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INICIANDO CON ENVI ÍNDICE I.

INTERACCIÓN CON LA ATMÓSFERA ............................................................................ 4 1.1.- Absorción ...................................................................................................................... 5 1.2.- Dispersión ...................................................................................................................... 9 1.2.1- La dispersión selectiva........................................................................................ 9 1.2.1.- La dispersión no selectiva .............................................................................. 12 1.3.- Emisión.......................................................................................................................... 13

II.

INTERACCIÓN CON LA SUPERFICIE TERRESTRE ........................................................ 14 2.1.- Reflectividad (𝝆)........................................................................................................ 16 2.2.- Distancia Tierra - Sol.................................................................................................. 22

III.

INICIANDO ENVI E INTERFAZ .................................................................................... 27

3.1.- ENVI ............................................................................................................................... 27 3.2.- Abriendo ENVI ............................................................................................................ 29 IV.

BARRA DE HERRAMIENTAS ........................................................................................ 30

V.

BARRA MENÚ.................................................................................................................... 31

VI.

LA TOOLBOX ................................................................................................................ 32

6.1.- Herramientas básicas: ............................................................................................. 34 VII.

ENTORNOS ENVI .......................................................................................................... 38

7.1.- Entorno Clásico ......................................................................................................... 38 7.2.- Entorno Actual ........................................................................................................... 39 VIII.

COMO SE CONFORMAN LOS COLORES EN UNA COMPUTADORA ............... 42

8.1.- Veamos cómo se le asignan a los pixeles valores cromáticos ................... 42 8.2.- Color Verdadero – Falso Color. ............................................................................ 44 8.2.1 Color verdadero................................................................................................... 45 8.2.2 Falso color .............................................................................................................. 46 8.2.3 Imágenes monocromas ..................................................................................... 47 8.3.- Pseudocolor. .............................................................................................................. 49 8.4.- Imágenes pancromáticas, multiespectrales e hiperespectrales. .............. 50 8.4.1.- Una imagen pancromática ........................................................................... 50 8.4.2.- Una imagen multiespectral ............................................................................ 50

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8.4.3.- Las imágenes hiperespectrales ..................................................................... 50 8.5.- Formato ficheros ENVI. ............................................................................................ 51 BIBLIOGRAFÍA. ......................................................................................................................... 54

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I.

INTERACCIÓN CON LA ATMÓSFERA

INTERACCIÓN CON LA ATMÓSFERA

Antes de que la radicación usada en teledetección alcance la superficie de la Tierra, tiene que viajar a través de la atmosfera terrestre a lo largo de una determinada trayectoria y volver a atravesarla en sentido ascendente para que pueda ser detectada por los sensores espaciales. Este es el caso en el que se usan dispositivos que miden en las longitudes de onda del visible, infrarrojo próximo o medio. En el caso de que dispongamos de sensores térmicos la radicación normalmente sólo puede realizar un viaje ascendente a través de la atmosfera, siguiendo una trayectoria más corta que en el caso anterior. El efecto neto que produce la atmósfera en ambas radiaciones varía de acuerdo con las siguientes condiciones:    

Longitud de la trayectoria. Magnitud de la señal de energía detectada. Condiciones atmosféricas presentes. Longitudes de onda involucrada.

En el espacio exterior no hay pérdida de radiación por interferencia con ningún medio material, sólo se produce el fenómeno de atenuación debida a la ley del cuadrado de la distancia. Los gases y partículas de la atmósfera terrestre interaccionan con los flujos de radiación recibidos del Sol y con los emitidos o reflejados por la superficie terrestre. Los principales efectos de la atmósfera terrestre sobre la radiación incidente son:

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1.1.- Absorción La absorción se define como la transformación energética sufrida por la radiación solar cuando atraviesa un medio. Como resultado de la transformación energética hay una alteración neta de los niveles energéticos de las moléculas y partículas que componen el medio. Una fracción de la energía que atraviesa un elemento de volumen de la atmósfera es absorbida por los componentes atmosféricos

y,

posteriormente,

se

emite

a

diferentes

longitudes de onda. La mayor parte de la absorción es debida a los gases oxígeno, dióxido de carbono, ozono y vapor de agua, con una menor influencia de los aerosoles atmosféricos. En la Figura 1, se puede notar que la atmósfera es casi transparente, en un rango espectral de 0,3 μm y 1,0 μm conocido como ventana solar. En este rango el contenido de vapor de agua es el que muestra mayor absorción alrededor de las longitudes de onda 0,94 μm, 0,82 μm y 0,72 μm correspondientes al infrarrojo cercano (Chuvieco, 1996). En el espectro infrarrojo térmico entre los 8 μm y 14 μm, conocido

como

ventana

térmica,

la

atmósfera

es

razonablemente transparente, salvo por el ozono que presenta una absorción superior al 50%, alrededor de la longitud de onda 9,60 μm (Richards,1986). Los sensores que normalmente se utilizan para la observación de la Tierra, se 5

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diseñan para operar fuera de las bandas o rangos espectrales en las que los efectos de absorción son más notorios.

Fig. 1. Espectro de absorción de la atmósfera en función de la longitud de onda de la radiación solar.

Fig. 2 Absorción atmosférica

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Algunos datos Constitución atmosférica: 1. Gases     

78 % de nitrógeno (N2). 21 % de oxígeno (O2). 0,9 % de argón (Ar). 0,03 % de anhídrido carbónico (CO2). Trazas de otros gases nobles y ozono (O3).

