1
Unidad didáctica 3
Sistemas de Información Geográfica
Tema 4. Datos vectoriales
Tema 5. Datos raster
Tipos de datos en un SIG
Tema 6. Calidad de la información
2
Conceptos teConceptos teóóricosricosTema 5
Unidad didáctica 3 (cont.) Tipos de datos en un SIG
Tema 5. Datos raster
5.1. Conceptos previos.- Píxel como unidad mínima de información.- Profundidad de color.- Tamaño de una imagen.
5.2. Relaciones básicas entre píxeles5.3. Métodos de captura
5.3.1 Digitalización raster5.3.2 Sensores remotos
5.4. Errores y depuración de la información5.5 Formas de almacenamiento de la información
3
Conceptos prConceptos práácticoscticosTema 5
Unidad didáctica 3 (cont.) Tipos de datos en un SIG
Práctica de aula 5. Tamaño de una imagen
Práctica de aula 6. Métodos almacenamiento raster
Práctica de laboratorio 6. Realización de mosaico de ortofotos
4
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Modelos de datos
Existen dos formas de modelizar las relaciones entre los objetos geográficos. Dependiendo de la forma en que se lleve a cabo se tiene uno u otro tipo de SIG.
No existe un modelo de datos que sea superior a otro, sino que cada uno tiene una utilidad específica.
Para delimitar los objetos geográficos:
El Vectorial utiliza vectores
El Raster utiliza una retícula regular
Estudio Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
5
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Modelos de estructuras
El elemento base para el almacenamiento de objetos gráficos es el vector (sistema vectorial) y el píxel –picture element- (sistema raster).
Estructuración
Almacenamiento
VECTORIAL RASTER
Geometría de los objetos
Coordenadas (X,Y,Z).
Valores temáticos de la unidadmínima de información.
Coordenadas PIXEL
6
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Mundo real
RepresentaciónRaster
1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,11,1,1,3,3,1,1,1,2,1,1,11,1,1,3,3,1,1,2,1,1,1,11,1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,11,1,1,1,1,2,2,1,1,1,1,11,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,11,4,4,1,1,1,1,4,4,4,2,11,4,4,4,4,1,1,1,4,2,1,11,1,4,4,4,1,1,1,1,2,1,11,1,1,4,4,1,1,1,2,1,1,11,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,11,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1
RepresentaciónVectorial
y
x
Objeto CoordenadasLínea 1 (x1,y1),...(xn,yn)
Línea 2 (x1,y1),...(xn,yn)
Pol 1 (x1,y1),...(xn,yn)
Pol 2 (x1,y1),...(xn,yn)
Pol 3 (x1,y1),...(xn,yn)
Modelos de estructuras
7
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Gráfico comparativo Vectorial vs. Raster
8
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Modelos raster y vector
9
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Estructura raster
RepresentaciónRaster
Mundo Real
• Todo el espacio es dividido regularmente en “celdas” o “teselas”(rectangulares o no).[Pixel]
• La posición de los objetos está definida por la (fila, columna) que ocupan las celdas que los definen.
• El área que representa cada celda define la resolución de la información. [Resolución Espacial]
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Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Estructura raster
El espacio está totalmente ocupado por una cuadrícula regular que lo divide en celdas Unidades básicas de imagen.
A A A AA C B BA A A CA C B BA A A CA C B BA A D CD C C BD D D CD C C CD D D CD C C CD D D CD C C C
A B
C
D
11
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Estructura raster
IMAGEN
Rejilla de celdasf filas
c columnasf X c = nº de pixeles
Pixel
t = tamaño de pixel
Valor de intensidad lumínica
Valor de color asignado
Continuo (valor analógico)
Discreto (valor digital)
Profundidad de pixel
Almacenamiento
Resolución. A menor resolución,menor detalle (efecto escalón)
Reducción de la profundidad depixel: difuminado (falsos contornos)
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Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Estructura rasterp = profundidad de pixel
nº de bits X pixel
27 26 25 24 23 22 21 20
pixel
0 1
8 bits = 1 byte1024 bytes = 1 kbyte
1024 kbytes = 1 Mbyte
(f X c X p)/8 = tamaño de la imagen (bytes)
Imagen binaria: 1 bit (B/N) = 2 valoresImagen en escala de grises: 8 bits = 256 valores
Imagen color: 8 bits X 3 (RGB) = 24 bits = 16.777.216 valores
13
Conceptos previosConceptos previosTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoConceptos previos
Original 8 bits (256 colores) 6 bits (64 colores)
4 bits (16 colores) 2 bits (4 colores) 1 bit (2 colores)
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Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
C4(p): contorno de orden 4 Pixel p(c,f)
Vecindad horizontal
Vecindad vertical
(c-1, f) y (c+1, f)
(c, f+1) y (c, f-1)
CD(p): contorno diagonal Pixel p(c,f)
Diagonal 1
Diagonal 2
(c-1, f+1) y (c+1, f-1)
(c-1, f-1) y (c+1, f+1)
C8(p) {C4(p) + CD(p)}: contorno de orden 8 o CONTORNO
Vecindad
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Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
Conectividad
Importante para delimitar o reconocer fronteras
Criterios para detectar si dos píxeles están conectados:
1) p y q están conectados si la distancia que les separa está por debajo de un umbral (proximidad física).
