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FOTOGRAMETRA Y EXPLORACON AREAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

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Pimentel

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

CURSO:

DOCENTE:

SEMESTRE ACADMICO: 2015 - II

FOTOGRAMETRA Y EXPLORACIN AREA

Ing. VILLEGAS GRANADOS, Luis mariano

1. DEFINICIONES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES.Percepcin remota es la ciencia y arte de obtener informacin de un objeto, rea o fenmeno a travs del anlisis de los datos adquiridos mediante algn dispositivo que no est en contacto fsico con el objeto, rea o fenmeno investigados.Los humanos tomamos conocimiento del mundo exterior detectando y midiendo los cambios que los objetos imponen a los campos que los envuelven, segn sean stoselectromagnticos, acsticos, gravimtricos o magnticos: bastar poseer el sensor adecuado para cada caso. Desde un punto de vista prctico, ms acorde a nuestros fines, podemos restringir la generalidad de esteconcepto limitndonos a utilizar el trmino percepcin remota (o teledeteccin) en conexincon tcnicas electromagnticas de adquisicin de informacin. Si quisiramos historiar la evolucin de la percepcin remota deberamos, en un sentido estricto, retroceder algunos cientos de millones aos cuando alguna forma inferior de vida comenz a diferenciar algunas de sus clulas volvindolas fotosensibles, proceso que evolucion tambin durante millones de aos hasta convertirlas en un sensor altamente sofisticado como el ojo humano. Si bien ste fue y sigue siendo el sensor utilizadoen muchas aplicaciones cotidianas de la percepcin remota, ya desde el siglo XIX comenza ser sustituido por un mecanismo que lo imitaba ofreciendo algunas ventajas como el delregistro permanente de las observaciones: la cmara fotogrfica. Esta fue montada en plataformas tan dispares como palomas y globos aerostticos en un principio, luego en aviones y en pocas ms recientes en las primeras plataformas orbitales. El vertiginoso desarrollo de estas ltimas, acompaadas por los avances tecnolgicos paralelos llevaron a la situacin actual en que innumerables plataformas orbitan la Tierra observndola con sofisticados sensores como escneres multiespectrales, sensores trmicos infrarrojos, sistemas de radar y laser, etc.

La Percepcin Remota involucra dos procesos bsicos:

Adquisicin de datos desde plataformas con sensores adecuados Anlisis de los datos mediante dispositivos visuales o digitalesMuchas veces la informacin as adquirida se complementa con datos de referencia ya existentes de la regin en estudio (mapas de suelos, estadsticas de cosechas, planos catastrales, etc.) Toda esta informacin es usualmente combinada enforma de capas de informacin en lo que usualmente se denomina unSIG (Sistema de InformacinGeogrfico) o GIS de acuerdo a sus siglas en ingls.

2. NATURALEZA DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNTICASDada la importancia de las radiaciones electromagnticas en la adquisicin de informacinpor PR se justifica estudiar su naturaleza con mayor detalle. La energa electromagntica o energa radiante es una entidad fsica que se manifiesta bajo dos aspectos complementariosentre s: el ondulatorio y el corpuscular. La concepcin ondulatoria que permite explicar ciertos fenmenos como los de difraccin e interferencia interpreta la la radiacin como un campo elctrico y uno magntico oscilando en planos perpendiculares (Fig. 3). El fenmeno ondulatorio posee una doble periodicidad: en el espacio y en el tiempo. Laperiodicidad espacial determina la longitud de ondaque es la distancia entre dos puntos consecutivos de igual amplitud del campo elctrico o magntico. El intervalo de tiempo transcurrido entre dos instantes consecutivos en que uno u otro campo alcanza igual valor se denomina perodo t. Se define la frecuencia de la radiacin como la relacin 1/t que se expresa en ciclos por segundoFig 3.

