La huella espectral o la firma espectral se generan utilizando las bandas que presenta la imagen. Se define como un patrón de respuesta que es característico ya que cada material en la naturaleza tiene su propia interacción con la energía electromagnética. La base de una clasificación es encontrar algunas áreas del espectro electromagnético en las cuales la naturaleza de esta interacción sea diferente para los materiales dentro de la imagen.
Entendemos por firma espectral como la reflectancia en función de la longitud de onda. Las firmas espectrales son usadas por algoritmos de clasificación que permiten etiquetar los pixeles de la imagen. Diferentes materiales pueden tener firmas espectrales similares (construcción, agua, suelos desnudos y coberturas de vegetación).
En la siguiente imagen se observa que cada material tiene una firma única, por lo tanto, esta firma espectral se puede utilizar para la clasificación de materiales como coberturas terrestres, vegetación, agua y asfalto/construcción, dependiendo de la resolución del sensor, número y tipo de coberturas que se pueden identificar.
En este tutorial se va realizar la evaluación de firmas espectrales mediante el complemento Semi-automatic Classification en la versión 6, que es un plugin gratuito de código abierto para QGIS 3 que permite la clasificación supervisada y no supervisada de imágenes de teledetección. Además proporciona las siguientes utilidades:
- Descarga de imágenes gratuitas (Landsat, Sentinel-2, Sentinel-3, ASTER y MODIS).
- Preprocesamiento de imágenes satelitales.
- Postprocesamiento de clasificaciones.
- Cálculo ráster.
Interfaz del plugin Semi-Automatic Classification (Versión 6) compatible con QGIS 3
Hay varios satélites con diferentes características que adquieren imágenes multiespectrales de la superficie de la tierra. En este caso se va usar la imágenes Sentinel 2 son particularmente útiles para el monitoreo de cobertura terrestre y pueden ser propocionados de forma gratutita desde SCP.
Resolución y longitud de onda de las bandas espectrales Sentinel -2
Las imágenes de Sentinel-2 están disponibles gratuitamente en el sitio web de la ESA https://scihub.copernicus.eu
Para este tutorial se va realizar el análisis de las firmas espectrales en función de las coberturas de clasificación:
- Agua
- Construido
- Vegetación
- Suelo desnudo
Las firmas espectrales (características espectrales) de las clases de cobertura terrestre se calculan teniendo en cuenta los valores de píxeles debajo de cada ROI. Las ROIs son polígonos utilizados para la definición de firmas espectrales características de las clases de cobertura del suelo.
Por lo tanto, el algoritmo clasifica la imagen completa comparando las características espectrales de cada píxel con las características espectrales de las clases de cobertura terrestre de referencia. A continuación se va determinar el comportamiento de las firmas espectrales de lagos, vegetación, suelos no vegetados y construcción:
Comportamiento de la firma espectral de Lagos
Se observa la cantidad de radiación reflejada con respecto a la longitud de onda, donde la respuesta de la firma espectral va reduciéndose hacia el infrarrojo, este comportamiento es típico en cuerpos lacustres ya que al incrementarse la profundidad de los cuerpos de agua la reflectancia disminuye en cualquier longitud de onda.
Comportamiento de la firma espectral de vegetación
En el caso de vegetación, es un recurso que depende de muchas características dependiendo del tipo de especie que se desea evaluar (hojas, tallos, tronco, humedad, etc), considerando que esta cobertura está sujeta a diferentes cambios ambientales. En este tutorial se está evaluando cultivos de bosques caducifolios (arboles), donde la reflectancia es baja en el visible con un aumento en el color verde debido a la presencia de clorofila que es característico de las hojas. La reflectancia aumenta en el infrarrojo cercano debido a la escasa absorción de energía por parte de las plantas. En el infrarrojo medio hay una disminución importante a lo largo de las longitudes de onda, ya que el agua de la planta absorbe la energía.
Comportamiento de la firma espectral de suelos secos
En el caso de suelos no cultivados (secos), se observa que la firma espectral presenta un comportamiento diferente a comparación de la firma espectral de la cobertura con cultivos, ya no se aprecia el pico en el color verde de la zona visible y hay un incremento de la reflectancia a lo largo de las longitudes de onda ya que las plantas ya no absorben agua.
Comportamiento de la firma espectral de construcciónes
El comportamiento espectral depende de varias características como contenido de aire y agua, estructura granulometrica y la textura. En este caso al tratarse de coberturas de construcción como edificios y carreteras son superficies lisas que implica que la reflectancia aumente a lo largo de la longitud de onda.
