El índice NVDI

 Analizando el crecimiento de la vegetación (Índice NVDI)

1.- ¿Que es el índice NVDI?:
Una de las grandes posibilidades que nos da la teledetección, es analizar el crecimiento de la vegetación, gracias a que, en general, la vegetación en crecimiento refleja mucha más radiación en el infrarrojo cercano (canal 4) que en el visible como vemos en la imagen de debajo. Entonces, en un pixel determinado se nota mucha diferencia entre ambos canales. Por el contrario si la vegetación es poco activa (desiertos, tundra) o es escasa, la diferencia es menor.
El NVDI (Índice normalizado de variación de la vegetación) se calcula con estos dos tipos de radiación (visible e infrarroja). En la práctica, como veremos con la roja (canal 3) e infrarroja (canal 4).
La vegetación sana o en crecimiento, absorbe más radiación visible que la que está en estado vegetativo o poco vigorosa, al tiempo que refleja más infrarrojo cercano (NIR). La vegetación seca refleja más visible y menos infrarrojo cercano. Los valores que aparecen en la ilustración son bastante representativos, pero en la realidad pueden variar mucho.

Prácticamente todos los Índices de Vegetación por satélite emplean la misma fórmula para medir la densidad de crecimiento de la vegetación: Radiación de infrarrojo cercano menos radiación visible, dividido por radiación de infrarrojo cercano más radiación visible.

 
El resultado de esta fórmula es lo que se denomina NVDI o Índice Normalizado de Crecimiento (Desarrollo) de la Vegetación: 

NDVI = (NIR — VIS)/(NIR + VIS)

Para un pixel dado, el resultado en teoría es un valor que oscila entre -1 y +1. Sin embargo, las hojas no verdes dan valores próximos a cero.

Cero significa sin vegetación y los valores próximos a 1 (0,8-0,9) indican la mayor densidad posible de hojas verdes.

Insistimos de nuevo en la gran propiedad de las imágenes multiespectrales: el hecho de que cada pixel contiene información numérica que MultiSpec lee con facilidad.


2.- ¿Para qué se usa?
El NVDI es probablemente un magnífico indicador de la salud de las plantas, ya que un índice elevado significa crecimiento vigoroso, mientras que un índice bajo indica plantas poco saludables. Esto es de enorme utilidad, máxime si tenemos en cuenta que hay satélites que toman datos de la superficie a diario (resolución temporal).

Algunos de sus usos más interesantes o curiosos son: 

a)- La prevención de incendios forestales. A medida que aumenta la sequía, la vegetación empieza a ser más vunerable y su NVDI disminuye. A partir de determinados niveles se deben alertar los servicios contra incendios, reforzando la vigilancia en los lugares donde haga mayor falta, desplazando aviones contraincendios a la zona, prohibiendo las barbacoas, etc.

b)- Pago de indemnizaciones por seguros agrarios. Los seguros tienen que tener una forma de decidir a partir de cuanta sequía se pagan indemnizaciones y eso no se puede hacer "a ojo". Normalmente se contrata un valor de NVDI por debajo del cual ya se paga.

c)- Determinación de la fecha de inicio de la vendimia. A un NVDI determinado se le asocia un estado concreto de hidratación del vegetal; una vez establecido (por verdad de campo experimental) el valor ideal de concentración de disacáridos en la uva, basta con esperar a que la imagen del satélite nos advierta del día en el que se alcanza elNVDI correspondiente..... y a vendimiar.

3.- ¿Como obtener una imagen calculando el NVDI? 

 Para estudiar ese aspecto, seguiremos los siguientes pasos:
3.1-Abrir con MultiSpec la imagen de la que se quiere calcular el NDVI

3.2- Selecciona Processor y luego "Reformat"
Aparecerá la opción: “Change Image File Format.” selecciónala. Ahora aparecerá una nueva ventana (“Set Image File Format Change Specifications”). Selecciona “Transform Dat" y automáticamente aparecerá "Set Reformat Transform Parameters” .
Selecciona la opción “New Channel from General Algebraic Transformation” y aparecerá debajo un espacio para escribir la fórmula. 

3.3- Cambia la fórmula, de manera que en el numerador ponga:C4 – C3 y en el denominador C4 + C3 y multiplicado por 256 y dále a OK. Dále OK a la pantalla de “Set Image File Format Change Specifications”.

