15.3. Georeferenziatore

Il georefRun Georeferenziatore è uno strumento per generare world file per i raster. Ti permette di riferire i raster a sistemi di coordinate geografiche o proiettate creando un nuovo GeoTiff o aggiungendo un world file all’immagine esistente. L’approccio di base per la georeferenziazione di un raster consiste nel localizzare punti sul raster per i quali puoi determinare accuratamente le coordinate.

Funzioni

Icona

Azione

Icona

Azione

addRasterLayer

Carica un raster

start

Avvia la georeferenziazione

gdalScript

Genera uno script GDAL

loadGCPpoints

Carica punti GCP (Ground Control Point)

saveGCPPointsAs

Salva Punti GCP come…

transformSettings

Imposta la trasformazione

addGCPPoint

Aggiunge un nuovo punto

deleteGCPPoint

Elimina un punto

moveGCPPoint

Sposta un punto GCP

pan

Sposta

zoomIn

Ingrandisce la vista

zoomOut

Rimpicciolisce la vista

zoomToLayer

Zoom sul layer

zoomLast

Zoom precedente

zoomNext

Zoom successivo

linkGeorefToQGis

Collegare il georeferenziatore a QGIS

linkQGisToGeoref

Collegare QGIS al georeferenziatore

fullHistogramStretch

Stiramento completo dell’istogramma

localHistogramStretch

Stiramento locale dell’istogramma

Tabella Georeferenziatore: Strumenti del Georeferenziatore

15.3.1. Utilizzo del plugin

Per le coordinate X e Y (espresse in gradi, primi e secondi DMS (dd mm ss.ss), in gradi decimali DD (dd.dd) o le coordinate proiettate (mmmm.mm) espresse in metri), che corrispondono ai punti selezionati sull’immagine, puoi usare due procedure alternative:

  • Alcune volte nei raster sono presenti punti con le coordinate scritte sull’immagine. In questo caso puoi inserire manualmente le coordinate.

  • Usando layer già georeferenziati. Può trattarsi di dati vettoriali o raster che contengono gli stessi oggetti/geometrie presenti nell’immagine che si desidera georeferenziare e con la proiezione che vuoi per la tua immagine. In questo caso, puoi inserire le coordinate facendo click sul dataset di riferimento caricato nell’area della mappa QGIS.

La procedura usuale per la georeferenziazione di un’immagine comporta la selezione di più punti sul raster, specificando le loro coordinate, e scegliendo un tipo di trasformazione appropriato. Sulla base dei parametri e dei dati di input, il georeferenziatore calcolerà i parametri del world file. Più coordinate si forniscono, migliore sarà il risultato.

Il primo passo è avviare QGIS e cliccare su Raster ► georefRun Georeferenziatore…, che appare nella barra dei menu di QGIS. La finestra di dialogo del georeferenziatore appare come mostrato in Fig. 15.20.

Per questo esempio, stiamo usando una carta topografica del South Dakota di SDGS. Può essere successivamente visualizzata insieme ai dati della cartella GRASS spearfish60. Puoi scaricare la carta topografica da qui: https://grass.osgeo.org/sampledata/spearfish_toposheet.tar.tar.gz.

../../../_images/georef.png

Fig. 15.20 Finestra di dialogo Georeferenziatore

15.3.1.1. Aggiungere punti di controllo (GCP)

  1. Per iniziare la georeferenziazione di un raster non referenziato, dobbiamo caricarlo usando il pulsante addRasterLayer. Il raster verrà visualizzato nell’area di lavoro principale della finestra di dialogo. Una volta caricato il raster, possiamo iniziare a inserire i punti di riferimento.

  2. Usando il pulsante addGCPPoint Aggiunge un nuovo punto, aggiungi punti all’area di lavoro principale e inserisci le loro coordinate (vedi Figura Fig. 15.21). Per questa procedura hai tre opzioni:

    • Cliccare su un punto del raster ed inserire le coordinate X/Y manualmente.

