SISTEMI INFORMATIVI GEOGRAFICI IN GEO- LOGIA

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1 MARIA TERESA MELIS SISTEMI INFORMATIVI GEOGRAFICI IN GEO- LOGIA ANNO ACCADEMICO 2017/ 2018

2 LEZIONE 5 IL MODELLO DI DATI RASTER E LA GEOREFEREN- ZIAZIONE Corso di Sistemi Informativi Geografici in Geologia a cura di Maria Teresa Melis TITIMELIS@UNICA.IT

3 Section 1 IL MODELLO RASTER Pixel Il termine pixel deriva da picture element e indica una porzione di immagine di formato regolare. Lo spazio immagine è considerato come diviso in celle quadrate, più raramente rettangolari, appoggiate su una griglia regolare: la cella è l unità di informazione (grid cell o pixel). L ordine della griglia permette di calcolare la distanza e la reciproca posizione delle diverse celle. Il modello raster è chiamato anche GRID. Temi 1. pixel 2. il dato radiometrico Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 2 / 18

4 Dati nel modello raster Immagini da satellite Foto aeree Cartografia da scanner Immagini fotografiche Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 3 / 18

5 Scrivi per inserire testo Significato di pixel Il pixel non rappresenta un oggetto, ma è il luogo dove una grandezza assume un certo valore. Nel modello vettoriale, punti, linee e poligono rappresentano le unità spaziali minime che descrivono gli oggetti geografici. Nel modello raster la superficie terrestre e gli oggetti che la compongono sono è rappresentati da un insieme finito di elementi, i pixel. Gli oggetti sono descritti attraverso valori riferiti alla cella o ad una combinazione di celle regolari. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 4 / 18

6 La radianza Anche nei dati telerilevati da sensori (su aereo o su satellite) un pixel non rappresenta un oggetto e il valore di radianza è una misura dell energia rilevata dal sensore riferita ad una porzione di territorio e non l attributo di un entità territoriale completa. Tuttavia i valori di radianza dipendono dagli oggetti presenti sul territorio per cui i pixel riportano, in una logica di contesto e non di singolo pixel, informazioni relative a tali oggetti. Struttura dei pixel in un modello raster/immagine Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 5 / 18

7 Il dato radiometrico 1. Sorgente di energia (A) - Il primo requisito per un sistema di telerilevamento è che esista una sorgente di energia che illumini o fornisca energia elettromagnetica all oggetto di interesse. 2 La radiazione e l atmosfera (B) - Come l energia viaggia dalla sorgente all oggetto viene in contatto ed interagisce con l atmosfera. Questa interazione può avere luogo una seconda volta quando l energia viaggia dall oggetto al sensore. 3 Interazione con l oggetto (C) - Questa dipende dalle proprietà dell oggetto e della radiazione. 4 Registrazione dell energia da parte del sensore (D) - l energia diffusa o emessa dall oggetto viene registrata da un sensore remoto. 5 Trasmissione, Ricezione, Elaborazione (E) - L energia registrata dal sensore deve essere trasmessa, spesso in forma elettronica alla stazione ricevente, che la elabora e trasforma in un immagine (formato digitale). 6 Interpretazione ed analisi (F) 7 Applicazione (G) Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 6 / 18

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9 Section 2 GEOREFERENZIAZIONE Definizione I dati telerilevati per loro natura, ma anche i dati provenienti da scansioni sono affetti da varie distorsioni e pertanto non possono essere sovrapposti/ confrontati direttamente ad una carta topografica. I dati raster all interno di un GIS devono sempre riferirsi ad un sistema di coordinate e può succedere che i dati che vogliamo utilizzare non siano stati riferiti allo stesso sistema. In questo caso è necessario applicare le funzioni di trasformazione di coordinate che permettono di rendere i dati omogenei sotto il profilo geografico. Temi 1. GCP 2. la matrice di trasformazione 3. il ricampionamento Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 8 / 18

