Elias,
informo que minhas amostas não são pixels. Minha metodologia está consolidada, preciso apenas de uma diretriz para encontrar está função no R (pois acredito que o mesmo seja capaz para realizar o que desejo.

Abaixo, está em linha gerais minha metodologia, mas por favor, não se atente a mesma pois meu foco é encontra/contrair a função que extraia o índice (i,j) de cada pixel. 

1 - Eu tenho uma articulação do mapeamento sistemático que recobre minha área de interesse (no formato shapefile - poligono). Sobre estas áreas que houve a amostragem sistemática. (obs: Numa solução paralela utilizando o FME (software comercial) já agreguei as informações de (i,j) em cada quadrícula, podendo utilizar esta informação como X, Y e representa minhas quadrículas de forma contínua. 

Mas quero substituir o FME (comercial) pelo R (livre), pois acredito no potencial do R e acho ele capaz de executar esta tarefa.

2 - converti a articulação para raster, já com a proposta de encontrar as informações do índice (i,j) de cada pixel. Sendo que cada pixel possui o mesmo tamanho de minhas quadrículas.

          Mas espero que compreenda, pois o que desejo realmente é uma função que leia um arquivo raster - extraia o índice (i,j) de cada pixel (compondo uma matriz com os índices mais o valor do atributo) e exporte esta matriz para um shapefile. 
obs.: Adianto que o mesmo não será georreferenciado e nem há necessidade neste momento, pois haverá o georreferenciamento após a krigagem através dos extremos da articulação original.

Att,
Alex Santos