Estudio de los corales con Sentinel-2 Deep Resolution 3 (S2DR3) con QGis y SCP


Tras el artículo «Cómo aumentar la resolución de las imágenes Sentinel 2 de 10 a 1 m» y «Utilizar S2DR3 en Google Colab para el estudio de los corales en Mauricio», veamos aquí cómo explotar las capas de superresolución en QGis con el complemento SCP.



Carga de datos en QGIS

  1. Abra QGIS → menú Complementos → Complemento de clasificación semiautomática (SCP).
  2. En el panel SCP → pestaña Preprocesamiento, añada el archivo GeoTIFF procedente de Colab:
    Ruta: /MyDrive/Sentinel2_Coraux_S2DR3/output/…_MS.tif (contiene todas las bandas)
  3. Haga clic en «Band set» → «Create band set» y, a continuación, añada todas las bandas S2DR3 (B0 a B9).
  4. Compruebe que la resolución es de 1 m y que las bandas están alineadas correctamente.


A continuación se muestra la tabla completa de bandas Sentinel-2 con sus longitudes de onda centrales y resoluciones nativas (antes de la superresolución S2DR3).

Bandas Sentinel-2 y longitudes de onda

Banda Nombre/Descripción Longitud de onda (nm) Resolución nativa (m) Uso típico
B1 Costera/Aerosoles 443 60 Estudio de la atmósfera, aguas costeras poco profundas
B2 Azul 490 10 Aguas claras, batimetría, salud de los corales
B3 Verde 560 10 Végétation aquatique, coraux, herbiers
B4 Rojo 665 10 Detección de clorofila, corales estresados
B5 Red Edge 1 705 20 Transición rojo/NIR, vegetación
B6 Red Edge 2 740 20 Salud de la vegetación, turbidez
B7 Red Edge 3 783 20 Análisis detallado de la vegetación costera
B8 NIR (infrarrojo cercano) 842 10 Detección de vegetación, profundidad (agua clara)
B8A Red Edge 4 865 20 Mejora de los contrastes entre el suelo y la vegetación
B9 Banda de vapor de agua 945 60 Corrección atmosférica (vapor de agua)
B10 Cirros 1375 60 Detección de cirros
B11 SWIR 1 (infrarrojo corto) 1610 20 Sedimentos, humedad, turbidez
B12 SWIR 2 (infrarrojo corto) 2190 20 Discriminación de suelos, alta turbidez


Aplicaciones clave relacionadas con los corales

Tema Bandas principales Explicación Detección de corales vivos B2, B3, B4 Los corales reflejan más en el verde que en el azul, pero absorben mucho en el rojo. Praderas marinas y algas B3, B5, B6 El borde rojo revela los pigmentos clorofílicos de las praderas marinas. Batimetría (profundidad relativa) B2/B3, B3/B4 Cuanto mayor es la profundidad, más rápidamente disminuye la reflectancia azul. Turbidez/sedimentos B8, B11, B12 El infrarrojo es absorbido en gran medida por el agua, pero reflejado bien por las partículas en suspensión.

Tema Bandas principales Explicación
Detección de corales vivos B2, B3, B4 Los corales reflejan más en el verde que en el azul, pero absorben mucho en el rojo.
Praderas marinas y algas B3, B5, B6 El Red Edge revela los pigmentos clorofílicos de las praderas marinas.
Batimetría (profundidad relativa) B2/B3, B3/B4 Cuanto mayor es la profundidad, más rápidamente disminuye la reflectancia azul
Turbidez/sedimentos B8, B11, B12 El infrarrojo es absorbido en gran medida por el agua, pero reflejado bien por las partículas en suspensión.


2. Composiciones RGB para visualizar los arrecifes

Tema Bandas (R-G-B) Efecto visual principal
True color (natural) B4-B3-B2 Vista realista del agua y los fondos.
Litoral / corales poco profundos B3-B2-B1 Mayor sensibilidad a las variaciones de profundidad y a las praderas marinas.
Detección de turbidez/sedimentos B11-B8-B4 Resalta las zonas turbias o arenosas.
Análisis batimétrico B2-B3-B4 (ou B2-B3-B8) Ideal para visualizar la variación de profundidades sobre fondos claros.

Consejo: ajuste la transparencia del agua con la curva de contraste para distinguir mejor los corales.


3. Bandas útiles para los corales

Banda Nombre Resolución nativa Sensibilidad principal
B1 Coastal aerosol 60 m → 1 m S2DR3 Colonias de coral poco profundas, turbidez.
B2 Blue 10 m → 1 m Aguas claras, profundidad, sustrato.
B3 Green 10 m → 1 m Reflectancia de corales y praderas marinas.
B4 Red 10 m → 1 m Contraste con las zonas terrestres.
B8 NIR 10 m → 1 m Salud de la vegetación litoral, turbidez.
B11 SWIR1 20 m → 1 m Humedad, sedimentos, profundidad.
B12 SWIR2 20 m → 1 m Detección de zonas húmedas y minerales.


4. Índices espectrales recomendados

Índice Fórmula(SCP → Band calc) Interpretación
NDWI (Índice de agua normalizado) (B3 - B8) / (B3 + B8) Delimita las zonas de agua / tierra emergida.
BSI (Bare Soil Index) ((B11 + B4) - (B8 + B2)) / ((B11 + B4) + (B8 + B2)) Identifica arena / sustratos descubiertos.
NDTI (Turbidity Index) (B11 - B8) / (B11 + B8) Detecta agua turbia o cargada de sedimentos.
Coral Index (expérimental) (B3 - B2) / (B3 + B2) Resalta las zonas coralinas poco profundas (cuanto mayor es el valor, más predomina la reflectancia verde).
Depth Ratio (profundidad relativa) B2 / B3 Estima las variaciones batimétricas en fondos claros.

