Georeferenciación

Para lab jueves: Tutorial 6-1 y 6-3

Moraleja

Todas las capas (“layers”) de información geográfica de un banco de datos de “GIS” deben estar en el mismo sistema de coordenadas.

Algunos errores en imágenes

• Ausencia de coordenadas geográficas o planas.– Fotos aéreas e imágenes telesensadas en su

estado inicial

• Distorsiones panorámicas.

• Cambios de escala por movimientos de plataforma.

• Desplazamiento por relieve.

Desplazamiento por relieve

• Aunque es una distorsión, el desplazamiento por relieve resulta ventajoso para interpretación pues provee la percepción de relieve.

Tipos de procesos

• Registro de imagen a imagen– Alineación de 2 imágenes.– No necesariamente conlleva rectificación ni

georeferenciación.

• Rectificación de imagen a mapa– Ajustar la geometría de una imagen a un

sistema de coordenadas planas (georeferenciación).

• Cambio de sistema de coordenadas

Registro de imagen a imagen

Pasos

• Obtener puntos de control (lugares fácil y claramente distinguibles en ambas imágenes).

• Calcular ecuación de remuestreo (regresión) y el error incurrido.

• Si el error es alto, revisar puntos de control:– modificar o eliminar o añadir puntos

• Remuestrar (“resampling”): reasignar las coordenadas y los valores de brillo de píxeles de la imagen original a píxeles de la imagen nueva (por interpolación espacial e interpolación de brillo).

Puntos de control

• Regarlos por el área de interés.

Buena distribución Pobre distribución

Puntos de control

• Regarlos por el área de interés.

• Obtener al menos el doble del mínimo que requiere el tipo de ecuación. Por ej., cantidad mínima de puntos según el orden de ecuaciones polinomiales:

Ejemplos de ecuaciones polinomiales

1 Lineal x’ = x + 1

2 cuadrática x’ = x2 + x + 1

3 cúbica x’ = x3 + x2 + x +1

Orden Nombre Ejemplo de ecuación

Puntos de control

• Regarlos por el área de interés.• Obtener al menos el doble del mínimo que

requiere el tipo de ecuación. Por ej., cantidad mínima de puntos según el orden de ecuaciones polinomiales:– 3 puntos mínimo si ecuación es de 1er orden– 6 puntos mínimo si ecuación de 2do orden– 10 puntos mínimo si de 3er orden– el doble de esos sería: 6, 12 y 20, respectivamente

Evaluar ecuación de remuestreo espacial

• Ecuación de regresión polinomial.

• Generalmente polinomio de 1er orden es satisfactorio.

• Ecuaciones polinomiales de mayor orden pueden dar resultados inaceptables en algunas porciones de la imagen.

First order

Evaluar ecuación de remuestreo espacial

• Ecuación de regresión polinomial.

• Generalmente polinomio de 1er orden es satisfactorio.

• Ecuaciones polinomiales de mayor orden pueden dar resultados inaceptables en algunas porciones de la imagen.

• Calcular error (RMS= “root mean square”)

Remuestreo

• Dos procesos simultáneos:– remuestreo espacial– remuestreo de brillo

• Remuestreo espacial:– Se reasignan las posiciones de los pixeles

según la ecuación polinomial seleccionada

Remuestreo espacialImagen a registrar

Imagen de referencia

Remuestreo

• Dos procesos simultáneos:– remuestreo espacial– remuestreo de brillo

• Remuestreo espacial:– Se reasignan las posiciones de los pixeles según la

ecuación polinomial seleccionada

• Remuestreo de brillo:– Se reasignan los valores de brillo de la imagen

original a los pixeles nuevos según el algoritmo seleccionado:

Remuestreo de brillo

Remuestreo

• Dos procesos simultáneos:– remuestreo espacial– remuestreo de brillo

• Remuestreo espacial:– Se reasignan las posiciones de los pixeles según la

ecuación polinomial seleccionada

• Remuestreo de brillo:– Se reasignan los valores de brillo de la imagen

original a los pixeles nuevos según el algoritmo seleccionado:

• vecino mas cercano: preferible para imágenes clasificadas• bilineal o convolución cúbica: para otras imágenes

Rectificación de imagen a mapa

Pasos

• Obtener puntos de control (lugares fácil y claramente distinguibles en ambas imágenes).

