3º Foro-Taller Petrolero SIG. Tampico, 2006
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 ”
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Mecánica
Ortorrectificación
Presentación de las experiencias de ortorrectificac ión
Georreferencia
Comparación
Conclusiones
Por qué un taller de ortorrectificación?
Contenido
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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 ? ?
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Detección de cambios Zapopan UAGDetecciDetecci óón de cambios n de cambios ZapopanZapopan UAGUAG
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Detección de cambios Sta. Margarita-Jardín RealDetecciDetecci óón de cambiosn de cambios StaSta. Margarita. Margarita --JardJard íín Realn Real
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� 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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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Modelo polinomial 2Modelo polinomial 2Modelo polinomial 2
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Modelo polinomial 3Modelo polinomial 3Modelo polinomial 3
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.
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Ortorrectificación (Modelo Físico)OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón (Modelo Fn (Modelo F íísico)sico)
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� 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)
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Ortorrectificación verdadera OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón verdadera n verdadera
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Ortorrectificación verdadera 2 OrtorrectificaciOrtorrectificaci óón verdadera 2 n verdadera 2
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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
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Tipos de sensoresTipos de sensoresTipos de sensores
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Tipos de sensoresTipos de sensoresTipos de sensores
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Otros tipos de sensoresOtros tipos de sensores
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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.
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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
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� 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
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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
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Comparación entre modelos digitales
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INEGI 31Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
11 m
Vectores y ortofotoVectores y ortofoto
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INEGI 32Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
Desplazamiento entre ortofotos Desplazamiento entre ortofotos
12 m
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INEGI 33Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
Primeros resultadosPrimeros resultados
90m
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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
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Y=46 m
X=50 m
Comparación de resultadosComparación de resultados
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Ortoimagen ☺ Ortofoto
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Corrección por partesCorrección por partes
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15 puntos39 puntos
Número de puntosNúmero de puntos
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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
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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
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Aplicación de un estándar de exactitudAplicación de un estándar de exactitud
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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
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☻ “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
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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
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INEGI 45Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
Sistema de consulta de avance Sistema de consulta de avance Sistema de consulta de avance
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INEGI 46Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
Selección de imagen a trabajar SelecciSelecci óón de imagen a trabajar n de imagen a trabajar
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INEGI 47Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
Recolección de Puntos de Control y Validación
Listado depuntos
Estadísticas:RMS
Imagen Spotcruda
Mosaico deortofotos
Herramientasde navegacióncolección y ediciónde puntos
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INEGI 48Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
Acercamiento a puntos de control Acercamiento a puntos de control Acercamiento a puntos de control
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INEGI 49Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
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
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INEGI 50Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007
GRACIAS!
Subdirección de Percepción Remota
Dirección de Investigación de Nuevas Tecnologías
DGG-INEGI