II. SISTEMAS DE CAPTURA DE IM�GENES

El desarrollo de la tecnolog�a espacial, la electr�nica y los sistemas de comunicaci�n, han diversificado y ampliado la capacidad del hombre para ver mundos inimaginados.

DE LOS cinco sentidos que posee el hombre, probablemente la visi�n sea el m�s importante por la utilidad y satisfacci�n que proporciona: nos aporta de inmediato un marco de referencia de la posici�n que ocupamos en el espacio, y nos permite evaluar todo lo que nos rodea de acuerdo a su forma, tama�o y color. Adem�s, como est� constituida por un sensor remoto como es el ojo humano y por el cerebro, tal evaluaci�n se puede hacer a distancia, lo que significa que las decisiones y acciones que ejecuta un ser humano, incluso estando en movimiento, est�n relacionadas con el medio que le rodea; es decir, pueden ser hechas sobre la marcha o desarrollo de una tarea. La emulaci�n de esto por una m�quina por medio de un sensor optoelectr�nico y una computadora debidamente programada constituye un buen ejemplo de la inteligencia artificial que, plasmada en la rob�tica, ha facilitado la automatizaci�n de muchas tareas en las plantas industriales.

Con base en los conceptos arriba desarrollados puede entonces considerarse al ojo como el sistema natural para la obtenci�n de im�genes de las escenas que nos rodean. Este sensor remoto natural est� constituido por dos subsistemas b�sicos (Figura 7): el de formaci�n de im�genes, representado por el iris y el cristalino, y el sensor de registro de im�genes, representado por la retina. Los sensores remotos construidos por el hombre (Tabla 1) contienen tambi�n estos dos subsistemas, pero con ventajas adicionales, puesto que las im�genes generadas por �stos pueden ser registradas permanentemente, es decir, ser grabadas en un formato de naturaleza cuantitativa que deja abierto el camino para un an�lisis automatizado por medio de computadora. Adem�s, como ya se ha mencionado anteriormente, estos sensores artificiales permiten "ver" luz no visible por el ojo humano, ampliando con esto la capacidad de captura de datos y de decisi�n inteligente al respecto de �stos.

Figura 7. El ojo humano como sensor remoto natural para la formaci�n y captura de im�genes del mundo que nos rodea.

Figura 8. Diagrama de bloques que muestra el proceso de captura de una imagen por medios artificiales.

A partir de lo anterior, analicemos ahora un sistema artificial de captura de im�genes. Comenzaremos el an�lisis por medio de una representaci�n esquem�tica en bloques del proceso de captura de una imagen. A su vez, cada bloque puede descomponerse en elementos b�sicos, los que, a trav�s de su interrelaci�n, permiten entender la estructura l�gica de un sensor remoto artificial. Para obtener esta descomposici�n es necesario introducir ciertos elementos formales a los cuales se refieran la escena y la imagen (Figuras 8 y 9). Como puede apreciarse en las figuras, la escena est� representada por una funci�n matem�tica f(a,b), que a su vez est� referida al sistema de ejes coordenados a(alfa) y b (beta), los que para un par de valores (a, b) dan la posici�n espacial de un punto de ella. As� esta funci�n representa la variaci�n espacial, es decir punto a punto, de los valores de intensidad de la luz proveniente de la escena para un color dado. En otras palabras, se puede decir que si �sta se observa a trav�s de un filtro que deje pasar un solo color, digamos el verde, entonces f(a,b) proporciona la variaci�n en tonos de verde de un lugar a otro de ella misma. Puede tambi�n representar los diferentes tonos de gris de una escena en blanco y negro, o bien, si �sta es vista en pleno color, los diferentes colores que la componen. Debe quedar claro que f (a,b) se refiere a la escena independientemente de c�mo se le vea, lo que quiere decir que f (a,b) es una funci�n matem�tica que la caracteriza y esta funci�n se refiere exclusivamente a las variaciones de intensidad de luz que provienen de ella, sin embargo estas variaciones son diferentes de color a color pero propias de cada escena; el correspondiente filtro s�lo las pone de manifiesto.

Figura 9. Subsistema de formaci�n de im�genes.

Por otro lado sabemos que la escena se encuentra iluminada por una fuente y que aqu�lla refleja o transmite la luz emitida por �sta. Hay que recordar que la escena puede ser al mismo tiempo la fuente de luz, como sucede cuando se desea estudiar al sol mismo, o cuando se pretende obtener la fotograf�a de un foco encendido. En este caso dicha luz emitida o reflejada es transmitida a trav�s del espacio hasta llegar al sensor remoto, que en la figura 9 se encuentra representado por un paralelep�pedo. Este sensor intercepta la propagaci�n de la energ�a radiante de dicha luz y la transforma de tal manera que en el plano de la imagen se forma la imagen de la escena. Este plano est� dado por el sistema de ejes coordenados (x, y) y la imagen por la funci�n matem�tica g(x, y). En forma an�loga a la escena, las coordenadas (x, y) dan la posici�n de un elemento de la imagen y la funci�n g(x, y) representa la variaci�n en tonos de gris o de color de elemento a elemento de dicha imagen.

