LOS
SOFTWARE GRATUITOS DE TELEDETECCIÓN PARA EL ÁMBITO ACADÉMICO
Aitor Bastarrika Izagirre Universidad del Pais Vasco-Euskal
Herriko Unibertsitatea Vitoria-Gasteiz (Alava)
Introducción
Este artículo surge de la necesidad de utilizar programas de tratamiento de
imágenes para realizar las prácticas de la asignatura Cartografía Automática y
Teledetección en la
Ingeniería Técnica de Topografía de Vitoria- Gasteiz
(Universidad del País Vasco – Euskal Herriko Unibertsitatea). Parte de esta
asignatura, la correspondiente a Teledetección, tiene una carga docente de 15
horas prácticas y 15 teóricas y permite una iniciación básica a las técnicas de
teledetección y el procesamiento digital de imágenes.
La necesidad de licencias gratuitas en cualquier ámbito docente
que usa software específico es creciente. Por un lado, el coste y el cambio
constante de versiones con un coste añadido de las licencias de software
comerciales es elevado, aún contando con los descuentos educacionales. Por otro
lado, y en la línea que define el Espacio Europeo de Educación Superior,
los alumnos necesitan desarrollar prácticas no presénciales, o terminar las
prácticas presénciales fuera de horario, con los inconvenientes de
compatibilidad de aulas que conlleva.
El software gratuito dota de mucha flexibilidad tanto al docente
como al alumno, pudiendo instalar el software necesario en cualquier ordenador
sin ningún inconveniente.
Formas de distribución de software
Podemos encontrar diferentes formas de distribución de software, entre ellas el
Freeware, el Shareware o el Adware. Estas
clasificaciones afectan a la forma en la que los programas son comercializados,
y son independientes de la licencia de software a la que pertenezcan.
Se define como Freeware todo aquel programa que se distribuya
gratuitamente, con ningún coste adicional. Existe una diferencia notable entre
el Software Libre y el Freeware. El conflicto nace en el significado de la
palabra free en inglés, que significa tanto libre como gratuito. El software
libre implica que puede ser usado, copiado, modificado y redistribuido
libremente, siendo requisito para ello imprescindible al acceso al código
fuente. El Software Libre no tiene por qué ser gratuito, del mismo modo en que
el Freeware no tiene por qué ser libre. En la actualidad existe una
organización llamada Free Software Foundation (http://www.fsf.org) que
introdujo el concepto de licencia GPL (General Public License, Licencia Pública
General) y que establece los derechos de uso del Software Libre.
El Shareware es otra modalidad de comercialización todavía más
extendida, el programa se distribuye con limitaciones, bien como versión de
demostración o evaluación, con funciones o características limitadas o con un
uso restringido a un límite de tiempo establecido (por ejemplo 30 días). Así,
se le da al usuario la oportunidad de probar el producto antes de comprarlo y,
más tarde, adquirir la versión completa del programa.
También podemos encontrar programas gratuitos en su totalidad pero
que incluyen publicidad en su programa, este tipo de distribución se denomina
Adware.
Necesidades en el ámbito académico
Como primer paso al estudio de las diferentes opciones de software gratuitos
existentes (Software Libre y Freeware), es importante establecer las
necesidades que deben cubrir. Los requerimientos de un software para uso
docente son diferentes a los requerimientos en su uso productivo o
investigador. En estos casos la velocidad de procesamiento, el número y
flexibilidad de procedimientos que permite, los formatos con los que puede
trabajar, capacidad de procesar diferentes modelos de sensores, la capacidad de
realizar desarrollos para aumentar el rendimiento son críticos, sobre todo
cuando se trabaja con un volumen elevado de datos. En el ámbito docente, es muy
importante que las interfaces sean amigables y fácilmente entendibles y que la
filosofía global del programa sea apta para su uso educacional. Lógicamente,
debe permitir realizar las operaciones habituales orientadas en la enseñanza de
estas técnicas.
