Registro de Imágenes

El registro de una imagen comprende una transformación geométrica que relaciona coordenadas de imagen (línea, columna) con coordenadas de un sistema de referencia. En el SPRING este sistema de referencia es, en última instancia, el sistema de coordenadas planas de una determinada proyección cartográfica. Como cualquier otra proyección cartográfica, guarda un vínculo bien definido con un sistema de coordenadas geográficas; puede decirse entonces que el registro establece una relación entre coordenadas de imagen y coordenadas geográficas.

Otros términos comunes para la designación del procedimiento de registro son geocodificación y georreferenciación. Es importante, no obstante, hacer una distinción clara entre registro y corrección geométrica. El proceso de corrección geométrica de imágenes elimina las distorsiones geométricas sistemáticas introducidas en la etapa de adquisición de las imágenes, mientras que el registro sólo usa transformaciones geométricas simples - generalmente transformaciones polinomiales - para establecer un mapeo entre coordenadas de imagen y coordenadas geográficas. Por eso, se sugiere que el registro sea siempre utilizado como una técnica que busca refinar la calidad geométrica de imágenes con corrección geométrica de sistema.

El registro es una operación necesaria para hacer la integración de una imagen basada en datos existentes en un SIG. Hace muchos años los proyectos en el área de detección por sensores remotos presuponen que las imágenes pueden integrarse a los datos extraídos de mapas existentes o a las mediciones de determinadas extensiones hechas directamente en el terreno. El registro también es importante para combinar imágenes de sensores diferentes sobre una misma área o para realizar estudios multitemporales, en caso de que se usen imágenes en distintas épocas.

 

 

Operaciones en la ventana de registro del SPRING


Consulte también:
Acerca de Imágenes Digitales
Acerca de Detección por Sensores Remotos
Procesamiento de Imágenes Digitales


Transformaciones polinomiales - puntos de control

El uso de transformaciones polinomiales es bastante común en el registro de imágenes. Las transformaciones polinomiales establecen el vínculo entre las coordenadas de imagen y las coordenadas en el sistema de referencia a través de puntos de control. Los puntos de control son características factibles de identificación en la imagen y en el terreno, o sea, son características homólogas cuyas coordenadas se conocen en la imagen y en el sistema de referencia. Los cruces de carreteras, las pistas de aeropuertos y la confluencia de ríos resultan candidatos naturales a puntos de control.

La determinación de los parámetros de la transformación polinomial seleccionada se hace por medio de la resolución de un sistema de ecuaciones. Para que ese sistema de ecuaciones pueda montarse, las coordenadas de los puntos de control deben ser conocidas tanto en el referencial de la imagen como en el sistema de referencia. Las coordenadas de imagen (línea, columna) se obtienen cuando el usuario cliquea sobre la característica en la imagen. Las coordenadas de referencia se obtienen generalmente mediante mapas confiables que contengan las características homólogas usadas como puntos de control (modo Mesa en la ventana de registro). El SPRING también acepta mediciones hechas directamente en el terreno con GPS (modo Teclado). Datos vectoriales existentes e imágenes georreferenciadas también pueden ser usados como fuentes de extracción de coordenadas de referencia (modo Pantalla).

Una vez determinados los n puntos de control y seleccionada la transformación polinomial, se monta un sistema de 2n ecuaciones para resolver 6, 12 ó 20 parámetros, dependiendo de que el polinomio sea de 1o, 2o o 3o grados. Así, se concluye que el número mínimo de puntos de control es 3 para el polinomio de 1o grado, 6 para el polinomio de 2oo grado y 10 para el polinomio de 3o grado (vea las ecuaciones para los polinomios de 1o y 2o grados en la figura abajo).

 

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El número mínimo de puntos de control representa la situación de un sistema de ecuaciones determinado, en el cual el número de ecuaciones coincide con el número de incógnitas a calcular. Pero, como las coordenadas medidas de los puntos de control están sujetas a errores, conviene usar un número de puntos mayor que el mínimo. En ese caso, se trabaja con um sistema de ecuaciones sobredeterminado, que tiene más ecuaciones que incógnitas y permite tratar y distribuir los errores de medición de los puntos de control. En términos prácticos se aconseja el uso de 6 puntos de control para el polinomio de 1o grado, 10 puntos de control para el polinomio de 2o grado y 14 puntos para el polinomio de 3o grado.

Debe tenerse en cuenta también que la distribución de los puntos de control en el área que ha de registrarse es de suma importancia, pues las tranformaciones polinomiales tienden a comportarse adecuadamente sólo en la región donde se encuentran los puntos de control.

