Sasal, M. Teresa

Soler, José L.

Revistes Catalanes amb Accés Obert

INTRODUCCIÓN
En la línea de los trabajos elaborados en los últi-
mos años por los autores (Sasal et al., 1996), que de-
sarrollan actividades educativas para aplicar la técnica
de la Teledetección en la enseñanza secundaria1, la
práctica de laboratorio que se presenta usa imágenes
satelitales como una útil herramienta para aumentar el
conocimiento de nuestro planeta (Vauzelle, 1990).
Objetivos
El objetivo general es el de que el alumnado ad-
quiera unos conocimientos, tanto conceptuales co-
mo de adquisición de habilidades, sobre la Tierra y
algunos de los métodos que pueden ser usados para
su estudio. En concreto:
Aprendizaje del concepto de clasificación de
imágenes, mediante una simulación manual del
mismo proceso que realizan los programas informá-
ticos, como método para facilitar su comprensión.
Como resultado, el alumnado adquiere una mayor
capacidad de interpretación de las imágenes satélite
y unos criterios propios y bien fundamentados so-
bre la validez de las clasificaciones de las imágenes
y sus limitaciones.
Conocimiento de métodos para cuantificar las
diferentes coberturas de la superfície terrestre, su
gran simplicidad de cálculo y los errores en que
se puede incurrir en su aplicación, por ejemplo,
la confusión entre superfície medida sobre la
imagen –que es una supeficie proyectada– con
superfície real.
Medición de las variaciones estacionales de la
banquisa antártica. Estimación del grado de error
obtenido.
Nivel: Alumnos de Bachillerato o COU.
Conocimientos previos
Nociones generales sobre las imágenes satélite:
En qué consisten. Cuál es el proceso para obtenerlas.
La radiaciones de microondas; ventajas e incon-
venientes que presenta su uso frente a los otros ti-
pos de radiaciones usados en la obtención de imá-
genes digitales.
Los movimientos terrestres y sus consecuencias
sobre la variación estacional de los climas. A menu-
do, los profesores de secundaria nos encontramos con
alumnos que tienen el preconcepto erróneo de que en
verano la tierra está en el punto de su órbita más cer-
cano al sol, y en invierno en el más alejado. Este error
está muy arraigado, y es por tanto difícil de eliminar.
Las imágenes de satélite del hemisferio sur per-
miten comprobar las diferencias de fecha en que se
producen las estaciones respecto al hemisferio nor-
te. Esta observación da pie a abrir un debate que
puede ayudar en gran medida a la correción del
error antes citado.
235Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 1997. (5.3) 235-239
I.S.S.N.: 1132-9157
RESUMEN: 
Descripción de una actividad práctica para alumnos de bachillerato, que usa imágenes de saté-
lite para:
- Simular manualmente el proceso de clasificación que realizan los programas informáticos de trata-
miento de imágenes, para obtener mapas temáticos.
- Estimar la superfície afectada por un fenómeno geológico; en este caso, la variación del tamaño de
la banquisa antártica a lo largo de un año.
ABSTRACT: 
Description of a practical activity for upper secondary school level, that uses remote sensing images to:
- Emulate manually the classification process  that does the processing images’ software,  to obtain
thematic maps.
- Estimate the affected area by a geologic event; in that case, the size variation of Antarctic ice field
along one year.
Palabras clave: Teledetección;  bachillerato; actividad práctica; clasificación de imágenes; banquisa an-
tártica.
Keywords: Remote sensing; high school; practical activity; images clasification; antarctic ice field.
CLASIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE MATERIALES: VARIACIÓN ANUAL
DEL HIELO ANTÁRTICO
Images classification and landcover quantification:  Annual changes of antartic ice field
M. Teresa Sasal (*) y José L. Soler (**)
(*) Institut de Batxillerat Santa Eulalia, Pça. Pío XII, s/n, 08103 - L’Hospitalet ( Barcelona)  e-mail: tsasal@pie.xtec.es
(**) Institut de Batxillerat Maragall, C/ Provenza 187, 08036 - Barcelona e-mail: jsoler@pie.xtec.es
(1) Este artículo comparte los aspectos metodológicos desarrollados en el trabajo de estos mismos autores publicado en el número
5.2 de nuestra revista.
Material necesario
1 - Un conjunto de imágenes digitales, forman-
do una serie multitemporal que recoja la variación
de algún suceso geológico.
La gran pregunta de todos los interesados en la
teledetección es, ¿dónde obtener imágenes?. Se dan
dos casos posibles:
I - Imágenes completas originales (grandes te-
rritorios, multicanales, sin manipulación...).