2. Aerosoles   

Solución coloidal (partículas en suspensión de tamaños comprendidos entre 1 y 200 μm. Aerosol: solución coloidal en la que el medio de dispersión es gas y la fase dispersa es sólida o líquida. Principales aerosoles: o Agua o Polvo o Otros

La densidad atmosférica es variable con la altura. El 97 % de la masa atmosférica está situada entre la superficie terrestre y los 27 km de altura.

Absorción atmosférica: Principales absorbentes atmosféricos: 

Vapor de agua (H2O) o Es el mayor absorbente y presenta diversas bandas de absorción entre 0,7 y los 8 μm. o La banda situada en 6 μm puede llegar a ser hasta del 100 %



Anhídrido carbónico (CO2)

El anhídrido carbónico es el principal responsable del mantenimiento de la temperatura de la atmósfera, al presentar la mayor banda de absorción, manteniendo así el denominado efecto invernadero.

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

Oxígeno atómico y molecular (O y O2)

Absorben radiación de longitud de onda < 0,1μm



Ozono (O3) o Absorbe radiación de longitud de onda comprendidas entre 0,1 y 0,3 μm. o También absorbe en la región de las microondas.

Imagen referencial de capas de la atmosfera.

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1.2.- Dispersión Se produce como consecuencia del choque de ondas electromagnéticas con moléculas gaseosas, partículas sólidas y líquidas en suspensión, cuyo resultado es un cambio en la dirección de propagación de la onda. Existe dos tipos de dispersión: Selectiva y no selectiva.

Balance de la radiación solar en interacción con la atmósfera: el 50% de los rayos solares es reflejado y dispersado antes de llegar a la superficie.

1.2.1- La dispersión selectiva La dispersión selectiva, es aquella que afecta a determinadas longitudes de ondas sobre otras.

1.2.1.1.- LA DISPERSIÓN DE RAYLEIGH. Ocurre cuando el diámetro de la molécula es menor que la radiación. Se produce la pérdida de energía que explica el color azulado del cielo, cuando no se presentan partículas gruesas en la atmósfera. La luz azul (λ ≈ 450 nm) se dispersa 6 veces más que la luz roja (λ ≈ 700 nm). Esto se produce entre 5000 y 10000 m de altura.

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Fig. 3

Fig. 4 Dispersión Rayleigh

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1.2.1.2.- LA DISPERSIÓN MIE. Es dependiente de la longitud de onda, se presenta especialmente cuando chocan las partículas de aerosol y polvo atmosférico. Se habla de “dispersión Mie” cuando existen partículas con un diámetro similar a la longitud de onda incidente. La dispersión aerosol o Mie depende del tipo de aerosol, el tipo de aerosol depende de un índice de refracción y de la distribución del tamaño de las partículas. Los principales causantes de la “dispersión Mie” son los aerosoles y el vapor de agua (Figura 5). Los aerosoles son partículas sólidas o liquidas que se encuentran suspendidas en la atmosfera (Chuvieco,1996).

Fig. 5. Dispersión atmosférica

Fig.6 Dispersión Mie

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1.2.1.- La dispersión no selectiva La dispersión no selectiva es aquella que afecta por igual a todas las longitudes de ondas. Ocurre cuando el diámetro de las moléculas (d) es mayor que la radiación (λ). Esto explica el color blanco de las nubes. El vapor de agua es el único elemento que produce esta dispersión para λ inferiores a 15 μm.

Fig. 7 Dispersión no selectiva

Fig. 8 Dispersión no selectiva

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1.3.- Emisión El efecto de emisión atmosférica resulta fundamental en el trabajo

dentro

del

obtener mediciones

infrarrojo de

térmico, si

se

pretenden

temperatura a partir

de

las

imágenes satelitales (Jensen, 1986). Al igual que cualquier cuerpo por encima del cero absoluto, la atmosfera emite energía, por lo que ese parámetro debe considerarse para separarlo de la emitancia espectral proveniente del suelo (Fig. 9).

Fig. 9. Fenómenos de Absorción, Dispersión y Emisión.

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Fig. 10 De izquierda a derecha: visible, infrarrojo térmico y vapor de agua. La imagen corresponde al 26 de junio de 1994. (Cortesía ESA, Meteosat Collection, N. 2).

II.

INTERACCIÓN CON LA SUPERFICIE TERRESTRE

Cuando un flujo de energía radiante alcanza la superficie de cualquier material, una parte de esta radiación es reflejada y, por tanto es devuelta al medio del que procede originando así un flujo reflejado. Otra parte es absorbida por el propio objeto, constituyendo un flujo. Por último una fracción del flujo incidente será transmitida, normalmente en otras formas de energía (Figura 11), presentada a continuación muestra un esquema de la transformación que sufre el flujo incidente al interaccionar con la superficie (Sobrino, 2000).

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Fig. 11. Flujos en la incidencia

Φi = Flujo de energía radiante. Φr = Flujo de energía reflejado. Φa = Flujo de energía absorbida. Φt = Flujo de energía trasmitida

De este modo la radiación que recibe la superficie puede descomponerse en tres términos: Φi = Φr + Φa + Φt

(2.1)

Sin embargo es habitual expresar la ecuación anterior en unidades relativas, para ello se divide por el flujo incidente (I), de forma que se llega a la relación : (2.2)

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Donde:

Φt (2.3)

El interés en la interacción solar con las superficies naturales está orientado al análisis de los datos que capta un sensor exterior a ellas, que opera habitualmente en el intervalo espectral de 0.3 a 3 m, nos centraremos en la radiación reflejada en dicho intervalo por los distintos tipos de superficie.

