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3º Foro-Taller Petrolero SIG. Tampico, 2006

INEGI 1Guadalajara, Jalisco 18, y 19 y 20 de abril


INEGI 2Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007

Guadalajara, Jalisco, 18-20 de abril de 2007

Sergio Ojeda ServínPedro Antonio Hernández Ramos

Eje Rector: Normas y EspecificacionesTema: Metodologías y Procedimientos

Taller “Ortorrectificación de Imágenes de

Satélite ”


INEGI 3Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007 Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007

Mecánica

Ortorrectificación

Presentación de las experiencias de ortorrectificac ión

Georreferencia

Comparación

Conclusiones

Por qué un taller de ortorrectificación?

Contenido



Para que la imagen pueda ser utilizada como un mapa por si misma.Para registrarla a otros mapas (actualización)En los estudios temáticos, para combinarla con otro s datos (edafología, geologia, etc.)Para compararlas con otras imágenes (análisis tempo rales, series de tiempo)Para fusionar imágenes de diferentes caracteristica s.Comparaciones pixel a píxel.

¿Por qué es necesaria la corrección geométrica ? ¿¿Por quPor qu éé es necesaria la correccies necesaria la correcci óón geomn geom éétricatrica ? ?



Detección de cambios Zapopan UAGDetecciDetecci óón de cambios n de cambios ZapopanZapopan UAGUAG



Detección de cambios Sta. Margarita-Jardín RealDetecciDetecci óón de cambiosn de cambios StaSta. Margarita. Margarita --JardJard íín Realn Real



� A partir de la instalación del sistema para la adqu isición de imágenes SPOT denominada ERMEXS en 2004, la APF tiene a su disposición una gran colección de imágenes de alta resolución SPOT 2, 4 y 5. Miles de imágenes están disponibles para el territorio nacio nal.

� Estas imágenes por su relativa alta resolución espa cial pueden ser de utilidad para la elaboración de cartografía e inven tarios, pero requieren proporcionalmente de una corrección geométrica más exacta para que puedan ser utilizadas en una mayor gama de proyect os.

� La mayoría de las dependencias de la APF tienen acc eso a esta información, pero no pueden compartir las imágenes ya corregidas.

� Diversos usuarios nos han informado de problemas co n los resultados de la ortorrectificación.

AntecedentesAntecedentesAntecedentes



Objetivos del TallerObjetivos del TallerObjetivos del Taller

Compartir las experiencias que hemos tenido en la p roducción de ortoimagenes SPOT 5

Discutir algunos de los conceptos inherentes a este tipo de imágenesDesarrollar propuestas de solución para los problem as detectadosProponer especificaciones de producción y controles de calidad



Principales fuentes de error

Las imágenes (tipo, ángulo de inclinación, con los datos completos)Los insumos para la corrección geométrica (MDE, ort ofotos,

vectoriales, cartografía impresa).El software utilizado para la correcciónDeficiencias en la capacitación y dedicación del pe rsonal.



Tipos de Corrección Geométrica

Registro

Georreferencia / geocodificación → polinomial

Ortorrectificación ( Modelo físico)

Ortorrectificación verdadera

Rectificación o corrección geométrica es el proces o de transformar un sistema grid de una imagen a otro utilizando una transformación geométrica.



Registro

Transformación de una imagen a otra para poder hace rlas conformes. Una imagen con respecto a otra no impli ca que las dos o alguna tengan referencia geográfica

• Comparación de imágenes.

• Necesaria en las comparaciones píxel a píxel, fusió n de imágenes

• No requiere un sistema coordenado

• Puede existir una corrección anterior.



Tipos de modelado

Modelo físico. Los parámetros de la toma son conoci dos de una manera exacta, es posible aplicarlo a la image n. Sin puntosde control.

Se conoce el modelo con una precisión no adecuada. Se requieren puntos de control para mejorar la exactit ud . Modelo físico con puntos de control.

El modelo se desconoce del todo, la distorsión se c alcula solo a partir de GCPs, obtenidos de imágenes, mapas o GP S. Se llama modelo polinomial.

Rectificación o corrección geométrica es el proces o de transformar un sistema grid de una imagen a otro utilizando una transformación geométrica.