Hasta aqu�, la imagen dada por g(x, y) se encuentra formada en el plano (x, y), mas no se encuentra registrada o capturada en forma permanente. As�, por ejemplo, al enmarcar una escena por medio de una c�mara fotogr�fica, la imagen correspondiente se encuentra formada en el plano de la pel�cula, pero no es sino hasta que el obturador de la c�mara es accionado que �sta queda registrada permanentemente, al ser sensibilizada la pel�cula por la luz que proviene de la escena y que pasa a trav�s de su sistema �ptico. Existen dispositivos sensores en los cuales la formaci�n de la imagen y el registro de la misma se hace por medios fotoel�ctricos, es decir, la energ�a radiante de la luz proveniente de la escena es transformada por el sensor en un voltaje, que a su vez es medido por un instrumento adecuado y que es el que registra en forma permanente su valor. En este caso el proceso ya no es tan evidente ni tan visual como en el ejemplo anterior, pero, sin embargo, constituye un m�todo mucho m�s eficiente y cuantitativo que el de la fotograf�a. A estos dispositivos fotoel�ctricos se les denominan sensores no fotogr�ficos o bien sistemas optoelectr�nicos.

Analicemos con m�s detalle este �ltimo m�todo. Para ello es necesario referirnos a la sucesi�n de fotograf�as de la figura 10. La escena est� representada por la figura l0 (a), la que por simplicidad en esta discusi�n se muestra s�lo en distintos tonos de gris. M�s a�n, aunque sabemos que una fotograf�a est� formada siempre por diminutos puntos de diferentes tonalidades, hagamos una idealizaci�n y supongamos que esta escena es continua, es decir, pensemos que los puntos son infinitamente peque�os. El proceso se da entonces de la siguiente manera: a la escena original se le sobreimpone una rejilla cuadrada (Figura 10(b)) que la subdivide en porciones iguales. Esta rejilla, de hecho, no existe f�sicamente en la pr�ctica, sino que m�s bien representa una subdivisi�n virtual y que aqu� se muestra para ilustrar el proceso de creaci�n y registro de una imagen. Tambi�n cabe aclarar que no necesariamente debe ser cuadrada, hay casos especiales en situaciones complejas de la investigaci�n en donde puede ser rectangular o circular. Ahora bien, sobre cada cuadro de la rejilla se efect�a un promedio de los tonos de gris en relaci�n al �rea proporcional que ocupan dentro del cuadrado sujeto a observaci�n, con lo que se obtiene un cuadrado homog�neo (Figura 10(d)), es decir de un solo tono de gris. Esto que hacemos en forma cualitativa y aproximada es precisamente la tarea que ejecuta el sensor optoelectr�nico: recibe la energ�a luminosa de dicho cuadrado, la integra, la promedia y proporciona una medida de ella a distancia. El siguiente paso es la construcci�n de una tabla de tonos de gris, de tal manera que al tono m�s claro (el blanco) le asociamos el n�mero 0 y al m�s oscuro (el negro) el n�mero 7, es decir 8 tonos en total. Por tanto, a los matices intermedios les tocan los n�meros correspondientes entre el 0 y el 7. Esta escala puede ser m�s amplia: de 0 a 15, o de 0 a 31; pero eso s�, siempre en m�ltiplos de dos, puesto que las computadoras trabajan sobre la base del n�mero dos. Dado que el ojo humano no puede distinguir m�s de 16 tonos de gris, dicha coloraci�n entre tonos y n�meros no podr� efectuarse manualmente para m�s de 16. Es por esto que un sensor remoto no s�lo permite realizar la digitalizaci�n de la escena en una forma extremadamente r�pida, sino tambi�n la separaci�n de un gran n�mero de tonos.

Figura 10(a). Escena representada aqu� a manera de ilustraci�n en tonos de gris.

Figura 10(b). Imagen de la escena a la cual se le ha sobreimpuesto una rejilla para el registro permanente por dispositivos fotoel�ctricos.

Figura 10(c). Registro num�rico de la imagen detectada y registrada por el sensor fotoel�ctrico.

Figura 10(d). Representaci�n visual de la imagen digital a trav�s de una escala de niveles de gris.