• Calcular ecuación de remuestreo (regresión) y el error incurrido.

• Si el error es alto revisar puntos de control.• Remuestrar (“resampling”): reasignar las

coordenadas y los valores de brillo de píxeles viejos a píxeles de imagen nueva (por interpolación espacial e interpolación de brillo).

Puntos de control

• Regarlos por el área de interés.

• Obtener al menos el doble del mínimo que requiere el tipo de ecuación. Cantidad mínima de puntos según el orden de la ecuación:– 3 puntos mínimo si ecuación de 1er orden– 6 puntos mínimo si ecuación de 2do orden– 10 puntos mínimo si de 3er orden

Evaluar ecuación de remuestreo espacial

• Ecuación de regresión polinomial.

• Generalmente polinomio de 1er orden es satisfactorio.

• Ecuaciones polinomiales de mayor orden pueden dar resultados inaceptables en algunas porciones de la imagen.

• Calcular error (RMS= “root mean square”)

Cambio de sistema de coordenadas

• Puede incluir cambio de:– Tipo de proyección,– Datum o– Ambos: tipo de proyección + datum.

Tipos de proyección

Cónica Cilíndrica Azimutal

Distorciones según la proyección

• Alaska: 1,718,000 km²

• Estados Unidos contiguos: 8,080,464.3 km2

Proyección cilíndrica Proyección cónica

Proyección UTM (“Universal Transverse Mercator”)

Zonas UTM

Zona UTM

Sistema State Plane

• Originado por EUA.• Sistema de proyección:

– Utiliza Transverse Mercator (proyección cilíndrica) en estados que corren de norte a sur.

– Utiliza Lambert Conformal Conic en estados que corren de este a oeste.

• En PR, las unidades de State Plane son metros o pies; en el resto de EUA originalmente en pies pero se están cambiando a metros.

Proyección Lambert Conformal Conic

Datum

Geodesia

Datum

3 superficies

Geoide = la superficie física definida mediante el potencial gravitatorio, de modo que sobre él hay en todos los puntos la misma atracción terrestre; simula el nivel del mar extendido en tierra.

3 definiciones para Datum

• Datum = un punto en el terreno cuya posición geográfica es conocida de manera muy precisa y que se utiliza como referencia.

• NAD27 =

• North American Datum 1927

NAD27

3 definiciones para Datum

• Datum = un punto en el terreno cuya posición geográfica es conocida de manera muy precisa y que se utiliza como referencia.

• Datum = un conjunto de esos puntos.

3 definiciones para Datum

• Datum = un punto en el terreno cuya posición geográfica es conocida de manera muy precisa y que se utiliza como referencia.

• Datum = un conjunto de esos puntos.• Datum = una ecuación que define un elipsoide,

una posición inicial, un azimuto inicial, y la distancia entre el geoide y el elipsoide.

• Ver mas información sobre datum.

Cambios de sistema de coordenadas

• Conlleva remuestreo espacial solamente si los datos son vectoriales

• Conlleva remuestreo espacial y remuestreo de brillo si los datos son raster

• Idrisi provee 2 métodos:– Módulo PROJECT

• Usa ecuaciones para convertir coordenadas

– Módulo RESAMPLE• Usa ecuaciones polinomiales para registrar una imagen al

sistema de coordenadas de otra imagen ya georeferenciada.

Cambios de sistema de coordenadas

• ArcMap provee 3 métodos:– Módulo PROJECT de ArcToolbox para datos

vectoriales• Usa ecuaciones para convertir coordenadas

– Módulo PROJECT RASTER de ArcToolbox para datos raster

– Herramienta Georeferencing para datos raster• Usa ecuaciones para registrar una imagen no

georeferenciada al sistema de coordenadas de otra imagen ya georeferenciada.

Cambios de sistema de coordenadas

• Moraleja:– Todas las capas (“layers”) de información

geográfica de un banco de datos de “GIS” deben estar en el mismo sistema de referencia.

– “el mismo sistema de referencia” = tipo de proyección + Datum.

Desplazamientos de localización en 3 tipos de proyección

Desplazamientos de localización de varios datums usando WGS84 como referencia

Cambios de escala por movimientos de plataforma

Buena distribución Pobre distribución