Principios y procesos del procesamiento de imágenes satelitales de teledetección

¿Qué es el procesamiento de imágenes por teledetección?

Las imágenes de teledetección contienen una gran cantidad de información que solo puede analizarse y extraerse eficazmente tras su digitalización (muestreo y cuantificación mediante el sistema de imagen y almacenamiento digital). El procesamiento posterior de los datos de la imagen, como la corrección de las coordenadas de alineación gráfica y la mejora de los contornos de las características, puede aumentar considerablemente la precisión del procesamiento de la imagen y la eficiencia de la extracción de información. Este proceso se denomina «procesamiento digital de imágenes de teledetección».

Como componente fundamental del proceso de observación de la Tierra, el procesamiento de imágenes de teledetección ocupa una posición crucial en la fase intermedia y final de la cadena de valor de las aplicaciones satelitales, sirviendo de enlace entre los sectores iniciales y finales. Se conecta con las instalaciones terrestres de satélites en la fase inicial y proporciona servicios de datos o herramientas listas para usar para aplicaciones comerciales específicas en sectores como la agricultura, la silvicultura, la meteorología y los recursos naturales en la fase final.

Flujo de trabajo de procesamiento de imágenes de teledetección

Almacenamiento y gestión de datos

Sistema de agregación, gestión, almacenamiento y distribución de datos de teledetección a gran escala

La información bruta recibida por la estación terrestre se procesa fotográficamente, se transforma y se digitaliza en película positiva o cinta magnética compatible con ordenador. Las fotos resultantes se encuadernan en álbumes y se catalogan para que los usuarios puedan elegir.

preprocesamiento de imágenes

Los equipos de procesamiento se utilizan para realizar correcciones geométricas y radiométricas de errores sistemáticos en imágenes de teledetección, como errores de forma y posición geométrica y errores en la información de intensidad radiométrica de la imagen.

Diagrama del principio de corrección geométrica

Corrección geométrica

Durante la obtención de imágenes por teledetección, debido a la combinación de factores como la deformación de los materiales fotográficos, la distorsión de la lente, la refracción atmosférica, la curvatura y rotación de la Tierra, y el relieve topográfico, la posición geométrica, la forma, el tamaño, las dimensiones, la orientación y otras características de los accidentes geográficos en la imagen original suelen ser inconsistentes con las características reales de dichos accidentes. Esta inconsistencia se denomina deformación geométrica o distorsión geométrica.

La corrección geométrica se realiza para abordar las causas de la distorsión geométrica. Antes de proporcionar datos a los usuarios, la estación receptora terrestre utiliza métodos de procesamiento convencionales y, simultáneamente, recibe información sobre la actitud operativa, los indicadores de rendimiento del sensor, las condiciones atmosféricas y el ángulo de elevación solar a partir de las imágenes para corregir y eliminar esta distorsión geométrica mediante una serie de modelos matemáticos, lo que garantiza un posicionamiento preciso.

Antes de la corrección geométrica - Después de la corrección geométrica

Corrección de radiación

Se refiere a la corrección de la distorsión o aberración de radiación sistemática y aleatoria causada por factores externos en los sistemas de adquisición y transmisión de datos, y al proceso de eliminación o corrección de la distorsión de la imagen causada por errores de radiación.

La corrección radiométrica se refiere al proceso de eliminar diversas distorsiones en los datos de imagen asociadas a la radiancia. La estación de procesamiento recibe los datos brutos de la estación receptora, los introduce en el sistema de procesamiento de imágenes y, en primer lugar, los descompone para crear archivos separados: datos brutos de imagen de teledetección y datos de información auxiliar de telemetría. A continuación, basándose en el modelo de corrección de errores radiométricos de la imagen de teledetección derivado de la ecuación de transferencia radiativa, y con el apoyo del hardware y el software del sistema de procesamiento de imágenes, se realiza la corrección radiométrica del sistema.

En resumen, consiste en eliminar el "ruido" del sensor o atmosférico para representar con mayor precisión las condiciones del terreno y mejorar la "fidelidad" de la imagen, principalmente mediante la restauración de datos faltantes, la eliminación de la neblina o la preparación para la creación de mosaicos y el monitoreo de cambios.

Antes y después de la corrección por radiación

Mejora de imagen

Histograma antes y después del estiramiento

Para mejorar la legibilidad de la información de las características del terreno contenida en las imágenes de teledetección y resaltar los objetivos de interés, se requiere un procesamiento de mejora de imagen. Este proceso incluye principalmente pasos como la mejora del contraste, la composición de color, la transformación del histograma, la segmentación de densidad, la inversión de escala de grises, las operaciones entre imágenes, la fusión de imágenes, el recorte de imágenes, el ensamblaje de imágenes y la creación de mosaicos con balance de color.

Extracción de información

Las características de los elementos de interés en las imágenes de teledetección reflejan las diferencias en la radiación electromagnética de dichos elementos en la imagen. El proceso de identificar el tipo, las propiedades, la ubicación espacial, la forma, el tamaño y otros atributos de los elementos a partir de las características presentes en la imagen de teledetección se denomina extracción de información de teledetección.

Actualmente, los métodos de extracción de información incluyen la interpretación visual y la clasificación computarizada. Entre ellos, la interpretación visual es el método más utilizado.

• Interpretación visual

También conocida como interpretación manual, consiste en interpretar manualmente las imágenes de teledetección, delimitar la extensión de las características objetivo en las imágenes y extraer la información.

• Clasificación de imágenes

Es el proceso de clasificar todos los píxeles de una imagen en varias categorías según sus propiedades, de acuerdo con las características espectrales de los objetos del terreno, determinando la función de discriminación y los criterios de discriminación correspondientes. Los principales métodos son la clasificación supervisada y la clasificación no supervisada.

Como componente fundamental de la industrialización de la observación de la Tierra y la teledetección, el procesamiento de datos de teledetección, ubicado en las etapas intermedias y finales de la industria, también se ha visto afectado por la era del big data. Este sector está respondiendo a esta tendencia y experimentando una transformación, avanzando hacia la estandarización, el procesamiento en tiempo real, la escalabilidad y la automatización.

Actualmente, los métodos y modelos de procesamiento de información de teledetección se están volviendo cada vez más científicos. Los modelos y tecnologías de información, como las redes neuronales, las ondículas, los fractales, los modelos cognitivos, el conocimiento experto geocientífico y la integración de sistemas de procesamiento de imágenes, mejorarán significativamente la precisión y la fiabilidad de la fusión, clasificación y extracción de tecnología de teledetección de múltiples fuentes. La combinación orgánica de clasificación estadística, lógica difusa, conocimiento experto y clasificación mediante redes neuronales constituye un clasificador compuesto, lo que mejora considerablemente la precisión de la clasificación y el número de clases. La fusión y la aplicación compuesta de múltiples plataformas, capas, sensores, fases temporales, espectros, ángulos y resoluciones espaciales es una dirección de desarrollo importante para la tecnología de teledetección. El desarrollo y la aplicación de modelos de información de teledetección incierta y sistemas de apoyo a la toma de decisiones basados ​​en inteligencia artificial también requieren mayor investigación.

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Fronteras de los SIG, espaciotiempo superpotenciado