    • Cliccare su un punto nell’immagine raster ed usare il pulsante pencil Dalla mappa per inserire le coordinate X e Y con l’aiuto di una mappa georeferenziata già caricata nella vista mappa di QGIS.

    • Utilizzando il pulsante moveGCPPoint, puoi spostare i GCP in entrambe le finestre, nel caso in cui fossero posizionati in maniera errata.

  3. Continua a inserire i punti. Dovresti avere almeno quattro punti, e più coordinate puoi fornire, migliore sarà il risultato. Ci sono strumenti aggiuntivi per lo zoom e la panoramica dell’area di lavoro al fine di localizzare un numero di punti GCP appropriato.

../../../_images/choose_points.png

Fig. 15.21 Aggiungi punti all’immagine raster

I punti che vengono aggiunti alla mappa saranno memorizzati in un file di testo separato ([nome del file].points) di solito insieme all’immagine raster. Questo ci permette di riaprire il Georeferenziatore in un secondo momento e aggiungere nuovi punti o cancellare quelli esistenti per ottimizzare il risultato. Il file dei punti contiene valori della forma: mapX, mapY, pixelX, pixelY. Puoi usare i pulsanti loadGCPpoints Carica punti GCP e saveGCPPointsAs Salva punti GCP come per gestire i file.

15.3.1.2. Impostare una trasformazione

Dopo aver aggiunto i GCP all’immagine raster, devi definire le impostazioni di trasformazione del processo di georeferenziazione.

../../../_images/transformation_settings.png

Fig. 15.22 Definizione delle impostazioni di trasformazione del georeferenziatore

15.3.1.2.1. Algoritmi di trasformazione disponibili

A number of transformation algorithms are available, dependent on the type and quality of input data, the nature and amount of geometric distortion that you are willing to introduce to the final result, and the number of ground control points (GCPs).

Attualmente sono disponibili le seguenti tipologie di trasformazione:

  • The Linear algorithm is used to create a world file and is different from the other algorithms, as it does not actually transform the raster pixels. It allows positioning (translating) the image and uniform scaling, but no rotation or other transformations. It is the most suitable if your image is a good quality raster map, in a known CRS, but is just missing georeferencing information. At least 2 GCPs are needed.

  • The Helmert transformation also allows rotation. It is particularly useful if your raster is a good quality local map or orthorectified aerial image, but not aligned with the grid bearing in your CRS. At least 2 GCPs are needed.

  • The Polynomial 1 algorithm allows a more general affine transformation, in particular also a uniform shear. Straight lines remain straight (i.e., collinear points stay collinear) and parallel lines remain parallel. This is particularly useful for georeferencing data cartograms, which may have been plotted (or data collected) with different ground pixel sizes in different directions. At least 3 GCP’s are required.

  • The Polynomial algorithms 2-3 use more general 2nd or 3rd degree polynomials instead of just affine transformation. This allows them to account for curvature or other systematic warping of the image, for instance photographed maps with curving edges. At least 6 (respectively 10) GCP’s are required. Angles and local scale are not preserved or treated uniformly across the image. In particular, straight lines may become curved, and there may be significant distortion introduced at the edges or far from any GCPs arising from extrapolating the data-fitted polynomials too far.

  • The Projective algorithm generalizes Polynomial 1 in a different way, allowing transformations representing a central projection between 2 non-parallel planes, the image and the map canvas. Straight lines stay straight, but parallelism is not preserved and scale across the image varies consistently with the change in perspective. This transformation type is most useful for georeferencing angled photographs (rather than flat scans) of good quality maps, or oblique aerial images. A minimum of 4 GCPs is required.

  • Finally, the Thin Plate Spline (TPS) algorithm «rubber sheets» the raster using multiple local polynomials to match the GCPs specified, with overall surface curvature minimized. Areas away from GCPs will be moved around in the output to accommodate the GCP matching, but will otherwise be minimally locally deformed.  TPS is most useful for georeferencing damaged, deformed, or otherwise slightly inaccurate maps, or poorly orthorectified aerials.  It is also useful for approximately georeferencing and implicitly reprojecting maps with unknown projection type or parameters, but where a regular grid or dense set of ad-hoc GCPs can be matched with a reference map layer. It technically requires a minimum of 10 GCPs, but usually more to be successful.