2.1.- Reflectividad (𝝆) La reflexión puede ser especular, en el límite entre dos medios de índices de refracción distinta , en cuyo caso sigue las leyes de Fresnel. Definimos la reflectividad como:

(2.4) Donde: 𝛷𝑟: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 de energía 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜 𝛷𝑖 ∶ 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 de energía 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒

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La medida de la reflectividad puede hacerse considerando toda la semiesfera superior de una determinada superficie, en este caso se habla de reflectividad hemisférica (𝜌ℎ). De este modo si se considera una superficie elemental lambertiana (𝑑𝑆) Figura 12 , iluminado por una irradiancia (𝐸), el flujo difundido por ello bajo la dirección (𝜃), se puede expresar como :

Fig.12 Ilustración de un ángulo solido diferencial y su representación en coordenadas polares.

Donde: L: Radiancia Ω: Ángulo sólido El ángulo sólido está definido como la razón del área total (𝜎), de una superficie esférica al cuadrado del radio de la esfera (𝑟) Figura 13.

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Fig.13. Definición del ángulo sólido Ω, donde (𝜎) denota el área y (𝑟) la distancia.

 Prosiguiendo con la fórmula de (2.4}:

(2.5)

 En forma diferencial. (2.6)

 En la figura 5 se puede observar que: 𝑑𝜎= (𝑟 sin 𝜃 𝑑Φ) (𝑟𝑑𝜃)

(2.7)

 Reemplazando (2.7) en (2.6) obtenemos: 𝑑𝛺=sin𝜃 𝑑𝜃 𝑑Φ

(2.8)

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Donde: θ : Ángulo cenital. Φ: Ángulo acimutal.

Para el flujo total hemisférico difundido por la superficie 𝑑 Φ ℎ, se tiene: 𝑑2Φℎ= (sin𝜃 𝑑𝜃 𝑑Φ) 𝑑𝑆 cos 𝜃

1

𝑑𝛷ℎ= (2𝜋) ( ) 2

(2.9)

𝑑𝛷𝑟=𝑑𝛷ℎ=𝜋𝐿𝑑𝑆

Como se sabe que la irradiancia esta expresada como:

𝐸=

dΦ dS

Para el flujo incidente lo podemos expresar como: 𝑑𝛷𝑖 = 𝐸 𝑑𝑆 Para la reflectividad

hemisferica

de

una

superficie

lambertiana:

𝜌ℎ =

𝑑𝛷𝑟 = 𝑑𝛷ℎ 𝑑𝛷𝑖 19

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Finalmente obtenemos la reflectividad hemisferica de una superficie lambertiana: 𝜌ℎ =

𝜋𝐿 𝐸

(2.10)

La cantidad 𝝅𝑳 es la densidad de flujo radiante reflejado desde la superficie , que es equivalente a la excitación radiante M de la fuente auto emisora. 𝑀 = 𝜋𝐿 En caso general la reflectividad hemisferica es función de los ángulos cenitales (𝜃) y acimutal (𝛷); es decir que la radiancia (𝐿) depende de 𝜃 y 𝛷 (𝐿(𝜃, 𝛷)). Por lo tanto la reflectividad hemisferica se expresa como : 𝜌ℎ =

𝑑𝛷𝑟 =𝑑𝛷ℎ

𝜋 ⁄2

𝜌ℎ =

∫0

𝑑𝛷𝑖

=

∫ 𝐿𝑑𝑆 sin 𝜃 cos 𝜃𝑑𝜃𝑑𝛷 𝐸𝑑𝑆

2.11

2𝜋

∫0 𝐿(𝜃, 𝛷)𝑑𝑆 sin 𝜃 cos 𝜃 𝑑𝜃𝑑𝛷 𝐸𝑑𝑆

La ecuación (2.11) es la reflectividad hemisferica espectral de la superficie.

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En teledetección las radiaciones espectrales que son reflejadas desde la superficie hacia el sensor dependen de muchos factores entre ellos tenemos : •

La variación de la irradiación solar.

•

Las condiciones atmosféricas.

•

Meteorología (temperatura, viento, precipitación).

•

Las propiedades reflectivas de la superficie (a nivel espacial y espectral).

•

Las condiciones de observación del sensor.

La radiación que llega al exterior de la atmósfera es de la forma 𝐸 = 𝐸0 𝜀0

(2.12)

Donde 𝜀0 es el factor de corrección de la excentricidad de la órbita de la tierra.

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2.2.- Distancia Tierra - Sol La distancia Tierra - Sol posee una magnitud que varía con la posición de la Tierra en la órbita para un instante de tiempo. La distancia Tierra - Sol promedio (𝑟0) es llamada como una unidad astronómica que es igual a : 1 𝑈𝐴 = 1.496𝑥108𝑘𝑚

(2.13)

La distancia Tierra - Sol en funcion de la excentricidad esta dado por: Coeficientes del cálculo de la distancia Tierra-Sol y el ángulo de declinación.

𝒏

𝒂𝒏

𝒃𝒏

𝒄𝒏

𝒉𝒏

0

1.000110

0

0.006918

0

1

0.034221

0.001280

-0.399912

0.070257

2

0.000719

0.000077

-0.006758

0.000907

𝑟

2

𝜀0 = ( 0) = ∑2𝑛=0(𝑎𝑛 cos 𝑛𝑡 + 𝑏𝑛 sin 𝑛𝑡) 𝑟

(2.14)

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Donde: 𝒓: Es la distancia entre la tierra y el sol en cualquier dia del año y 𝒕 es esxpresado de la forma:

𝑡=

2𝜋(𝑑𝑛 −1)

(2.15)

365

Donde 𝒅𝒏 es el número del dia del año , que va desde 1 de enero hasta 365 el 31 de diciembre . El ángulo de declinación puede evaluarse a partir de: 𝛿 = ∑3𝑛=0(𝑐𝑛 cos 𝑛𝑡 + ℎ𝑛 sin 𝑛𝑡)

