UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONÍA

CATORCEAVA SEMANA - TEORÍA

SENSORES REMOTOS

1. DEFINICIÓN

Se denomina sensor remoto a todo aquel sistema de observación por el cual,

mediante el uso de diversos instrumentos creados al efecto, es posible
proveer información sobre hechos y objetos que no se encuentran en contacto
directo con el sensor. Puede captar información del espectro
electromagnético, dentro y fuera de las bandas visibles. Estas características
especiales analizadas correctamente posibilitan distinguir los objetos entre sí
y obtener datos relativos a su forma, tamaño, distribución espacial,
propiedades físico-químicas y evolución temporal.

Los sensores remotos reciben de la superficie terrestre o por debajo de la

misma, la radiación electromagnética dentro de una cierta gama de longitudes
de onda. Luego la transforman en una señal que permite la decodificación de
la información para presentarla en modo legible para el intérprete en forma de
imagen o fotografía.

Los sensores remotos se ubican en vehículos llamados plataformas, de las

cuales las más utilizadas son los aviones, globos, cohetes, sondas y vehículos
espaciales como los satélites, siendo éstos los descriptos los más utilizados
actualmente con fines científicos, académicos y comerciales.

Un sensor tiene las siguientes características:

o Un sensor es un convertidor, que convierte una variable física (por ejemplo,

temperatura, distancia, presión) en otra variable diferente, más fácil de
evaluar (generalmente una señal eléctrica). De este modo, otras
expresiones adicionales a los Sensores son: Codificadores (encoders),
efectores, convertidores, detectores, transductores, iniciadores.
o Incluso un simple final de carrera puede considerarse como un sensor.
Dentro de un proceso controlado, los sensores representan los perceptores
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que supervisan un proceso, indicando los errores, recogiendo los estados

y transmitiendo esta información a los demás componentes del proceso.
o Un sensor no necesariamente tiene que generar una señal eléctrica. Por
ejemplo: Los finales de carrera neumáticos, producen una señal de salida
neumática, en términos de cambio de presión.
o Los sensores son dispositivos que pueden funcionar tanto por medio de
contacto físico, por ejemplo: finales de carrera, sensores de fuerza, como
sin contacto físico, por ejemplo: barreras fotoeléctricas, barreras de aire,
detectores de infrarrojos, sensores de reflexión ultrasónicos, sensores
magnéticos, etc.
o Dentro de un proceso controlado, los sensores representan los perceptores
que supervisan un proceso, indicando los errores, recogiendo los estados
y transmitiendo esta información a los demás componentes del proceso.

La selección se basa en la decisión sobre cuál es el sensor o transductor más

adecuado para los objetivos propuestos. Esto depende de las propiedades
intrínsecas del objeto (estado, composición, etc.), y/o los parámetros que se
pretendan detectar. Por ejemplo; Si un objeto es metálico, se requiere un
sensor inductivo. Si el objeto en cambio es de distinto material o estado de la
materia (plástico, papel, o si es líquido basado en aceite o agua), textura
(granulado o en polvo), se requerirá un sensor capacitivo. Si el objeto posee
propiedades físicas específicas (magnéticas por ejemplo por su composición
o por llevar un imán), es apropiado un sensor magnético. Los sensores más
empleados actualmente son los digitales, como consecuencia de la
compatibilidad de su uso con los ordenadores para asípoder desarrollar otras
aplicaciones complementarias.

A los sensores, se les debe exigir una serie de características, que deberemos
considerar para el correcto funcionamiento del mismo:

✓ Exactitud. Hace referencia a que se debe poder detectar el valor verdadero

de la variable sin errores sistemáticos. Sobre varias mediciones, la media
de los errores cometidos debe tender a cero.
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✓ Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores
aleatorios en la medición son menores. Debemos procurar la máxima
precisión posible.
✓ Rango de funcionamiento. El sensor de be tener un amplio rango de
funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y
precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.
✓ Velocidad de respuesta. El sensor debe responder a los cambios de la
variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera
instantánea.
✓ Calibración. La calibración es el proceso mediante el que se establece la
relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor.
La calibración debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor
no debe precisar una re-calibración frecuente.
✓ Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos
inesperados durante su funcionamiento.
✓ Coste. El coste para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más
bajo posible.
✓ Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación y uso
del sensor no necesitara de un aprendizaje excesivo.

2. TIPOS DE SENSORES

En la actualidad se identifican dos tipos de sensores dependiendo de la forma

en la que captan la información de la superficie terrestre. Por una parte, se
encuentran los denominados sensores pasivos, que captan la radiación
electromagnética proveniente de la superficie terrestre. Por otra, existen los
sensores activos, que permiten emitir ondas energéticas para captarlas una
vez son reflejadas por la cubierta terrestre.

Sensores pasivos: Captan la energía electromagnética proveniente de la

cubierta terrestre, ya sea producto de la reflexión de los rayos solares o
emitida desde focos a elevada temperatura. Los sistemas fotográficos, los
radiómetros multi e hiperespectrales y los espectrómetros de imagen son
sensores pasivos. La principal ventaja de los sensores pasivos radica en la
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sensibilidad espectral, permitiendo la mayoría de ellos obtener

simultáneamente información de las diferentes bandas espectrales,
permitiendo discretizar el espectro.

