Sistemas de Información Geográfica. Unidad didáctica 3

Transcripción

1 Sistemas de Información Geográfica Unidad didáctica 3 Tipos de datos en un SIG Tema 4. Datos vectoriales Tema 5. Datos raster Tema 6. Calidad de la información

2 Conceptos teóricos 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 Relaciones básicas entre píxeles 5.3. Métodos de captura Digitalización raster Sensores remotos 5.4. Errores y depuración de la información 5.5 Formas de almacenamiento de la información

3 Conceptos prácticos 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 previos 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. Para delimitar los objetos geográficos: El Vectorial utiliza vectores El Raster utiliza una retícula regular No existe un modelo de datos que sea superior a otro, sino que cada uno tiene una utilidad específica. Conceptos Estudio previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

5 Conceptos 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 unidad mínima de información. Coordenadas PIXEL Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

6 Conceptos previos Modelos de estructuras Mundo real Representación Raster Representación Vectorial 1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1 1,1,1,3,3,1,1,1,2,1,1,1 1,1,1,3,3,1,1,2,1,1,1,1 1,1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1 1,1,1,1,1,2,2,1,1,1,1,1 1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,1 1,4,4,1,1,1,1,4,4,4,2,1 1,4,4,4,4,1,1,1,4,2,1,1 1,1,4,4,4,1,1,1,1,2,1,1 1,1,1,4,4,1,1,1,2,1,1,1 1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1 1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1 y x Objeto Línea 1 Línea 2 Pol 1 Pol 2 Pol 3 Coordenadas (x1,y1),...(xn,yn) (x1,y1),...(xn,yn) (x1,y1),...(xn,yn) (x1,y1),...(xn,yn) (x1,y1),...(xn,yn) Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

7 Conceptos previos Gráfico comparativo Vectorial vs. Raster Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

8 Conceptos previos Modelos raster y vector Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

9 Conceptos previos Estructura raster 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] Mundo Real Representación Raster Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

10 Conceptos previos Estructura raster El espacio está totalmente ocupado por una cuadrícula regular que lo divide en celdas Unidades básicas de imagen. A A A A A A A A A A A D D DD D DD D DD A A A D D D D A C C C C C C C B B C B B C B B C C B C C C C C C C C C A D C B Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

11 Conceptos previos Estructura raster IMAGEN Rejilla de celdas f filas c columnas f X c = nº de pixeles Pixel t = tamaño de pixel Continuo (valor analógico) Valor de intensidad lumínica Discreto (valor digital) Almacenamiento Valor de color asignado Profundidad de pixel Resolución. A menor resolución, menor detalle (efecto escalón) Reducción de la profundidad de pixel: difuminado (falsos contornos) Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

12 Conceptos previos Estructura raster p = profundidad de pixel nº de bits X pixel pixel bits = 1 byte 1024 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 valores Imagen en escala de grises: 8 bits = 256 valores Imagen color: 8 bits X 3 (RGB) = 24 bits = valores Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

13 Conceptos previos Original 8 bits (256 colores) 6 bits (64 colores) 4 bits (16 colores) 2 bits (4 colores) 1 bit (2 colores) Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

14 Relaciones básicas b entre píxelesp Vecindad C 4 (p): contorno de orden 4 Vecindad horizontal Vecindad vertical Pixel p(c,f) (c-1, f) y (c+1, f) (c, f+1) y (c, f-1) C D (p): contorno diagonal Diagonal 1 Diagonal 2 Pixel p(c,f) (c-1, f+1) y (c+1, f-1) (c-1, f-1) y (c+1, f+1) C 8 (p) {C 4 (p) + C D (p)}: contorno de orden 8 o CONTORNO Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

15 Relaciones básicas b entre píxelesp 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 en menos de un umbral (proximidad cuantitativa). Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

16 Relaciones básicas b entre píxelesp Conectividad = Modo contiguo Tolerancia: 15 Tolerancia: 40 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

17 Relaciones básicas b entre píxelesp Distancias Condiciones a priori: p, q, y r son píxeles y sus coordenadas son: p(x,y) q(s,t) - D(p,q) > = 0 r(v,v) - 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 (D E ) D E (p,q) = (x - s) 2 + (y - t) 2 q q p p Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

18 Relaciones básicas b entre píxelesp Distancias Manhattan (D 4 ) q q D 4 (p,q) = x - s + y - t p p Distancia diamante Mapa de distancias D Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

19 Relaciones básicas b entre píxelesp Vecindad Checkboard (D 8 ) q q D 8 (p,q) = max ( x - s, y - t ) p p Distancia cuadro Mapa de distancias D Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

20 Relaciones básicas b entre píxelesp Vecindad Distancia raster q p 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. D R = D E (p-p )+D E (p -q) p Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

