Curs teledetectie Dr.ing.Vladimir Gancz – şef de lucrări

1

2.1.3. Corectarea geometrică a imaginilor digitale Corectarea geometrică a maginilor de teledetecţie este impusă de următoarele aspecte importante: Deformaţii introduse de sistemul captor-senzor şi platformă Acestea sunt deformaţiile pe care le suferă imaginea în momentul capturii de către sistemul captor-senzor. In funcţie de tipul de senzor (cameră sau scanner) şi de tipul de platformă (aeriană, satelitară) există mai multe deformaţii care de multe ori se însumează. In tabelul 1 sunt prezentate câteva din aceste deformaţii introduse în momentul capturii. In coloana a III-a sunt specificate platformele care introduc cu preponderenţă deformaţia respectivă. In ce priveşte imaginile satelitare aceste deformaţii sunt corectate preliminar de către producător, la imaginile din ultimele generaţii (în special imaginile de înaltă şi foarte înaltă rezoluţie geometrică). Este de remarcat tendinţa de a se corecta deformaţiile imaginilor aeriene (digitale) în timpul zborului. Aceste deformaţii introduse de mişcările necontrolate ale avionului (mici ca amplitudine dar care afectează geometria imaginii) sunt înregistrate de dispozitive IMU1 şi GPS şi apoi compensate de soft-ware-uri specializate în timp quasireal. La terminarea misiunii de zbor imaginile sunt corectate, cu o precizie acceptabilă, care poate fi rafinată ulterior. In fotogrametria clasică acest proces este cunoscut ca orientarea exterioară a imaginii. Orientarea interioră este efectută, de asemenea automat, pe baza caracteristicilor interne specifice ale sistemului captor-senzor. TABELUL 1 – Erori geometrice introduse în momentul capturii imaginilor datorită platformelor după ASPRS 1997, cu adaptările autorului.

Sursa de eroare Descrierea fenomenului Tipul de platformă Variaţia altitudinii Eroarea este datorată variaţiei în

altitudine a platformei Avion

Ruliul şi tangajul Deviaţia axei optice a senzorului faţă de normala la suprafaţa terenului

Avion

Variaţia de viteză a platformei

Viteza de deplasare a platformei nu este uniformă

Avion

Rotaţia Pământului Suprafaţa observată nu este fixă faţă de poziţia senzorului în momentul achiziţiei (fig. 1)

Satelit, orbită quasipolară2

1 IMU – Inertial Measurement Unit = unitate de măsurare inerţială (bazate pe giroscoape). 2 Orbită quasipolară – orbită a satelitului care trece aproape pe deasupra polilor tereştri.

Curs teledetectie Dr.ing.Vladimir Gancz – şef de lucrări

2

Figura 1 – In timp ce platforma satelitară se deplasează Pământul se roteşte sub aceasta (orbită quasipolară)

Deformaţia datorată curburii suprafeţei terestre Este o deformaţie care se ia în consideraţie când suprafeţele înregistrate sunt mari. Se compensează relativ uşor cu ajutorul soft-ului adecvat. Majoritatea soft-urilor de prelucrare au implemenată acestă funcţie Deformaţia de relief Atunci când relieful este accidentat apare o deformaţie a imaginii, datorită faptului că senzorii-captorii de teledetecţie (incluzând aici şi captorii-senzorii utilizaţi în fotogrametrie) realizează o proiecţie centrală sau axială a imaginii suprafeţei terestre. Dacă dispozitivele utilizate sunt de tip cameră imaginea este o proiecţie centrală (fig.2), iar deformaţiile sunt repartizate uniform (ideal vorbind) în jurul punctului central al imaginii(fig. 3). Figura 2 – Proiecţia centrală realizată de camerele foto (analogice şi digitale)

H

f Centru de proiectie

Camera foto

f = distanta focala H = distanta (altitudinea)

Curs teledetectie Dr.ing.Vladimir Gancz – şef de lucrări

3

a) b)

Figura 3 – deformaţiile introduse de proiecţia centrală. a) razele optice proiectează

vârful arborilor în altă pozitie decâ baza acestora. b) – efectul proiecţie centrale pe imagine.