La concepcin corpuscular permite explicar ciertos hechos experimentales como el efectofotoelctrico y la absorcin de radiacin por las molculas y consiste en concebir la radiacin como un haz de corpsculos llamados cuantos de radiacin o fotones que se desplazan en la direccin del haz con la velocidad de la luz.Las concepciones ondulatoria y corpuscular de la radiacin se concilian en la relacin dePLANCK:

La relacin de Planck permite que un haz de radiacin de determinada frecuencia (olongitud de onda) sea interpretado como un flujo de cuantos de determinada energa.En la Fig. 5 se representa el espectro electromagntico. Obsrvese que la regin visible del espectro electromagntico representa slo una pequeafraccin de ste. Por razones de practicidad se utilizan diferentesunidades de longitud de onda segn la regin espectral considerada. En nuestro estudio, que se centrar fundamentalmente en las regiones conocidas como visible e infrarrojo nos bastar con recurrir a los micrmetros o micras (1 m= 10-4 cm)o a los nanometros (1 nm = 10-3 m). Para las regiones de radar convendr referirse a centmetros.

Obsrvese que la regin visible del espectro electromagntico representa slo una pequeafraccin de ste.Por razones de practicidad se utilizan diferentes unidades de longitud de onda segn la regin espectral considerada. En nuestro estudio, que se centrar fundamentalmente en las regiones conocidas como visible e infrarrojo nos bastar con recurrir a los micrmetros o micras (1 m= 10-4 cm) oalos nanometros (1 nm = 10-3 m). Para las regiones de radar convendr referirse a centmetros.3. INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA Y ORIGEN DELOS ESPECTROS.Los objetos fsicos se hallan constituidos por sistemas atmico-moleculares. El contenido energtico total de tales sistemas puede considerarse, en una primera aproximacin, como la suma de varios aportes energticos: energa translacional, energa vibracional, asociada a las vibraciones de los tomos en torno a sus posiciones de equilibrio en las molculas,energa rotacional, asociada a las rotaciones de la molcula en torno a ciertos ejes y energa electrnica, asociada a los electrones contenidos en la molcula: algunos de tales electrones participan decisivamente en los enlaces qumicos intramoleculares. Salvo la energa translacional las dems formas de energa estn sujetas a severas restricciones impuestas por la Mecnica Cuntica,no pudiendo adoptar sino ciertos valores discretos de energa que se denominan niveles energticos. La Fig. 6 esquematiza una distribucin de niveles energticos para una molcula hipottica.

Fig. 6

Con A y B representamos dos niveles electrnicos, que son los que involucran un mayor diferencial de energa. Cada uno de ellos posee sus propios niveles vibracionales v y a su vez stos poseen una estructura fina rotacional r.En la misma figura se representa una transicin entre los dos niveles electrnicos., Esta puede iniciarse y terminar en diversos niveles vibracionales o rotacionales de ambos niveles electrnicos, siempre que ciertas reglas de seleccin de la Mecnica Cuntica autoricen tal transicin. Para nosotros el hecho ms importante a destacar es que los patrones de niveles energticos como el representado en la Fig 6 son especficos de cada especie atmico-molecular.

En condiciones usuales de temperatura ambiente los sistemas atmico-moleculares suelen encontrarse en sus niveles energticos ms bajos, pero por el aporte de diversas formas de energa (elctrica, trmica, electromagntica, etc.) pueden ser excitados a niveles energticos superiores. Si la energa suministrada al sistema es suficiente podr provocar transiciones entre niveles electrnicos, usualmenteacompaadas, como ya vimos, por cambios vibracionales y rotacionales. Si las energas aportadas son menores las transiciones slo se producirn entre niveles vibracionales e incluso slo rotacionales. Consideremos la excitacin de las molculas por aporte de energa radiante mediante un haz de radiacin que posea un rango continuo de longitudes de onda (o, lo que es equivalente, por un haz de fotones cuyas energas cubren un amplio rango continuo de valores): este es el caso tpico de la radiacin emitida por el sol o por cuerpos incandescentes. Este tipo de radiacin suele llamarse continua o de espectro continuo. El objeto o sistema irradiado absorber aquellos fotones que poseen la energa justamente necesaria para producir las transiciones que le son permitidas. Es as que en el haz transmitido o reflejado luego de interaccionar con el sistema el nmero de fotones de ciertas longitudes de onda se ver reducido, o dicho de otro modo, la intensidad de las radiaciones de determinadas longitudes de onda se ver reducida.

