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
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. 5.2. Relaciones básicas entre píxeles 5.3. Métodos de captura 5.3.1 Digitalización raster 5.3.2 Sensores remotos 5.4. Errores y depuración de la información 5.5 Formas de almacenamiento de la información
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
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
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
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
Conceptos previos Gráfico comparativo Vectorial vs. Raster Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Conceptos previos Modelos raster y vector Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
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
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
Conceptos previos Estructura raster p = profundidad de pixel nº de bits X pixel pixel 0 1 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 8 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 = 16.777.216 valores Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
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
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
Relaciones básicas b entre píxelesp Conectividad = Modo contiguo Tolerancia: 15 Tolerancia: 40 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
Relaciones básicas b entre píxelesp Distancias Manhattan (D 4 ) q q D 4 (p,q) = x - s + y - t p p Distancia diamante 2 2 1 2 Mapa de distancias D 4 2 1 0 1 2 2 1 2 2 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Relaciones básicas b entre píxelesp Vecindad Checkboard (D 8 ) q q D 8 (p,q) = max ( x - s, y - t ) p p Distancia cuadro 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 Mapa de distancias D 8 2 1 0 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
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
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
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
Métodos de captura Digitalización raster 255 Convertidor A / D 0 Tiempo Analógica Digital Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
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
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
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
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
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
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
Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Correcciones Radiométricas Bandeado de la imagen S 1 0 255 S 2 0 255 1 2 3 1 2 3 1 2 3 0 255 Escalado S 3 0 255 0 255 Desplazamiento Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Errores y depuración n de la información Imágenes espaciales Correcciones Radiométricas Corrección atmosférica Corrección por valores mínimos 0 255 0 255 V c,f = V c,f -V min Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
Almacenamiento de la información Enumeración exhaustiva Es la menos eficiente de las estructuras de almacenamiento raster 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 2 2 2 6 6 1 1 1 2 2 6 6 6 1 1 1 1 2 2 6 6 1 1 3 3 3 2 6 6 4 4 4 3 3 7 6 6 4 4 3 3 7 7 7 6 4 4 5 8 7 7 8 8 5 5 5 8 8 8 8 8 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
Almacenamiento de la información Enumeración exhaustiva Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Almacenamiento de la información Enumeración exhaustiva En una imagen de 16 filas y 16 columnas se necesitan 256 (16x16) caracteres para almacenar la información. 0000000000000000 0000000000000000 0000001122220000 0000311122222300 0000331122222300 0033331112211330 0033331111111330 0333311111111330 0333311111113330 0333222211133330 0332222222333300 0022222222233300 0002222222333000 0000022222330000 0000000000000000 0000000000000000 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
Almacenamiento de la información Códigos run-length 1 2 3 1 1 3, 2 4 6, 6 7 8 1 1 3, 2 4 5, 6 6 8 1 1 4, 2 5 6, 6 7 8 1 1 2, 3 3 5, 2 6 6, 6 7 8 4 1 3, 3 4 5, 7 6 6, 6 7 8 4 1 2, 3 2 4, 7 5 7, 6 8 8 4 1 2, 5 3 3, 8 4 4, 7 5 6, 8 7 8 5 1 3, 8 4 8 Variante 1(V,c,c) Variante 2 (V,c) 4 5 6 7 8 1 3, 2 6, 6 8 1 3, 2 5, 6 8 1 4, 2 6, 6 8 1 2, 3 5, 2 6, 6 8 4 3, 3 5, 7 6, 6 8 4 2, 3 4, 7 7, 6 8 4 2, 5 3, 8 4, 7 6, 8 8 5 3, 8 8 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
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
Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Representación Quadtree Representación esquemática del Quadtree Mapa 0 1 0 1 2 3 20 210 211 21 212 213 2 3 20 21 22 23 22 23 210 211 212 213 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees 20 0 1 210 211 21 212 213 2 22 23 3 Industrial Rural Residencial Intensivo Residencial Comercial Recreativo Deportivos Tabla de Atributos Nivel Quadtree Atributos 1 2 3 0 Industrial 1 Industrial 20 Residencial 210 Comercial 211 Comercial 21 2 212 Recreativo 213 Deportivo 22 Residencial Intensivo 23 Residencial Intensivo 3 Rural Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
Almacenamiento de la información Árboles cuaternarios Quadtrees 000 001 00 01 002 003 0 0300 0301 0302 0303 02 03 031 032 033 Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 0300 0301 0302 0303 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 Conceptos previos Relación píxeles Métodos captura Depuración Almacenamiento
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
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