In all of the algorithms except TPS, if more than the minimum GCPs are specified, parameters will be fitted so that the overall residual error is minimized. This is helpful to minimize the impact of registration errors, i.e. slight imprecisions in pointer clicks or typed coordinates, or other small local image deformations. Absent other GCPs to compensate, such errors or deformations could translate into significant distortions, especially near the edges of the georeferenced image.  However, if more than the minimum GCPs are specified, they will match only approximately in the output. In contrast, TPS will precisely match all specified GCPs, but may introduce significant deformations between nearby GCPs with registration errors.

15.3.1.2.2. Metodo di ricampionamento

The type of resampling you choose will likely depend on your input data and the ultimate objective of the exercise. If you don’t want to change statistics of the raster (other than as implied by nonuniform geometric scaling if using other than the Linear, Helmert, or Polynomial 1 transformations), you might want to choose “Nearest neighbour”. In contrast, “cubic resampling”, for instance, will usually generate a visually smoother result.

Puoi scegliere tra cinque diversi metodi di ricampionamento:

  1. Vicino più prossimo

  2. Lineare

  3. Cubico

  4. Spline Cubica

  5. Lanczos

15.3.1.2.3. Definizione delle impostazioni di trasformazione

Ci sono diverse opzioni che devono essere definite per l’output georeferenziato di un raster.

  • La casella di controllo checkbox Crea il file di georeferenziazione è attiva solo se scegli la trasformazione lineare, quando il raster non viene fisicamente deformato. In questo caso, il campo Output raster non viene attivato, perché verrà creato solo un nuovo file world.

  • Per tutti gli altri tipi di trasformazione devi definire un Raster in output.Come modalità predefinita, viene creato un nuovo file ([nomefile]_modificato) nella stessa cartella del raster di partenza insieme all’immagine raster originale.

  • Devi poi scegliere il SR (Sistema di riferimento) per il Raster georiferito (vedi Lavorare con le proiezioni).

  • Se vuoi, puoi creare delle mappe pdf e anche dei report pdf. Il report fornisce informazioni sui parametri di informazione utilizzati, una rappresentazione degli scarti e una lista con tutti i GCP e i loro errori RMS.

  • Inoltre puoi attivare la casella di controllo checkbox imposta risoluzione finale e definire la risoluzione in pixel del raster di output. La risoluzione predefinita orizzontale e verticale è 1.

  • La casella di controllo| Utilizzare 0 per la trasparenza quando necessario può essere attivata, se i pixel con il valore 0 devono essere visualizzati trasparenti. Nel nostro esempio toposheet, tutte le aree bianche sarebbero trasparenti.

  • Infine la casella di controllo checkbox Carica in QGIS una volta eseguito carica automaticamente il raster di output nella vista mappa di QGIS a trasformazione terminata.

15.3.1.3. Mostra e modifica le proprietà del raster

Cliccando sull’opzione Proprietà raster nel menu Impostazioni si apre la finestra di dialogo Layer properties del file raster che vuoi georeferenziare.

15.3.1.4. Configurare il georeferenziatore

  • Puoi definire se visualizzare le coordinate e/o gli IDs dei GCP.

  • Imposta le unità dei residui, pixel e unità di mappa.

  • Per i report PDF, è possibile definire un margine sinistro e destro ed è anche possibile impostare il formato carta per la mappa PDF.

  • Infine puoi attivare la casella di controllo checkbox Mostra la finestra del georeferenziatore agganciata.

15.3.1.5. Eseguire la trasformazione

Dopo aver acquisito tutti i GCP e definite tutte le impostazioni di trasformazione, basta premere il pulsante start Inizia la georeferenziazione per creare il nuovo raster georeferenziato.