10 IL SISTEMA DI RIFERIMENTO In un sistema di coordinate bidimensionale, la disposizione dei pixel è organizzata nello spazio in una griglia di righe e colonne. La posizione nella griglia è definita dalle due coordinate x e y, che specificano rispettivamente il numero della colonna e della riga. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 9 / 18

11 La rettificazione Col termine di georeferenziazione si intende il processo di assegnazione ai dati dell'immagine di un sistema di coordinate cartografiche. La rettificazione è il processo che permette di adattare /modificare il dato per renderlo sovrapponibile alla base di riferimento geografica e quindi comprende la georeferenziazione (se dei dati si è perso il riferimento geografico può essere applicata la sola funzione di georeferenziazione con gli strumenti per esempio presenti in Arc- Catalog). La rettificazione consiste in tre operazioni principali: riconoscimento dei punti di controllo (GCP, Ground Control Point) calcolo della matrice di trasformazione creazione del file di output. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 10 / 18

12 I PUNTI DI CONTROLLO (GCP, Ground Control Points) Un GCP è PUNTO ben identificabile sull immagine da correggere e sulla base/carta di riferimento. I GCP sono definiti da due coppie di coordinate: le coordinate originali cioè le coordinate immagine le coordinate di riferimento ossia le coordinate nel sistema di riferimento scelto (cartografia). Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 11 / 18

13 Criteri di selezione e posizionamento dei GCP È necessario selezionare oggetti la cui posizione sia costante nel tempo. Sono da evitare: tratti naturali di fiumi angoli di campi punti il litorali sabbiosi Sono consigliati: intersezioni di strade o canali piccoli edifici o strutture isolate difese costiere Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 12 / 18

14 Distribuzione dei GCP Il posizionamento ottimale è dato da una distribuzione omogenea sull area di studio. Solo in questo caso le funzioni di mappatura sono valide per l intera immagine Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 13 / 18

15 Calcolo della matrice di trasformazione Per convertire le coordinate originali in coordinate rettificate si utilizzano le equazioni polinomiali. Il grado di complessità della equazione è espresso dall ordine del polinomio cioè dal più alto esponente che appare nel polinomio stesso. Generalmente si usano polinomi di primo e secondo grado. Il fine nel calcolare i coefficienti della matrice è quello di ottenere le equazioni polinomie per le quali si verifica l errore minimo possibile quando sono usate per trasformare le coordinate originali dei GCP in coordinate di riferimento. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 14 / 18

16 Trasformazioni lineari La matrice di trasformazione per una trasformazione di primo ordine, consiste di sei coefficienti, tre per ogni coordinata x e y: Ciascuno di questi coefficienti è utilizzato nella polinomiale di prim ordine: Il minimo numero di punti per applicare una trasformazione di ordine t è dato da: (t + 1)(t + 2)/2 Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 15 / 18

17 L errore RMS (Root Mean Square) L'errore RMS è la distanza tra la posizione originale dei GCP e la posizione ritrasformata dello stesso GCP L inverso della matrice di trasformazione utilizzata, è usata per ritrasformare le coordinate di riferimento nelle coordinate di origine. L'errore è quindi espresso come una distanza nel sistema di coordinate originali, e quindi in pixel. Per esempio un errore RMS di 2 significa che il pixel di riferimento è 2 pixel distante dal pixel ritrasformato. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 16 / 18

18 Il ricampionamento La creazione del file di output prevede la funzione di ricampionamento (resampling). Il ricampionamento consiste nel far calcolare il nuovo valore dei pixel in uscita sulla base del valore che avevano originariamente, prima della trasformazione. I metodi di resampling più comuni sono: Nearest neighbour: usa il valore del pixel più vicino al pixel trasformato (pixel in output). Non varia quindi il valore originale dei pixel. Bilinear interpolation: usa i valori dal file dati di 4 pixel in una finestra di 2 x2 per calcolare il valore in output. Varia il valore dei pixel in input. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 17 / 18

19 Lo strumento di georeferenziazione in ArcGIS. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 18 / 18