2) p y q están conectados si existe entre ellos una relación de vecindad.
3) p y q están conectados si sus niveles digitales se asemejan enmenos de un umbral (proximidad cuantitativa).
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Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
Conectividad = Modo contiguo
Tolerancia: 15 Tolerancia: 40
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Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
Distancias
Condiciones a priori:
p, q, y r son píxeles y sus coordenadas son: p(x,y)q(s,t)r(v,v)- D(p,q) > = 0
- D(p,q) = 0 p=q- D(p,q) = D(q,p)- D(p,r) < = D(p,q) + D(q,r)
Tipos de distancias:
Euclídea (DE)
DE (p,q) = (x - s)2 + (y - t)2
q
p
q
p
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Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
Distancias
Manhattan (D4)
D4 (p,q) = |x - s| + |y - t|
q
p
q
p
2 1 2
2 1 0
2 1 2
1 2
2
2
Distancia “diamante”
Mapa de distancias D4
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Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
Vecindad
Checkboard (D8)
D8 (p,q) = max (|x - s| , |y - t|)
p
q q
p
Mapa de distancias D8
1 1 1
2 1 0
1 1 1
1 2
2
2
Distancia “cuadro”
2
2 2 22
2
2
2 22
2
2
20
Relaciones bRelaciones báásicas entre psicas entre pííxelesxelesTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoRelación píxeles
Vecindad
Distancia raster
1) Se utiliza la distancia euclídea.2) Se avanza en diagonal hasta la
fila o columna en la que está el píxel destino.
3) Se cambia la orientación y se avanza recto hasta llegar.
p
p’
q
DR = DE(p-p’)+DE(p’-q)
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MMéétodos de capturatodos de capturaTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoMétodos captura
Captura de los datos gráficos
Sensores remotosEscaneado (digitalización) Cámaras digitales
Escáner
Planos (sobremesa)
De transparencias
De tambor
De mano
Plataformasespaciales
Plataformasaéreas
Fotográficas
De vídeo
Matriz de CCDHilera de CCD
22
MMéétodos de capturatodos de capturaTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoMétodos captura
Tipos de escáner Digitalización
De diapositivas
De sobremesa o plano
De mano
De tambor
23
MMéétodos de capturatodos de capturaTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoMétodos captura
Digitalización raster
CCD (Dispositivo de Carga Acoplada)Miles de diminutos receptores sensibles a la luz captan la variaciónContinua de luminosidad (señal analógica) y convierte estos valoresen señales digitales (discretas).
Digitalización raster (escaneado)Las imágenes están formadas por pequeños elementos (unidades o celdas)llamadas pixeles. A cada pixel se le asigna el color (o nivel de gris) más parecido a la imagen original.
Resolución del escaner (PPI)-Óptica: depende del nº de sensores CCD y del sistema óptico. Es la
resolución real.-Interpolada: se mejora la imagen mediante software. No se verán
pixeles en ampliaciones, pero no da más detalle.
24
MMéétodos de capturatodos de capturaTema 5
Tiempo
Analógica Digital
0
255
Convertidor A / D
Digitalización raster
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoMétodos captura
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MMéétodos de capturatodos de capturaTema 5
Pasivos Activos
Fotográficos
Óptico-electrónicos
Radar
Lidar
Reflexión de superficie terrestreEmisión de superficie terrestre
Emisión y recepción por reflexiónpor parte del sensor
Película fotosensible (cámara analógica)
Matriz de sensores (cámara digital)
Rastreador de barrido (satélites)
1mm - 1 m.No afectado
por condicionesatmosféricas
Estudio de la atmósfera
Sensores remotos
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoMétodos captura
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Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
Imágenes espaciales Fuentes de error
X
YZ
Altura VelocidadCabeceo Alabeo Giro lateral
Errores originados por la plataforma
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Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
Imágenes espaciales Fuentes de error
Errores originados por la rotación terrestre
Movimiento de la Tierra
Desplazamientorelativo de laplataforma
Resu
ltante
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Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
Errores originados por curvatura terrestre
Errores originados por el sensor
Errores originados por la atmósfera
Deformaciones mayores en bordes que en el centro
Velocidad no constante delespejo oscilante
Falta de calibración de los detectores
Modifica la radiancia originalsobre todo por dispersión, con
un aumento de la misma
Imágenes espaciales Errores
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Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
Imágenes espaciales Correcciones
Objetivo: corregir anomalías tanto en la posición como en los valores de los píxeles
Radiométricas
Geométricas
Corregir valores de radiancia para conseguir análisis correctos
Corregir errores geométricos para poder georreferenciar y superponer imágenes
Cambio de escala
PerspectivaTraslación Rotación Inclinación
