Orientamento con GCPs

Tutti i test per valutare il numero minimo di GCPs con il quale si ottiene una stabilizzazione dei residui sui punti di controllo sono stati condotti sia impiegando il modulo OrthoEngine del pacchetto software PCI Geomatica che SISAR.

Con OrthoEngine, applicando il modello razionale non è stato possibile valutare i residui dei GCPs nella stereocoppia (è disponibile solamente il report con i residui sulle due immagini considerate singolarmente): sono stati quindi eseguiti solamente test con il modello rigoroso, mentre con SISAR sia impiegando il modello rigoroso che con il RFM. In tutti i casi si sono inserite tolleranze sulle coordinate terreno dei punti di 0.2m in planimetria, 0.3m in quota e di 0.5 pixel sulle coordinate immagine.

Con i 41 punti a disposizione, partendo da 4 GCPs distribuiti in maniera omogenea sulle immagini, sono stati eseguiti 20 test incrementandone il numero con step di 2 alla volta (utilizzando i restanti punti come CPs) sempre cercando di avere la miglior distribuzione. In particolare, l‟ordine in cui sono stati aggiunti è riportato in Tabella 5-2.

Elaborazioni

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

n° GCPs 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 41

ID 6, 7 16 23 41 44 3 37 8 9 33 34 10 5 1 4 2 30 22 50 36 17, 20 19 43 54 51 32 39 48 14 45 47 31 42 21 28 46 38 52 53 Tabella 5-2 - IKONOS II: ID dei 4 GCPs usati per il primo test ed elenco dell'ordine di inserimebnto dei restanti GCPs

Durante le prime elaborazioni eseguite con OrthoEngine si è visto che con 20 GCPs si raggiungeva un buon assestamento dell‟accuratezza, mentre con 6 GCPs si avevano residui stranamente elevati. Per valutare dunque quanto la distribuzione dei punti influenzi i residui dell‟orientamento, è stata identificata anche una seconda distribuzione di GCPs per questi due casi; i punti impiegati come GCPs in questa seconda serie di elaborazioni sono i seguenti:

- 6 GCPs: 6, 7, 17, 19, 23, 43.

 distribuzione 1 distribuzione 2

Figura 5-9 - IKONOS II: differenti distribuzioni per i test eseguiti con 6 GCPs (sinistra) e 20 GCPs (destra)

Per brevità, si riportano nei paragrafi successivi i grafici relativi ai residui nelle tre coordinate dei test di orientamento eseguiti (per le distribuzioni con 6 e 20 GCPs sono riportati entrambi i risultati), rimandando all‟Appendice A.III.4 per le tabelle con i valori di tali residui.

5.6.1.

Orientamento con modello rigoroso

Figura 5-10 - IKONOS II: grafico dei residui di orientamento dei CPs per OrthoEngine v.10.2 e SISAR, modello rigoroso

Figura 5-11- IKONOS II: grafico dei residui di orientamento dei GCPs per OrthoEngine v.10.2 e SISAR, modello rigoroso

I risultati mostrano come SISAR sembri più robusto, in quanto già con 6 GCPs l'accuratezza risulti migliore delle dimensioni del pixel. OrthoEngine mostra invece residui in Up maggiori quando il numero di GCPs è basso, inoltre una stabilizzazione dell'accuratezza viene raggiunta con 20-22 GCPs.

In relazione ai test condotti con due differenti distribuzioni, i risultati mostrati in Tabella 5-3 mostrano come con SISAR i RMSEs risultino sempre comparabili, mentre ciò è valido per OrthoEngine solo nel caso di 20 GCPs; quando il numero è basso, il software risulta invece molto sensibile alla distribuzione (preferibili 4 agli spigoli e 2 centrali piuttosto che nelle mezzerie dei lati più lunghi, Figura 5-9).

Software GCPs E [m] N [m] Up [m] GCPs E [m] N [m] Up [m]

OrthoEngine _6b 6a 0.67 _1.68 1.69 _0.92 1.54 _1.04 20a _20b 0.80 _{0.59 0.64} 0.78 0.85 _0.85 SISAR _6b 6a 0.61 _0.70 0.74 _0.75 0.82 _0.97 20a _20b 0.51 _{0.65 0.62} 0.67 0.70 _0.75 Tabella 5-3 - IKONOS II: risultati degli orientamenti eseguiti per i test con differenti distribuzioni, modello rigoroso

5.6.2.