No hay que hacerse muchas ilusiones, ya que
prácticamente no se encuentran en ningun si-
tio si no es pagando, porque son productos
de gran interés comercial. Otra cosa es apro-
vechar las migajas de la mesa de los ricos y
limitarnos a trabajar con:
II - Fragmentos de imágenes, adecuadas para
aprendizaje y prácticas, o imágenes manipu-
ladas (composiciones en falsos colores,...),
que sirven únicamente para análisis visuales.
Se pueden obtener a través de Internet (Soler
et al., 1997) en diferentes direcciones (NA-
SA, ESA, NOAA,...).
2 - Programas informáticos adecuados al trata-
miento de imágenes de satélite.
Las opciones que necesariamente debe ofrecer
el programa elegido son:
- Mostrar una imagen.
- Explorar una imagen con un cursor y propor-
cionar coordenadas y valor de un pixel determina-
do.
- Visualizar dos imágenes simultáneamente.
- Calcular y representar gráficamente el histo-
grama de la imagen (frecuencia de cada uno de los
valores de que está formada).
- Obtener subimágenes (fragmentación de la
imagen original).
- Operaciones entre imágenes (resta).
- Crear mapas temáticos mediante clasificación
manual de las imágenes.
- Cálculo del número de píxels que pertenecen a
una clase o a un conjunto de ellas.
Para PC, existen algunos muy útiles y de libre
difusión en entornos educativos, como Bilko, Win-
Bilko, Imdisp y Multispec, que se pueden conseguir
via FTP a través de Internet (Soler et al., 1997). Al-
gunos trabajan sobre Windows y otros sobre MS-
DOS.
Desgraciadamente, ninguno de los programas
antes citados posee todas estas herramientas, por lo
que se hace necesario recurrir a más de uno para lo-
grar todos los objetivos propuestos.
3. Recursos bibliográficos (atlas, ...), para con-
trastar los datos obtenidos.
Utilización
La actividad se realiza en un aula informática de
PCs. Los alumnos, divididos en grupos, disponen
de una documentación que consta de: una introduc-
ción al tema, breve explicación de los conceptos te-
óricos que se desarrollan, una descripción técnica
de las imágenes y un guión de trabajo, que detalla
las actividades a realizar y plantea preguntas para
ser contestadas.
Existe un material equivalente para el profesor,
en el que además se intercalan los resultados co-
mentados y alguna otra aclaración periférica a las
preguntas planteadas a los alumnos.
En el desarrollo de la actividad se alterna la ex-
plicación teórica de conceptos por parte del profe-
sor; el desarrollo de las actividades propuestas por
el guión de trabajo y la presentación y discusión de
los resultados obtenidos.
DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD
Simulación manual  de la clasificación
Se requiere una imagen monocanal simple de fá-
cil interpretación visual y con las poblaciones separa-
das por zonas de valores con pocos píxels. Hemos
escogido una termografía de una parte de Gran Bre-
taña y de Irlanda, captada por el sensor NOAA  (Fig.
1). Presenta dos clases de valores claramente diferen-
ciados, tierra y mar, con una zona amplia de valores
que los separan de pequeño número de píxels.
Hace falta preparar una tabla con los valores de
los píxels de un fragmento de la imagen, de 20x20
píxels, y que contenga tierra y mar. (Fig. 2). Esta ta-
bla se usará para que los alumnos hagan un histo-
grama de frecuencias de valores de píxels, y lo seg-
menten manualmente en dos clases,  simulando los
procesos que el ordenador realiza automáticamente.
La actividad consiste en:
1. Definir una serie de clases para agrupar los
valores (10-19, 20-29,...). La agrupación en clases
permite obtener un histograma representativo a par-
tir de un número de píxels relativamente pequeño.
2. Hacer recuento de valores y llenar las clases
previstas. Se puede dividir el alumnado en grupos de
trabajo, de manera que cada uno de ellos haga el re-
cuento de una porción de la tabla. Sumar los parciales
de cada grupo de trabajo para obtener los valores tota-
les de cada clase. Una ràpida verificación de errores
consiste en sumar el número de píxels de todas las
clases y ver si coincide con el total de la tabla. 
236 Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 1997 (5.3)
Figura 1. Imagen captada por el canal 4 del satéli-
te NOAA del Canal del Norte; aparecen costas de
Irlanda y de Escocia. El recuadro indica la porción
usada en la práctica de simulación manual.
3. Dibujar el histograma. Comprobar su distri-
bución bimodal. Identificar las zonas correspon-
dientes a tierra y a mar, teniendo en cuenta que en
los canales térmicos la escala suele estar invertida:
valores bajos corresponden a temperaturas eleva-
das, y altos a temperaturas bajas.
