La escala cartográfica de la imagen de satélite. Caso particular de las imágenes Ikonos y QuickBird

E.

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Resumen
Una duda habitual de los técnicos y científicos que utilizan imágenes de satélite en sus proyectos es la relativa a la escala máxima de trabajo que una determinada imagen puede permitir. Este artículo repasa los conceptos básicos sobre precisión geométrica y calidad visual de una imagen espacial y su relación con la escala a través de los diferentes criterios o estándares de precisión planimétrica existentes, en base a los cuales se puede indicar la escala cartográfica máxima alcanzable en un mapa de imagen espacial. Se aplican estos estándares a las imágenes de alta resolución IKONOS y QuickBird para presentar resultados de escalas máximas obtenidas con ellas.
Abstract
A common doubt among scientists and technicians that use remotely sensed imagery in their day-to-day work is the maximum allowable scale they can expect of the data. In this paper we review the basic concepts about geometric accuracy and visual quality of satellite images and their relationship with scale. A number of map accuracy standards are available that indicate end-users the maximum scale they should use. The recommendations of these standards are compared and applied to high-resolution satellite imagery (IKONOS, QuickBird) indicating the maximum scales that can be expected to be achieved using them.

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• Escala
• Scale

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• Publié le: 01 janvier 2006
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Revista de Teledetección. 2006. 26: 18-24
La escala cartográfica de la imagen de satélite.
Caso particular de las imágenes Ikonos y QuickBird
E. Corbelle Rico, M.L. Gil Docampo, J. Armesto González, T. Rego Sanmartín
[e-mail]
Departamento de Enxeñería Agroforestal. Escola Politécnica Superior
Universidade de Santiago de Compostela.
RESUMEN ABSTRACT
Una duda habitual de los técnicos y científicos que A common doubt among scientists and technicians
utilizan imágenes de satélite en sus proyectos es la that use remotely sensed imagery in their day-to-day
relativa a la escala máxima de trabajo que una deter- work is the maximum allowable scale they can expect
minada imagen puede permitir. Este artículo repasa of the data. In this paper we review the basic concepts
los conceptos básicos sobre precisión geométrica y about geometric accuracy and visual quality of
satelcalidad visual de una imagen espacial y su relación lite images and their relationship with scale. A
numcon la escala a través de los diferentes criterios o ber of map accuracy standards are available that
indiestándares de precisión planimétrica existentes, en cate end-users the maximum scale they should use.
base a los cuales se puede indicar la escala cartográ- The recommendations of these standards are
comfica máxima alcanzable en un mapa de imagen espa- pared and applied to high-resolution satellite imagery
cial. Se aplican estos estándares a las imágenes de alta (IKONOS, QuickBird) indicating the maximum
resolución IKONOS y QuickBird para presentar scales that can be expected to be achieved using them
resultados de escalas máximas obtenidas con ellas.
PALABRAS CLAVE: imagen espacial de alta resolu- KEY WORDS: high resolution satellite imagery,
ción, escala, precisión geométrica. scale, geometric accuracy.
me se reduce el denominador de escala. Sin embar-INTRODUCCIÓN
go y por otra parte, aunque un determinado
elemento (por ejemplo una carretera secundaria)Hoy en día son muchas y muy variadas las
discipueda estar presente en dos mapas diferentes, seplinas científicas y técnicas que utilizan de modo
espera que su localización (en coordenadas geográ-cotidiano imágenes espaciales procedentes de
difeficas o UTM) sea más precisa en el de mayor esca-rentes sensores. La teledetección constituye una
la. La garantía de esta fiabilidad en la representa-fuente de información utilizada a diario por un gran
ción viene dada por la tolerancia, que limita el errornúmero de profesionales cuya formación y
dedicade posición admisible sobre el papel. En conse-ción no está relacionada directamente con la
cartocuencia, para una determinada tolerancia el errorgrafía. Como consecuencia, entre muchos de estos
(en unidades del terreno) será menor cuanto mayorprofesionales surge con frecuencia la cuestión de
sea la escala.hasta qué escala resulta razonable emplear (por
ejemplo en la generación de cartografía) las imáge- En el caso de las imágenes captadas desde
satélites de observación de la Tierra es común en lanes de que disponen.
El concepto de escala en cartografía está ligado a bibliografía el asociarlas con ciertas escalas
comula cantidad de información contenida en el produc- nes en función del sensor del que proceden (por
to cartográfico, de modo que esta aumenta confor- ejemplo, López Vizoso 1989). En general, la
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mendación de determinadas escalas para cada tipo de los objetos en la imagen debido al relieve del