Al ejecutar el proceso de integraci�n de los tonos de gris sobre cada cuadrado de la rejilla y comparar cada vez el resultado con la escala de gris previamente establecida, se obtiene entonces una colecci�n de n�meros arreglados en forma matricial (Figura 10(c)), que son, por una parte, la representaci�n num�rica de la escena y, por otra, la estructura de la imagen digital correspondiente. Es claro que esa representaci�n num�rica es adecuada tanto para efectos de almacenamiento en computadora, como para realizar un an�lisis cuantitativo de la escena por medio de algoritmos computacionales, los cuales pueden llegar a ser muy complejos, adem�s de permitir el transporte y el env�o de datos correspondientes a la escena, no s�lo de una manera eficiente, sino a muy larga distancia, como ha sucedido en el caso de las sondas espaciales que reci�n han explorado el sistema solar: han sido capaces de enviar im�genes de casi todos los planetas y de sus respectivos sat�lites.

El proceso inverso a la digitalizaci�n de una escena puede llevarse a cabo, y de hecho se realiza, en muchas de las etapas de la investigaci�n en percepci�n remota. A este proceso inverso se le conoce con el nombre de reconstrucci�n y con �l se obtiene una representaci�n visual aproximadamente continua de la escena. Desde luego, la escena misma, que forma parte de la naturaleza, no se puede reconstruir a partir de la imagen. La representaci�n se hace de la siguiente manera: utilizando la misma escala de grises con la que se digitaliz� la escena, cada n�mero de la representaci�n num�rica se usa para plasmar un cuadrado cuyo tono de gris corresponde al n�mero en cuesti�n, de tal manera que se obtiene una representaci�n visual (Figura 10(d)) de la imagen digital. N�tese que esto implica que �sta puede tener una representaci�n num�rica o una representaci�n visual (reconstrucci�n de la escena) y que en algunos casos pueden existir ambas. En otras palabras, la imagen digital es una simplificaci�n de la escena con dos posibles representaciones: num�rica y visual.

En el ejemplo de las figuras l0(a)-l0(d) el tama�o del cuadrado de la rejilla se ha escogido relativamente grande y en consecuencia se han perdido los detalles m�s finos de la escena. Para preservarlos en la imagen digital es necesario escoger el cuadrado con un lado tal que sea de por lo menos la mitad de las dimensiones del detalle m�s fino de la escena. Este cuadrado define, pues, la resoluci�n de la imagen digital y se le conoce con el nombre de elemento de resoluci�n o campo instant�neo de vista (CIV). Es tambi�n un elemento f�sico con dimensiones f�sicas sobre la escena, a diferencia del n�mero correspondiente en la imagen digital de un campo instant�neo de vista, que constituye un elemento l�gico en la representaci�n num�rica de aqu�lla. A este elemento l�gico se le conoce como pixel y de por s� no tiene dimensiones f�sicas, sino que �stas son asignadas de acuerdo a una escala predeterminada en la representaci�n visual de la imagen digital. En resumen, el pixel es la representaci�n num�rica o l�gica del campo instant�neo de vista y es la medida de la energ�a promedio que proviene de dicho campo; a cada pixel le corresponde s�lo un campo y viceversa. El tama�o del campo instant�neo de vista define la resoluci�n espacial, es decir da el grado de detalle que se puede discernir de la escena, que es a lo que se llama digitizaci�n; a su vez, la escala de grises define el n�mero de tonos discernibles y el de la resoluci�n radiom�trica, es decir proporciona una medida de qu� tanto se puede distinguir una energ�a luminosa de otra. Recordemos que el ojo humano puede reconocer 16 tonos de gris o bien 16 diferentes niveles de energ�a luminosa integrada por todos los colores, esto es, sin haber sido filtrada por alg�n filtro de color. A esta resoluci�n radiom�trica se le conoce como cuantizaci�n. Estos conceptos, la digitizaci�n (resoluci�n espacial) y la cuantizaci�n (resoluci�n radiom�trica), definen globalmente la calidad de una imagen digital, es decir, dan el grado, parecido o resemblanza con la escena, o la fidelidad con la cual la imagen digital representa adecuadamente a la misma. Este grado de fidelidad o calidad es subjetivo, puesto que para ciertas aplicaciones no se requiere de una gran resoluci�n, adem�s de que digitalizar y cuantizar a un gran detalle implica la generaci�n de un volumen de datos que puede ser innecesario o inconveniente. Por lo tanto, la calidad de una imagen digital se define m�s bien en una aplicaci�n espec�fica, y la obtenci�n de una calidad superior a la necesaria, o puede no tener sentido, o resultar ser poco pr�ctica en la realidad experimental. Hay que agregar a esto que la calidad de una imagen digital depende tambi�n del contraste y del grado de definici�n de las l�neas y cambios de tono presentes en la imagen.