4. Cada grupo decide un punto de corte en la zona
del histograma entre los dos máximos, simplificando
el conjunto de valores a dos clases. Colorear las casi-
llas de la tabla según su pertenencia a una de las dos
clases (Fig 3). El resultado es un mapa de costas.
5. Comparar los resultados, ligeramente diferen-
tes, según el punto de corte elegido (Fig. 4 y 5).
Analizar como afecta a la posición de la línea de
costa. Un punto de corte más alto, provoca que al-
gunos píxels de agua pueden aparecer como tierra,
mientras que ocurre lo contrario si el punto de corte
es bajo. En realidad, los píxels de la zona interme-
dia corresponden a los llamados “míxels”, que son
píxels en que se mezclan los dos tipos de cubiertas,
y que por tanto dan una respuesta intermedia entre
las características de los dos materiales (Fig. 6).
6. Repetir todo el proceso de clasificación en el
ordenador sobre el mismo fragmento de la imagen
usado para el proceso manual. Comparar los resul-
tados con el mapa anterior. La distribución de tierra
y mar en la subimagen debe ser idéntico al obtenido
manualmente. Repetir la clasificación para la ima-
gen completa, aplicando el mismo punto de corte.
Comparar los resultados para los distintos grupos
de trabajo (Fig. 4 y 5).
Esta actividad se realiza sobre un histograma
unidimensional, que corresponde a un canal. Si se
dispone de dos canales, el histograma resulta una
superficie alabeada, que permite una mejor separa-
ción de clases próximas, .... y así sucesivamente pa-
ra cada nuevo canal adicional.
237Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 1997. (5.3)
Figura 2. Documento de trabajo del alumno, con
tabla de 20 x 20 que contiene los valores de los pí-
xels de la zona de trabajo. En la serie de casillas de
la parte inferior se representa el histograma de fre-
cuencias resultante
Figura 3. Cada material está representado por una
gama de valores distribuidos alrededor de un va-
lor. El análisis del histograma, permite identificar
las diferentes poblaciones de valores que corres-
ponden a distinots materiales.
Una clasificación consiste en asignar colores con-
trastados a diferentes píxels según el material que
contienen, deducido a partir de su valor
Figuras 4 y 5. Dos ejemplos de clasificación de la
subimagen de trabajo, con su histograma y el punto
de separación escogido para delimitar tierra y mar.
Como fondo se muestra la imagen completa, a la
que se ha aplicado la msima clasificación.
Cuantificación de superfícies: variación estacio-
nal del hielo antártico
Es necesaria una imagen multitemporal que per-
mita diferenciar fácilmente el fenómeno a estudiar,
que puede ser cualquiera: variación de la superficie
innivada durante el invierno, flujos de coladas en
erupciones volcánicas, inundaciones, cambios en un
litoral (desaparición de playas debido a tormentas,
variación del nivel del mar debido a las mareas, ...),
extracción de áridos, canteras ...
En este caso se usa una serie de doce imágenes
mensuales consecutivas, del continente antártico
(Viehoff, 1992). Han sido captadas por un sensor de
microondas, por lo que están libres de nubes.
Las microondas (ondas radar) usadas en telede-
tección no son radiaciones emitidas por el sol, sino
por la misma plataforma que transporta los senso-
res. Para generarlas, se necesita una fuente de ener-
gía,  lo que limita su vida útil. Por otro lado, una de
las ventajas de su uso es que  no dependen de la ilu-
minación solar, ni por tanto de la hora del día. Otra
de sus características es que penetran a través de las
nubes; por ello los sensores de microondas pueden
trabajar en todo momento, independientemente de
la posición del sol y de las condicíones atmosféri-
cas. Esto resulta especialmente útil para el estudio
de la Antártida, que muy a menudo se encuentra cu-
bierta de nubes.
Etapas de trabajo:
1. Comparar la extensión de los hielos de la
banquisa en los diferentes meses, visualizándolas
de dos en dos. Los píxels diferentes en las dos imá-
genes implican cambios en el hielo.
2. Determinar visualmente qué mes tiene un
máximo de banquisa y cual un mínimo. Resulta un
momento adecuado para realizar una discusión so-
bre la época en que se producen el verano y invier-
no australes (Fig. 7 y Fig. 8).
3. Analizar una imagen concreta. Obtener y
analizar su histograma (Fig. 9 y Fig. 10). Identificar
los materiales que se pueden diferenciar. El conti-
nente ha sido cubierto por una máscara, por lo que
todos sus píxels presentan un mismo valor, el 168.
Además, se diferencian fácilmente mar y hielo, ya
que el mar tiene una respuesta muy baja (valores
entre 0 y 20), mientras que la del hielo es alta (su-
periores a 50).