(2.16)

La distancia Tierra - Sol actual en un tiempo dado tambien puede ser expresada de la siguiente forma: 𝑟 = 𝑑 = (1 − 0.01672 cos (𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛(0.9856(𝑑𝑛 − 4))))

(2.17)

De esta forma tenemos que: 𝑟

2

1 2

1

𝜀0 = ( 0) = ( ) = 2 𝑟 𝑑 𝑑

(2.18)

La irradiancia solar extraterrestre (𝑬) es definido como la energia incidente sobre la unidad de superficie en el borde esterior de la atmosfera en la unidad del tiempo cuya unidad normalmnete empleada es en (𝑾𝒎−𝟐 ) 𝐸 = 𝜀0 𝐸0 sin 𝛼 = 𝜀0 𝐸0 cos 𝜃𝑠

(2.19)

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Donde: 𝑬: Irradiancia solar extraterrestre sobre un plano horizonte. 𝑬𝟎 : Constante Solar. 𝜺𝟎 : Factor de correcion de la excentricidad de la orbita terrestre. 𝜽𝒔 : Angulo Cenit 𝜶 : Altitud solar

Fig. 14. Esquema grafico de la posicion del Sol con respecto a una superficie horizontal

Reemplazando (2.12) en (2.11) obtenemos la reflectancia planetaria, es dada por la siguiente expresión: 𝜌𝑝 =

𝜋⁄2 2𝜋 ∫0 𝐿(𝜃,𝛷)𝑑𝑆 sin 𝜃 cos 𝜃𝑑𝜃𝑑𝛷

∫0

𝜀0 𝐸0 cos 𝜃𝑠 𝑑𝑆

(2.20)

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En caso general la radiancia 𝐿(𝜃, 𝛷) depende de

ángulo

cenit (𝜽) y (𝜱) ángulo acimutal es muy poco conocido, y por consiguiente, en la ausencia de modelos ángulares teóricos satisfactorios o resultados observados , se asume la isotropia , es decir 𝑳(𝜽, 𝜱) = 𝑳 , por tanto: 𝜌𝑝 =

𝜋𝐿

(2.21)

𝜀0 𝐸0 cos 𝜃𝑠

Y en función de la distancia Tierra - Sol: 𝜌𝑝 =

𝜋𝐿𝑑 2

(2.22)

𝐸0 cos 𝜃𝑠

Diferentes tipos de superficies, como el agua, la tierra desnuda o la vegetación, reflejan la radiación solar de manera distinta. La reflectancia en función de la longitud de onda se llama firma espectral de la superficie. En la Figura 15

se muestra las

gráficas de las firmas espectrales del agua, vegetación verde y suelo desnudo. La firma espectral de las plantas verdes es muy característica debido a que la clorofila de una planta verde en crecimiento absorbe la luz visible, especialmente la luz roja para usarla en la fotosíntesis, mientras que la radiación del infrarrojo cercano es en gran parte reflejada. De esta manera podemos distinguir las áreas cubiertas de vegetación y del suelo desnudo.

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La firma espectral del suelo desnudo depende del tipo de suelo, si es húmedo o seco, además de las disitintas composiciones minerales que posee en la superficie. En promedio, la reflectancia del suelo desnudo aumenta ligeramente del espectro visible al infrarrojo. El agua sólo refleja la luz visible y absorbe la radiación infrarroja, por lo que se distingue muy bien de otras superficies. Estas

superficies

acuáticas

aparecerán

claramente

delimitadas como áreas oscuras (valores de píxel bajos) en imágenes registradas por los sensores infrarrojos de los satelites (Chuvieco, 1996).

Fig. 15. Firmas espectrales de las principales cubiertas terrestres, (1) agua, (2) vegetación verde y (3) suelo desnudo. También, se indican las posiciones de las bandas espectrales del satélite. .Landsat-7 2

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III.

INICIANDO ENVI E INTERFAZ

3.1.- ENVI Exelis Visual Information Solutions (Exelis VIS), es una empresa subsidiaria de propiedad total de ITT Exelis, proporciona softwares para el análisis y visualización de datos científicos e imágenes satelitales que se utilizan en una variedad de industrias, incluyendo sensores remotos, la geografía, la ingeniería, la geología, la industria aeroespacial, de defensa y de inteligencia, y proyección de imágenes en medicina. ENVI ® (Ambiente para Visualizar Imágenes) es el software ideal para la visualización, análisis, y presentación de todos los tipos de imágenes digitales. El programa de proceso de imágenes completo del ENVI incluye herramientas avanzadas fáciles de usar, así como para análisis espectral, corrección geométrica, análisis de terreno, análisis de radar, y capacidades de SIG vectorial, apoyo amplio para acceder a imágenes de una amplia variedad de fuentes. Este software permite realizar automáticamente:  Mosaicos de imágenes con balances de color.  Obtener el realismo de tres dimensiones que ofrece la técnica 3D.  Hacer sobrevuelos simulados (roam) y zoom en tiempo real, convertir de raster a vector y viceversa.  Crear interpolación de superficies.  Efectuar correcciones radiométricas y geométricas.  Visualizar y procesar imágenes de distintos sensores remotos, incluyéndose el radar del SAR (Synthetic Aperture Radar).

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 Obtener imágenes aéreas y espaciales ortorrectificadas.

Este programa es más robusto para la georreferenciación (rectificación geométrica o registro) y ortorrectificación de imágenes que otro software, en los cuales es fácil cometer errores, sobre todo por usuarios poco experimentados.