De acuerdo al desarrollo que ha tenido la percepci�n remota se puede asegurar que la representaci�n num�rica de la imagen digital est� enmarcada en un contexto l�gico, muy adecuado para el an�lisis matem�tico de los datos respectivos, a trav�s de programas computacionales, que a su vez representan un determinado an�lisis que se desea ejecutar sobre ella. Por otro lado, la representaci�n visual de la imagen digital es adecuada no s�lo para realizar una inspecci�n sobre la imagen, sino tambi�n para la creaci�n de mapas o de registros permanentes que fungen como referencias b�sica para la comparaci�n entre los diferentes aspectos de la evoluci�n de una escena. En general, �sta se realiza despu�s de haber ejecutado uno o varios pasos del an�lisis matem�tico sobre la representaci�n num�rica.

Figura 11. Diagrama l�gico de la captura, registro y an�lisis de im�genes en la percepci�n remota.

Una vez introducidos los conceptos anteriores estamos preparados para ampliar el esquema de captura y an�lisis de datos de una escena determinada. Para esto consideraremos el diagrama mostrado en la figura 11, el cual constituye una representaci�n l�gica del diagrama mostrado en la Figura 1. Entonces, el objetivo de estudio y principio del an�lisis en percepci�n remota es precisamente el paisaje, sistema f�sico tridimensional, iluminado por una fuente de iluminaci�n. Por medio del paisaje se encuentra la escena, superficie de car�cter subjetivo virtual, sobre la cual se encuentran los objetos de inter�s. Esta superficie puede encontrarse en cualquier parte del paisaje y puede tener cualquier tama�o, siempre y cuando se encuentre totalmente contenida en lo que se considere como tal. Sobre la escena se define un elemento con dimensiones f�sicas, denominado campo instant�neo de vista (CIV), cuyo tama�o depende de las dimensiones del paisaje, de la resoluci�n del sensor remoto y de la distancia de �ste al CIV. En otras palabras, el tama�o del campo depende de la geometr�a particular paisaje/escena/sensor y de la eficiencia de este �ltimo. La energ�a luminosa reflejada o emitida por el CIV incide entonces sobre el sensor optoelectr�nico, compuesto en primera instancia por un sistema �ptico (generalmente un telescopio) y por un conjunto de dispositivos de conducci�n de luz que hacen llegar a �sta directamente hasta un juego de filtros de color. Todo esto con el fin de observar simult�neamente la escena a trav�s de ellos, de tal manera de registrar una imagen digital por cada filtro, y medir posteriormente sus caracter�sticas. En el caso de radiaci�n corpuscular, como protones o electrones, en lugar de filtros de color se utiliza un espectr�metro para seleccionar la energ�a del haz de part�culas empleado en la formaci�n de la imagen digital. Esto es similar a que se tomaran una sucesi�n de fotograf�as de la misma escena, pero cada vez interponiendo un filtro diferente; el resultado ser�a un juego de fotograf�as mostrando aspectos diferentes de la misma. Esto es muy importante, pues cada objeto de la naturaleza tiene su muy particular manera de manifestarse cuando es visto bajo diferentes filtros de color, o bien cuando es bombardeado con part�culas de diferentes energ�as. Para ahondar m�s en estos concepto supongamos que tenemos una escena cualquiera y que, siguiendo los pasos de las figuras l0(a)-l0(d), construimos un conjunto de cuatro escalas de tonos de color, en forma an�loga a como lo hicimos en la de 16 niveles de gris. De esta manera tendr�amos una escala con 16 tonos de verde, otra con 16 tonos de azul y dos m�s con tonos de amarillo y rojo. Sobreponemos entonces una rejilla a la escena y, observando a trav�s de un filtro verde, hacemos el promedio sobre el CIV correspondiente, comparamos el resultado con la escala previamente construida y asignamos, en consecuencia, el n�mero que le corresponde al tono de verde as� obtenido. Repetimos el proceso sobre el mismo CIV pero con los otros filtros y escalas del resto de colores y obtenemos los n�meros correspondientes; as�, a un mismo CIV le asignaremos cuatro n�meros; uno por cada color. �Qu� quiere decir todo esto? Que si en dos CIV diferentes se encuentran objetos diferentes, entonces se obtendr�n dos diferentes juegos de cuatro n�meros. Este proceso puede generalizarse, pudiendo utilizarse tantos filtros de color como se requieran, incluso en "colores" como el ultravioleta y en el infrarrojo que son invisibles al ojo humano, pero que pueden ser detectados por un sensor remoto moderno. En conclusi�n, entonces, se obtendr�n para una misma escena tantas representaciones num�ricas como filtros de color se hayan empleado, es decir que si se emplearon cuatro filtros, se obtendr�n cuatro im�genes digitales o si se utilizaron siete filtros, se registrar�n siete im�genes digitales. Resumiendo esto de una manera l�gica se puede decir que al conjunto de im�genes digitales (cuatro o siete) se les denomina "imagen multiespectral" y al conjunto de n�meros para cada CIV se les conoce como "firma espectral" (Figura 12; v�ase el pliego a color). De ah� que una imagen multiespectral est� formada por un conjunto de im�genes digitales, cada una de ellas conteniendo aquellos aspectos de la escena que corresponden a un color determinado y que, a su vez, la firma espectral contenga las caracter�sticas del conjunto de objetos que se encuentran en el CIV, para cada color empleado en la observaci�n correspondiente de la escena.

