Ortorettificazione di immagini satellitari ad alta risoluzione con GRASS

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1 Ortorettificazione di immagini satellitari ad alta risoluzione con GRASS...A work in progress... Francesco Paolo Lovergine CNR ISSIA

2 Ortorettifica È noto che per utilizzare immagini satellitari in ausilio alla cartografia è necessario applicare una procedura di correzione geometrica della deformazione derivante da: Rilievo Geometria di acquisizione 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

3 Perché non i.ortho.photo? Il modulo i.ortho.photo è pensato per acquisizioni con fotocamera (ortofoto) da aereo, nelle quali la deformazione conica in prospettiva centrale è il modello consolidato. I moderni sensori push broom (es. Ikonos o Quickbird) hanno una geometria di acquisizione più complessa con centri di proiezione multipli per ogni acquisizione. 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

4 Perché non i.rectify? Un modello polinomiale semplice, quale quello utilizzato tipicamente per la georeferenziazione mediante GCP non è normalmente adeguato in caso di variazioni di rilievo significative nel frame da rettificare. Il problema è particolarmente evidente alla scala dei satelliti high-res attuali (~50 cm in pancromatico). 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

5 Modelli consolidati Sono stati introdotti e adottati due modelli di ortorettifica per satelliti push broom. Entrambi richiedono un DEM di precisione. Modello rigoroso (aka Toutin) Modello Rational Functions (RFM) Ad oggi GRASS non ha moduli nativi che implementino l'ortorettifica satellitare. 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

6 Il modello RFM (Grodecki 2001) 1 Rational Functions Model utilizza funzioni di trasformazione world-to-image espresse come rapporto di funzioni polinomiali cubiche. r n = P a X n,y n, Z n r n = P a X n,y n, Z n 3 P b X n,y n, Z n P b X n,y n, Z n = i, j,k =0 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT i, j,k =0 3 a ijk X n i Y n j Z n k b ijk X n i Y n j Z n k c n = P c X n,y n, Z n P d X n,y n, Z n = c i, j, k=0 ijk X i n Y j k n Z n 3 d ijk X i n Y j k n Z n i, j, k=0

7 Il modello RFM (Grodecki 2001) 2 Le coordinate world e image si considerano sempre normalizzate nell'intervallo [-1,1] mediante una semplice trasformazione lineare di traslazione e scaling t t 0 t s dove t=r,c, X,Y, Z 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

8 Il modello RFM (Grodecki 2001) 3 Nei modelli RFM associati a satelliti high-res il set di Rational Polinomial Coefficients viene ridotto a 20 coefficienti per polinomio. Tali RPC vengono calcolati dal provider utilizzando un modello rigoroso e ricavando i coefficienti a partire da un set di punti di coordinate note (backward transformation). 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

9 Il modello RFM (Grodecki 2001) 4 Dato un set di RPC calcolati per il frame, possono essere impiegate le equazioni del forward model per la ortorettificazione della immagine. Il set di RPC viene normalmente fornito in un apposito text file di metadati (formato custom) in accompagnamento a frame ortho-ready georiferiti approssimativamente. 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

10 Workflow per l'ortorettificazione 1 I moduli di interesse: i.group i.target i.rpc.parse i.ortho.rpc (forward) i.rpc.calc (backward) 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

11 Workflow per l'ortorettificazione 2 i.group e i.target permettono di definire un group di raster in location XY e una target location e mapset per l'ortorettifica. i.group group=<gname> raster=<input,...> i.target group=<gname> location=<lname> mapset=<mname> 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

12 Workflow per l'ortorettificazione 3 i.rpc.parse nella location XY di lavoro accetta in input un metafile RPC (specifico per satellite) e produce un file di region nella target location/mapset e un file RPC nel group precedentemente creato. i.rpc.parse group=<gname> region=<rname> input=<rpcfile> \ type=<ikonos,quickbird,kompsat2,...> 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

13 Workflow per l'ortorettificazione 4 i.ortho.rpc effettua l'ortorettifica nella target location e mapset dello specifico group, utilizzando il relativo file RPC, nella region (minima) specificata nel passo precedente. Occorre passare il DEM relativo. i.ortho.rpc group=<gname> output=<oname> \ [ north=<n> south=<s> east=<e> west=<w> res=<res> ] \ dem=<dname> [ shift=<geoid_height> ] 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

14 Todo RPC parsing template-based per aggiungere più facilmente nuovi satelliti. Interpolazione DEM (attualmente NN) i.rpc.calc numericamente stabile Integrazione calcolo shift medio? Code cleaning 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

15 KOMPSAT2 Umbria KOMPSAT2 è un satellite coreano SPOT5- like con risoluzione 1m in pancromatico, 4m in multispettrale (RGBN). Dataset: doppio frame mosaicato DEM 25m Processing: ortorettifica+georiferimento con 1 GCP. Proiezione UTM33 ED50 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

16 KOMPSAT2 Umbria 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

17 KOMPSAT2 Umbria 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

18 KOMPSAT2 Umbria 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

19 KOMPSAT2 Umbria La doppia procedura consente di ottenere un RMS su GCP di 1.9m, quindi sostanzialmente in linea con i risultati dichiarati in letteratura, nonostante il DEM a risoluzione non confrontabile. Qualitativamente è anche accettabile il risultato del confronto fra la CTR e l'immagine in mancanza di ulteriori parametri. 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

20 Question time 11/02/2010 Lovergine FOSS4G-IT

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