Este efecto se representa en el caso hipottico de la Fig. 7: un haz incidente de composicin espectral dada por la curva A ve modificada dicha composicin espectral de acuerdo a la curva B, que puede ser considerada la curva espectral del objeto irradiado.La forma de dicha curva depende del patrn de niveles energticos del objeto irradiado y siendo dicho patrn altamente especfico para el sistema atmico molecular del objeto irradiado, es decir de su estructura qumica, la curva espectral de ste constituye algo as como una impresin digital o firma espectral del objeto en cuestin permitiendo su identificacin.

4. INTERACCION DE LAS RADIACIONES CON LOS OBJETOS DE LASUPERFICIE TERRESTRE.Cuando la radiacin incide sobre un dado objeto de la superficie terrestre pueden considerarse los tres tipos fundamentales de interacciones que se representan en la Fig.8 con el correspondiente balance energtico segn la ley de la conservacin de la energa

Es decir que la energa incidente se fracciona en varios componentes: energa reflejada, absorbida y/o transmitida, siendo todos estos componentes dependientes de la longitud de onda. Conviene aqu destacar dos puntos: La proporcin de energa reflejada, absorbida o transmitida variar con los diferentes objetos, dependiendo del tipo de material que compone dichosobjetos as como de su condicin. Esto permite identificar diferentes objetos en una imagen. La dependencia con la longitud de onda determina que la proporcin de energa reflejada, absorbida y/o transmitida vare para las diferentes longitudes de onda. Esto hace que dos objetos que pueden ser indistinguibles entre s en un dado rango espectral puedan ser perfectamente diferenciados en otro rango. Es conocido el uso de pelcula infrarroja en lugar de la pancromtica comn para detectar, por ejemplo, equipos blicos camuflados-C.C.V.. La manera como un objeto refleja la energa que incide sobre l afecta sensiblemente las caractersticas de la energa que detecta un sensor que est observando dicho objeto. En efecto, el tipo de reflexin que se produce quedar determinado por la textura o grado de rugosidad de la superficie del objeto as como del ngulo de incidencia de la energa radiante sobre el objeto. La reflexin especular se produce cuando la radiacin incide sobre una superficie relativamente lisa (esto ocurre cuando el tamao de las partculas de la superficie es menor que la longitud de onda de la radiacin incidente). En este caso los ngulos de incidencia y reflexin son iguales, siguiendo las leyes de la ptica geomtrica. La reflexin difusa o lambertiana ocurre en el caso inverso, es decir cuando la superficie es ms rugosa y la longitud de onda de la radiacin incidente es menor que el tamao de las partculas de la superficie. En este caso la radiacin es reflejada en todas direcciones. Ver Fig. 9.

Entre estos dos casos caben todas las posibilidades intermedias.Como puede observarse (a) (b) tambin en la Fig. 9 (c) en el caso de la reflexin difusa la radiacin penetra hasta cierta profundidad en el material y tiene oportunidad de interaccionar con los componentes qumicos de ste. La radiacin reflejada en forma difusa posee pues ms informacin que la especular acercadel objeto irradiado. Obviamente, en Percepcin Remota ser pues particularmente importante medir las propiedades de la reflectancia difusa de los objetos terrestres. Las caractersticas del fenmeno de reflexin por parte de un objeto sobre la superficie terrestre pueden ser cuantificadas midiendo la porcin de energa incidente sobre el objeto que es reflejada por ste. Podemos entonces definir la Reflectancia Espectral como: