La Firma espectral


1.- ¿Que es la firma espectral?:
Cada objeto refleja la luz visible según una combinación característica de radiaciones de distintas longitudes de onda. A esta combinación en el espectro visible la llamamos "color", en realidad a esta combinación la deberíamos llamar su "firma espectral".
UNO.jpgAsí, cuando vemos que algo es de un color, por ejemplo amarillo, como en el ejemplo de la derecha (pantalla del programa Paint), resulta que lo que estamos viendo es una combinación de rojo (236), verde (247) y azul (30). (Es el mismo sistema que utiliza nuestra retina, por eso funciona).

Digamos que la firma espectral de los objetos que vemos con este color amarillo, es 236, 247, 30. Es decir, los valores de la luz reflejada para cada una de las bandas consideradas.

Vamos a echar cuentas:
Con un bit (en binario) solo puedo guardar dos valores de intensidad: 0/1
Con 8 bits (1 byte) de capacidad, puedo almacenar 2 8 intensidades de un color (256), desde el valor 0 al 255.
Con tres colores (8 bits por color) puedo almacenar 256 3 “matices” diferentes o firmas espectrales si preferimos llamarlas ya así. (¡¡ el resultado es 16.777.216 intensidades de color diferentes !!).

Es decir, usando informacion digital (en binario), nuestro ordenador puede trabajar con un elevado número de matices, discriminando con gran precisión la información contenida en las imágenes multiespectrales.
DOS.jpgComo también hemos visto ya, las imágenes de satélite pueden tener un número variable de bandas, además de las del espectro visible, por lo que la “firma espectral” de un objeto, será la combinación de valores de intensidad para cada una de las bandas en las que ha recogido información, para que sea más visible, la firma es la gráfica formada por los valores que alcance la intensidad de radiación en cada una de ellas.


Un objeto raramente va a tener siempre exactamente la misma firma espectral, de la misma forma que una persona siempre firma distinto aunque su firma, una gráfica a fin de cuentas, es fácil de reconocer. El ejemplo de la izquierda nos lo ilustra convenientemente, ya que vemos la firma espectral de un objeto, y vemos que sus intensidades son 175 para azul, unos 150 para verde, unos 160 para rojo, poco más de 60 para el infrarrojo cercano (4), etc






2.- ¿Cómo ver la firma espectral en MultiSpec?
Para ver la firma espectral de un objeto con el programa MultiSpec, empezamos por abrir la ventana "Window" y en ella "New selection Graph", como puedes ver ampliando la imagen de debajo.
tres.jpgEsto te abrirá una nueva ventana, en la cual, verás la gráfica correspondiente a los píxeles que marques con el ratón. Si marcas solamente uno, la gráfica tendrá una sola línea, si marcas varios, la firma tendrá líneas correspondientes a los valores máximo, mínimo, medio y a las desviaciones estandard. En este ejemplo, hemos marcado un solo pixel, correspondiente a la salida del horno de grafitación de la empresa UCAR Electrodos de Ororbia (ver imagen del final de este apartado), por esa razón, al ser un punto muy caliente, la intensidad en las bandas 5 y 6 es muy alta.
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Conociendo las firmas de diferentes materiales u objetos (agua, vegetación, arena, etc.) se pueden interpretar las imágenes. Las firmas conocidas se denominan “verdades de campo” y permiten asociar una superficie conocida a una firma espectral. Las verdades de campo pueden recogerse por medio de visitas y observación visual (anotando las coordenadas) o bien empleando sensores manuales que recogen las "firmas" de determinados puntos (siempre anotando coordenadas) que luego "enseñaremos" a nuestro ordenador.
5.jpgA la izquierda vemos la firma espectral de una masa de agua.
Las aplicaciones de la Firma espectral son numerosas; distingue entre especies vegetales, entre tipos de bosque, entre suelo húmedo y seco ..etc. Bastará con que tengamos la “verdad de campo” registrada; MultiSpec reconocerá la firma espectral en cada uno de los pixeles coincidentes y nos lo identificará con el tipo de superficie asociada.


Esta herramienta la utilizaremos para elaborar Mapas temáticos en el Tema 5.

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3.- El significado de los colores en las composiciones más frecuentes:
La composición de color más parecida a lo que vemos nosotros vemos de forma natural es la 3,2,1 o color verdadero. Tiene el inconveniente de que resulta poco contrastada lo que hace difícil ver los detalles. La composición 4,3,2 es conocida como Falso color y también como Infrarrojo, ya que es parecida a las fotos aéreas tomadas con película infrarroja.
Es fundamental para estudiar la vegetación, ya que la vegetación verde irradia luz infrarroja. Vemos en la imagen de debajo, diversas combinaciones de bandas en una imagen del conjunto sedimentario del Delta del Ebro.

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La composición 4,5,3 es buena para diferenciar tipos de vegetación, es la utilizada en la cartografía de ocupación del suelo “Corine Land Cover” de la Agencia Europea de Medio Ambiente, al considerar que esas tres bandas son las que llevan mejor información para la interpretación del suelo.
Se denomina SWIR, de Short-Wavelenght Infrared, a una composición en que el rojo se usa para la banda 5 o 7. Vemos que la vegetación se ve verde intensa. Se usa mucho porque es como una imagen en color verdadero intensificado.
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En la siguiente Tabla, se especifican algunos de los mejores canales para la observación de los diferentes detalles del terreno:
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4.- Aplicaciones de la banda 6 (infrarrojo térmico):
Como ya hemos comentado, la banda 6 será compilada al procesar la imagen multiespectral íntegra tan solo en las imágenes procedentes de Landsat 5 (imágenes de la década de los 80) tomadas con el sensor TM.
Landsat 7 descompone esta banda en dos archivos (61. y 62.) diferentes correspondiendo a media pantalla cada uno y que MultiSpec no digiere muy bien; por esta razón, emplearemos las imágenes de Landsat 5 para el estudio de las emisiones térmicas.
La combinación más frecuente para imágenes de la emisión térmica, atribuye el ROJO a la banda 6, pudiendo variar la atribución del VERDE y
el AZUL.
8.jpgPor ejemplo, en la imagen de la izquierda, vemos la comarca de Pamplona, con la combinación de bandas RGB 6,4,5 ; puede observarse el fenómeno “isla urbana de calor” cuando interpretamos el color rojo intenso como emisiones térmicas elevadas y conforme se degrada a rojos menos intensos, fucsias y azules, la emisión térmica disminuye; las zonas en verde corresponden a superficies cubiertas por vegetación.
La imagen fue tomada un 31 de julio ( hacia las 10:45 de la mañana); la mayoria de los campos de cereal ya han sido cosechados y el suelo está desnudo, emitiendo calor a la atmósfera. También pueden distinguirse los centros industriales (Polígono de Landaben ….) como zonas de alta emisón térmica.
Puedes probar con otras combinaciones e interpretar los resultados. Esta utilidad se aplica frecuentemente en la prevención del riesgo volcánico (entre otras), monitorizando los diferentes volcanes, pues días antes de entrar en erupción, el mapa térmico del cono volcánico cambia.

Sugerencia de Actividad : Utiliza el recorte DonostiaHondarribia 1988 y elabora una imagen térmica, variando las bandas del verde y el azul (6,4,5 6,3,5 6,3,4 etc). ¿Cual te parece que ofrece mejor información? ¿Por que el agua en el puerto de Pasajes tiene dos colores?. Haz una interpretación.

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