3.4- Te pedirá que salves la imagen como un archivo .lan en la misma carpeta que los demás archivos de tu imagen de trabajo. Le das a "guardar"

3.5- Ahora hay que abrir esta imagen .lan (desde "File", "Open image"..).
Al hacerlo, debes elegir en “Set Display Specifications for:” la opción "3-Channel Color" y elegir 15 en donde ponía 256 (levels..). Y ahora le das a OK. 

Te aparecerá una imagen en blanco y negro semejante a la de la izquierda, con intensidades de blanco muy altas en las zonas con elevado crecimiento de la vegetación. 

Las zonas más oscuras son las que no presentan este crecimiento. Verás que poniendo una imagen al lado de la otra las zonas con vegetación más activa aparecen brillantes.Sin embargo, el interés de las imágenes NDVI estriba en su capacidad de permitirnos discernir entre zonas.

Para ver la enorme potencialidad de estas imágenes, vamos a realizar ahora un pequeño trabajo:
Cierra esta imagen en blanco y negro y quédate con la imagen original abierta. Ahora ábre de nuevo la imagen NDVI (que si no le has cambiado el nombre se llamará image.lan y al abrirla, selecciona en la ventana de abrir, el pequeño recuadro que aprece abajo "Link to active image window" le das a abrir y a continuación a "cancelar" .

Si te das cuenta, te está preguntando si quieres añadir más imágenes (más capas) a la original que ya tenía 7 o más. 

Así te encontrarás con que, aparentemente, la imagen sigue igual, pero si le das a "Procesor" "Display image" y seleccionas "Side by side channels", ahora veremos que la imagen ya tiene un canal nuevo. Este es el canal NDVI que ahora forma parte de la imagen multiespectral.

Ahora compones una imagen en falso color (Processor, Display image, 3-Channel Color...) con la combinación de canales 3,8,1 (a la banda 8, la de la imagen NVDI, por lo general se le asigna el verde) y tendrás una imagen de dos colores: verde y púrpura. Los verdes son zonas de crecimiento de la vegetación y los púrpuras zonas de no crecimiento...

Si comprobaramos la firma espectral de algúnos pixeles de esta imagen: los pixeles verdes presentan intensidades altas en la banda 8; tanto más alta cuanto más brillante sea el verde (vegetales de rápido crecimiento, como los campos de cereal etc...); los bosques de coníferas, en verde más oscuro, tienen un desarrollo más lento y menores intensidades de banda 8.

Picando en zonas fucsia, veremos que la banda 8 presenta valores muy bajos; estamos en zonas agostadas, con escaso o ningun crecimiento de vegetación.(Selection Graph.- Line 99).

El valor de la intensidad de reflectancia en la banda 8 expresa vigor del desarrollo, estado de salud y grado de hidratación de la vegetación. Verdad que son imágenes preciosas !!

Para Guardar la imagen multiespectral con la banda NVDI incorporada, debes hacer Processor/Reformat/Change Image File Format y guardarla donde desees.

Para Guardar la imagen NVDI (3,8,1) , hacemos File/ Save Image to GeoTIFF As … recuerda que esta imagen así guardada se renombra empezando por L2_nombre archivo y ya no es multiespectral, pero me permite hacer mapas temáticos sobre ella, como por ejemplo el mapa de riesgo de incendio de una zona, estableciendo una correspondencia entre aja intensidad de reflactancia en el canal 8 (vegetación muy seca) y alto riesgo de incendio.

Atención: Según el satélite del que procedan las imágenes, la formula de combinación de bandas para obtención del índice NVDI puede variar.

Para imágenes procedentes de Landsat 5, el índice NVDI se calcula tal y como se ha explicado en los apartados anteriores, pero no así para imágenes de Landsat 7 y 8, Sentinel 2A ...etc. Según los casos, la fórmula empleada será:

Landsat 5:    Banda 4-Banda 3 dividido entre Banda 4+Banda 3.

Landsat 7 y Landsat 8:    Banda 5 - Banda 4 dividido entre Banda 5 + Banda 4.

Sentinel 2B:    Banda 8 -Banda 4 dividido entre Banda 8 +Banda 4.

Sentinel 2A:    Banda 8A- Banda 4 dividido entre Banda 8A + Banda4.