Investigación del IUMA para reducir el volumen de información adquirido por los sensores integrados en las misiones espaciales de Observación de la Tierra

•    Debido al gran volumen de información que generan estos sensores, que no puede ser enviada directamente a tierra ni almacenada a bordo, se requieren técnicas de compresión de baja complejidad que permitan reducir el tamaño de estos datos
•    La división DSI del IUMA, Instituto Universitario perteneciente a la ULPGC, forma parte del proyecto europeo "Video Imaging Demonstrator for Earth Observation (VIDEO)", como responsables del procesamiento de las secuencias de vídeo adquiridas por el instrumento 
•    Se propone una solución versátil capaz de comprimir no sólo imágenes 3D, sino también vídeo a bordo de satélites, lo cual es de interés para futuras misiones espaciales en las cuales se pretende integrar sensores de diferente naturaleza 
 

Cuatro investigadores de la División de Diseño de Sistemas Integrados (DSI) del Instituto Universitario de Microelectrónica Aplicada (IUMA) de la ULPGC han realizado una investigación para reducir el volumen de información adquirido por los sensores integrados en las misiones espaciales.  

La división DSI del IUMA, Instituto Universitario perteneciente a la ULPGC, forma parte del proyecto europeo "Video Imaging Demonstrator for Earth Observation (VIDEO)", centrado en el desarrollo de un instrumento de nueva generación para misiones de Observación de la Tierra. Concretamente, los investigadores del IUMA son responsables del procesamiento de las secuencias de vídeo adquiridas por el instrumento, ya sea para comprimirlas o para detectar elementos de interés en las mismas. 

Actualmente, la industria espacial está integrando cada vez más sensores de vídeo a bordo de satélites. Debido al gran volumen de información que generan estos sensores, que no puede ser enviada directamente a tierra ni almacenada a bordo, se requieren técnicas de compresión de baja complejidad que permitan reducir el tamaño de estos datos. Además, las técnicas de compresión de vídeo empleadas en tierra no pueden ser reutilizadas directamente a bordo de satélites, debido a que requieren de una capacidad computacional y de un consumo de potencia que no está disponible en este entorno crítico. 

Los investigadores Yubal Barrios, Raúl Guerra, Sebastián López y Roberto Sarmiento han publicado dos trabajos de investigación en revistas científicas de alto índice de impacto, relacionados con técnicas de compresión de baja complejidad para ser aplicadas a bordo de satélites tanto para vídeo pancromático como RGB.  

Estas soluciones están basadas en el estándar de compresión CCSDS 123.0-B-2, inicialmente pensado para la compresión de imágenes hiperespectrales. De esta forma, se propone una solución versátil capaz de comprimir no sólo imágenes 3D, sino también vídeo a bordo de satélites, lo cual es de interés para futuras misiones espaciales en las cuales se pretende integrar sensores de diferente naturaleza.  

Todo ello se consigue con una utilización reducida del hardware disponible a bordo de los satélites y un bajo consumo de potencia. Además, cabe destacar que se consiguen ratios de compresión bastante altos sin degradar el vídeo adquirido, permitiendo después de su decompresión en tierra distinguir perfectamente los distintos elementos presentes en la secuencia de vídeo, incluso cuando se introduce un nivel significativo de pérdidas durante la compresión. 

Esta investigación es de alto interés para la industria espacial, ya que se espera integrar a corto plazo sensores de vídeo a bordo de satélites. Por tanto, dicha información debe ser comprimida de forma previa a ser enviada a las estaciones terrenas, ya que las secuencias de vídeo generan tal volumen de información que no pueden ser enviadas tal como son adquiridas. Además, es destacable que, al usar un estándar inicialmente pensado para la compresión de imágenes hiperespectrales, se podría emplear una única técnica de compresión para procesar tanto este tipo de imágenes 3D como secuencias de vídeo, optimizando el uso de los recursos computacionales de los que dispone un satélite y reduciendo al mismo tiempo el consumo de potencia. 

Esta investigación ha sido publicada por dos revistas internacionales, concretamente, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, con un Índice de impacto en 2020 (JCR): 3.966. Q1 en Engineering, Electrical & Electronic (Link: https://ieeexplore.ieee.org/document/9502912) y en IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing (JSTARS), con Índice de impacto en 2020 (JCR): 3.784. Q2 en Engineering, Electrical & Electronic. (Link: https://ieeexplore.ieee.org/document/9691801). 
 

Información sobre los autores  

Yubal Barrios es Graduado en Ingeniería en Tecnologías de la Telecomunicación en 2016 y Máster en Tecnologías de la Telecomunicación en 2017, ambos por la ULPGC, y desde 2017 se incorporó al IUMA. En 2019 fue invitado como Investigador Visitante por el grupo de Microelectrónica del European Space Research and Technology Centre (ESTEC), centro tecnológico de la Agencia Espacial Europea (ESA) y localizado en Noordwijk, Países Bajos. Actualmente se encuentra finalizando el Doctorado en Tecnologías de Telecomunicación e Ingeniería Computacional en la ULPGC. 

Raúl Guerra es Licenciado en Ingeniería Industrial en 2012, Máster en Tecnologías de la Telecomunicación en 2013 y Doctorado en Tecnologías de Telecomunicación e Ingeniería Computacional en 2017 por la ULPGC. En 2015 se incorporó al IUMA y en 2016 fue invitado al Configurable Computing Lab  (Virginia Tech University, EEUU), para realizar una colaboración. 

Sebastián López es Licenciado en Ingeniería Electrónica por la Universidad de la Laguna en 2001 y Doctorado en Ingeniería Electrónica por la ULPGC en 2006. Actualmente es Profesor Asociado en la ULPGC, donde realiza tareas de investigación en la division DSI del IUMA, relacionadas con el procesamiento en tiempo real de imágenes hiperespectrales y el desarrollo de arquitecturas hardware reconfigurables y de alta capacidad de procesamiento. 

Roberto Sarmiento es Ingeniero Industrial en 1984 y Doctor en Ingeniería Industrial en 1991, ambos por la ULPGC. Desde 1998 es Catedrático de Universidad en el Área de Ingeniería Electrónica y Profesor en la Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica de la ULPGC. Es cofundador del Instituto Universitario de Microelectrónica Aplicada (IUMA) y Director de la division DSI. Su línea de investigación actual está vinculada al desarrollo de electrónica para satélites. 

Todos los autores son nacidos en la capital grancanaria.