Orientamento con RFM: SISAR

Figura 5-12 - IKONOS II: grafico dei residui di orientamento dei CPs per SISAR, RFM

Figura 5-13 - IKONOS II: grafico dei residui di orientamento dei GCPs per SISAR, RFM

Come per il modello rigoroso, già con 6 GCPs si ottiene un‟accuratezza migliore delle dimensioni del pixel, con i risultati migliori ottenuti impiegando 2026 GCPs. In questo caso i test condotti con le due distribuzioni mostarno anche per SISAR una maggior dipendenza dalla posizione dei punti nel caso essi siano pochi, però con andamento opposto rispetto a quanto espresso al paragrafo precedente per OrthoEngine: la trasformazione sembra essere calcolata in modo migliore con punti al bordo (agli spigoli ed in mezzeria dei lati più lunghi).

Software GCPs E [m] N [m] Up [m] GCPs E [m] N [m] Up [m] SISAR _6b 6a 0.57 _0.60 0.79 _0.64 0.86 _{1.18 20b} 20a 0.48 _{0.48 0.58} 0.65 0.73 _0.77

Tabella 5-4 - IKONOS II: risultati degli orientamenti eseguiti per i test con differenti distribuzioni con SISAR, RFM 5.6.3.

Generazione degli RPC con SISAR

Per testare la possibilità offerta da SISAR di generare propri RPC e validare l‟orientamento conseguente dal loro impiego, si sono eseguite differenti prove con la distribuzione composta da 12 GCPs. Partendo dal modello rigoroso sono state pertanto create griglie di passo 5, 7, 9m valutando poi i residui sulle coordinate riga e colonna dei 29 CPs rispetto a quelle riconosciute dall‟operatore. I risultati hanno mostrato una sostanziale equivalenza tra le 3 griglie, con residui medi dell‟ordine di 0.450.8 pixel. Dato che i tempi di elaborazione aumentano al diminuire del passo della griglia, le ulteriori elaborazioni sono state condotte con un passo di 9m, generando gli RPC anche per il modello con tutti e 41 i GCPs. Dopodiché, per entrambi i test è stato nuovamente eseguito l‟orientamento con il modello razionale impiegando i coefficienti generati al posto di quelli forniti assieme alle immagini. I risultati, in Tabella 5-5, mostrano in generale leggeri miglioramenti, comunque tali da non suggerire il ricorso a tale procedura anche in relazione al fatto che comunque i residui migliori sono ottenuti con il modello rigoroso. Risultati del tutto analoghi sono stati ottenuti anche eseguendo le prove con GCPs e TPs.

RMSEs 12 GCPs

RMSEs GCPs RMSEs CPs

Modello E[m] N[m] Up[m] E[m] N[m] Up[m]

rigoroso 0.020 0.033 0.018 0.669 0.457 0.748

RPC 0.498 0.410 0.681 0.483 0.644 0.848

RPC (generati) 0.501 0.328 0.560 0.484 0.662 0.791 RMSEs 41 GCPs

RMSEs GCPs RMSEs CPs

Modello E[m] N[m] Up[m] E[m] N[m] Up[m]

rigoroso 0.029 0.028 0.020 \ \ \

RPC 0.465 0.533 0.697 \ \ \

RPC (generati) 0.465 0.523 0.644 \ \ \

Tabella 5-5 - IKONOS II: confronti relativi alla generazione degli RPC con SISAR 5.6.4.

Considerazioni conclusive

In conclusione, quindi, i due software hanno fornito risultati soddisfacenti ed assai simili in termini di precisione intrinseca ed accuratezza finale anche in dipendenza dalle caratteristiche di acquisizione; SISAR sembra comunque essere più stabile (nei confronti della distribuzione dei punti e del numero minimo che garantisce una sufficiente accuratezza) e offre all‟operatore maggiori possibilità di controllo dei risultati ottenuti (in particolare in relazione ai residui durante l‟impiego di modelli razionali).

Per quanto riguarda un confronto tra modello rigoroso e razionale, i risultati ottenuti col solo SISAR e riassunti in Figura 5-14 mostrano andamenti totalmente paragonabili, sempre con accuratezze migliori del GSD delle immagini: in Est e Nord le differenze sono trascurabili, mentre in Up il modello rigoroso risulta più stabile anche con pochi GCPs. Analogamente, come detto, anche la generazione di nuovi RPC non ha portato a significativi miglioramenti.

Figura 5-14 - IKONOS II: riassunto degli orientamenti eseguiti con SISAR con il modello rigoroso e quello razionale

Infine, per quanto riguarda OrthoEngine, tutti i test sono stati condotti utilizzando sia GCPs espressi in coordinate UTM WGS84 (necessarie per i confronti con SISAR) che in ED50 (sistema in cui erano inizialmente espressi tutti i punti usati per le validazioni successive): i risultati mostrano, come era logico aspettarsi, piccolissime variazioni (pochi centimetri nei residui solo di alcuni GCPs e CPs), a testimonianza della stabilità del programma.