21 Métodos de captura Captura de los datos gráficos Escaneado (digitalización) Sensores remotos Cámaras digitales Escáner Planos (sobremesa) De transparencias De tambor Plataformas espaciales Plataformas aéreas Fotográficas De vídeo De mano Hilera de CCD Matriz de CCD Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

22 Métodos de captura Tipos de escáner Digitalización De sobremesa o plano De tambor De diapositivas De mano Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

23 Métodos de captura Digitalización raster CCD (Dispositivo de Carga Acoplada) Miles de diminutos receptores sensibles a la luz captan la variación Continua de luminosidad (señal analógica) y convierte estos valores en 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. Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

24 Métodos de captura Digitalización raster 255 Convertidor A / D 0 Tiempo Analógica Digital Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

25 Métodos de captura Sensores remotos Pasivos Activos Reflexión de superficie terrestre Emisión de superficie terrestre Emisión y recepción por reflexión por parte del sensor Fotográficos Radar Óptico-electrónicos Lidar Rastreador de barrido (satélites) Estudio de la atmósfera Película fotosensible (cámara analógica) Matriz de sensores (cámara digital) 1mm - 1 m. No afectado por condiciones atmosféricas Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

26 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Fuentes de error Errores originados por la plataforma Z Y X Cabeceo Alabeo Giro lateral Altura Velocidad Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

27 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Fuentes de error Errores originados por la rotación terrestre Movimiento de la Tierra Resultante Desplazamiento relativo de la plataforma Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

28 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Errores Errores originados por curvatura terrestre Deformaciones mayores en bordes que en el centro Errores originados por el sensor Velocidad no constante del espejo oscilante Falta de calibración de los detectores Errores originados por la atmósfera Modifica la radiancia original sobre todo por dispersión, con un aumento de la misma Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

29 Errores y depuración n de la información 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 Geométricas simples Cambio de coordenadas de los píxeles Cambio de los valores de píxeles (remuestreo) Traslación Rotación Inclinación Cambio de escala Perspectiva Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

30 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Correcciones Vecino más próximo Imagen transformada Imagen corregida Interpolación bilineal (media de 4 celdillas) Convolución cúbica (media de 16 celdillas) Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

31 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Correcciones Radiométricas Restauración de píxeles o líneas perdidas V c,f = V c-1,f V c,f = ((V c-1,f + V c+1,f )/2) V c,f = ((V c,f+1 + V c,f-1 )/2) Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

32 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Correcciones Radiométricas Bandeado de la imagen S S Escalado S Desplazamiento Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

33 Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Correcciones Radiométricas Corrección atmosférica Corrección por valores mínimos V c,f = V c,f -V min Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

34 Almacenamiento de la información Tipos de estructuras raster Enumeración exhaustiva (recursiva) Codificación run-length (RLE) Árboles cuaternarios (quadtree) Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

35 Almacenamiento de la información Enumeración exhaustiva 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. Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

36 Almacenamiento de la información Enumeración exhaustiva Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

37 Almacenamiento de la información Enumeración exhaustiva En una imagen de 16 filas y 16 columnas se necesitan 256 (16x16) caracteres para almacenar la información Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

38 Almacenamiento de la información 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 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

39 Almacenamiento de la información Códigos run-length , 2 4 6, , 2 4 5, , 2 5 6, , 3 3 5, 2 6 6, , 3 4 5, 7 6 6, , 3 2 4, 7 5 7, , 5 3 3, 8 4 4, 7 5 6, , Variante 1(V,c,c) Variante 2 (V,c) , 2 6, , 2 5, , 2 6, , 3 5, 2 6, , 3 5, 7 6, , 3 4, 7 7, , 5 3, 8 4, 7 6, , 8 8 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

40 Almacenamiento de la información 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. Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

41 Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Mapa de Uso del Suelo Representación Quadtree Industrial 0 1 d f e g Residencial Intensivo Rural 2 3 d e f g Residencial Comercial Recreativo Deportivos Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

42 Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Representación Quadtree Representación esquemática del Quadtree Mapa Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

43 Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Industrial Rural Residencial Intensivo Residencial Comercial Recreativo Deportivos Tabla de Atributos Nivel Quadtree Atributos Industrial 1 Industrial 20 Residencial 210 Comercial 211 Comercial Recreativo 213 Deportivo 22 Residencial Intensivo 23 Residencial Intensivo 3 Rural Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

44 Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

45 Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel B B B N N B N B N N B B 22 B B B N N B B Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

46 Almacenamiento de la información Ejercicio propuesto Codificar esta imagen raster por los tres métodos conocidos: -Exhaustivo - Run-Length - Arbol cuaternario 0 1 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento

47 Sistemas de Información Geográfica Unidad didáctica 3 Tipos de datos en un SIG Tema 4. Datos vectoriales Tema 5. Datos raster Tema 6. Calidad de la información