El objetivo que se persigue con el test de calibración es poder modelizar la geometría perspectiva de cada línea (modelo geométrico del sensor hiperespectral), modelizar el movimiento de la plataforma a lo largo del vuelo (modelo de
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plataforma) y calcular los parámetros que caracterizan ambos modelos matemáticos.
Una vez realizada la calibración, se pueden aplicar con mayor o menor éxito los POE medidos y corregidos en la georreferenciación directa de las imágenes hiperespectrales. No obstante, es necesario evaluar el resultado de la calibración y minimizar las distintas fuentes de error. La calidad de las coordenadas imagen y la precisión de las posiciones del centro perspectivo del espectrómetro de imagen derivado del GPS serán factores críticos en el proceso de calibración de boresight.
4.6.6.1 Distancia de la Estación GPS de Referencia
En el segundo aspecto mencionado en el apartado anterior, un factor influyente es la distancia de la estación de referencia GPS o genéricamente GNSS (Global Navigation System of Sytems). Cuando se resuelven trayectorias alejadas se observa una correlación entre la corrección diferencial GPS con el efecto ionosférico, no previsible en principio y dependiente de las condiciones atmosféricas del momento en la estación de referencia y en el receptor GNSS móvil. El retardo producido por el paso de la señal GPS a través de la ionosfera es la principal fuente de error en el posicionamiento cinemático relativo (Colomina, 2001), por lo que esta fuente de error se minimiza disponiendo la estación de referencia GNSS a menos de 50 km de la zona de calibración, o calculando una estación de referencia virtual a partir de varias reales.
4.6.6.2 Correlaciones con Parámetros Internos
En la calidad de las coordenadas imagen medidas influye, además del método y calidad de la estación fotogramétrica, evidentemente la calibración interna del sensor hiperespectral. La solución a este problema es ajustar (o estimar en el caso de que no existan) los POI del espectrómetro de imagen, o realizar autocalibración por parámetros adicionales a la vez que se calcula el alineamiento de la IMU-sensor hiperespectral.
Figura 4.12 Ejemplo de trayectoria y datos/eventos con correspondencia en la imagen hiperespectral (azul).
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Otro de los efectos a analizar es la correlación entre los parámetros internos del sensor hiperespectral y los de boresight. Resultados previos muestran una alta correlación entre desplazamientos del punto principal y los ángulos ω y ϕ (Schmitz, 2001). Así mismo, la incertidumbre en la orientación interna de los distintos sensores hiperespectrales produce errores en el cálculo de aerotriangulación, que son asumidos pero no corregidos en la determinación de la matriz de alineamiento. La mayor desviación estándar que se suele obtener en κ es consistente con la peor estabilidad del montaje de la IMU en la dirección de vuelo, si la secuencia de giros se corresponde con esta configuración. Esta cuestión hace considerar la instalación de la IMU en línea de la dirección de vuelo como mejor opción.
Las condiciones internas de los sensores hiperespectrales en el laboratorio no son las mismas que durante el vuelo. En este sentido y en relación con la distancia focal en los espectrómetros de imagen, la altitud en vuelo produce que las condiciones térmicas sean distintas fuera y dentro de la plataforma aérea, hecho que afecta en forma de deformaciones a las lentes. Una manera de caracterizar este efecto es realizar los vuelos de calibración a distintas alturas, y calcular las distancias focales efectivas para ellas.
4.6.6.3 Influencia del Datum y Derivas
Para los test empíricos hay que considerar la distancia del meridiano de referencia en la proyección cartográfica de trabajo. En una escala local en el sistema UTM de 1:0.99975, el desplazamiento se traduce en 40 cm para una escala de imagen de 1:10000 (Jacobsen, 2002). Resultados previos aconsejan una calibración determinada con imágenes de la misma escala en el área de los test, de tal manera que el desplazamiento en el centro de proyección sea compensado por el desplazamiento de Z. Si la calibración de boresight se realiza en una localización con una diferente distancia del meridiano de referencia o con diferente escala imagen a la zona del proyecto, habrá que tener presentes el desplazamiento debido a la proyección.
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Existe una fuente de error en la medida de la actitud que no es consecuencia de los espectrómetros de imagen, sino de la plataforma. Dependiendo de las condiciones de los vuelos, el efecto de derivas aeronáuticas será más o menos evidente. Podría ser el caso de si se desactivan las plataformas giroestabilizadas sobre las que habitualmente suelen ir instalados los sensores hiperespectrales, entonces estos tendrían un movimiento libre respecto de la plataforma aérea que se vería afectado por las derivas, y que es necesario corregir.
4.6.6.4 Estabilidad de los Parámetros de Calibración
Las pequeñas variaciones en los distintos montajes de los espectrómetros de imagen en la plataforma pueden tener como consecuencia la aparición de pequeñas desviaciones en los parámetros de calibración de boresight. Estas variaciones se incorporarían en el posterior proceso de datos e incidirían en la precisión final de la ortorectificación de las imágenes si no se tuviesen en cuenta (Colomina, 2001; Shmitz et al., 2001; Jacobsen, 2002; Heipke et al., 2001). El objeto de evaluar la estabilidad de estos parámetros responde a ello.
Las discrepancias en la instalación antes y después del vuelo sobre el área del proyecto no son significativas, pero pueden aportar una buena información sobre la fiabilidad del montaje dependiendo de la situación. Sin embargo, sí hay dos causas que influyen de manera decisiva en la separación entre las soluciones de distintas calibraciones de boresight para vuelos en teoría iguales:
AHS 20,10,4 res. 3m 05/2004 Parque Nacional de Doñana, El Rocío
1000 m
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• Por un lado la IMU habitualmente no es solidaria con los sensores, debido a que no se ha diseñado así en su construcción. Hay que decir que, en el diseño de la nueva generación de sensores se está contemplando que la IMU sea un módulo compacto en la carcasa del sensor.
• Las condiciones reales de vuelo y el montaje de la IMU fuera del sensor provocan que se produzcan exposiciones a las turbulencias mecánicas.
El estudio de la estabilidad a largo plazo del alineamiento de la IMU respecto al sensor es una cuestión abierta. Un cambio en pitch o roll de 0.02º se corresponde con 53 µm y ese cambio en yaw se corresponde con 40 µm en una imagen tomada con una cámara gran angular (Jacobsen, 2002; Heipke et al., 2001). Esto significa que pueden ser aceptadas estas condiciones para algunos proyectos en los que el objetivo sea generar ortoimágenes, pero no para la mayoría de los proyectos fotogramétricos con requerimientos de precisión elevados.
Hay que decir no obstante, que la estabilidad dependerá también de los requisitos de precisión del proyecto. En proyectos habituales donde intervienen espectrómetros de imagen, las variaciones temporales de los parámetros de boresight no suelen ser críticas. En los sensores hiperespectrales habitualmente empleados en estas aplicaciones, escáneres lineales whiskbroom y pushbroon, los requerimientos de precisión son función principalmente de dos parámetros: la resolución espacial e IFOV. La inestabilidad temporal de los alineamientos de la IMU respecto los sistemas de referencia de estos sensores para mismas instalaciones, no suele sobrepasar las tolerancias definidas en base a los dos parámetros mencionados (Rejas et al., 2003).