Riferimenti spaziali
Per poter utilizzare un'immagine in un'applicazione GIS è necessario avere le informazioni per una corretta collocazione geografica (riferimenti spaziali), ovvero che l'immagine sia georeferenziata/georiferita.
Risoluzione spaziale
Una caratteristica importante delle immagini raffiguranti porzioni di territorio è la risoluzione spaziale, legata alla dimensione del pixel. Spesso sono usati come sinonimi però:
Risoluzione spaziale = minima distanza che possono avere due elementi distinti per essere riconoscibili come separati
Dimensione pixel = dimensione (lato) dell'area rappresentata dal pixel
Dimensione pixel = dimensione (lato) dell'area rappresentata dal pixel
solo per immagini perfettamente nitide:
risoluzione spaziale = dimensione del pixel
Se un'immagine è sfocata o disturbata il valore numerico delle risoluzione è maggiore della dimensione del pixel.
Nel caso delle immagini radar che presentano un discreto disturbo la risoluzione è circa 2 o 3 volte la dimensione del pixel.
Purtroppo distinguere le immagini in base alla risoluzione può creare fraintendimenti perchè generalmente con "alta risoluzione" si intendono immagini dettagliate in cui il valore numerico della risoluzione è basso, mentre "bassa risoluzione" indica immagini con valori numerici della risoluzione elevati.
Altissima risoluzione: < 1 m
la maggior parte dei più recenti satelliti di compagnie private (Ikonos, QuickBird, WorldView) e le foto aeree
Alta risoluzione: tra 1 e 10 m
ad esempio il primo satellite Ikonos ed il satellite Spot5
l'alta ed altissima risoluzione permettono ad esempio di distinguere singoli edifici e automobili.
Media risoluzione: tra 10 e 50 m
la maggior parte dei satelliti di agenzie pubbliche per scopi scientifici o di monitoraggio (es: Landsat, ASTER)
si distinguono le aree urbane dalle zone di bosco o campi coltivati.
Bassa risoluzione: > 50 m
ad esempio MODIS
usati ad esempio per monitorare le condizioni (come vegetazione/aridificazione) a livello di nazioni, continenti o addirittura dell'intero pianeta
In genere la scala di lavoro ottimale per l'uso di un immagine è:
Scala di lavoro = risoluzione (m) x 10.000 (su carta)
Scala di lavoro = risoluzione (m) x 5.000 (a schermo)
Scala di lavoro = risoluzione (m) x 5.000 (a schermo)
Alta/altissima risoluzione: consente di lavorare alla scala 1:10.000
(utile per lo studio di particolari strutture, geomorfologia di dettaglio, archeologia, urbanistica)
Media risoluzione: consente di lavorare alla scala 1:100.000
(utile per studiare le caratteristiche generali di un’area, geologia, geomorfologia, uso del territorio)
Collocazione spaziale
Oltre alla risoluzione bisogna conoscere la posizione dell'immagine nello spazio, quindi servono le coordinate.
I riferimenti spaziali possono essere memorizzati in diversi modi:
nel caso più semplice:
- coordinate di un vertice
- dimensione del pixel
(- sistema di riferimento)
oppure:
- 2 o più GCPs (ground control points, punti di controllo noti)
caso più complesso:
- RPCs (rational polynomial coefficients), dati che permettono di di georeferenziare e ortorettificare (con modello del terreno) l'immagine.
Integrazione delle informazioni spaziali
Tali informazioni possono essera salvate nello stesso file che contiene l'immagine oppure su un file a parte.
Il caso più comune è quello del world file, un piccolo file di testo con lo stesso nome dell'immagine ed estensione leggermente diversa (es: .tif > .tfw, .jpg > jgw)
In pratica il file contiene sei numeri come in questo esempio:
| 30 0 0 -30 122515.000 2940785.000 |
Dimensione del pixel nella direzione orizzontale Rotazione attorno all'asse x Rotazione attorno all'asse y Dimensione del pixel nella direzione verticale (negativo) Coordinata x del centro del pixel in alto a sinistra Coordinata x del centro del pixel in alto a sinistra |
Principali vantaggi: può essere letto/modificato con programmi di testo, viene riconosciuto da tutte le principali applicazioni GIS, può venire associato ai più comuni formati raster di immagine (es: .tif → .tfw, .jpg → .jgw).
Difetto: non è indicato il sistema di riferimento.
Un altro formato molto comune è il geotiff: file immagine .tif con inclusi i metadati (informazioni aggiuntive sull'immagine) tra cui i riferimenti geografici.
Vantaggi: riconoscibile da tutte le principali applicazioni GIS, può contenere più informazioni rispetto al world file tra cui il sistema di riferimento.
Svantaggi: i metadati possono essere letti solo con programmi di GIS, se si modifica con un comune programma di immagine si perdono i metadati.
Stereoscopia / ortorettificazione
Le immagini telerilevate risentono degli effetti della prospettiva. Avendo due immagini della stessa aree prese da punti diversi (coppie stereoscopiche) si può ricavare la quota di un punto in base alla differenza di posizione e quindi ricostruire il rilievo.
Se però vogliamo usare l'immagine in un'applicazione GIS in cui deve combaciare perfettamente con altri dati o dev'essere usata come base cartografica occorre "rettificare" l'immagine.
Ortorettificazione: deformazione dell'immagine originale per eliminare gli effetti della prospettiva ed ottenere un'ortofoto.
In casi particolari l'immagine può contenere RPCs (rational polynomial coefficients) che consentono ad appositi programmi di ortorettificare l'immagine usando un DTM (digital terrain model) di riferimento.