1.2 — El Espectro Electromagnético y la Firma Espectral
1.2 — Principios Físicos de la Teledetección
Radiación EM, espectro, fuentes de energía, interacción con atmósfera y superficie
Toda la teledetección se basa en un principio físico fundamental: la energía electromagnética. Los objetos de la superficie terrestre reflejan, absorben y emiten energía de forma característica según su naturaleza química y física. Esta variación es la que nos permite identificarlos y cartografiarlos desde la distancia.
1.3.1 La Radiación Electromagnética
La radiación electromagnética (REM) es la forma de energía que se propaga en el vacío a la velocidad de la luz (c ≈ 3×10⁸ m/s). Se describe como una onda transversal con dos componentes oscilantes perpendiculares: campo eléctrico y campo magnético. La relación fundamental es:
c = λ × ν donde: c = velocidad de la luz (3×10⁸ m/s), λ = longitud de onda (metros), ν = frecuencia (Hz, ciclos/segundo). La energía de un fotón: E = h × ν = h × c / λ (h = constante de Planck = 6.626×10⁻³⁴ J·s). A menor longitud de onda → mayor energía por fotón.
1.3.2 El Espectro Electromagnético y las Ventanas Atmosféricas
El espectro electromagnético organiza la REM por longitud de onda de menor a mayor. La atmósfera no es transparente a todas las longitudes de onda: existe absorción selectiva por gases (O₃, H₂O, CO₂, O₂) que bloquea ciertas regiones. Las regiones donde la atmósfera es relativamente transparente se denominan ventanas atmosféricas y son las que pueden aprovecharse para la teledetección.
🌈 El Espectro Electromagnético — Ventanas Atmosféricas y Bandas de Teledetección
Haz clic en cada región para ver la transmitancia atmosférica, los sensores usados y las aplicaciones
1.3.3 Fuentes de Energía
La teledetección pasiva aprovecha dos fuentes de energía naturales:
El Sol emite como cuerpo negro a ~5778 K. La radiación solar llega a la superficie, parte es reflejada por los objetos y parte es detectada por el sensor. Es la fuente principal para teledetección en el visible, NIR y SWIR. No disponible de noche ni con densa nubosidad.
Todo cuerpo con temperatura > 0K emite radiación electromagnética (Ley de Planck). La Tierra emite principalmente en el infrarrojo termal (pico a ~9.6 µm a 20°C). No depende del Sol: funciona de noche. Sensores TIR como Landsat TIRS y ASTER lo detectan.
Sensores SAR y LiDAR emiten su propia energía (microondas o pulsos láser) y detectan la señal de retorno. Independientes del Sol y de las nubes. Permiten medición precisa de geometría y deformación del terreno.
1.3.4 Interacción de la Radiación con la Atmósfera
Antes de llegar al sensor, la radiación solar interactúa con la atmósfera de tres formas:
| Proceso | Descripción | Efecto en imagen | Corrección |
|---|---|---|---|
| Absorción | Gases (O₃, H₂O, CO₂) absorben energía en bandas específicas | Pérdida completa de señal en esas bandas | No corregible — evitar esas bandas |
| Dispersión de Rayleigh | Partículas < λ (moléculas gas) dispersan luz de onda corta (azul) | Imagen parece más azulada y neblinosa | Corrección atmosférica (DOS, ATCOR) |
| Dispersión de Mie | Partículas ~ λ (aerosoles, polvo) dispersan en todas direcciones | Reducción general del contraste | Corrección atmosférica con modelo de aerosoles |
| Dispersión no selectiva | Partículas >> λ (gotas de agua, nubes) | Opacidad total — nubes blancas | No corregible con óptico (usar SAR) |
1.3.5 Interacción de la Radiación con la Superficie
Al llegar a la superficie, la radiación puede seguir tres caminos complementarios que siempre suman el 100% de la energía incidente:
EI = ER + EA + ET — Energía Incidente = Energía Reflejada + Energía Absorbida + Energía Transmitida. La teledetección óptica mide ER (reflectancia). La teledetección termal mide la emisión resultante de EA.
La firma espectral de un objeto es el patrón característico de su reflectancia a lo largo de las diferentes longitudes de onda. Es la ‘huella dactilar’ espectral que permite identificar coberturas desde el espacio:
📈 Firmas Espectrales — Interacción de la Radiación con la Superficie
Reflectancia de las principales coberturas terrestres en las bandas Sentinel-2
Datos basados en mediciones de espectrorradiómetro ASD FieldSpec. Las firmas espectrales son la base de la discriminación automática de coberturas mediante clasificación digital.
- La REM se describe con c = λ × ν. A menor λ, mayor energía por fotón
- Las ventanas atmosféricas (VIS, NIR, SWIR, TIR, microondas) son las regiones usables para teledetección
- La dispersión de Rayleigh (azul) y de Mie (aerosoles) degradan la imagen: se corrigen en el preprocesado
- Toda superficie refleja, absorbe y transmite energía: EI = ER + EA + ET. La teledetección mide ER (reflectancia)
- La firma espectral es el patrón característico de reflectancia de cada cobertura: la base de la clasificación automática