Georreferencia/Geocodificación

Consiste en asignar coordenadas (geográficas o proy ectadas) a una imagen

La imagen ya puede estar proyectada a un plano pero no a un sistema de referencia



Modelo polinomialModelo polinomialModelo polinomial

Hasta ahora es el más común, consiste en:

1. Seleccionar puntos en la imagen y una fuente de puntos llamados puntos de control terrestre (GCP).

2. Cálculo de un par de ecuaciones polinomiales qu e intentarán ajustar las coordenadas columna, renglón de la imagen a los puntos seleccionados.



Modelo polinomial 2Modelo polinomial 2Modelo polinomial 2

En teoría, al aumentar el grado del polinomio se logra un mejor ajuste entre los datos observados y las ecuaciones.

No toma en cuenta las condiciones de toma ni las del terreno.




Ventajas:� Es la única solución cuando

no se cuenta con la información suficiente de la toma.

� Puede aplicarse no sólo a imágenes satelitales sino a cualquier ráster como: fotografías aéreas y mapas.

� Es fácil de aplicar en el medio informático.

Desventajas:� La estimación del error RMS

es sólo aplicable a los puntos de muestreo y su vecindad.

� La distorsión geométrica de alta frecuencia requiere una gran cantidad de GCP.

� Es difícil ajustar el grado del polinomio al tipo de distorsión de manera satisfactoria.

� La exactitud del producto no es fácil de evaluar y no es homogénea.

� Sólo para pequeñas áreas y que no requieren mosaicos.

� No corrige las distorsiones producidas por el relieve.



Ortorrectificación (Modelo Físico)OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón (Modelo Fn (Modelo F íísico)sico)



� Para el modelo físico (reproducción de las condicio nes de toma), se puede utilizar con o sin puntos de contro l.

� En el caso de no requerir puntos de control, se bas a en el perfecto conocimiento de las condiciones de toma, á ngulo de vista, que intercepta a un buen modelo de la supe rficie terrestre, lo cual en la práctica es imposible.

� Por lo tanto, además del conocimiento de la toma, suele ser necesario adquirir puntos de control terrestre.

� Se requiere un número limitado de puntos de control (±10).

Ortorrectificación (Modelo Físico)OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón (Modelo Fn (Modelo F íísico)sico)



Ortorrectificación verdadera OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón verdadera n verdadera



Ortorrectificación verdadera 2 OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón verdadera 2 n verdadera 2



Las imágenes, (tipo, ángulo de inclinación, metadat os completos).La calidad insumos para georreferencia (MDE, ortofo tos, vectoriales,

cartografía impresa).El software.Deficiencias del personal.

Principales fuentes de errorPrincipales fuentes de errorPrincipales fuentes de error



Tipos de sensoresTipos de sensoresTipos de sensores



Otros tipos de sensoresOtros tipos de sensores



LAS IMAGENES SPOT LAS IMAGENES SPOT LAS IMAGENES SPOT

Exclusivamente las imágenes 1A son susceptibles de ser ortorrectificadas.

La imágenes SPOT pueden obtenerse en varios niveles de procesamiento:

1A, 1B, 2A, 2B y 3.



Spot 5 supermodoSpot 5 supermodo

� Densificación de la matriz de muestreo utilizando d os imágenes intercaladas electrónicamente.

� Las altas frecuencias son recobradas, pero con una baja Función de Transferencia de Modulación (FTM)

Imagen 1

Imagen 2



� Tiempo del centro de imagen , el cual sirve para calcular el tiempo para cada línea.� Efemérides . Posición y velocidad x, y , z del satélite cada minuto.� Orientación: Velocidad de las variaciones en pitch, roll y yaw a diferentes frecuencias. � Ángulos de vista extremos . Cálculo de las direcciones de vista en el marco de referencia de la imagen.

Qué Informan los metadatos Spot 5Qué Informan los metadatos Spot 5



La subdirección de percepción remota ha realizado pruebas de ortorrectificación utilizando varios recursos:

Diversos niveles de procesamiento 1A y 2A.Diferentes MDEs.Diversas fuentes de GCP (Mapa impreso, vectorial, o rtofoto).Se han evaluado diferentes paquetes especializados en la corrección

geométrica de imágenes. Todos los software arrojan resultados diferentes.

Evaluación de las imágenes resultantes contra ortof otos. Se utilizaron puntos de validación que no forman parte del cálcul o.

Para un ejemplo se evalúo la exactitud posicional d e la ortofoto con puntos GPS.

Se evaluaron los resultados de acuerdo al estándar NSSDA.

