Principios de la medición remota

Principio de medición

Un sensor remoto es un instrumento que mide un objeto a distancia, sin contacto con él, y puede instalarse en un satélite, un avión o un dron. Lo que mide es la energía que el cultivo refleja o emite y que alcanza el instrumento.

En la teledetección óptica, esa energía procede casi siempre del sol. La radiación llega al lote, una parte es absorbida por la superficie y otra es reflejada, y el sensor registra la fracción que regresa hacia arriba. La información que se analiza se obtiene de comparar la radiación reflejada con la incidente, lo que da como resultado la proporción que el material devuelve.

Longitud de onda y espectro electromagnético

La luz se comporta como una onda cuya longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas, expresada en nanómetros (nm) o en micrómetros. El conjunto de todas las longitudes de onda constituye el espectro electromagnético.

El ojo humano percibe únicamente una franja estrecha, el espectro visible, que se extiende aproximadamente de 400 a 700 nm, del violeta al rojo. Más allá del rojo se encuentra el infrarrojo cercano (near infrared, NIR), que no es visible pero sí es registrado por numerosos sensores y en el cual la vegetación presenta una respuesta muy característica. A continuación se ubica el infrarrojo de onda corta (shortwave infrared, SWIR), región en la que el agua contenida en las hojas y en el suelo absorbe la radiación con intensidad.

Reflectancia y firma espectral

La reflectancia (reflectance) es la fracción de la radiación incidente que un material devuelve en una longitud de onda determinada. Toma valores entre 0, cuando toda la radiación se absorbe, y 1, cuando toda se refleja, y también se expresa en porcentaje. Al comparar la radiación que regresa con la que llega, esta magnitud compensa buena parte de las variaciones de iluminación y describe principalmente las propiedades del material, aunque el ángulo solar y el de observación la modifican en cierta medida.

Cada material devuelve una cantidad distinta de radiación en cada longitud de onda. Al representar la reflectancia en función de la longitud de onda se obtiene una curva característica, denominada firma espectral (spectral signature).

La vegetación sana absorbe intensamente en el azul y en el rojo y refleja con fuerza en el infrarrojo cercano, mientras que el suelo desnudo muestra un aumento gradual de la reflectancia con la longitud de onda y el agua refleja poco en todo el intervalo, hasta casi nada en el infrarrojo.

Gráfica en cuatro pasos de la radiación que devuelve cada superficie según la longitud de onda, de 400 a 2500 nanómetros, dividida en tres franjas: visible, infrarrojo cercano e infrarrojo de onda corta. La vegetación sana devuelve poco en el visible, aumenta bruscamente en el borde rojo, mantiene una meseta alta en el infrarrojo cercano y disminuye donde el agua absorbe. El suelo aumenta suavemente y el agua devuelve muy poca radiación. Al final, las franjas de un sensor multiespectral genérico toman una muestra de cada curva. Las curvas son ilustrativas y no corresponden a mediciones.

Registro en bandas espectrales

Un sensor multiespectral registra una muestra de la curva en unas pocas franjas de longitudes de onda denominadas bandas espectrales, de forma análoga a como un prisma separa la luz blanca, mientras que uno hiperespectral lo hace en cientos de franjas contiguas y muy angostas. Para cada banda se almacena una imagen en tonos de gris, en la que los tonos más claros corresponden a una mayor energía recibida.

Una fotografía a color equivale a la combinación de tres de estas imágenes, asignadas a los canales rojo, verde y azul de la pantalla. Un sensor con bandas adicionales, entre ellas las del infrarrojo, permite distinguir superficies que el ojo no separa.