Figura 1. Sensor pasivo de un satélite

La realización de observaciones sobre diferentes zonas del espectro

electromagnético, aporta una amplia información sobre el estado del medio
ambiente. Por ejemplo, la radiación ultravioleta se utiliza para monitorizar los
niveles de ozono en la atmosfera, el espectro visible y el infrarrojo cercano
para discriminar el estado de las masas vegetales y el infrarrojo lejano o
térmico para detectar focos de calor correspondientes a incendios forestales
existentes sobre la superficie terrestre. Finalmente, se procede a nombrar
brevemente los diferentes dispositivos que utilizan sensores pasivos.

- Sistemas fotográficos: Compuestos por cámaras analógicas y cámaras

digitales, actualmente son los equipos que cuentan con una mejor resolución
espacial. En contra partida, su uso se encuentra limitado a bordo de
plataformas satelitales, empleándose especialmente a bordo de aeronaves.

- Radiómetros de microondas: También conocidos con el nombre de sensores

de antena, se caracterizan porque operan con longitudes de ondas muy
largas, siendo prácticamente transparentes a la atmósfera, obteniendo una
elevada transmisividad.
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- Sensores óptico-electrónicos: Combinan una óptica similar a la fotográfica

con un sistema de detección electrónico. Este hecho permite la instalación de
estos sensores en plataformas orbitales, ya que permite realizar un envío de
información continuo. Los máximos referentes de este tipo de sensores son
los exploradores de barrido y los exploradores de empuje.

Los sensores pasivos se clasifican según del número de bandas o canales

espectrales de las imágenes adquiridas:

Sensores pancromáticos: capturan información en una sola banda,

normalmente en el rango entre la radiación visible y el infrarrojo próximo. Las
imágenes obtenidas se visualizan en escala de grises.

Sensores multiespectrales: capturan información en varias bandas,

asignando una banda para cada rango del espectro electromagnético del que
pueden capturar información.

Figura 2. Formación de una imagen con sensor multiespectral

Sensores hiperespectrales: cuando el número de bandas en el que

capturan información es muy elevado, llegando a varias centenas, se habla
de sensores hiperespectrales. Hoy en día son los menos numerosos a bordo
de satélites pero su número se está incrementando debido a la creciente
demanda de este tipo de imágenes.
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Sensores activos: La característica común que los relaciona es la capacidad

que tienen para emitir un haz energético, que posteriormente captan tras su
reflexión sobre la superficie que se pretende observar. La característica de la
onda electromagnética reflejada corresponde con la reflectividad de la
superficie estudiada. Esta tecnología se usa principalmente en los sistemas
radar y lidar.

- Sistemas radar. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio

(longitudes de onda comprendidas entre 0.1cm y 1m), que se refleja en el
objetivo y es reflectado. A partir de las características de la onda de reflexión
se obtiene información del objeto. Actualmente tiene gran importancia en el
ámbito del seguimiento meteorológico.

- Lidar. Se trata de otro tipo de sensor activo. Este emite pulsos de luz
polarizada entre el violeta y el infrarrojo cercano. En función del tiempo y la
intensidad de la señal reflejada, se obtienen datos de altura y distancia de los
objetos. Actualmente se trata de una tecnología muy de boga que permite la
realización de modelos digitales de elevación.

Figura 3. Sensor activo de un satélite

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3. RESOLUCIÓN DE LOS SENSORES REMOTOS

La resolución de un sensor consiste en la capacidad de este para poder

discriminar y obtener información con gran detalle de la superficie terrestre.
La resolución de los sensores depende de la capacidad tecnológica del
momento, encontrándose actualmente satélites con elevada resolución. Para
entender completamente el concepto de resolución, no vale en pensar
simplemente en una mejor definición de la imagen, sino que también cuentan
otros factores como son el tiempo que tarda el sensor en volver a tomar una
imagen de la misma zona, si este es capaz de tomar la misma imagen desde
diferentes ángulos o la capacidad del sensor para discriminar entre las
diferentes bandas del espectro electromagnético. Los ejemplos expuestos
anteriormente hacen referencia a los cinco tipos de resolución de un sensor,
conociéndose como espacial, temporal, angular, radiométrica y espectral
respectivamente. Que un sensor tenga un mejor tipo de resolución que otro,
dependerá única y exclusivamente al uso destinado. De esta forma, los
satélites meteorológicos necesitarán una gran resolución temporal y sin
embargo no les será imprescindible tener una buena resolución radiométrica.
Se presenta un breve resumen de los tipos de resolución

Resolución espacial. Designa el objeto más pequeño que puede ser

distinguido sobre una imagen. El modo de adquisición de los datos de un
sistema de teledetección considera una malla cuadrada imaginaria que se
superpone a la superficie terrestre. Cada celda se conoce como píxel. El
mínimo tamaño de la celda que podemos discriminar es lo que se conoce
como resolución espacial. A mayor tamaño de celda, menor resolución y
viceversa. Es por ello, que la resolución espacial tiene un papel protagonista
en la interpretación de la imagen marcando el nivel de detalle que esta ofrece.