PRUEBASPRUEBAS



Comparación entre modelos digitales



11 m

Vectores y ortofotoVectores y ortofoto



Desplazamiento entre ortofotos Desplazamiento entre ortofotos

12 m



Primeros resultadosPrimeros resultados

90m



Pto. 01

Pto 02

Pto. 03

Pto 04

Imagen fusion XS y T 2.5m, Cd. De México Imagen fusion XS y T 2.5m, Cd. De México



Y=46 m

X=50 m

Comparación de resultadosComparación de resultados



Ortoimagen ☺ Ortofoto



Corrección por partesCorrección por partes



15 puntos39 puntos

Número de puntosNúmero de puntos



Para llevar a cabo la evaluación de la prueba de ex actitud se tomócomo base el estándar del NSSDA ( National Standard for Spatial Data Accuracy ), propuesto por la agencia estadounidense FGDC (Federal Geographic Data Committee

Una de las características importantes del NSSDA es que fue desarrollado para reportar la exactitud de datos ge o-espaciales y no esta limitado por la escala, como sucede con los ma pas impresos.

Estándar NSSDAEstándar NSSDA



1. Determinar si se evalúa la exactitud horizontal, ve rtical o ambas.

2. Seleccionar un conjunto de puntos de prueba de los datos que seráevaluado (mínimo 20).

3. Escoger un conjunto de datos independiente de más a lta exactitud que los que serán evaluados (ortofotos, GPS).

4. Colectar medidas (coordenadas) para puntos homólogo s en ambos conjuntos.

5. Calcular la exactitud posicional (x, y) utilizando una hoja de cálculo estadística.

6. Preparar un informe en formato estandarizado.

7. Incluir el reporte en los metadatos.

Los 7 pasos del NSSDALos 7 pasos del NSSDA



Aplicación de un estándar de exactitudAplicación de un estándar de exactitud



Con base en las pruebas realizadas:

� Es factible producir ortoimágenes SPOT5 dentro de 10m de error, lo cual puede ser suficiente para cartografía escala 1 : 50 000 y hasta 1:25 000.

� Los insumos disponibles en el Instituto permiten re alizar este tipo de corrección.

� Se propone como fuente para la obtención de puntos de control y para la evaluación del estándar, la ortofoto de 1.5m de resolución, o de ser posible puntos GPS.

� Se debe asegurar que la imagen y software utilizad o permitan modelado completo.

� Se requiere capacitación para comprender la técnic a de ortorrectificación y sus requerimientos específicos .

� Es necesario validar la ortoimagen obtenida median te puntos de verificación, adoptando el estándar NSSDA.

ConclusionesConclusiones



☻ “Guia general para la Ortorrectificación de imágen es SPOT 5” Basado en el documento:

☻ SPOT 5 Orthorectification and Processing Specificat ions and Guidelines. Del Servicio Forestal de la Columbia Británica, v 2.0, enero 2006.

☻ Uso de puntos de ortofotos y puntos GPS, tanto par a la obtención de puntos de control como para la validac ión.

☻ Revisión del estándar NSSDA.

Propuestas Propuestas



Sistema distribuido de recolección y revisión de Pu ntos de Control y Validación

- Servicios WMS

Procedimientos automatizados: preprocesamiento, MDE, mosaicos

Base de datos de imágenes y puntos de control

Software comercial, software libre y desarrollos propios

Componentes:

Procedimiento para ortorrectificación de Imágenes SPOT



Sistema de consulta de avance Sistema de consulta de avance Sistema de consulta de avance



Selección de imagen a trabajar SelecciSelecci óón de imagen a trabajar n de imagen a trabajar



Recolección de Puntos de Control y Validación

Listado depuntos

Estadísticas:RMS

Imagen Spotcruda

Mosaico deortofotos

Herramientasde navegacióncolección y ediciónde puntos



Acercamiento a puntos de control Acercamiento a puntos de control Acercamiento a puntos de control



55,000+ puntos de control reutilizables

Ahorros en tiempo y licencias:- 3 licencias de PCI utilizadas

Más de 800 imágenes rectificadas en 2.5 meses

Avances (10 de abril)- 1070 Imágenes pancromáticas- 438 Imágenes multiespectrales

Trabajo distribuido vía Intranet

Resultados



GRACIAS!

[email protected]

Subdirección de Percepción Remota

Dirección de Investigación de Nuevas Tecnologías

DGG-INEGI

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