In acest caz, varfurile arborilor, fiind mai sus, sunt proiectate lateral pe imagine. Cu cât aceştia sunt

mai înalţi şi mai depărtaţi de centrul imaginii, cu atât deformaţia este mai mare. Singurul loc unde imaginea nu este deformată este centrul imaginii, dacă axul optic al camerei este perpendicular pe sol.

Acelaşi fenomen apare în cazul reliefului, punctele fiind deplasate datorită proiecţiei centrale, în

planul de proiecţie, care este planul senzorului (film fotografic în trecut, CCD la camerele digitale) (fig. 4).

Figura 4 – Deplasarea punctelor de pe suprafaţa topografică, în planul de proiecţie,

Centrul de proiecţie

Planul de proiecţie (fotograma)

Centrul de proiecţie

Planul de proiecţie

Curs teledetectie Dr.ing.Vladimir Gancz – şef de lucrări

4

datorită proiecţiei centrale. In cazul senzorilor de baleiaj (scannerelor) centrul de proiecţie este valabil pentru o linie de baleiaj.

Altfel spus, fiecare linie de baleiaj are propriul centru de proiecţie. Astfel, imaginea formată din linii de baleiaj, are o perspectivă laterală, fată de axul imaginii, deformaţiile de relief fiind perpendiculare pe acest ax (fig. 5).

a b Figura 5 – Deformaţia produsă de senzorii cu baleiaj (scannere). a) modul de lucru al

unui scanner care preia imaginea linie cu linie; b) deformatia produsă este perpendiculară pe axul de zbor.

Pentru compensarea deformaţiilor de relief se procedează la o corecţie numită ortorectificare.

Ortorectificarea repune pixelii imaginii in pozitia corectă, simulând o proiecţie ortografică (centrul de proiectie plasat la infinit, razele optice fiind paralele între ele si perpendiculare pe planul de proiectie)

Ortorectificarea presupune existenţa modelului digital al terenului care descrie (digital) suprafaţa

topografică. De asemenea sunt necesari parametrii sistemului captor senzor, în care intră inclusiv altitudinea, unghiul de incidenţă al axei optice şi coeficienţii de orientare interioară şi exterioră.

Toate datele intră într-un aparat matematic specific fiecărui sistem de captură a imaginii, furnizat de către producător. Soft-ul utilizat pentru prelucrări trebuie să includă acest aparat matematic.

Georeferenţierea Un alt motiv important pentru care este necesară corectarea geometrică a imaginii este necesitatea

ca aceasta să fie utilizată în scopuri cartografice. Acest lucru presupune ca fiecare punct al imaginii să fie poziţionat corect, altfel spus să corespundă cu punctul pe care îl reprezintă pe suprafaţa terestră. Aceasta impune ca fiecare punct al imaginii să aibă coordonatele corespunzătoare de pe suprafaţa terestră, fie geografice (longitudine, latitudine) fie coordonatele cartografice (carteziene) (x,y) într-o anumită proiecţie cartografică.

Aşezarea imaginii într-o proiecţie cartografică sau alta presupune o nouă „deformare” a acestei în conformitate cu proiecţia cartografică dorită.

Aşezarea imaginii întro proiecţie cartografică presupune ataşarea coordonatelor, proces numit georeferenţiere. Acest termen, importat forţat din limba engleză (georeferencing) s-a încetăţenit în argoul de specialitate.

Imaginea, la care au fost ataşate coordonatele (georeferenţiată), poate fi trecută dintr-un sistem de proiecţie în altul, cu ajutorul soft-ului specializat.

Curs teledetectie Dr.ing.Vladimir Gancz – şef de lucrări

5

In realitate procesul de ortorectificare şi de georeferenţiere se realizează simultan, imaginea fără

coordonate nu se poate suprapune altfel cu modelul digital al terenului pe zona respectivă. In multe cazuri şi corectarea deformaţiilor platformei se realizează simultan cu georeferenţierea şi ortorectificarea, la care se adaugă punerea într-o proiecţie dorită (inclusiv în sistemul de coordonate ataşat proiecţiei).