Regresemos ahora a la figura 11. Es claro que para registrar simult�neamente los diferentes aspectos de una escena se requieren no nada m�s diferentes filtros sino tambi�n varios sensores: al menos uno para cada color. En el proceso de observaci�n de la escena, cada sensor genera una imagen digital y el conjunto de sensores, por tanto, una imagen multiespectral, la que a su vez queda registrada permanentemente en alg�n dispositivo de memoria, como por ejemplo una cinta magn�tica. Una vez teniendo la imagen multiespectral de una escena dada, almacenada en un dispositivo de memoria digital, se puede entonces proceder a la manipulaci�n de estos datos para la extracci�n de la informaci�n deseada acerca de la escena. Al manipular la imagen correspondiente se generan nuevas im�genes digitales que pueden, o bien ser almacenadas en la memoria de la computadora, o bien ser impresas en tonos de gris o de color de acuerdo a la forma de representaci�n visual de una imagen digital ya descrita anteriormente. La extracci�n de informaci�n a partir de una imagen multiespectral puede arrojar conocimiento nuevo que no necesariamente est� en forma de imagen; puede ocurrir que se obtengan reportes de tipo estad�stico, tablas o gr�ficas. Por ejemplo, se puede desear obtener el n�mero de c�lulas de una imagen de un microscopio de laboratorio o la distribuci�n de �reas de un conjunto de lagos a partir de una imagen satelitaria. Los resultados del an�lisis en la investigaci�n en percepci�n remota pueden ser igualmente v�lidos, o m�s bien complementarios, ya sea en su representaci�n visual o en forma de tablas y reportes. Cabe agregar aqu� que al sistema optoelectr�nico formado por un conjunto de filtros y detectores se le conoce como barredor multiespectral.

La formaci�n simult�nea de varias im�genes de la misma escena requiere de un dise�o avanzado para los sistemas de percepci�n remota, puesto que es necesaria la adquisici�n, no nada m�s de la respuesta espectral de cada CIV de la escena, sino tambi�n de una resoluci�n espacial y temporal adecuadas a una gran variedad de aplicaciones, por lo menos en lo que se refiere al medio ambiente geof�sico y en lo que concierne a la prospecci�n de los recursos naturales del pa�s. Para realizar esto se requiere, adem�s de detectores de alta eficiencia, de toda una metodolog�a en la adquisici�n de datos a distancia. Esto es as� porque en los sistemas de percepci�n remota espacial y aerotransportada la velocidad relativa entre el sensor remoto y la escena es muy alta, lo que impide al sensor capturar la energ�a que proviene de cada CIV durante un tiempo relativamente grande. Lo mismo sucede en sistemas donde el sensor est� est�tico con respecto a la escena, como es el caso de un sistema de radiograf�a por medio de rayos X, ya que aqu� se desea que la captura de la imagen sea r�pida, de tal forma que el tiempo que se invierte en medir cada CIV sigue siendo muy peque�o. Es conveniente decir en este punto que al tiempo que le lleva al sensor remoto medir la energ�a del CIV se conoce como tiempo de residencia o tiempo de integraci�n y que, en general, se desea que sea lo m�s corto posible, tanto por los factores arriba mencionados, como porque existen situaciones de la investigaci�n experimental donde la escena puede estar cambiando r�pidamente, como sucede en el caso de un cultivo de bacterias. Es claro entonces que el sensor remoto debe responder r�pidamente a la energ�a luminosa proveniente del CIV y debe operar tambi�n en niveles de ruido muy bajos, as� como operar en general a niveles muy altos de eficiencia.

Hemos estado discutiendo hasta este momento el esquema global para la adquisici�n de im�genes simult�neas de una misma escena por medio de un dispositivo llamado barredor multiespectral; veamos ahora los cuatro dise�os fundamentales de barredores de este tipo, discutiendo en cada caso las ventajas y desventajas de cada dise�o e identificando los sistemas operativos actuales.