de imagen espacial está condicionada por dos fac- terreno y el efecto de la rotación terrestre.
tores: a) por un lado se busca que sea posible apre- Distorsiones debidas al uso de una determinada
ciar el máximo de información que contiene la ima- proyección cartográfica.
gen, condicionada por su resolución espacial; b) por La importancia de cada una de las fuentes de
otro lado se requiere que la precisión planimétrica o error en el error total depende de cada sistema de
error de posición de los elementos presentes en la captura: por ejemplo, las distorsiones debidas a
imagen se mantenga dentro de determinados valo- cambios en la órbita de la plataforma son
importanres. No obstante, este tipo de recomendaciones tes en el caso de la imagen de alta resolución
generales deben ser tomadas como orientativas, ya Quickbird, mientras que su influencia es mucho
que el error planimétrico presente en la imagen menor en el caso de la imagen de resolución
mediadepende del proceso de corrección geométrica utili- baja Landsat-MSS (Toutin 2004).
zado y por lo tanto no es igual para todas las
imágenes de igual resolución espacial, aún en el caso Corrección geométrica
de que fueran captadas por el mismo sensor.
En este trabajo se analizan las fuentes de error Conforme el uso de imágenes de satélite ha sido
geométrico en una imagen de satélite, los métodos más extendido se han ido desarrollando diferentes
más habituales para su corrección y posterior cálcu- métodos para aplicarle la corrección geométrica
lo del error planimétrico resultante. Finalmente se necesaria. Una revisión detallada de los métodos más
exponen los posibles criterios de precisión planimé- adecuados para cada tipo de imagen y de su proceso
trica y calidad visual que se pueden emplear en la de trabajo puede consultarse en Toutin (2004).
generación de mapas impresos a partir de imágenes Dejando aparte aquellos que se apoyan
exclusivade satélite, con mención especial de los resultados mente en parámetros orbitales, que suelen ser
utilizaesperables con imágenes espaciales de alta resolu- dos por las casas distribuidoras como una corrección
ción de los satélites IKONOS y QuickBird. previa y que no evitan la necesidad de corrección
posterior por parte del usuario final, los métodos de
ERROR GEOMÉTRICO EN LA corrección geométrica pueden ser clasificados en dos
IMAGEN ESPACIAL grandes grupos: según incorporen o no un modelo
digital del terreno para corregir los errores de
desplaFuentes de error geométrico zamiento debido al terreno, se los denomina métodos
de ortorrectificación y métodos de rectificación,
resLa imagen espacial no procesada no debería ser pectivamente (Cuartero y Felicísimo 2003). Por lo
utilizada como documento cartográfico, ya que en demás, todos ellos basan su funcionamiento en
adapella están presentes errores geométricos -debidos a tar la imagen a un conjunto de puntos de
coordenadiferentes factores- que hacen que los objetos no das conocidas (puntos de control o puntos de apoyo)
aparezcan representados en su verdadera forma y/o mediante un ajuste de mínimos cuadrados.
posición. Es decir, la imagen no procesada no La calidad conseguida en el ajuste se evalúa a
trapuede ser utilizada directamente en un sistema de vés del valor de residuo medio cuadrático (medido
información geográfica o integrada con otros pro- en unidades del terreno), que en ocasiones se
asimiductos cartográficos. Los factores que provocan la de manera errónea al error planimétrico presente
este tipo de distorsiones son numerosos, pero pue- en la imagen corregida. El residuo de ajuste no está
den ser clasificados en tres categorías (Toutin necesariamente relacionado con la calidad final que
2004): se obtiene después del proceso de corrección: antes
Distorsiones debidas a la plataforma espacial e bien, refleja de modo conjunto la idoneidad del
instrumentos de captura. En este grupo podemos modelo matemático utilizado, la precisión de las
citar las variaciones en la órbita de la plataforma, coordenadas de los puntos de control, y la precisión
errores debidos al sensor (por ejemplo variaciones en la localización de estos en la imagen. De este
en la velocidad de barrido), y errores de otros ins- modo, un valor elevado de residuo de ajuste puede
trumentos a bordo. indicar una mala elección del modelo matemático
Distorsiones debidas a la atmósfera o a la super- empleado en la corrección y/o una baja calidad de
ficie terrestre. En esta categoría se encuentran la los puntos de control, y por tanto indica que el error
refracción debida a la atmósfera, el desplazamiento de posición presente en la imagen corregida será
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alto. Sin embargo, un valor bajo de residuo no ase- Resulta interesante resaltar que cuando el error
gura una buena calidad final: situándonos en un caso medio tiende a cero el RMSE se aproxima a la
desextremo, el uso del número mínimo necesario de viación típica de los errores. Por lo tanto, bajo la
hipópuntos de contro