Geométricas simplesCambio de coordenadas de los píxeles
Cambio de los valores de píxeles (remuestreo)
30
Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
Imágenes espaciales Correcciones
Vecino más próximo
Imagen transformada
Imagen corregida
Interpolación bilineal (media de 4 celdillas)
Convolución cúbica (media de 16 celdillas)
31
Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
Radiométricas
Restauración de píxeles o líneas perdidas
Vc,f = Vc-1,f
Vc,f = ((Vc-1,f + Vc+1,f)/2)
Vc,f = ((Vc,f+1 + Vc,f-1)/2)
Imágenes espaciales Correcciones
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Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
123123123
0 255
0 255
0 255
S1
S2
S3
0 255
0 255
Escalado
Desplazamiento
RadiométricasBandeado de la imagen
Imágenes espaciales Correcciones
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Errores y depuraciErrores y depuracióón de la informacin de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoDepuración
0 2550 255
Corrección por valores mínimos
Vc,f = Vc,f - Vmin
RadiométricasCorrección atmosférica
Imágenes espaciales Correcciones
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Tipos de estructuras raster
Enumeración exhaustiva (recursiva)
Codificación run-length (RLE)
Árboles cuaternarios (quadtree)
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Enumeración exhaustiva
12345678
1 1 1 2 2 2 6 61 1 1 2 2 6 6 61 1 1 1 2 2 6 61 1 3 3 3 2 6 64 4 4 3 3 7 6 64 4 3 3 7 7 7 64 4 5 8 7 7 8 85 5 5 8 8 8 8 8
Es la menos eficiente de las estructuras de almacenamiento raster
Se trata de una matriz con tantas filas y columnas como tenga la imagen, coincidiendo la posición del píxel en la imagen con la de su valor en la matriz.
36
Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Enumeración exhaustiva
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Enumeración exhaustivaEn una imagen de 16 filas y 16 columnas se necesitan 256 (16x16)
caracteres para almacenar la información.
0000000000000000000000000000000000000011222200000000311122222300000033112222230000333311122113300033331111111330033331111111133003333111111133300333222211133330033222222233330000222222222333000002222222333000000002222233000000000000000000000000000000000000
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Códigos run-length
Para condensar la información, las filas que tienen el mismo valor se registran de izquierda a derecha y se almacenan como tramos. Cada tramo se determina mediante la celda inicial y la final (con un valor común).
Formato muy bueno cuando es muy homogénea la imagen, y tiene pocas categorías
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Códigos run-length 12345678
1 1 3, 2 4 6, 6 7 81 1 3, 2 4 5, 6 6 81 1 4, 2 5 6, 6 7 81 1 2, 3 3 5, 2 6 6, 6 7 84 1 3, 3 4 5, 7 6 6, 6 7 84 1 2, 3 2 4, 7 5 7, 6 8 84 1 2, 5 3 3, 8 4 4, 7 5 6, 8 7 85 1 3, 8 4 8
1 3, 2 6, 6 81 3, 2 5, 6 81 4, 2 6, 6 81 2, 3 5, 2 6, 6 84 3, 3 5, 7 6, 6 84 2, 3 4, 7 7, 6 84 2, 5 3, 8 4, 7 6, 8 85 3, 8 8
Variante 1(V,c,c)Variante 2 (V,c)
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Árboles cuaternarios Quadtrees
Este método consiste en una división recursiva del espacio en cuadrantes y subcuadrantes, hasta llegar a la división mínima que es el píxel.
El ejemplo representa una estructura en árbol de grado 4, porque cada nodo tiene 4 ramas, que son los cuadrantes NW, NE, SW y SE.
41
Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Árboles cuaternarios Quadtrees
Representación Quadtree
0 1
32
Mapa de Uso del Suelo
Industrial
RuralResidencial
Intensivo
de
f g
ResidencialComercialRecreativoDeportivos
defg
42
Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Árboles cuaternarios Quadtrees
Representación Quadtree
0 1
3220
22 23
21210 211
212 2132
21
Mapa
Representación esquemáticadel Quadtree
0 1 2 3
21 22 2320
210 211 212 213
43
Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Árboles cuaternarios Quadtrees
1 2 30 Industrial1 Industrial
20 Residencial210 Comercial211 Comercial212 Recreativo213 Deportivo
22 Residencial Intensivo23 Residencial Intensivo
3 Rural
Tabla de Atributos
212
AtributosNivel Quadtree
20
22 23
210 211
212 213
0 1
3221
DeportivosRecreativoComercialResidencialResidencial IntensivoRuralIndustrial
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Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Árboles cuaternarios Quadtrees
45
Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Árboles cuaternarios Quadtrees
Nivel 0
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
0
00 01
02 03
000 001
002 003
031
032 033
0300 0301
0302 0303
03
00
03
01
03
02
03
03
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
2 6 10 14 18 B B B N N B N B N N B B 22 B B B N N B B
0 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3
46
Almacenamiento de la informaciAlmacenamiento de la informacióónnTema 5
Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración AlmacenamientoAlmacenamiento
Ejercicio propuesto
0 1
Codificar esta imagen raster por los tres métodos conocidos:
- Exhaustivo
- Run-Length
- Arbol cuaternario