Para esto refir�monos a las figuras 13(a)-13(d) donde se muestran esquem�ticamente los cuatro dise�os mencionados. El barredor multiespectral (MSS) y el mapeador tem�tico (TM) a bordo de los Landsat 4 y 5¹ son los ejemplos m�s relevantes de la configuraci�n mostrada en la figura 13(a) y constituyen los baluartes m�s avanzados de la serie de sensores orbitales Landsat (Tabla 4) dise�ados para el estudio de la superficie terrestre con fines de prospecci�n de los recursos naturales. Los barredores de los Landsat son sistemas optomec�nicos compuestos por un determinado grupo de fotodetectores, los cuales, por medio de un espejo oscilatorio, "barren" un conjunto de seis franjas perpendiculares a la direcci�n de movimiento del sat�lite. En un momento dado, la luz, proveniente de seis CIV colocados sobre las franjas y en la direcci�n de movimiento del sat�lite, es reflejada por el espejo oscilatorio, el cual la env�a a un sistema �ptico formado por un espejo reflector, que en su plano focal tiene un conjunto de fibras �pticas que transmiten la energ�a luminosa sin modificaci�n hasta un grupo de 24 detectores para el MSS. Enfrente de cada cuatro detectores hay un filtro diferente que define cuatro planos de color y de esta manera se captura en forma simult�nea la respuesta espectral de seis CIV en cuatro bandas diferentes. En otras palabras, se van creando cuatro im�genes digitales, una para cada filtro; a cada una de estas im�genes se le llama banda espectral o plano de color. A medida que se mueve el espejo oscilante, la luz reflejada por los siguientes grupos de seis CIV es transmitida por el sistema �ptico hasta los detectores; de ah� que, con la mitad de una oscilaci�n del espejo, se mide la respuesta espectral de todos los CIV del conjunto de seis franjas que yacen sobre la escena o superficie terrestre. Para el TM el proceso de medida es el mismo; sin embargo, el grupo de detectores es de 42, puesto que se barren seis franjas en siete planos de color diferentes, siendo el tama�o del CIV de 50 x 50 m² para el MSS y de 30 x 30 m² para los primeros seis planos del TM y para el s�ptimo, 120 x 120 m². Los sat�lites Landsat han producido una gran cantidad de datos sobre la mayor parte de la superficie terrestre en todas las �pocas del a�o.

Figura 13(a). Medida en varias bandas de un CIV a la vez.

Figura 13(b). Medida de varios CIV, cada uno en diferentes bandas.

Figura 13(c). Arreglos lineales de detectores para medir en varias bandas un CIV a la vez.

(Figura 14; v�ase el pliego a color). Estos sat�lites han sido los primeros en operar rutinariamente y en proporcionar en forma regular datos de gran valor para la comunidad cient�fica, de tal manera que los resultados que se han generado a partir de tales datos han hecho que se impulse la percepci�n remota a escala mundial, siendo actualmente varios los pa�ses que ya cuentan o est�n desarrollando sus propios sat�lites. El �mpetu que imprimen estos programas satelitarios a la ciencia de la percepci�n remota permite actualmente realizar una supervisi�n rutinaria de varios fen�menos naturales terrestres, as� como el de apoyar adecuadamente las labores de exploraci�n a gran escala en relaci�n con los recursos naturales y las actividades del hombre sobre el planeta.

Figura 13(d). Sistema avanzado para medir simultaneamente todos los CIV de una escena en varias bandas.