 

Registro

 


Imágenes con corrección geométrica de sistema

El SPRING puede reconocer imágenes de satélite con corrección geométrica de sistema y tratarlas de una manera especial durante el registro. Es el caso da las imágenes TM del LANDSAT-5, ETM del LANDSAT-7, CCD del CBERS-2 y de las imágenes de alta resolución disponibles en el formato GEOTIFF. La corrección de sistema se basa en el uso de parámetros físicos inherentes a la situación de adquisición de cada imagen (efemérides y actitud de la plataforma, sistema de detección de imágenes del sensor y modelo de referencia para la Tierra). Como resultado, se obtiene una imagen en que los píxeles ya observan un posicionamiento relativo coherente con el de un determinado sistema de proyección cartográfica, quedando, apenas, una traslación residual oriunda de la incertidumbre en la posición del satélite. Se trata de una imagen cuya geometría interna está casi siempre bien resuelta y no necesita ser modelada por transformaciones polinomiales.

Una ventaja potencial al tratar especialmente las imágenes con corrección de sistema es poder usar pocos puntos de control (en verdad sólo uno ya sería suficiente) para refinar la traslación residual. Otra ventaja está relacionada al hecho de que los puntos de control no precisan estar bien distribuidos por toda el área que ha de registrarse.

Cuando una imagen con corrección de sistema es leída en el módulo IMPIMA, se genera un archivo en el formato SPG que permite que la opción corrección de sistema pueda habilitarse en la etapa de registro. Así, el usuario puede tratar de modo especial una imagen con corrección de sistema (botón de corrección de sistema activado), pero continúa pudiendo tratarla de manera convencional si así lo desea (botón corrección de sistema desactivado). Esta misma funcionalidad se halla presente en la interface de Importación de Archivos Registrados.

Con la opción de corrección de sistema activada, el SPRING acccede, en el archivo SPG, a la ecuación de navegación (relación entre coordenadas de imagen y coordenadas de proyección) oriunda de la corrección de sistema y pasa a refinar las traslaciones (en X y Y) de esa ecuación en la medida en que los puntos de control se van adquiriendo.

NOTA: Se subraya aquí que, a pesar de que esta opción funciona con un único punto de control, pueden usarse todos los mejores puntos de control que fuesen adquiridos.

 

Registro



Imágenes CBERS-2 con corrección geométrica de sistema

Las imágenes CBERS-2 seleccionadas a través del catálogo de imágenes del INPE (www.dgi.inpe.br/CDSR) tienen corrección geométrica de sistema y están, por tanto, sujetas a las incertidumbres originadas en los datos de efemérides y de actitud usados en el proceso de corrección geométrica. Como las imágenes del CBERS-2 se están distribuyendo gratuitamente a la comunidad de usuarios brasileros, es oportuno enfatizar el estado actual de la cualidad geométrica de esas imágenes y describir la mejor manera de tratarlas mediante el módulo de registro del SPRING, con el objetivo de eliminar el error de posicionamiento y refinar el error interno.

La exactitud de posicionamiento define en cuánto una imagen con corrección de sistema está fuera de la posición geográfica correcta. Las imágenes CBERS-2 pueden presentar errores de posicionamiento de hasta 10 km. Datos de efemérides imprecisos y aproximaciones en la integración de los datos de actitud hecha a bordo del satélite son los principales responsables del error de posicionamiento de las imágenes con corrección de sistema. El registro de las imágenes elimina el error de posicionamiento. Conviene recordar que el registro sería necesario aun cuando el error de posicionamiento fuese de algunos cientos de metros.

La exactitud interna establece la posibilidad de integración de una imagen con corrección de sistema a mapas y a otros datos georreferenciados. En otras palabras, el error interno es el error residual, aquel que no se consigue eliminar totalmente, cuando se intenta superponer una imagen a un mapa, o sea, un error interno pequeño significa una buena superposición. El error interno es de alrededor de 90 m (4,5 píxeles) para las imágenes CCD, 250 m (3.125 píxeles) para las imágenes IRMSS y 700 m (2,7 píxeles) para las imágenes WFI. Por consiguiente, si la opción corrección de sistema estuviera activa, esos valores de error interno permanecen en la imagen registrada. Por otro lado, pruebas realizadas en el INPE muestran que el registro de las imágenes por medio de una transformación de afinidad (polinomio de 1o grado) permite el refinamiento del error interno, que baja a cerca de 24 m (1,2 píxel) para las imágenes CCD, 112 m (1,4 píxel) para las imágenes IRMSS y 416 m (1,6 píxel) para las imágenes WFI. Por lo tanto, si el registro fuera hecho con el botón corrección de sistema desactivado y hubiera más de 3 puntos de control para el uso de un polinomio de 1o grado, se obtiene un buen resultado. Por eso, se sugiere, como regla general para las imágenes CBERS-2, que el Registro y la Importación de Imágenes R  se hagan con el botón corrección de sistema desactivado.


Registro



Remuestreo por interpolación

Para calcular el nuevo valor del nivel de gris en la imagen que se ha de registrar, el SPRING adopta como métodos de interpolación las técnicas denominadas interpolación bilineal y ubicación del vecino más próximo.

El interpolador de ubicación del vecino más próximo atribuye al valor de nivel de gris del "píxel" de la imagen corregida, el mismo valor de nivel de gris del "píxel" que se encuentra más próximo a la posición que se ocupará. No hay alteración en el valor de nivel de gris. Por su característica, puede aplicarse en imágenes en las que no hay mucha heterogeneidad en los valores de nivel de gris.