Fig. 16 ENVI

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3.2.- Abriendo ENVI  Nos dirigimos a “Inicio -> Todos los Programas -> ENVI”

Fig. 17  Obtendremos una nueva ventana “Entorno Actual” Barra de Menús Barra de herramientas

Buscador de herramientas Administrador de capas

Zona de Visualización

Barra de Estado

Fig. 18

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IV. BARRA DE HERRAMIENTAS

 Opciones de abrir imagen y administrador de capas

 Opciones de visualización: Medidas, Portal, Blend, Fliker, Swipe:

 Stretch (Ajuste de la calidad visual según histograma)





Brillo

Sharpen

Contraste

Transparencia

 Zoom, Escala, Norte, Rotación

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 Go To (Ir a coordenadas)

 Anotaciones

 Vectores

V. BARRA MENÚ  ENVI cuenta con nuevas novedades tanto para la

visualización de procesamiento.

nuestra

imagen y

para

su

Fig. 19 Barra de menú en el entorno actual.

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Fig. 20 Barra de menú en el entorno clásico.

VI. LA TOOLBOX Las novedades para ENVI son: Un mosaico sin costuras que te permitirá combinar escenas georreferenciadas en una sola imagen de forma rápida y sencilla, gestor de datos para trabajar con formatos más actualizados, incluidos LAZ y KOMPSAT-3. 

Se ha mejorado el soporte para NPP VIIRS y Landsat 8 así como un lector genérico de archivos HDF5 que te permitirá abrir cualquier archivo HDF5 y crear archivos raster combinando diferentes documentos 2D y 3D. 

La herramienta de identificación de los materiales hiperespectral THOR incluye un algoritmo ACE para la comparación espectral. Proporciona una puntuación de 

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probabilidad para la interpretación de los resultados de la identificación de los materiales basados en cálculos estadísticos bayesianos.

Caja de herramientas o Toolbox

Fig. 21

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6.1.- Herramientas básicas:  Resizing Data (Spatial7Spectral): Para cambiar el tamaño de una imagen espacialmente y / o realizar la imagen espacial o subconjuntos espectral.  Subsetting Data Via ROIs: Utilice Subset Data vía ROIs a través de regiones de interés para un subconjunto de sus datos en un rectángulo que contiene el ROI seleccionada. El rectángulo es el rectángulo más pequeño que se ajuste el retorno de la inversión. Puedes enmascarar los pixeles en el rectángulo que no entran dentro de la ROI.  Layer Stacking: Se utiliza para construir un nuevo archivo multibanda de imágenes georreferenciadas de diferentes tamaños de pixel, extensiones, y proyecciones. Las bandas de entrada serán remuestreados y reproyectada a una proyección de salida común seleccionado por el usuario y tamaño de píxel. la salida archivo tendrá una extensión geográfica que, o bien abarca todas las extensiones de archivo de entrada o abarca solamente en la medida de datos donde todos los archivos se superponen.  Stretch Data: Se utiliza para realizar archivo a archivo

contraste estiramiento. Los datos de estiramiento función es un método flexible para cambiar el rango de datos de un archivo de entrada dada. Usted tiene el control total sobre ambos histogramas de entrada y salida, y el tipo de datos de salida (byte, entero, punto flotante, etc.).  Statistics: Se utiliza para generar informes estadísticos y de

visualización de gráficos de histogramas, espectros promedios, valores propios, y otra información estadística para los archivos de imagen desplegable.

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 Change

Detection: Análisis de Detección de cambios(Change Detection) abarca una amplia gama de métodos utilizados para identificar, describir y cuantificar las diferencias entre las imágenes de la misma escena en diferentes veces o bajo diferentes condiciones. Muchas de las herramientas de ENVI (como Banda Matemáticas (Band Math) o Principio Análisis de Componentes) puede ser utilizado independientemente, o en combinación, como parte de un análisis de detección de cambios.

 Measurement

Tool (Interfaz clásica): Se utiliza (Measurement Tool) para obtener un informe de la distancia entre puntos en un polígono o polilínea, y para obtener mediciones de perímetro y área de polígonos, rectángulos, y elipses.

 Band Math: La rutina de la banda de Matemáticas (Band

Math) es una herramienta de procesamiento de imagen flexible con muchas capacidades, no está disponible en cualquier otro sistema de procesamiento de imágenes. Debido a que cada usuario ENVI pueda tener necesidades específicas, la herramienta le permite definir su propio procesamiento algoritmos y las aplican a bandas o archivos enteros abiertos en ENVI. Su procesamiento puede ser tan simple o complicado como usted desea. Por ejemplo, Se podría restar una banda de imagen de otra, o ejecutar su propia función personalizada escrito en el lenguaje de datos interactivo, IDL, el idioma en el que a su vez ENVI está escrito.  Spectral Math: Se utiliza el (Spectral Math) para aplicar

expresiones matemáticas o procedimientos a IDL espectros (y también para imágenes multibanda seleccionados). Los espectros puede ser de una imagen multibanda (es decir, un perfil Z), una biblioteca espectral, o un archivo ASCII.