Una concepci�n para aumentar el tiempo de residencia del sensor remoto sobre cada CIV es utilizar un arreglo lineal de detectores, de tal manera que haya en esta configuraci�n un elemento detector para cada CIV de una franja perpendicular a la direcci�n de movimiento del sensor remoto. En la pr�ctica se utilizan tantos arreglos lineales para medir la energ�a luminosa como bandas se deseen registrar al mismo tiempo. Con este dise�o, el tiempo de residencia se incrementa al intervalo de tiempo que se requiere para que el elemento detector cruce un CIV a lo largo de la trayectoria del sensor remoto, lo cual permite reducir el tama�o del CIV y aumentar, en consecuencia, la resoluci�n. Si se desea utilizar este dise�o para obtener una imagen multiespectral de tres bandas, suponiendo que cada franja de la escena contiene 1 000 CIV, entonces el n�mero de detectores requeridos ser� de tres arreglos lineales de 1 000 elementos sensores cada uno, es decir 3 000 detectores en total. Este instrumento espectral se conoce con el nombre de barredor multiespectral modular de tipo optoelectr�nico y ha sido probado en forma experimental a bordo del transbordador espacial en una versi�n de dos bandas, y ya ha sido puesta en �rbita recientemente por Francia a bordo de un sat�lite llamado SPOT (Sistema Probatorio de Observaci�n de la Tierra); una de tres bandas, con una capacidad para medir CIV de 20 x 20 m². Al referirnos a la figura 13(b) podemos clarificar a�n m�s la operaci�n de este tipo de barredor multiespectral. Supongamos que se desea registrar una imagen multiespectral de cuatro bandas o planos de color correspondientes al verde, amarillo, anaranjado y rojo, de tal manera que se requiere de cuatro arreglos lineales de detectores, cada arreglo con los filtros adecuados para seleccionar los colores mencionados. Consideremos ahora cuatro franjas sobre la escena perpendiculares al movimiento del sensor remoto, constituido en este caso por los cuatro arreglos lineales de detectores; entonces, sobre la direcci�n de movimiento, tomamos cuatro CIV, uno en cada franja de la escena; as�, el primer CIV ser� medido y asignado al plano de color rojo, el segundo al del anaranjado, el tercero al del amarillo y finalmente el cuarto al del verde. A medida que avanza el sensor remoto en su trayectoria, el primer CIV ser� ahora medido y asignado al plano de color anaranjado, el segundo al del amarillo y el tercero al del verde. El arreglo lineal que tiene filtro rojo estar� en este momento listo para medir los CIV que se encuentran en la siguiente franja sobre la direcci�n de movimiento del sensor remoto; en este proceso, cada CIV de las franjas de la escena es medido secuencialmente por los cuatro arreglos lineales que corresponden a los planos de color arriba mencionados, por lo que finalmente se obtienen cuatro im�genes digitales o bien una imagen multiespectral de cuatro bandas de la escena a medida que el sensor remoto se mueve sobre �sta; es decir, la escena es "barrida" a lo largo de la direcci�n de movimiento del sensor remoto y no perpendicularmente como en el dise�o anterior, donde el espejo oscilatorio es el que proporciona el "barrido" perpendicular sobre la escena.

El tercer dise�o que deseamos considerar aqu� (Figura 13(c)) es una especie de combinaci�n de los dos anteriores, en donde se utiliza un espejo oscilatorio para "barrer" la escena perpendicularmente a la direcci�n de movimiento, pero se incorpora un elemento dispersor en lugar de los filtros considerados en los dos primeros dise�os. La luz que proviene de la escena es reflejada por el espejo y pasa, a su vez, por un objetivo �ptico formado por un cierto conjunto de lentes; �stos, por su parte, la dejan pasar hacia una entrada y un colimador que la concentra sobre el elemento dispersor. Este elemento dispersor, que puede ser un prisma o una rejilla �ptica, la separa en los colores que la componen y la env�a posteriormente a un conjunto de detectores formados por un arreglo lineal; cada detector de este arreglo recibe la energ�a correspondiente a cada color, de tal forma que si se desea registrar la escena en cuatro planos de color, se requerir� entonces de un arreglo constituido por cuatro detectores. Desde luego, el dise�o de cada detector debe responder adecuadamente a la energ�a luminosa correspondiente al color considerado, ya que uno que responda bien al verde puede no hacerlo eficientemente para el infrarrojo. Para terminar la consideraci�n de este dise�o podemos agregar que en este caso se pueden medir varias franjas a la vez, por lo que si se desea la medici�n de seis franjas en cuatro planos de color, se necesitar�n por tanto seis arreglos lineales de cuatro detectores cada uno.

Pasemos ahora al cuarto y �ltimo dise�o (Figura 13(d)) que combina de una u otra manera aspectos de los tres dise�os anteriores. En este caso se utiliza un arreglo lineal con tantos detectores como CIV tenga la franja de la escena sujeta a medici�n, obviando con esto, al igual que en el segundo dise�o, la necesidad de un espejo oscilatorio, lo cual resulta ser muy interesante, pues con esto se constituye una configuraci�n sin partes m�viles. Entonces, la luz de los CIV proveniente de la franja en cuesti�n es guiada por un objetivo �ptico y posteriormente por un colimador hasta un elemento dispersor en donde es separada en colores para ser medida y registrada en tantos planos de color como se desee y se pueda, de acuerdo a las caracter�sticas de los detectores; por lo que si se quiere una imagen multiespectral de digamos cinco bandas y las franjas de la escena tienen 1 000 CIV, se requerir�n por tanto cinco arreglos de 1 000 elementos sensores. Cabe aqu� puntualizar que, como se dijo arriba, cada arreglo debe estar construido para responder eficientemente al color que se le asigne. Con el tremendo desarrollo tecnol�gico que ha tenido en los �ltimos a�os la industria de los fotodetectores de estado s�lido es posible considerar una variante de este �ltimo dise�o que actualmente est� en operaci�n experimental a bordo de aeronaves y que probablemente sea la configuraci�n que se utilice en los pr�ximos a�os en las plataformas satelitarias. Esta variante consiste en utilizar un arreglo bidimensional de detectoras para cada plano de color, con una dimensi�n igual al n�mero de CIV de cada franja por el n�mero de franjas en que se haya dividido la escena. As� que si la escena tiene 1 000 x 1 000 CIV y se necesita hacer mediciones en cinco bandas, se requerir�n por tanto cinco arreglos bidimensionales de 1 000 x 1 000 detectores, es decir un total de 5 000 000 de detectores. Con esta configuraci�n la escena es registrada en una imagen multiespectral en un tiempo equivalente al tiempo de residencia, es decir al tiempo que se requiere para medir un solo CIV de la escena.

