Algoritmo automático de corrección geográfica para imágenes NOAA-AVHRR: desarrollo y análisis de errores

A. Calle

Description

Resumen
Se presenta un modelo automático de corrección basado en la resolución orbital del satélite y la aplicación de un algoritmo que utiliza los ángulos de orientación para el cálculo de la posición geográfica del píxel. El modelo concluye con la implementación de remuestreo por el procedimiento del vecino más próximo. El modelo ha sido validado en un escenario completo de imágenes del sensor NOAA-AVHRR, especificando el análisis de los errores encontrados en unidades de píxel.
Abstract
A procedure of orbital resolution of the spacecraft position has been developed, together with the subsequent application of an algorithm using the orientation angles for the calculation of the geo-graphical pixel position. The model concludes with the implementation of the resampling algorithm of the images corrected through the nearest neighbour method. The model applied has been validated on a complete scenario of the NOAA-AVHRR sensor imagery, specifying the errors made in pixel units.

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2000
• Nombre de lectures: 26
• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 2000
Algoritmo automático de corrección geográfica
para imágenes NOAA-AVHRR: desarrollo y
análisis de errores
A. Calle, J. L. Casanova y J. Sanz
Correo electrónico: [e-mail]
Laboratorio de Teledetección de la Universidad de Valladolid


RESUMEN ABSTRACT
Se presenta un modelo automático de corrección A procedure of orbital resolution of the spacecraft
basado en la resolución orbital del satélite y la position has been developed, together with the
aplicación de un algoritmo que utiliza los ángulos subsequent application of an algorithm using the
de orientación para el cálculo de la posición geo- orientation angles for the calculation of the geo-
gráfica del píxel. El modelo concluye con la im- graphical pixel position. The model concludes with
plementación de remuestreo por el procedimiento the implementation of the resampling algorithm of
del vecino más próximo. El modelo ha sido valida- the images corrected through the nearest neighbour
do en un escenario completo de imágenes del method. The model applied has been validated on a
sensor NOAA-AVHRR, especificando el análisis complete scenario of the NOAA-AVHRR sensor
de los errores encontrados en unidades de píxel. imagery, specifying the errors made in pixel units.


PALABRAS CLAVE: NOAA-AVHRR, correc- KEY WORDS: NOAA-AVHRR, automatic geo-
ción geográfica automática. graphical correction.