A continuación se citan los condicionantes que deben cumplir:
1. El
sistema operativo de las aulas de prácticas es Windows XP, por lo que el
software deberá ser compatible con este sistema.
2. Deberá
ser fácilmente instalable, descargable desde internet, y es deseable que cuente
con un manual o ayuda online.
3. Deberá
tener una interfaz amigable y sencilla para que cualquier usuario habitual del
sistema operativo Windows pueda empezar a trabajar sin ningún
problema.
4. En
cuanto a las técnicas de teledetección, deberá cumplir los siguientes
requisitos:
a. Interfaz
sencilla para iniciar la exploración de las imágenes digitales. Herramientas de
navegación que permitan ver las coordenadas imagen, coordenadas cartográficas y
niveles digitales en las diferentes bandas.
b. Capacidad
para realizar histogramas, diagramas de dispersión y perfiles radiométricos.
c. Posibilidad
de analizar y visualizar adecuadamente las bandas de forma individual, y
realizar composiciones de color y ajustes radiométricos (realces y tablas de
color).
d. Capacidad
de extraer signaturas espectrales de las cubiertas que se consideren de
interés.
e. Capacidad
de realizar operaciones entre bandas para generar variables de interés
(reflectividad, temperatura, índices de vegetación, etc.) y realizar algunas
correcciones radiométricas.
f. Capacidad
de realizar filtros de paso alto y bajo.
g. Capacidad
de realizar clasificaciones supervisadas y no supervisadas más habituales.
h. Capacidad
de realizar rectificaciones geométricas de las imágenes.
Software de teledetección gratuitos analizados.
Se han consultado 7 softwares gratuitos (Software Libre o Freeware) (ver Tabla
I):
- CHIPS v.4.7
(Copenhagen Image Processing System) [1]: Su desarrollo empieza en 1987 en
el Instituto de Geografía de
- GRASS v.6.0.0
(Concretamente WinGRASS) [2]: Es el sistema de información geográfica de
código abierto (gratuito con licencia GPL) más usado en todo el mundo, que
permite análisis y gestión de datos geo-espaciales, procesamiento de
imágenes, modelización espacial y visualización. Funciona en la mayoría de
los Sistemas operativos, y existe documentación en castellano.
- HyperCube
v.8.52 [3]: Está desarrollada por el Centro de Ingeniería Topográfica del
Ejército de los Estados Unidos y está orientada a la visualización y
análisis de imágenes multiespectrales e hiperespectrales. Es un software
muy completo y freeware. Existe versión Windows y Macintosh y está en
inglés.
- MultiSpec v.2.9
[4]: Es un desarrollo realizado en
- OSSIM v.1.6
(Open Source Software Image Map ) [5]: Es un proyecto de código abierto
(gratuito con licencia GPL) activo y maduro. Su desarrollo comienza en
1996 y sus principales desarrolladores pertenecen a agencias
gubernamentales norteamericanas. Es un software de alto rendimiento
orientado a teledetección, procesamiento de imágenes, Sistemas de
Información Geográfica y Fotogrametría. Está en inglés.
- SAGA v.2.0
(Beta)(System for Automated Geoscientific Analyses) [6]: Es un
proyecto de código abierto (gratuito con licencia GPL) que tiene un
conjunto de recursos para programación y también su propio interfaz
gráfico de usuario . Está desarrollado orientado principalmente al
análisis de espacial raster y vector, aunque la versión 2 incluye algunas
técnicas más para el procesamiento de imágenes. Es capaz de funcionar en
la mayoría de los Sistemas Operativos. Está en inglés y la versión estable
(1.2) tiene una excelente documentación.
- SPRING v.4.2
[7]: SPRING es un producto desarrollado por el Instituto Nacional de
Investigaciones Espaciales (INPE)/ DPI de Brasil. Está orientado tanto a
Sistemas de Información Geográfica como a procesamiento de imágenes.
Funciona en Windows, Linux y Unix y está traducido al castellano e inglés.
