La tecnología radar satelital mejora significativamente la forma en que percibimos y comprendemos los cambios y procesos que se producen continuamente sobre su superficie terrestre. Pero, al igual que otros sensores de teledetección, los sistemas de radar también poseen sus propias dificultades a la hora de crear imágenes precisas.
Los datos SAR sufren distorsiones debidas al propio funcionamiento de la técnica radar y a la geometría del sistema. Estas distorsiones se agravan en terrenos accidentados. La corrección radiométrica del terreno es un método para corregir estas distorsiones y asegurarse de que la información SAR puede utilizarse de forma conjunta con otras fuentes de datos geoespaciales. En este artículo analizaremos las diferentes distorsiones que pueden presentar las imágenes SAR debido a su geometría de visión lateral y a la propia naturaleza de la técnica radar.
Distorsión Slant-Range
La distorsión «slant-range» en las imágenes SAR ocurre debido a que el radar mide la distancia a los objetos en la dirección oblicua o «slant-range» en lugar de la distancia horizontal real. Esto significa que las características que están más cerca del radar en la dirección oblicua parecerán más cerca en la imagen de lo que realmente están en términos horizontales. Dicho de otro modo, se refiere a cómo las imágenes de radar representan la distancia basada en la línea directa entre el radar y el objeto, en lugar de la verdadera distancia horizontal en el terreno.
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Como resultado, los objetivos en el rango cercano pueden aparecer comprimidos en relación con los del rango lejano. Afortunadamente, la trigonometría puede ayudarnos a calcular la distancia de alcance terrestre a partir de la distancia de alcance oblicuo y la altitud del sensor, convirtiéndola en un formato adecuado de alcance terrestre.
Relief Displacement
El «Relief Displacement» hace referencia a la distorsión geométrica de las imágenes SAR que ocurre debido a la geometría de adquisición lateral (side-looking) de la imagen y a las características topográficas del terreno. En otras palabras, los objetos que están más altos o más bajos que el punto principal se desplazarán de su verdadera ubicación planimétrica (x,y) en una imagen vertical. Este tipo de desplazamiento puede afectar la interpretación y el análisis de las imágenes, especialmente en áreas con topografía variable.
Este fenómeno tiene dos consecuencias importantes: el radar foreshortening y el radar layover que describimos a continuación.
Radar Foreshortening (Acortamiento)
Esta distorsión se manifiesta cuando el radar detecta la base de un objeto o característica del terreno (como una montaña) antes de que alcance la cima, debido al ángulo de incidencia del haz de radar. Como resultado, la pendiente del objeto o característica del terreno parece más corta (comprimida) en la imagen de lo que realmente es en la realidad. La máxima distorsión de foreshortening ocurre cuando el haz de radar es perpendicular a la pendiente, haciendo que la base, la pendiente y la cima se muestren en la imagen como si estuvieran comprimidas.
Radar Layover (Superposición)
Este fenómeno se presenta cuando el haz de radar alcanza la parte superior de una característica alta (como un edificio o montaña) antes de que alcance su base. Como resultado, en la imagen, la cima de la característica aparece delante de su base, creando una inversión aparente. Las áreas de «Layover» en la imagen suelen ser muy brillantes debido a la fuerte reflexión de la señal del radar desde las estructuras altas. Es importante mencionar que el «layover» puede considerarse un caso extremo de «foreshortening».
Radar Shadow (Sombra)
La sombra radar en las imágenes SAR se refiere a las zonas donde no se recibe señal de retorno del radar debido a la geometría de observación. Estas sombras ocurren cuando un objeto o característica topográfica bloquea la señal del radar, similar a cómo un objeto puede bloquear la luz y crear una sombra. La presencia de sombras de radar puede ser indicativa de características elevadas, como montañas o edificios. Las sombras de radar son especialmente evidentes en áreas donde hay un cambio abrupto en la elevación. En las zonas de sombra, no hay energía disponible para ser retrodispersada, lo que da lugar a zonas oscuras en la imagen del radar. A medida que el ángulo de incidencia aumenta desde el rango cercano al lejano, los efectos de sombra se hacen más pronunciados.
Cuando se realizan correcciones radiométricas en las imágenes de radar, las zonas de “foreshortening” se corrigen basándose en los modelos digitales de elevación. Sin embargo, las zonas afectadas por la sombra radar no disponen de retornos de datos que corregir.
Speckle (Moteado)
Normalmente, cuando un sensor SAR envía señales, el terreno al que llegan no es homogéneo. Está compuesto por diferentes elementos que pueden reflejar las señales de diversas maneras. A veces, esto hace que la imagen SAR parezca granulada, como sal y pimienta. Este efecto granulado ocurre en todas las imágenes SAR debido al mecanismo de dispersión de la onda radar.
Las correcciones de Speckle en imágenes SAR pueden agruparse en dos categorías principales: correcciones espaciales y correcciones temporales. Ambas se definen a continuación
Correcciones Espaciales (para imágenes individuales)
Estas correcciones se aplican directamente sobre una imagen individual. Estas correcciones reducen la resolución espacial de la imagen. El objetivo es suavizar o filtrar el ruido de speckle sin comprometer demasiado la resolución espacial.
Correcciones Temporales (utilizando varias imágenes)
Estas correcciones implican el uso de múltiples imágenes tomadas en diferentes momentos temporales de la misma área. Al combinar estas imágenes, el ruido de speckle puede reducirse significativamente al aprovechar las diferencias temporales del ruido entre las imágenes. Las técnicas multi-temporales son efectivas, especialmente cuando se dispone de series temporales de imágenes SAR.
A pesar de estas distorsiones en las imágenes SAR, es la particular geometría de visión lateral del radar lo que otorga un valor diferencial con respecto a otras técnicas en el estudio del terreno. Estos efectos, siempre que no sean excesivamente intensos, potencian la visualización del relieve y de la estructura de la superficie del terreno.
Es esencial entender los mecanismos de distorsión de las imágenes SAR para decodificar adecuadamente la información que nos ofrecen. Al familiarizarnos con estas distorsiones estamos en posición de explotar las ventajas de esta tecnología.
Atribuciones
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