Fotogrametría con Estereopar Satelital– Fotogrametría pt. 4

En este cuarto y último artículo en nuesta serie sobre Fotogrametría, vamos a medir la precisión alcanzada aplicando fotogrametría con estereopar satelital. Si no has leído las entradas anteriores en esta serie, te recomiendo empezar por nuestro artículo sobre los conceptos básicos de la fotogrametría. Luego, puedes continuar con esta entrada sobre la precisión de las imágenes estándar de Maxar. Por último, también deberías revisar este artículo en donde ortocorregimos una imagen de Maxar con Modelos de Elevación y Puntos de Control.

El siguiente producto para evaluar corrige la geometría mediante procedimientos fotogramétricos aplicados a un estereopar satelital.

¿Qué es un Estereopar?

Un estereo par satelital utiliza el principio de paralaje para permitir la construcción de modelos tridimencionales como fuente de información para generar modelos de elevaciones y vectorizar información en 3D requerida en la generación del modelo de elevaciones de precisión y la ortoimágen. El flujo de trabajo fotogramétrico garantiza la colinealidad y la correspondencia de los elementos y, por ende, el mejor resultado en precisión.

Un estereo par está compuesto básicamente por dos imágenes de un mismo área, pero observada desde perspectivas visuales distintas. Sería el método más riguroso para obtener una orto-imagen satelital. La adquisición de imágenes que forman estéreo pares de satélite se realizan de preferencia con dos tomas sobre la misma órbita (along-track) (Saldaña, 2013). Una primera toma en visión hacia adelante durante la aproximación al área de interés y la segunda, en visión hacia atrás mientras se aleja del área de interés. La diferencia de ángulos con el nadir debe ser suficiente para lograr la visión tridimensional del área. El proveedor garantiza los ángulos entre ambas tomas las cuales representan prácticamente un mismo instante sobre el suelo.

Estereopar forzado o «across-track»

Otro método utilizado cuando no hay disponibilidad del producto anterior es construyendo el estéreo par a partir de dos imágenes en órbitas distintas (across-track) (Saldaña, 2013). Este proceso es utilizado ampliamente por GeoSolutions aprovechando la gran disponibilidad de imágenes de alta resolución en el archivo de Maxar. Los tiempos entre ambas tomas puede ser de días o incluso meses, por lo que podemos encontrar diferencias en la cobertura terrestre debido a eventos naturales o acciones humanas. Sin mencionar las diferencias radiométricas entre ambas tomas debido a la diferencia en fechas.

Trabajar con un estéreo par satelital permite aplicar los mismos procesos fotogramétricos convencionales de triangulación y restitución que se aplican con fotografías aéreas. Una gran diferencia con los estéreos pares satelitales se cuenta con un traslape del 100% del área de interés.

Procedimiento de la corrección con estereopares satelitales

El estéreo par utilizado para este trabajo se obtuvo directo del proveedor sin la corrección geométrica. Tal como ocurre en el caso anterior, el proveedor entrega con las imágenes también las funciones racionales o RPC para la orientación interna al construir el modelo 3D y al generar la orto-imagen correspondiente.
Proceso:

• Se realiza el proceso de triangulación para crear el modelo tridimensional del área de interés.
• Se colocan los puntos de control sobre el modelo.
• Se densifica los puntos de amarre.
• Se genera un modelo de elevaciones de alta resolución.
• Se selecciona la imagen y se genera la orto-imagen correspondiente.

Nota: Este proceso sigue las prácticas fotogramétricas aceptadas y validadas internacionalmente. Requiere de herramientas especializadas tales como ERDAS imagine y otras disponibles en el mercado y un operador con suficiente conocimiento técnico.

Características de la imagen evaluada:

• Sensor: WorldView 2, Digital Globe
• Resolución: 50cm de pixel
• Ángulo de toma: 18°, 24°
• Tipo de procesamiento: Estéreo par OrthoReady, Pansharpen, 8 bit; Restitución del modelo de elevaciones con controles de campo; Ortorectificación con controles de campo y DEM generado mediante fotogrametría digital.

Resultados de la corrección con estereo par

Tomando en cuenta que el área de estudio es un segmento de un producto de mayor cobertura (o sea, una muestra), los valores de promedio (1.73m) y Desviación Estándar (0.66m) pueden inferirse a la totalidad del área del producto original. Esto es 1.01 metros de mejoría en el promedio y mejoría de 0.54m en la desviación estándar. De la misma forma, debemos inferir que la distribución de los errores guarda el mismo patrón en toda el área de cobertura del producto original. El 90% (CE90) del área de interés presentan errores menores a 2.8m en un patrón indudablemente concentrado hacia el centro. Esto es que el proceso con estéreo pares logra todavía un mayor control de la variable aleatoria de las elevaciones. 

Conclusiones

Este ejercicio evidencia que la variable aleatoria de elevaciones tiene gran influencia en el proceso de corrección de las imágenes. Los procesos automáticos del proveedor corrigen los errores sistemáticos y controlan en parte los errores aleatorios de alturas. Al utilizar un Modelo de Elevaciones de baja resolución y sin controles, el proceso automático reduce solo un poco la influencia de la topografía. Debe ser esperado que los errores del producto se incrementen con terrenos más altos e irregulares.  

Por otro lado, al introducir cada vez un Modelo de Elevaciones de resolución más coherente con la imagen que se corrige, la mejora en el producto es importante. Utilizando los mismos coeficiente binomiales (efemérides, posición de la plataforma y datos de la cámara) pero mejorando el DEM y agregando controles se lograron mejoras en el producto final hasta del 58% (3.31m) para la mayoría de los pixel.

El producto estándar es un producto donde el usuario debe esperar errores por debajo de 5.75m (12 pixeles) en áreas bajas y planas similar a la evaluada. Sin embargo, los resultados sugieren que la distribución del error está influenciada por la topografía. Al existir esta incertidumbre el producto es adecuado para análisis visuales o locales. Utilizar este producto para mapeo de grandes áreas seguramente traería complicaciones de localización y coherencia geoespacial entre imágenes distintas.

El producto ortorectificado utilizando una imagen monoscópica, un DEM de mejor resolución y controles, neutraliza en gran parte el error geométrico y la influencia de la topografía. Siempre teniendo en cuenta que el error esperado está por debajo de los 5.2m (11 pixeles) en caso de utilizar el DEM de 30m disponible gratuitamente o 2.71 m (6 pixels) en caso de utilizar el DEM de 1m de Intermap. Con estas consideraciones el producto es indicado para cartografiar grandes extensiones.

El producto ortorectificado utilizando estéreo pares satelitales y controles, neutraliza aún más el error geométrico y la influencia de la topografía. Siempre teniendo en cuenta que el error esperado está por debajo de los 2.44m (5 pixeles). Con estas consideraciones el producto es indicado para la cartografía de grandes extensiones.

Concluimos que definitivamente la principal variable que guía el resultado en el proceso pareciera ser la calidad del Modelo de Elevaciones. De hecho, la razón de que el mejor resultado se haya logrado al trabajar con el estéreo par es precisamente la posibilidad de generar un Modelo de Elevaciones en la misma resolución que la imagen a corregir. Y todavía más porque el DEM se corresponde pixel por pixel con la imagen que se trabaja. Si quisiéramos mejorar todavía más estos resultados ya tocaría mejorar la fotointerpretabilidad de los controles. Un buen objetivo de calidad a buscar en este caso estaría en el orden de los 3 pixel (1.5m).  

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