Atendiendo a la definición, solamente serán identificables aquellos elementos

que superen el tamaño de varios píxeles de la imagen. Un píxel mixto está
definido por la señal en proporción que emiten las cubiertas que lo
representan. En consecuencia, la señal recibida no se asemeja a ninguna de
ellas, dificultando enormemente su correcta identificación.
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Sin embargo, se ha demostrado en estudios, que una mejor resolución

espacial en zonas urbanas, aumenta la dificultad de la clasificación de los
píxeles debido a la variedad de objetos diferentes que abundan en terreno
urbano.

Figura 4. Resolución espacial - Comparación de tamaño de pixel de una

imagen

Resolución espectral. Consiste en el número de canales espectrales que es

capaz de captar un sensor. Con la diferenciación de bandas espectrales, se
cuenta con información de la cubierta en las diferentes bandas del espectro.
A la vez, conviene que dichas bandas sean lo suficientemente estrechas, con
el objetivo de recoger la señal de regiones coherentes del espectro. Bandas
muy amplias suponen un valor promedio, que puede dificultar la diferenciación
de los diferentes elementos observados.

Respecto a los sensores espaciales actuales, la menor resolución espectral

es encontrada en los sistemas radar y en los equipos fotográficos. El primero
funciona a través de un único canal, mientras que la fotografía ofrece
principalmente imágenes a color y pancromáticas, todas ellas ocupando
normalmente una banda y en el caso de las pancromáticas el infrarrojo
cercano. Entre los equipos con una mayor resolución espectral, se encuentran
los sensores hiperespectrales, que llegan a contar con 256 canales con un
ancho de banda muy estrecho, ideales para poder clasificar de manera muy
precisa distintos elementos por su comportamiento espectral.
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Indica el número y anchura de las bandas espectrales que puede discriminar

el sensor. Entre mayor sea esta resolución se tendrá información del
comportamiento de una misma cobertura en diferentes bandas espectrales.

Figura 5. Comparación de bandas LANDSAT 7 y 8, sentinel-2, ASTER L1T y

MODIS

Resolución radiométrica. Hace mención a la sensibilidad del sensor, es decir,

su capacidad para detectar variaciones en la radiación espectral que recibe.
Para los equipos digitales, la imagen se codifica en formato binario, por lo que
la resolución radiométrica corresponde al rango posible de valores que puede
adoptar un píxel. Al tratarse de codificación digital, la resolución se expresa
en número de bits, pudiendo adoptar cada píxel un número comprendido entre
el 0 y dos elevado al número de bits. Para realizar una clasificación visual, un
sensor equipado con 16 bits de profundidad, es más que suficiente, ya que
permite discernir más de 4096 tonalidades cerca del límite de la capacidad
visual humana.

Figura 6. Resolución radiométrica: comparación en los niveles de grises o niveles

digital (ND) de una imagen (UNESCO RAPCA).
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En una imagen cada pixel, puede asumir una cantidad de valores específicos,
dependiendo de su resolución radiométrica, por ejemplo, una imagen de 8bits,
va a varias de 0 – 255 tonalidades de gris. Fórmula para determinar niveles
de Gris: 2(𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑡𝑠) = Niveles de Gris.

Figura 7. Codificación de los ND de una imagen Landsat 8bits

Resolución temporal. Se trata del periodo de tiempo que transcurre entre la

toma de dos imágenes de la misma zona por el mismo sensor. La resolución
temporal está en función de las características temporales de la plataforma
que lo transporta. El término resolución temporal efectiva se acuña para
describir el intervalo de tiempo entre dos imágenes que observan la misma
parte de la superficie terrestre, ya que en imágenes intermedias puede haber
impedimentos técnicos o atmosféricos que impidan visualizar la superficie. Es
por ello que la resolución efectiva siempre será igual o menor a la resolución
temporal programada. La resolución temporal depende del objetivo de la
misión. Así las misiones meteorológicas captan una imagen cada pocos
minutos y los satélites de recursos naturales lo hacen semanal o incluso
mensualmente.

Para los sensores de satélites, también existe la resolución temporal, que es

el tiempo necesario para volver a visitar la misma zona de la Tierra. Se refiere
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a la periodicidad con la que éste adquiere imágenes de la misma porción de

la superficie terrestre. El ciclo de cobertura está en función de las
características orbitales de la plataforma (altura, velocidad, inclinación), así
como del diseño del sensor.

• Alta resolución temporal: < 1 día - 3 días

• Media resolución temporal: 4 - 16 días
• Baja resolución temporal: > 16 días

4. BIBLIOGRAFÍA

García-Meléndez. 2007. Análisis visual de imágenes. León, España. 15 p.

Instituto Geográfico Nacional. 2018. Fundamentos de Teledetección Aplicada.

España. 27 p.

Martínez, J; Martín, P. 2010. Teledetección y Medio Ambiente. España. 67 p.

Villegas, H. 2008. Introducción a la Percepción Remota. Bogotá, Colombia.

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