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 Segmentation Image: Se utiliza la segmentación de

imágenes (Segmentation Image) para segmentar una imagen en áreas de píxeles conectados, basados en el píxel valor DN. Puede introducir un solo DN o un rango de valores de DN para utilizar en la segmentación. Cualquiera de cuatro u ocho píxeles adyacentes se consideran para la conectividad y puede especificar el número mínimo de píxeles que deben estar contenida en una región. Cada región conectada, o segmento, se le da un valor único DN en la imagen de salida.  Regions of Interest: Se utiliza la región de interés (Regions

of Interest) para acceder a funciones de ROI comunes tales como la definición, el ahorro, restaurar, eliminar, exportar y la conciliación de ROI. También lo utilizan para crear imágenes de clasificación de rendimiento de la inversión o para convertir valores de la imagen de ROI.  Mosaicking: Se utiliza el Mosaicking al mosaico de ambas

imágenes basadas en píxeles y georreferenciadas.  Masking (Interfaz clásica): Se utiliza el enmascaramiento

(Masking) para crear máscaras de imagen. Una máscara es una imagen binaria que consiste en valores de 0 y 1. Cuando se usa una máscara en una función de procesamiento, las áreas con valores de 1 se procesan y los enmascarados 0 valores no se incluyen en los cálculos. El enmascaramiento está disponible para funciones ENVI seleccionados incluyendo estadísticas, clasificación, desmezcla, filtrado adaptado, retiro continuo y una apropiada característica espectral.  Calibration

Utilities (Interfaz clásica): Primero se selecciona Preprocesong, su uso es para la aplicación de factores de calibración de Aster QuickBird, los datos TM y TIM'S, y utilizar una variedad de corrección atmosférica técnicas.

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 General Purpose Utilities (Interfaz clásica): Primero se

selecciona Preprocesong, se utiliza para reemplazar las malas líneas con promedios, además se realice oscuras sustracciones, y para destripar datos.  Data-Specific

Utilities (Interfaz clásica): Primero se selecciona Preprocesong, se utiliza para aplicar las funciones de datos específicos que trabajan específicamente en su tipo de datos.

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VII. ENTORNOS ENVI 7.1.- Entorno Clásico Envi es el software para el procesamiento y análisis de imágenes geoespaciales utilizado por profesionales GIS, científicos, investigadores y analistas de imágenes de todo el mundo. ENVI combina procesamientos de las imágenes espectrales más recientes con tecnología de análisis de imagen mediante una interfaz intuitiva y fácil de usar para ayudarle a obtener información significativa de sus imágenes. ENVI cuenta con herramientas espectrales, corrección geométrica, análisis del terreno, análisis de imágenes de radar, raster y compatibles con vectores SIG. La interface clásica se mantiene por que en la actualidad muchos usuarios están familiarizados a trabajar en dicho entorno, donde la visualización de las imágenes se realiza por medio de 3 ventanas y está diseñado para ejecutarse en plataformas de 32 bits. De la misma manera tenemos la nueva En la Figura 22 se observa una interface diseñada para trabajar de manera nativa en plataformas de 64 bits; pero igualmente tiene la misma plataforma para 32 bits.

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Fig. 22 Vista de la Interface Clásica, para plataformas de 32 Bits

7.2.- Entorno Actual Exelis lanzo ENVI 5.1, la nueva versión del procesador de imágenes. Esta nueva versión trae numerosas actualizaciones en cuanto a funcionalidades generales, herramientas y soporte adicional de datos que permitirán realizar un análisis más preciso.

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Entre las múltiples novedades, destacan:  Un mosaico sin costuras que te permitirá combinar escenas georreferenciadas en una sola imagen de forma rápida y sencilla.  Una nueva herramienta, Regiones de Interés (ROI), que te proporcionará diferentes formas de definir y gestionar.  Gestor de datos para trabajar con formatos más actualizados, incluidos LAZ y KOMPSAT-3. Además, también se ha mejorado el soporte para NPP VIIRS y Landsat 8.  Lector genérico de archivos HDF5 que te permitirá abrir cualquier archivo HDF5 y crear archivos raster combinando diferentes documentos 2D y 3D.  El procesamiento con vectores con este software se caracteriza por una marcada funcionalidad, permitiendo la integración completa con datos vector y sus atributos en formato de ArcView, MapInfo y ArcInfo.  Además, el programa cuenta con formatos de salida que automáticamente incluyen la información de la georreferencia en archivos World de ArcView; con dichas funciones sus resultados se pueden integrar a todos los programas de SIG. Actualmente, ya existe la versión de ENVI 5.0 Sp3.

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Fig. 23 Vista de la Interface actual

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VIII. COMO SE CONFORMAN LOS COLORES EN UNA COMPUTADORA

•

El monitor emplea una mezcla de colores aditivos para generar el color. Emite luz roja, verde y azul en proporciones variables.

•

Los monitores poseen un total de tres cañones RGB (rojo, verde y azul) con los que por combinación de estos tres colores se construyen el resto de los colores.

8.1.- Veamos cómo se le asignan a los pixeles valores cromáticos •

El color debe traducirse a un código digital: ceros y unos. Un bit es un impulso eléctrico. Puede ser “on” o puede ser “of”. Blanco o negro.

•

Cuando se utilizan dos bits hay cuatro combinaciones posibles, por lo cual el ordenador puede identificar cuatro colores o tonos distintos.

•

Si se añade otro bit (24), se duplica el número de colores posibles.

•

Muchos ordenadores utilizan 8 bits para representar valores de color. Esto significa que existen 28 posibles 42

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combinaciones o lo que es lo mismo 256 colores individuales.

2

4

6

Fig. 24

 En general los

monitores

de

última

generación

entremezclan tres canales de color de 8 bits. Puesto que cada canal tiene 256 valores, el total es 2563 , lo que equivale a 16,7 millones de valores de color.

Fig. 25 Asignación de valores cromáticos a los pixeles para un monitor de última generación.

