Realización del mapa de Catalunya a escala 1/250.000 a partir de imágenes del satélite ERS-1

C. Franquesa

Description

Resumen
En este artículo se resumen 100 distintos procesos seguidos para construir el primer mapa de Catalun-ya, a escala 1:250.000, utilizando imágenes SAR del satélite ERS-1 de la Agencia Espacial Europea, lanzado en julio de 1991. Debido a la diversidad de tratamientos que sufren las imágenes para compo-ner el mapa final, no se detalla rigurosamente si se muestra implementación alguna de ninguno de ellos. Se trata sólo de presentar los problemas, afrontados de forma secuencial, partiendo de los datos recibidos. Estos es, la obtención de imágenes en formato operativo, las correcciones geométrica y radiomé-trica, el mosaico y los efectos finales añadidos.
Abstract
In this paper we will describe all different proc-esses carried out to build the first map of Catalonia, at scale 1:250.000, using European Spacial Agen-cys ERS-1 SAR imagery, launched in July 1991. Due to the number of operations that images un-dergo to construct the final map, we will neither gel into detail too deeply nor show any implementation of these operations. So, the purpose of the docu-ment is just to present the sequential problems, starting from the initial data. This means, conver-sion of data to an operative formal, the geometric and radiometric correction, the mosaic, and final added effects.

Sujets

• ERS-1
• Radar

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• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 1995
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• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 1995
Realización del mapa de Catalunya a escala
1/250.000 a partir de imágenes del satélite ERS-1
C. Franquesa.
Institut Cartográfic de Catalunya. Balmes 209-211. 08006 Barcelona


RESUMEN ABSTRACT
En este artículo se resumen 100 distintos procesos In this paper we will describe all different proc-
seguidos para construir el primer mapa de Catalun- esses carried out to build the first map of Catalonia,
ya, a escala 1:250.000, utilizando imágenes SAR at scale 1:250.000, using European Spacial Agen-
del satélite ERS-1 de la Agencia Espacial Europea, cys ERS-1 SAR imagery, launched in July 1991.
lanzado en julio de 1991. Debido a la diversidad de Due to the number of operations that images un-
tratamientos que sufren las imágenes para compo- dergo to construct the final map, we will neither gel
ner el mapa final, no se detalla rigurosamente si se into detail too deeply nor show any implementation
muestra implementación alguna de ninguno de of these operations. So, the purpose of the docu-
ellos. Se trata sólo de presentar los problemas, ment is just to present the sequential problems,
afrontados de forma secuencial, partiendo de los starting from the initial data. This means, conver-
datos recibidos. sion of data to an operative formal, the geometric
Estos es, la obtención de imágenes en formato and radiometric correction, the mosaic, and final
operativo, las correcciones geométrica y radiomé- added effects.
trica, el mosaico y los efectos finales añadidos.

PALABRA CLAVE: ERS-1, ortoimagen, radar. KEY WORDS: ERS-1, orthoimage, radar.




tendremos la acumulación (suma) de la señal INTRODUCCIÓN
reflejada de toda una vertiente en unos pocas
Los datos proporcionados por el satélite ERS-1, puntos con alta señal radiométrica, y un área
debido a su ventana espectral en la banda de las mayor de menor señal correspondiente a la
microondas, son de naturaleza poco elocuente por
vertiente opuesta.
no decir críptica. Este hecho tendrá repercusiones
en casi cada uno de los pasos para realizar el mapa.
Así como los sensores ópticos suministran imá-
genes relativamente cómodas para su interpreta-
ción, las proporcionadas por el radar de apertura
sintética nos proporcionan:

