Generazione automatica di DEM da immagini stereo WorldView-1

Generazione automatica di DEM da immagini stereo WorldView-1
L’utilizzo dei modelli digitali del terreno (DEM) è necessario in moltissimi tipi di applicazioni quali generazione
di mappe, monitoraggio ambientale, analisi geospaziali, ingegneria della telecomunicazioni e altro ancora.
Tuttavia per la maggior parte delle aeree i DEM non sono disponibili o hanno una bassa risoluzione. Perciò
le ricerche scientifiche recenti si sono focalizzate sull’implementazione di tecniche per la creazione di DEM
altamente accurati, in modo semplice.
I DEM generati da immagini stereo satellitari sono particolarmente adatti allo scopo.
Per ottenere i DEM da immagini satellitari, è possibile utilizzare due metodologie: stereoscopia di immagini
sulla stessa orbita longitudinale (along-track), e stereoscopia di immagini su orbite adiacenti (across-track),
Un gran numero di satelliti è in grado di produrre dati stereoscopici along-track, questi includono il sensore
ottico JERS-1, ASTER, IKONOS, QuickBird, SPOT-5 e l’ultimo satellite della DigitalGlobe, WorldView-1
Il satellite WorldView-1
WorldView-1 è un sensore ottico pancromatico che produce immagini a 50 cm di risoluzione.
La sua swath nominale è di 17.6 km a nadir e il tempo di rivisitazione medio è di 1.7 giorni.
WorldView-1 è in grado di acquisire fino a 750.000 chilometri quadrati di immagini al giorno.
La frequenza di rivisitazione aumenta le possibilità di acquisizione e le potenzialità di applicazione di change
detection, e permette inoltre accurati aggiornamenti delle mappe.
In questo lavoro si esaminerà l’accuratezza dell’estrazione automatica di DEM usando diverse immagini
stereo di WorldView-1, sia con che senza l’uso di GCP.
Dati
Le coppie stereo WorldView-1 sono fornite come scene di 490 km2 di tipo Basic 1B level e Ortho Ready 2A,
con 90% di sovrapposizione, progettate per la creazione di DEM
I dati sono stati forniti dalla DigitalGlobe, dalla Pacific Geomatics e dalla Ivanhoe Mines. A causa del limite di
2 Gigabyte del formato TIFF, WorldView-1 è spesso distribuito in tessere con una piccola sovrapposizione.
Ogni tessera è corredata di un file RPC. PCI Geomatics ha sviluppato uno strumento all’interno del suo
software Geomatica per unire insieme le tessere e formare un’unica immagine. Allo stesso tempo viene
generato un nuovo file RPC unico per l’intera immagine.
Oltre al formato Basic level, WorldView-1 è distribuito nel formato Ortho Ready Standard (OR2A).
Quest’ultimo permette di ottenere risultati più affidabili; infatti in esso, essendo proiettato, vengono rimossi i
disturbi generati dal movimento della piattaforma satellitare durante l’acquisizione.
Metodo di correzione geometrica e software usato
Per la correzione delle immagini si è scelto di utilizzare il modello RPC. Come software si è scelta l’ultima
versione del software OrhoEngine di PCI Geomatics. Il software supporta la raccolta manuale ed automatica
dei GCP e dei Tie point, l’utilizzo del modello rigoroso di Toutin e del modello RPC per la correzione di
numerosi satelliti, la generazione automatica dei DEM, e ovviamente la possibilità di fare lo stich delle
tessere di immagini WorldView-1, oltre che di QuickBird.
Bisogna notare che quando non vengono usati GCPs con il metodo RPC, la raccolta dei Tie Points può
migliorare l’accuratezza relativa delle stereo coppia, ma diminuisce l’accuratezza assoluta di ciascuna
immagine. Poiché l’accuratezza delle immagini WorldView-1 senza usare GCPs è entro i 2 metri, è meglio
non raccogliere i tie point se non si raccolgono GCP ; in tal modo si mantiene l’accuratezza assoluta nel
risultato finale. In casi del genere il prodotto OR2A stereo è preferibilal Basic 1B.
Per generare il DEM in maniera automatica, una coppia di immagini quasi-epipolari viene generata a partire
dalle immagini longitudinali. Quindi una procedura di matching automatico viene eseguita per produrre un
DEM tramite la comparazione tra i valori di grigio delle immagini. Il metodo utilizzato genera dei coefficienti di
correlazione tra 0 e 1 tra ciascuna coppia di pixel. La differenza in posizione tra due punti nelle due immagini
viene quindi convertita in quota assoluta sull’ellissoide WGS84.
Risultati e conclusioni
Dall’analisi delle 4 coppie stereo WorldView-1 si è visto che è possibile raggiungere un’accuratezza entro 1
metro di errore quando si usa 1 GCP accurato, e entro 2 metro se non si usano GCP. I DEM possono
essere estratti dalle coppie stereo WorldView-1 in modo automatico. Il dem raggiunge un’accuratezza
verticale entro 1,5 metri quando si usa un GCP accurato e approssimativamente entro i 5 metri quando non
si usa nessun GCP. Il prodotto Ortho Ready è sicuramente preferibile al Basic 1B, soprattutto nei casi in cui i
GCP non sono disponibili
DEM estratto da una delle 4 stereocoppie WorldView-1 (miniera in Australia)
Autori: Philip Cheng e Chuck Chaapel