El interpolador bilineal hace que el nivel de gris que ha de atribuirse al "píxel" de la imagen corregida sea determinado a partir del valor de los 4 "píxeles" vecinos. Como resultado, se produce alteración del valor del nivel de gris en función de su vecindad. Puede aplicarse en imágenes en las que hay una heterogeneidad considerable en los niveles de gris de los "píxeles".

Vea los procedimientos para hacer la georreferenciación (registro) de una imagen. Su imagen debe estar en el formato SPG y almacenada en el disco. El formato SPG es generado por el módulo de lectura de imágenes - "Impima" .

NOTA: El registro de imágenes almacenadas en otros formatos, tales como, TIFF, GEOTIFF y RAW, requiere inicialmente la utilización del "Impima" para convertir las imágenes para el formato SPG.

 

Registro

 


Registro en el SPRING

La georreferenciación puede hacerse usando los parámetros cartográficos de un proyecto activo (modo Pantalla). Si no hubiera un proyecto activo, las coordenadas de los puntos de control pueden informarse a través de la mesa digitalizadora (modo Mesa) o el teclado de la computadora (modo Teclado). Vea detalles de cada modo:

 

MESA: En el modo mesa el usuario sólo necesita tener un mapa (carta topográfica de la misma área de la imagen). Este mapa debe ser calibrado en una mesa digitalizadora. Como no es necesario activar un proyecto (basta tener un banco activo), el sistema pedirá que se informe la proyección que será utilizada en el registro.

PANTALLA: En este modo el usuario puede utilizar un Plano de Información en un proyecto activo. Este PI puede ser una imagen que ya fue georreferenciada o cualquier otro mapa, como un PI temático que contenga algunos aspectos identificables en la imagen.

TECLADO: En el modo teclado tampoco es necesario tener un proyecto activo (basta tener un banco activo). Por eso, se debe informar la proyección que se utilizará en el registro. Los puntos de control se informan en coordenadas planas o geográficas, que pueden medirse directamente en el terreno con GPS, por ejemplo.

Vea todos los procedimientos para registrar una imagen.

Registro

 


Registro y Mosaico de Imágenes

Cuando el área cubierta por una imagen es menor que la del proyecto, es necesario hacer el mosaico con otras imágenes adyacentes.

Un mosaico de imágenes no es más que un proceso en el que se pegan imágenes adyacentes para obtener un recubrimiento mayor de un área.

El registro entre las dos imágenes que habrán de componer un único plano de información en el proceso de mosaico, debe ser lo suficientemente preciso para que en la región de superposición no aparezcan lagunas ni distorsiones en la continuidad de las características geográficas. El error en píxeles debe ser lo menor posible.

Mosaico con imágenes TM-Landsat

El SPRING puede hacer un recorte automático de imágenes TM-Landsat, para escenas completas (full frame), no dislocadas a lo largo de una órbita. Este recorte permite reducir al máximo el área de superposición entre las escenas vecinas, utilizando el área nominal de un WRS (Woldwide Reference System). Basta con cliquear sobre el botón Recorte WRS de la ventana "Importar Imágenes Registradas".

IMPORTANTE: Este recurso solamente funciona para escenas enteras de TM-Landsat.


Vea cómo efectuar el mosaico entre dos imágenes.

Acerca del Registro

 


Secuencia lógica para hacer un registro

A continuación presentamos un ejemplo da la secuencia lógica que el usuario debe seguir para georreferenciar una imagen usando un mapa colocado en una mesa digitalizadora. El ejemplo supone la existencia de un Banco de Datos y un Proyecto.

 

Etapa

Caja de Diálogo o Menú

Resultado

1 - Adquisición de la imagen:
     Leer imagen o
     Importar imagen (Tiff)


Módulo IMPIMA

Importar...


Imagen formato SPG

2 - Activar el Banco y Proyecto que recibirá la imagen

Banco de Datos y

Proyectos

Banco y Proyecto activos

3 - Calibrar mapa para mesa digitalizadora

Calibración

Mapa calibrado

4 - Cargar imagen en la Pantalla 5

Selección de Imagen

Imagen para registro en la pantalla

5 - Adquirir puntos de control

Registro de Imagen

Varios puntos de control

6 - Seleccionar puntos para registro y analizar error

Registro de Imagen

Mejores puntos escogidos

7 - Salvar imagen para registro

Registro de Imagen

Imagen en el formato SPG con parámetros para el registro

8 - Importar imagen para proyecto

Importar Imágenes Registradas

Imagen en el formato SPG registrada

NOTA: En caso de optar por adquirir puntos de control vía Pantalla, sustituya la etapa 3 por "Presente un plano de información que sirva de referencia en la Pantalla principal".

NOTA: En caso de optar por adquirir puntos de control vía Teclado, no considere la etapa 3.

 

Acerca del Registro



Consulte también:
Acerca de Detección por Sensores Remotos
Procesamiento de Imágenes Digitales