(a) En el sentido geométrico, una deformación
consistente en posicionar los puntos del terri-
Figura 1.- Comportamiento geométrico. Motivo de achata-
torio en la imagen no según sus posiciones miento. Dirección de vuelo, hacia dentro del papel. El punto A.
relativa en el terreno, sino en función de su debiendo estar más a la derecha en la imagen final, puede
aparecer a la Izquierda de B por encontrarse más cercano al distancia real al señor (de ahí la necesidad de
sensor.
utilizar un modelo numérico de elevaciones
para su corrección) quedando tanto más a un (b) En el sentido radiométrico, una intensidad
lado de la imagen cuanto más elevado sea el energética tanto más fuerte cuanto mayor sea
terreno en ese punto, y sumando la respuesta la rugosidad de la superficie, lo cual provoca,
de todos los puntos que equidisten al satélite. por ejemplo, cambios significativos en el
Eso provoca un efecto de achatamiento en las agua del mar en distintos momentos, con los
zonas montañosas así como estiramientos y siguientes problemas de mosaico. Tengamos
contracciones de la superfície de forma pro- presente que una superficie totalmente lisa no
porcional al área encarada al sensor. Es decir, respondería a las ondas emitidas por la ante-
de las dos vertientes que forma un monte en na por no estar ésta trabajando en posición
el plano de barrido (plano del papel en Fig. vertical. Este comportamiento se muestra en
1) del señor para una línea de imagen dada, Fig. 2.
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imágenes oscuras, casi negras e inútiles para la
interpretación. Esto obedece a que en la imagen
inicial, del extenso rango de valores posibles para
cada píxel, tan sólo un 0.7% superan el nivel digi-
tal 800, siendo éstos, píxeles no de información
sino de ruido en las muy ruidosas señales produci-
das por este tipo de sensores. Así pues, nos que-Fig. 2.- Comportamiento radiométrico.
damos con un mapeo lineal que asocia valores de 0
a 255, a los iniciales dentro del rango (0,800), DATOS INICIALES
saturando la imagen por encima de este umbral.
El conjunto de datos iniciales para efectuar el Simultáneamente a esta compactación también
mapa consta de 14 imágenes ERS-1 en formato resolvemos la presentación especular inicial de los
SAR. PRI (16 bits en Ground Range). Estas imá- datos. Para saber cómo hay que invertir la imagen
genes fueron tomadas en 5 órbitas descendentes original es necesario conocer el sentido de la tra-
(4032, 4075, 4347, 4805 y 10130) en fechas 23, 26 yectoria del satélite en el momento de producirlas.
de abril, 15 de mayo, 16 de junio de 1992 y la Por los efectos de achatamiento hacia el sensor ya
última de ellas en 23 de julio de 1993. El tamaño mencionados, la complejidad que supondría hacer
del píxel original es de 12.5m. La disposición de un mosaico a partir de un conjunto de imágenes
estas imágenes se muestra en Fig. 3 tomadas en distintos sentidos de trayectoria (as-
cendente y descendente), resulta previsible. Ade-
• Información orbital de cabecera de las imá- más, para recubrir un territorio siempre es preferi-
genes. ble disponer de imágenes dispuestas en forma de
• Puntos de control en el suelo. retícula regular: condición que no se cumpliría si
• Un modelo de elevaciones del terreno MNE hubieran sido tomadas en distintos sentidos de
con distancia inicial inter-píxel de 15m a trayectoria.
partir del cual calculamos otro igualmente El satélite viaja siempre mirando hacia su dere-
válido a 60m, puesto que la diferencia es cha. De ahí se deduce la posición del eje especular
apenas apreciable en la escala final, y, a al que hay que someter a los datos.
cambio, nos libramos de tratar gran cantidad En la Fig. 3 se muestra un modelo de captación
de información en los distintos procesos en de datos para ambos sentidos de trayectoria. (a)
los que interviene. trayectoria descendente, nuestro caso, primero se
captura la línea superior, eso está bien, pero sin
embargo dentro de cada línea, la columna más
cercana al sensor es la de la derecha (izquierda
según el sensor), i.e., la primera que se capturará y
así, será posicionada en la izquierda de nuestra
imagen. (b) trayectoria ascendente, correcto para
los píxeles de una línea pero inverso el orden de
las líneas. Con la corrección especular realizada,
los datos están listos para la búsqueda de puntos de
control. La figura 5, que corresponde a la órbita
4805, frame 2763, se encuentra en este estado de
corrección.
Fig. 3.- Disposición de las Imágenes Iniciales. Se muestran los
identificadores órbita-trame
MAPEO A 8 BITS y SENTIDO
ORBITAL
Puesto que utilizamos sistemas informáticos de 8
Fig. 4.- Modelo de captación de datos. bits para la operación y visualización de imágenes,
tuvimos que decidir en qué momento de la cadena
OBTENCION DE LOS PUNTOS DE de tratamientos realizaríamos la compactación.
En este tipo de imágenes, sabemos que si la so- CONTROL EN EL SUELO
metemos a un mareo lineal de los 65536 valores
Esta no resulta una tarea fácil con las imágenes representables por los datos originales a los 256
de radar, debido al elevado nivel de ruido así como
que nos impone nuestra tecnología obtendremos
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siendo s, s' la posición y velocidad de satélite.
UUttiilliizzaammooss esta asev esta aseveracióeraciónn p poorr la la ddeefinfiniicióciónn ddee la la
iimmagen, en laa que el proveedor post proveedor postuullaa que para que para
cada línea, la frecuencia Doppler del centroide es
igual a cero.
• cálculo de la columna.

Tomando rs= | p-s|, tenemos
r −r para imágenes en Slant Range, o bien s 0c=
pix
c=c +c r +c r 2+c r 3 0 l s 2 s 3 s

para imágenes en Ground Rangedonde r es el s
Fig. 5.- Imagen 4805-2763 compactada a 8 bits con el efecto valor del píxel en slant range, r es el valor de 0
especular resuelto referencia para toda la imagen de slant range, pix
es el tamaño del píxel, y los coeficientes C ,......,C 0 3a las notables deformaciones comentadas más
son los de paso de slant a ground range. arriba. De una ventaja sí que podemos hablar: la
• cálculo de la fila ausencia de nubes, que habilita