En todas las configuraciones discutidas aqu� es necesario considerar un sistema de almacenamiento digital para los datos producto de las medidas hechas sobre los CIV de la escena; tal sistema es de particular importancia para el �ltimo dise�o donde la escena es capturada pr�cticamente de "golpe". Al realizar una medida sobre un CIV determinado, la energ�a luminosa para un color dado es transformada por el fotodetector correspondiente en un pulso de voltaje cuya intensidad es proporcional a la energ�a luminosa incidente; a su vez, y por medio de un dispositivo electr�nico, llamado convertidor an�logo/digital (A/D), dicho voltaje es transformado a un n�mero entero en una escala que generalmente es de 0 a 127, con lo que un CIV oscuro emitir� poca energ�a luminosa y el voltaje correspondiente ser� de baja intensidad, con lo que se obtendr� un n�mero cercano al cero. En el desarrollo de este proceso se va generando una cantidad enorme de n�meros enteros que deben ser almacenados en alg�n dispositivo de memoria al mismo ritmo que son producidos. Como el tiempo de residencia es de una fracci�n muy peque�a de segundo, la velocidad a la que son generados estos n�meros es muy grande y por tanto el sistema de almacenamiento debe operar con una alta eficiencia. En otras palabras, el fotodetector realiza una medida y �sta debe ser capturada en un tiempo tal que este detector quede listo para realizar una nueva medida cuando as� lo requiera el proceso. Con un sistema de almacenamiento masivo de memoria controlado por un microprocesador se puede realizar una especie de barrido sobre cada fotodetector, capturando el resultado de las medidas al mismo ritmo que se realiza el barrido sobre la escena; dicho microprocesador no s�lo capturar� dicha medida, sino que la enviar� al sistema de almacenamiento masivo con un c�digo l�gico de orden para que el pixel generado y almacenado guarde la misma posici�n relativa al CIV correspondiente, de otra manera se tendr�a una especie de rompecabezas en desorden y ser�a imposible reconstruir la escena. Cuando la memoria masiva es suficientemente grande, los datos ah� almacenados pueden ser posteriormente vaciados con un ritmo relativamente menor a una cinta o un disco magn�tico donde la imagen multiespectral capturada por el sensor remoto queda registrada en forma quasipermanente (se dice de este modo porque la imagen puede continuar en la cinta o en el disco por un tiempo indefinido hasta que ya no sea de utilidad su almacenamiento).

Figura 15. Imagen de radar en donde pueden apreciarse con claridad los rasgos del terreno, tales como los cauces de los r�os, las monta�as y los caminos.

Con el advenimiento de los viajes orbitales por medio de un transbordador espacial es posible, y de hecho varios pa�ses as� lo han hecho, verificar una serie de dise�os de barredores multiespectrales que, convenientemente probados, pueden ser posteriormente montados en una �rbita satelitaria para la captura rutinaria de im�genes de la superficie terrestre. En este mismo transbordador espacial se han instalado instrumentos de gran precisi�n para llevar a cabo diversas misiones relacionadas con la percepci�n remota y que han sido planeadas con gran antelaci�n. Este es el caso de un radi�metro para medir la energ�a infrarroja, invisible al ojo humano, con la que es posible identificar una variedad de rocas sobre la superficie terrestre. Se han instalado tambi�n sensores remotos para detectar las variaciones de color y temperatura del oc�ano con el objeto de localizar concentraciones de algas y bancos de pesca. Otros detectores cuidadosamente calibrados han sido de utilidad para medir concentraciones de contaminaci�n ambiental en diversas regiones del globo terr�queo. Fue montado tambi�n un radar (Figura 15) que ha mostrado el potencial de la percepci�n remota en la exploraci�n geol�gica planetaria, adem�s de demostrar la capacidad para estudios rutinarios en la identificaci�n y clasificaci�n de hielo marino, para la medida de la direcci�n e intensidad del viento oce�nico, para la estimaci�n de la cantidad de humedad del suelo y del potencial acu�fero de zonas nevadas, todo esto con aplicaciones precisas en diversas �reas de la investigaci�n geof�sica planetaria.

NOTAS

1 Landsat es el nombre de una serie de sat�lites lanzados por la agencia NASA de los EUA para la observaci�n de la Tierra. Landsat es un acr�nimo de "Land Satellite" (Sat�lite de la Tierra).