Es freeware.
Nombre del Software
|
Versión
|
Tipo de Licencia
|
Idioma
|
Autor del Software
|
CHIPS
|
4.7
|
Freeware
|
INGLÉS
|
Copenhagen Image Processing System
|
GRASS GRASS
|
6.0.0
|
Gratuita y GPL
|
INGLÉS
|
Developers Comunity
|
HyperCube
|
8.52
|
Freeware
|
INGLÉS
|
US Army Topographic Engineering Centre
|
MultiSpec
|
2.9
|
Freeware
|
INGLÉS
|
Purdue Research Fundation
|
OSSIM
|
1.6.4
|
Gratuita y GPL
|
INGLÉS
|
OSSIM Developers Community
|
SAGA
|
2.0
|
Gratuita y GPL
|
INGLÉS
|
SAGA Development Team
|
SPRING
|
4.2
|
Freeware
|
INGLÉS ESPAÑOL PORTUGUÉS
|
Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales INPE
|
Análisis de los programas
Los factores que se han tenido en cuenta a la hora de analizar los programas
son los siguientes, en el siguiente orden:
- Facilidad en la
instalación
- Facilidad del a
compresión del interface general y orientación global del software.
- Facilidad en la
visualización de las imágenes e interacción con ellas.
- Capacidad de
realizar las tareas básicas definidas.
El primer paso del estudio ha sido la instalación de los
diferentes software. El único que ha presentado problemas de instalación ha
sido WinGrass, que se ha llevado a cabo mediante su instalador online con la
distribución binaria para Cygwin (http://geni.ath.cx/grass.html ). A la hora de
arrancar la aplicación se ha detectado un error ya documentado (falta el
archivo pq.dll) y para su solución (mientras no se compile un nuevo instalador)
es necesario descargar los ficheros binarios de PostgreSQL (fichero postgresql-7.0-nt-binaries.tar
en http://www.postgresql.org ) y extraer el fichero pq.dll en nuestro
ordenador.
En cuanto a los restantes, no han presentan ningún problema.
Algunos software no necesitan ninguna instalación específica y funcionan
directamente copiando los ficheros en la carpeta deseada. Tal es el caso de
SAGA, HyperCube y MultiSpec. Esta característica, aún no siendo crítica, es muy
interesante, ya que se puede trabajar en cualquier ordenador sin que
dispongamos de permisos de administración, habitual en salas de ordenadores de
prácticas, aumentando la flexibilidad.
Es importante que el funcionamiento general del programa pueda
entenderse rápidamente para no perder tiempo excesivo en su comprensión. Tanto
GRASS como SPRING tienen un entorno de funcionamiento inicial complicado,
teniendo que definir los espacios de trabajo y sistemas de coordenadas antes de
empezar a trabajar. Su potencial a nivel productivo es elevadísimo, ya que
además incluyen herramientas avanzadas de Sistemas de Información Geográfica,
pero no se consideran idóneos para su uso educacional.
SAGA, junto a GRASS y SPRING completan el grupo de software mixto
orientado a SIG y Teledetección, es un software muy intuitivo que permite
visualizar y trabajar con imágenes de forma rápida y sencilla. En la versión
2.0 (todavía Beta a la hora de escribir este artículo) se han incluido mejoras
en cuanto a los procesos de teledetección, y cubre casi todas las necesidades
establecidas. En cuanto a su potencial de análisis geo-estadístico, es uno de
los software más avanzados del momento, por lo que es recomendable para
docencia en Sistemas de Información Geográfica.
El grupo de los software orientados exclusivamente a Teledetección
y procesamiento de imágenes lo constituyen OSSIM, CHIPS, HyperCube y
MultiSpec. El primero de ellos no tiene un enfoque de aprendizaje sino está
orientado a ser productivo en algunos procesos de tratamiento de imágenes más
habituales como mosaicos, fusión de imágenes, operaciones de histogramas,
correcciones. Además, presenta algunas limitaciones a la hora de visualizar las
imágenes.