Para todos estos índices:

  • Aplique un filtro 3×3 para reducir el ruido.
  • Utilice la paleta «Spectral» para visualizar mejor los gradientes.


Ejemplo de profundidad relativa

La relación entre las bandas B2 y B3 permite visualizar las variaciones batimétricas. Veamos en detalle cómo hacerlo.

  1. En SCP, vaya a la pestaña «Cálculo de banda»,
  2. introduzca la fórmula «bandset1b2»/ «bandset1b3»
  3. Haga clic en Iniciar

De este modo se obtiene la trama del índice.

Podemos comparar nuestro resultado con el obtenido con el ICESat_2 Space_Based Laser Bathymetry disponible en Arcgis Online.


Ejemplo: Detección de corales vivos (B2, B3, B4 – Sentinel-2)

Objetivo

Identificar las zonas en las que los corales vivos se distinguen de la arena y las praderas marinas, aprovechando su mayor reflectancia en el verde y su menor reflectancia en el rojo.


Bandas necesarias

Banda Nombre Longitud de onda (nm) Utilidad
B2 Azul 490 Sensible al agua clara y a las zonas de poca profundidad
B3 Verde 560 Reflectancia máxima de los corales vivos
B4 Rojo 665 Absorbido por los pigmentos zooxantelas (corales vivos)


2.Índice espectral «Coral Index» (CI)

Fórmula simple inspirada en el principio NDVI, adaptada a los corales:

\( \text{Coral Index} = \frac{B3 – B4}{B3 + B4}
\)

Este índice es positivo para los corales vivos (mayor reflectancia en el verde que en el rojo) y tiende a 0 o es negativo para la arena o las zonas de aguas profundas.


Cálculo del índice en QGIS / SCP

  1. Abra SCP → pestaña «Conjuntos de bandas»

    • Añada las bandas B2, B3, B4 (pretratadas o procedentes de S2DR3).

  2. Haga clic en «Cálculo de banda» (calculadora).
  3. En el área de fórmula, escriba: («bandset1b3» – «bandset1b4»)/ («bandset1b3» + «bandset1b4»), que corresponde a (B3 – B4)/(B3 + B4).
  4. Elija un nombre de salida: Coral_Index.tif.
  5. Haga clic en Iniciar.

En nuestro caso, obtenemos:

La presencia de tierra firme da valores negativos. Podemos aplicar una máscara para ocultar las zonas que no nos interesan o, simplemente, forzar la simbología conservando solo los valores positivos.

Lo que da como resultado:


Filtrado 3×3 (reducción del ruido)

En QGIS:

  • Abre la caja de herramientas de procesamiento.
  • Busca Grass->Raster->r.neighbors
    → Entrada: CoralIndex.tif
    → Tamaño del núcleo: 3
    → Salida: CoralIndex_filtered.tif

La diferencia entre el índice bruto y el índice filtrado se aprecia claramente al ampliar una zona de corales:


Visualización

  • Estilo → Paleta de pseudocolores (viridis o RdYlGn)
  • Regla:

    • Valores altos (verdes) → probablemente corales vivos
    • Valores bajos (azules/rojos) → arena, praderas marinas o aguas profundas


Interpretación sobre el terreno (Blue Bay – Île aux Aigrettes)

  • Zonas verde-amarillo claro: arrecifes sanos, corales vivos.
  • Zonas verde oscuro-azul: sustrato desnudo o corales muertos.
  • Zonas azules: praderas marinas o aguas profundas.
  • Zonas muy oscuras: turbidez o sombras del agua.


Comparación entre Sentinel-2 original y S2DR3

  • Descargue la escena Sentinel-2 original (L2A, 10 m) para la misma fecha a través de Copernicus Hub o SCP → Descargar productos.
  • En QGIS:

    • Cree una composición RGB de 10 m y otra con las bandas de 1 m S2DR3.
    • Utilice «Swipe map view» o «Transparency slider» para compararlas visualmente.

  • Opción cuantitativa:

    • Calcule NDWI, NDVI o Coral Index para ambas imágenes.
    • Utilice Raster → Raster calculator para generar una diferencia (Δ): NDWI_S2DR3 – NDWI_Sentinel2.
    • Las zonas con grandes diferencias indican los detalles añadidos o las variaciones detectadas.


Consejos para un análisis fiable

  • Compruebe los metadatos: fecha, cobertura nubosa, ángulo solar.
  • Evite los días con fuerte oleaje o turbidez (los reflejos alteran las proporciones).
  • Los detalles S2DR3 se deducen mediante IA: utilícelos para la localización, no para mediciones métricas precisas.
  • Para las zonas de interés científico, combine S2DR3 con observaciones con drones o fotografías aéreas para su validación.


Ejemplo de flujo de trabajo SCP (resumen)

  1. Cargar las bandas S2DR3 (1 m) → crear Band Set.
  2. Calcular NDWI, NDTI, Coral Index.
  3. Clasificar con «Unsupervised → K-means» o «Supervised → ROI + Classification».
  4. Exportar las clases (corales, praderas marinas, arena, aguas profundas).
  5. Comparar con Sentinel-2 10 m para validación.


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