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8.2.- Color Verdadero – Falso Color. Los colores rojo, verde y azul son denominados colores primarios (RGB). Una impresión similar al color que nosotros percibimos puede obtenerse cuando combinamos las bandas espectrales RGB de una imagen satelital, aplicando a cada una de ellas los tres colores primarios, en ese mismo orden. Esa asignación “natural” puede modificarse a voluntad del interprete, asignado los colores primarios RGB a tres bandas espectrales cualquiera, en el orden que se estime más oportuno. Obviamente cuando no se seleccione las bandas espectrales RGB, sino otra cualesquiera, el color resultante no será con el que nosotros percibimos los objetos (lo que llamamos “color natural”), sino que los colores nos resultaran artificiales , de ahí que suele denominarse a estas composiciones “falso color”. Esas composiciones coloreadas no se ajustan a los colores que aprecian nuestros sentidos, pero pueden ser como de hecho, suele ocurrir más interesantes desde el punto de vista de la interpretación temática de la imagen.

Fig. 26. (De izquierda a derecha) Color verdadero y Falso color.

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8.2.1 Color verdadero En general se habla de imágenes en color real, cuando la codificación de la imagen contiene información sobre tres componentes de color, como en las componentes RGB (Rojo, Verde y Azul). La expresión matemática de la imagen en color, en el espacio RGB, es la combinación de tres funciones bidimensionales, cada una de ellas correspondientes a cada uno de los componentes principales del color (Rojo, Verde y Azul):

La representación discreta o digitalizada, de una imagen en color real, corresponde a una matriz tridimensional en que cada elemento representa un píxel en una fila y columna con los valores de cada plano de la imagen o componente RGB del color. (RGB: acrónimo formado por las iniciales en inglés de los nombres de los tres colores principales Red, Green, Blue). El sistema de representación del color en los monitores de los ordenadores es siempre del tipo RGB, o sea, un sistema con componentes separadas para el Rojo, Verde y Azul. En los sistemas de impresión en color, por el contrario, se utiliza básicamente el sistema CMY, aunque cada vez son más frecuentes los sistemas que utilizan CMYK.

Fig. 26.1 Imagen en color real (3 bytes por píxel) con 256 niveles de intensidad en cada una de las componentes RGB, lo que representa un total de 16.777.216 colores posibles.

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8.2.2 Falso color Se habla de imágenes en falso color cuando en uno o más de uno de los componentes normales del color se visualizan longitudes de onda del espectro electromagnético, que están fuera del espectro visible, por ejemplo es frecuente, en los estudios de vegetación mediante sensores ópticos remotos (fotografía aérea, imagen digital desde satélite), mezclar en una imagen falso color las bandas espectrales correspondientes al verde, rojo e infrarrojo próximo para poder resaltar algunas de las propiedades de la absorción de la energía solar por la vegetación, más acusadas en el infrarrojo que en el espectro visible.

Fig. 26.2

Conjunto de dos imágenes del aeropuerto de Barcelona, captadas por el sensor ETM del satélite LANDAST 5. En la imagen de la izquierda se visualizan los tres canales visibles del sensor (azul, verde y rojo) por lo que la composición puede considerarse que corresponde al color real, después de restar una gran parte del efecto de difusión atmosférica. En la imagen de la derecha se combinan los canales rojo, infrarrojo próximo e infrarrojo medio del sensor a los que se les atribuye las componentes de color azul, verde y rojo respectivamente. Esta imagen debe considerarse como un falso color, ya que combina canales visibles y canales no visibles al ojo humano.

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8.2.3 Imágenes monocromas Desde el punto de vista físico, una imagen monocroma (por ejemplo una imagen de tonalidades de grises o fotografía en blanco y negro) es una función continua f(x,y), que expresa la variación en el espacio de la cantidad de luz emitida o reflejada por la imagen. Esta cantidad de luz o energía procedente de la imagen es lo que comúnmente denominamos brillo, intensidad o nivel de gris de los distintos objetos o detalles contenidos en la imagen. Lo que se conoce como formación de una imagen digital o digitalización de una imagen, no es más que la conversión en una serie de valores discretos (generalmente valores enteros) de la función continua f(x,y) por muestreo tanto del plano espacial como de la intensidad. Así, una imagen digital se representa como una tabla de valores o matriz bidimensional (conjunto de valores numéricos ordenados en filas y columnas), en la que cada elemento corresponde al valor de intensidad de cada punto de muestreo de la imagen. Es lo que denominamos un elemento mínimo de la imagen o píxel. Un píxel se designa con el nombre de la matriz y los subíndices que indican su pertenencia a una fila y columna determinadas. Así, indica que el píxel que ocupa la fila “i” y columna “j” en la imagen A tiene un valor de intensidad (o nivel de gris) igual a 127. Generalmente las imágenes monocromas con niveles de gris se codifican de tal forma que cada píxel ocupa un byte de memoria: 8 bits. Esto quiere decir que cada píxel puede tener un valor entero entre 0 y 255. Sin embargo algunos sistemas actuales utilizan otro tipo de codificaciones más comprimidas

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(1, 2 o 4 bits por píxel) o de mayor resolución (10 o 12 bits por píxel). Las dimensiones virtuales de la imagen (número de píxeles) dependerán del número de filas y columnas que tenga la matriz, que la define.

Así una imagen de 600 por 500 píxeles, corresponderá una matriz de 600 columnas y 500 filas, con un tamaño total de 300.000 píxeles (aproximadamente 0.286 Mbytes si cada píxel tiene una resolución de un byte). Sin embargo, el tamaño físico de la imagen (en centímetros o pulgadas) impresa sobre papel o visualizada en un monitor, dependerá además del tamaño real con que se visualice cada píxel (por ejemplo 300 píxeles por pulgada en muchas impresoras o un tamaño de 0.25 mm por píxel en monitores de alta resolución).