Los restantes tres programas, aunque tienen enfoques
diferentes, cumplen con las necesidades docentes establecidas. CHIPS
tiene el inconveniente de su licencia, que lo limita al hardware donde se
instala. Es un software bien diseñado y permite realizar de forma ágil muchas
operaciones de teledetección. En cuanto a HyperCube y MultiSpec, especialmente
la primera, son los dos más recomendables, ya que aparte de su facilidad de uso
permiten realizar operaciones avanzadas, con un diseño eficaz en cuanto al
entendimiento de los procesos. Además, ninguna de las dos necesita instalación
y funcionan directamente sin ningún tipo de instalador (solamente es necesario
descomprimir el fichero).
Hypercube
Quizás sea el software con mayores capacidades docentes para la asignatura. A
continuación se muestran algunas de las ventajas e inconvenientes de este
software:
Ventajas
- Visualización y
análisis de datos interactiva: Permite la visualización conjunta de todas
las bandas de una imagen con un solo clic, analizar la respuesta espectral
conjunta de diferentes píxeles en un solo gráfico y la visualización
interactiva del efecto de diferentes realces.
- Permite abrir
imágenes de hasta 32 bits por píxel y 10.000 x 10.000 pixels de extensión.
- Permite
realizar un número elevado de tipos de clasificaciones de imágenes
supervisadas y no supervisadas.
- Puede realizar
una gran variedad de filtros de paso alto y bajo.
- Permite
realizar mosaicos, análisis de fourier y correcciones geométricas.
- Permite
realizar operaciones de imágenes como componentes principales, HSI,
ecualización del histograma.
- Pueden
abordarse proyectos de fotogrametría.
- Dispone de un
manual de ayuda muy completo.
- Es un programa
ligero (cerca de 850 kb comprimidos) y no necesita instalación.
Inconvenientes
- Aunque pueden
importarse algunos de los formatos de imagen más empleados (Erdas IMG,
LAN, HDF, JPEG ) necesita exportar los datos a un formato propietario para
realizar ciertas operaciones.
- Tiene limitaciones
en cuanto a superposición de raster y vector.
No tiene soporte de sistemas de referencia y coordenadas.
Conclusiones
La variedad de software consultado permite abarcar casi cualquier proceso de
teledetección mediante herramientas gratuitas. En este caso, el objetivo del
software es su uso académico, por lo que las necesidades técnicas son básicas,
aunque es imprescindible que las interfaces sean amigables, y permitan la
comprensión de las técnicas de estudio de forma rápida.
Se ha realizado una clasificación de los diferentes software evaluados; Por un
lado se distinguen los software de orientación mixta Sistemas de
Información Geográfica y Teledetección, como GRASS, SPRING y SAGA con un alto
nivel productivo pero no tan orientados a la docencia (los dos primeros sobre
todo). Por otro, OSSIM, CHIPS, HyperCube y MultiSpec están diseñados para
realizar labores exclusivas de teledetección; de ello, los tres últimos
permiten realizar la mayoría de las operaciones necesarias en el ámbito
docente.
La elección del software no tiene que ser exclusiva, y puede hacerse uso de
varios software de forma conjunta para realizar las prácticas en diferentes
fases.
Referencias
[1] CHIPS
http://www.geogr.ku.dk/chips/WinChips.htm
[2] WinGRASS http://geni.ath.cx/grass.html
[3] HyperCube http://www.tec.army.mil/Hypercube/
[4] MultiSpec http://dynamo.ecn.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/
[5] OSSIM http://www.ossim.org
[6] SAGA http://www.saga-gis.uni-goettingen.de/html/index.php
[7] SPRING http://www.dpi.inpe.br/spring/espanol/
"SPRING: Integrating remote sensing
and GIS by object-oriented data modelling" Camara G, Souza RCM, Freitas
UM, Garrido J Computers & Graphics, 20: (3) 395-403, May-Jun 1996.
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