráficos de respuestas espectrales elaborados. 1.Cálculo del NDVI para MMRS SAC-C y LANDSAT 5 TM: NDVI = [ (B4 – B3) / (B4 + B3) ] Con: B3 = valor de brillo en la banda tres (rojo) y B4 = valor de brillo en la banda cuatro (infrarrojo) Cálculo del NDVI para SPOT XS: NDVI = (B3. sus tendencias. ¿observa alguna particularidad en los valores obtenidos correspondientes a coberturas sin vegetación? 3. como también lo realizado en la práctica. ¿entre que tipos de vegetación? ¿entre que sensores? 2. En referencia al índice de vegetación.B2) / (B32 + B2) Con: B1 = valor de brillo en la banda tres (rojo) y B2 = valor de brillo en la banda cuatro (infrarrojo) SAC-C MMRS: comportamiento espectral de diversas coberturas y usos de la tierra. Conteste el siguiente cuestionario. ¿ observa alguna particularidad en los valores obtenidos correspondientes a coberturas con vegetación? . Transfiera los valores determinados de la escena satelital a una planilla de Excel. Transfiera los valores determinados de la escena satelital a una planilla de Excel. LANDSAT 5 TM: comportamiento espectral de diversas coberturas y usos de la la tierra. En referencia al índice de vegetación. ¿ Observa diferencias entre las firmas espectrales para los diferentes tipos de vegetación ? . Cuestionario Considerando el carácter numérico de las imágenes satelitales estudiadas y. respecto a las características de las firmas espectrales. Transfiera los valores determinados de la escena satelital a una planilla de Excel. SPOT 2 XS: comportamiento espectral de diversas coberturas y usos de la tierra. El sistema puede transmitir los datos en tiempo real o almacenar las imágenes y datos auxiliares en un grabador de estado sólido a bordo.550 – 1. ¿ Existe un patrón definido para el área urbana? en caso positivo. ¿puede describirlo? 8. 9. ¿puede describirlo? 7. ¿Cuál es el comportamiento espectral de las lagunas?.795 – 0. medio ambiente. Para todos los sensores. contaminación y el monitoreo de catástrofes y protección del ecosistema. desertificación. ¿puede describirlo? 6.48 – 0. ¿observa alguna aprticularidad? Anexos. ¿ Qué particulares observa en las zonas quemadas? Describa su comportamiento espectral. mineralogía y geología. 5.700 (IR medio de onda corta = SWIR) 175 Resolución temporal: 16 días. ¿ Existe un patrón definido para el agua ? en caso positivo. En esta práctica se utilizan datos con píxeles re-muestreados a 150 m x 150 m durante el proceso de corrección geométrica. Radiometría: las características de bandas espectrales de la Cámara Multiespectral de Resolución Media MMRS (Multispectral Medium Resolution Sensor) del satélite SAC-C son las siguientes: Banda Rango espectral (micrones) Resolución espacial (m) 1 0. ancho de barrido: 360 km . Sus bandas espectrales fueron seleccionadas para satisfacer requerimientos de uso en tierra y aguas costeras e interiores con el objeto de apoyar desarrollos y mejoras en aplicaciones relacionadas con las áreas de agricultura.690 (rojo) 175 0. SU resolución espacial genera un píxel en tierra de 175 m x 175 m (originales) ó 350 metros x 350 metros (degradado). derivados del original de 175 m x 175 m. hidrología.56 (verde) 175 3 630 . silvicultura. oceanografía.4. Elija dos coberturas diferentes e indique los canales espectrales donde existe la mayor diferencia.835 (IR cercano = NIR) 175 4 5 1.50 (azul verdoso) 175 2 0.54 – 0. Principales características de las imágenes a utilizar en la práctica 1) SAC-C MMRS: el sensor MMRS es un barredor electrónico con capacidad de detección en 5 bandas del espectro electromagnético. ¿ Existe algún patrón definido para la vegetación ? en caso positivo. .0. Banda Rango espectral (micrones) Resolución espacial (m) 1 0. Banda Rango espectral (micrones) Resolución espacial (m) 1 0.2. Bibliografía citada Weier. ancho de barrido: 185 km.2007 .90 30 5 1.68 (rojo) 20 3 0. ofrece imágenes multiespectrales de diferentes características.0. Actualmente el satélite TM y el LANDSAT 5 han dejado de prestar servicio. Earth Observatory NASA. http://earthobservatory.1.75 30 6 10.gov/Library/MeasuringVegetation/ acceso 03. cobertura: 60 km x 60 km.690 30 4 0. Desde los años 70.0.50 . 3) SPOT 2 XS.09 .nasa.525 . fundamentales para estudios de monitoreo. OE Library: Measuring Vegetation (NDVI & EVI) Introduction. y Herring D.07.0.0.2) LANDSAT 5 TM: LANDSAT es el programa de teleobservación de recursos naturales más popular.515 30 2 0. En Internet.0.75 . (2007).61 .55 . resolución temporal: 16 días.605 30 3 0.12.45 .89 (infrarrojo) 20 Resolución temporal: variable entre 7 días a 34 días. J.79 – 0.35 30 Resaltadas las bandas infrarojas.40 .59 (verde) 20 2 0. y su gran importancia radica en la gran cantidad de imágenes existentes.63 .5 120 7 2.