Fig. 26.3 Imagen monocroma codificada en 256 niveles de gris (1 byte por píxel)

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8.3.- Pseudocolor. El Pseudocolor consiste en asignar colores a valores de gris de una imagen monocromática siguiendo algún criterio en específico. Es frecuente que imágenes de un solo plano o monocromas se representen en color, atribuyendo arbitrariamente un color fijo a cada valor de intensidad, mediante una paleta de colores o look up table. En estos casos se habla de pseudo color, ya que la información sobre el color de cada píxel sólo puede restablecerse a partir de la paleta de colores pero nunca a partir de los propios valores de intensidad de la imagen. El término pseudo color se utiliza para diferenciar el proceso de asignar colores a una imagen monocromática de una imagen de color verdadero. La aplicación principal es para la visualización humana y para la interpretación de los eventos que ocurren en escenas en escalas de gris (el ser humano puede distinguir más colores que tonalidades de gris). Las paletas de colores suelen utilizarse para simular el color real de una imagen pero codificado en 8 o menos bits, como en el ejemplo siguiente.

Fig. 26.4 Imagen pseudo color codificada en 32 colores (color codificado con 5 bits)

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8.4.- Imágenes pancromáticas, multiespectrales e hiperespectrales. 8.4.1.- Una imagen pancromática (consiste de una sola banda) Generalmente se exhibe como una imagen en escala de grises, es decir, que el brillo exhibido por un píxel en particular es proporcional al número digital del píxel, el cual está relacionado con la intensidad de la radiación solar reflejada por los objetos en el píxel y registrados por el detector. De modo que una imagen pancromática puede ser interpretada como una fotografía aérea en blanco y negro, pero a baja resolución. 8.4.2.- Una imagen multiespectral (consta de varias bandas) Cada banda puede ser exhibida como una imagen en escala de grises o en combinación de tres bandas, a la vez como una composición de color. El análisis de una imagen multiespectral requiere del conocimiento de la firma espectral de los objetos en la escena.

8.4.3.- Las imágenes hiperespectrales (consta de muchas bandas) Se refieren a un sensor espectral que mide la reflectancia en muchas bandas, con frecuencia “cientos”. La teoría en lo que se apoya la detección hiperespectral es que la medida de la reflectancia en numerosas franjas estrechas del espectro permite detectar características y diferencias muy sutiles entre los rasgos de la superficie, especialmente en lo que se refiere a vegetación, suelo y rocas.

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8.5.- Formato ficheros ENVI. El ENVI permite exportar e importar imágenes de cualquier tamaño e interactuar con distintos software de SIG, entre ellos el ARC/INFO, ArcView, Mapinfo, y con otros programas de procesamiento digital de imágenes, como el ERDAS y PCI, entre otros. También permite comprimir y efectuar descompresión de imágenes en tiempo real. El programa cuenta con la posibilidad de guardar los resultados de los procesos en el disco duro o en ¨memoria¨, y los envía a la lista de imágenes disponibles en forma automática. Esta última característica resulta muy útil en términos prácticos para aplicar funciones de análisis.

Además, este software permite optimizar tiempos de procesamiento, al enviar una serie de procesos a la "cola" y ejecutarlos todos juntos después, sin necesidad que el usuario esté presente, pero si se requiere abordar análisis más detallados, es necesario importar las imágenes al formato nativo del programa ENVI (*.HDR). Los archivos HDR incluyen todas las bandas de una determinada imagen; los archivos vectoriales son almacenados en formato *.evf y las Anotaciones en formato *.ann; *.anz.

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Cuando se abre un fichero de entrada en este programa, cada banda espectral está disponible para todas las funciones del sistema. Con múltiples ficheros de entrada abiertos, puede fácilmente seleccionar bandas de diferentes ficheros para procesarlas juntas. También incluye herramientas para extraer espectros, usar librerías espectrales, o para analizar conjuntos de imágenes de alta resolución espectral como AVIRIS, GERIS, y GEOSCAN.

Fig. 27 Variedad de archivos para su extracción y análisis.

El procesamiento con vectores con este software se caracteriza por una marcada funcionalidad, permitiendo la integración completa con datos vector y sus atributos en formato de ArcView, MapInfo y ArcInfo. En este programa se ha adoptado el formato PNG para la publicación en el WEB; además, puede usarse con otra aplicación de Research Systems llamada ION, la cual permite distribuir en el WEB los resultados y programas personalizados de ENVI. Las últimas versiones de ENVI (V. 3.5 y superiores) cuentan con la posibilidad de realizar compresión GZIP en las 52

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imágenes resultantes de ciertos procesos; el programa lee ese archivo haciendo automáticamente la descompresión. Además, el programa cuenta con formatos de salida que automáticamente incluyen la información de la georreferencia en archivos world de ArcView; con dichas funciones sus resultados se pueden integrar a todos los programas de SIG. La combinación de estas ventajas coloca al ENVI como una solución tecnológica muy inteligente y útil para el procesamiento de imágenes y la composición cartográfica.

El programa identifica cuatro tipos de datos raster, según el rango numérico que necesitan para almacenarse: 8u (datos enteros entre 0 y 255), 16u (datos enteros entre 0 y 65535, sin signo), 16s (datos enteros, con signo positivo o negativo entre 32768 y 32767) y 32r (números reales entre -3.4E38 and 3.4E38).

Es importante tener en cuenta qué tipo de bandas se considera para almacenar la información, ya que puede truncarse si el rango digital es menor que el correspondiente a cada tipo de archivo.

El rango numérico eta referido a la Resolución Radiométrica de las imágenes satelitales o en general de los datos raster (pudiendo ser mapas temáticos, modelos de elevación digital, etc.

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