4. Cuantificar la extensión del continente. A
partir del histograma, podemos saber que el número
de píxeles con el valor 168 es de 5.506. Sabiendo
que el tamaño de un píxel es de 50 x 50 km (2.500
km2), se obtiene un resultado de 5506 x 2500,
13.765.000 km2.
5. Consultar fuentes bibliográficas para conocer
la superfície real de la Antártida. Comparar dicho
valor real con el obtenido a partir de la imagen. Ha-
cer una estimación del error en %.  La superfície re-
al es de 13.176.727 km2. La diferencia es atribuible
a que las plataformas de hielo de Ross, Ronne y
Amery han sido enmascaradas como pertenecientes
al continente. El error sería de un 4,4 %, obtenido:
100 x absoluto (valor esperado-valor obtenido)/va-
lor esperado.
6. Para saber la variación de extensión de la
banquisa a lo largo de un año, hay que obtener la
imagen diferencia entre la de mayor extensión (sep-
tiembre) y la de menor (febrero) (Fig. 11). Es una
238 Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 1997 (5.3)
Figura 6. Un míxel es un píxel que representa una
unidad de terreno con contenido heterogéneo. Su
valor digital en la imagen depende del porcentaje
de superfície ocupada por cada material.
Figura 7. Imagen microondas de la Antártida en fe-
brero, mes que presenta el mínimo de hielos.
Figura 8. Imagen microondas de la Antártida en
septiembre, mes que presenta el máximo de hielos.
Figura 9. Histograma de la Fig. 7, truncado para
frecuencias superiores a 500. La clase de valor 168
corresponde al continente enmascarado, el pico de
valores cercanos a 100, a la banquisa y los valores
inferiores a 30, al mar.
Figura 10. Histograma de la Fig. 8, a la misma es-
cala que el de la figura 9. El cambio més visible res-
pecto a febrero es la disminución del cero y del pico
cercano a cero), que se han transformado en píxels
de banquisa (aumento del pico cercano a cien).
operación en que se obtiene una nueva imagen res-
tando uno a uno entre si los píxels de las dos imáge-
nes con las que se opera. En la nueva imagen, los
valores de los píxels son: altos, los que presentaban
un valor más alto en setiembre que en febrero; cero,
los que no han cambiado de uno a otro mes, entre
ellos el continente y el mar; e inferior a cero, los
que tenían un valor más alto en febrero que en se-
tiembre (que se asignan a cero en la nueva imagen,
pues una imagen no puede tener valores negativos).
7. Cuantificar la zona de cambios en la imagen di-
ferencia. Los píxels de valor superior a cero corres-
ponden al aumento de la banquisa. Para hacer el cál-
culo, basta obtener el total de píxels de valor superior
a cero y multiplicar dicho valor por la superfície de
un píxel. Son el 29,3 % de los píxels, es decir,
778.208 píxels, que equivalen a 19.4552.0000 km2.
Si suponemos que el error para los dos cálculos reali-
zados  es el mismo, se puede determinar un valor má-
ximo y mínimo  para el crecimiento de la banquisa.
En este caso, al trabajar sobre la banquisa, no es
necesario realizar ningún cálculo posterior, ya que
no existe relieve, por lo que la superfície medida
sobre la imagen coincide con la superfície real. En
otro tipo de casos, por ejemplo la nieve en las mon-
tañas,  hay que tener en cuenta este aspecto y, de
ser posible, realizar una corrección a partir de la
pendiente para cada punto de la imagen.
CONCLUSIONES
La realización de esta actividad, en especial la
parte de la simulación manual, ayuda a una mejor
comprensión por los alumnos de los métodos infor-
máticos de tratamiento de imágenes y facilita la lec-
tura e interpretación de imágenes de satélite.
La realización de sencillos cálculos de estima-
ción de superficies hace que las imágenes adquieran
una nueva dimensión, pasando de constituir única-
mente algo que se  interpreta visualmente, a un ins-
trumento a partir del que obtener datos concretos
sobre la superficie terrestre. 
BIBLIOGRAFIA
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drid.
Sasal, M. T. y Soler, J.L.(1996). Teledetecció, crèdit pel nou
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Soler, J.L. y Sasal, M. T. (1997). Página web sobre telede-
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Viehoff, T. (1992). Temporal and spatial variations in sea ice
concentration in the southern ocean. En: Applications of marine
and coastal image data from Satellite, Airborne and In-situ Sen-
sors. Marinf, 3, 65-74. Unesco. 
239Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 1997. (5.3)
Figura 11. Imagen diferencia clasificada, obtenida
al restar punto a punto la imagen de febrero de la
de septiembre.


Clasificación y cuantificación de materiales: Variación anual del hielo antártico

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