automáticamente para generar polinomios de ajus-INTRODUCCIÓN
te (Illera et al., 1996). La técnica de determinación
La corrección geográfica de las imágenes pre- de los parámetros de cruce con el ecuador ha sido
senta, en todos los casos estudiados en teledetec- empleada, también, por (Moreno and Meliá, 1993)
ción, grandes dificultades de cara a la obtención de para generar un modelo de corrección geométrica
resultados precisos. Existen múltiples fuentes de teniendo en cuenta varios factores de barrido del
error difícilmente tenidas en cuenta en la aplica- sensor que llevan a la obtención de resultados
ción de modelos teóricos funcionando de forma precisos; sin embargo, los métodos mencionados
totalmente automática, sin la interacción del usua- que aplican esta técnica emplean puntos de control
rio. Las imágenes corregidas, generadas por estos obtenidos de forma interactiva para el cálculo de
modelos, deben ser ajustadas finalmente mediante estas magnitudes, lo que demora de forma impor-
la identificación de puntos de control y la aplica- tante el procesado de la imagen.
ción de polinomios de ajuste, con la finalidad de En lo que respecta a los modelos automáticos,
obtener la máxima precisión. Sin embargo, el au- puede verse un planteamiento muy general en
tomatismo en todas las tareas de procesamiento de (Rosborough et al., 1994) En el que desarrolla una
imágenes debe ser considerado como un objetivo metodología para la corrección conociendo los
primordial en aquéllos casos que requieran la ge- ángulos estándar roll, pich y yaw, de orientación
neración de productos en tiempo real. Esto conlle- del satélite; además estos autores incluyen un pro-
va la búsqueda de un compromiso entre precisión cedimiento de control de altitud, a partir de un
exigida y tiempo de proceso. punto de control, que mejora en gran medida los
En el caso de la corrección del sensor AVHRR, resultados procedentes de la metodología automá-
los modelos más ampliamente utilizados toman al tica
menos un punto de control para resolver las condi- En lo que sigue, presentaremos un modelo basa-
ciones de cruce con el ecuador de la órbita ascen- do en Brunel and Marsouin, 1986, que aplica la
dente (Ho and Asem, 1986, Bachman and Bendix, metodología de Rosborough et al.,1994 calculando
1992). Estos procedimientos parten del conoci- los ángulos de orientación a partir de los paráme-
miento de los parámetros de cruce con el ecuador tros orbitales. Finalmente, el modelo concluye con
de la última órbita ascendente previa a la captura la implementación del algoritmo de remuestreo de
de la imagen (longitud geográfica y tiempo de las imágenes corregidas por el procedimiento del
cruce). En otros casos, se ha utilizado como mode- vecino más próximo.
lo de base el mencionado anteriormente, incluyen- La validación del modelo aplicado se ha realiza-
do más puntos de control de tierra, para una vez do sobre un escenario completo de imágenes del
resuelta la órbita, utilizar dichos puntos de control sensor NOAA-AVHRR, especificando los errores
Nº 14 – Diciembre 2000 1 de 9 A. Calle, J. L. Casanova y J. Sanz
cometidos en unidades de pixeles. Para todo el 3. Argumento de Perigeo, ω : Es el ángulo, me-0
desarrollo del estudio se ha elaborado un software dido en la elipse orbital, entre el cruce con el
específico, en entorno Windows. Finalmente se ecuador terrestre y el perigeo de la órbita.
discuten algunas dificultades encontradas en la 4. Anomalía Media, M : Es el desplazamiento 0
aplicación de la metodología de verificación con- angular recorrido por el satélite, si éste
cernientes a errores técnicos del sensor utilizado hubiera estado moviéndose con velocidad
(Brunel and Marsouin, 2000). Este modelo, así angular constante en una órbita circular.
planteado, genera unos buenos resultados y es de 5. Ascensión Recta del Nodo Ascendente, Ω : Es 0
fácil programación para ser incluido en programas el ángulo de longitud entre el punto Aries o
de procesamiento general. punto vernal y el punto en que el satélite cru-
za el ecuador terrestre en una órbita ascen-
dente (sur-norte). DESCRIPCIÓN TEÓRICA DEL
6. Inclinación de la Órbita, i: Es el ángulo entre MODELO
el plano de la elipse y el plano ecuatorial te-
El modelo de corrección consta de tres fases rrestre.
principales, cuya descripción teórica se expone en 7. Movimiento Medio, n: Es el promedio de la
los siguientes sub-apartados. En primer lugar se velocidad angular del satélite en la órbita,
realizará el cálculo de la posición del satélite a expresado en vueltas/día.
partir de los parámetros orbitales; posteriormente
se aplicarán las funciones de transformación (fi- De los elementos descritos, tres de ellos sirven
la,columna) →(long,lat), basadas en matrices de para localizar el satélite en la elipse orbital (e, M,
transformación y finalmente se realizará el proceso n) y otros tres para encontrar la orientación de la
de remuestreo de la imagen. En esta última etapa elipse respecto a una posición terrestre ( ω, Ω, i).
se expondrá la metodología de la corrección inver-
sa. Para calcular la posición del satélite, pueden se-
guirse varias metodologías. Una de ellas consiste
Determinación de la posición del satélite en la aplicación del modelo de propagación
NORAD-SGP4, sobre todo si se utilizan como
A partir de los parámetros orbitales podrá deter- parámetros orbitales los aportados por NORAD-
minarse la posición del satélite en un instante ante- two-line-elements. SGP4 produce como resultado
rior o posterior aplicando las ecuaciones que rigen las coordenadas cartesianas del satélite en un sis-
el movimiento en la órbita. El tiempo de validez de tema de referencia inercial, con uno de los ejes del
dichas magnitudes no es muy elevado en el caso de sistema posicionado en el punto aries o equinocio
los satélites polares que tienen una órbita de baja vernal en la época 1950. Deberá aplicarse una
altitud (en torno a 850 km.), debido a que la órbita matriz de triple rotación para generar estas coorde-
está modificándose constantemente por causa de nadas sobre un sistema en la época actual de cálcu-
las fuerzas de perturbación (Brunel and Marsouin, lo o la época 2000 y finalmente realizar un cálculo
1986): fuerzas de gravitación causadas por irregu- del tiempo sideral del meridiano de Greenwich
laridades en la distribución de la masa de la tierra, para obtener XYZ en un sistema en rotación soli-
fricción atmosférica (hasta 1000 km. de altitud), dario con la tierra. Posteriormente, la latitud y
presión de la radiación solar, fuerzas de gravita- longitud geográficas serán obtenidas aplicando las
ción del Sol y la Luna, etc. De todas ellas, la más transformaciones geodésicas al modelo de elipsoi-
importante en un gran orden de magnitud, es la de terrestre vigente. La otra alternativa es la reso-
debida al achatamiento de la Tierra. lución de la ecuación de Kepler y la aplicación
Los datos orbitales, para un instante inicial de- posterior de las ecuaciones de perturbación para la
nominado Época, t , son proporcionados por vari