Tips para clasificar imágenes con el PlugIn SCP en QGIS

El complemento de QGIS, “Clasificación Semi Automática” es un completo y versátil modulo para el procesamiento de imágenes de satélite, que nos permite realizar la descarga, corrección, clasificación, evaluación de la clasificación y posterior modificación de imágenes de satélite, multi e hiperespectrales. Además, cuenta con herramientas para evaluar cambios multitemporales, crear, modificar y evaluar firmas espectrales (separabilidad), generar mapas de temperatura de superficie, índices radiométricos y muchas cosas más.

Todo esto en una interfaz de usuario compacta e intuitiva, que es actualizada continuamente, sin embargo, estas virtudes pueden generar dificultades en el aprendizaje y comprensión del programa, especialmente a los nuevos usuarios.

Hace poco publicamos un artículo en el que se introduce el uso de este complemento en la clasificación de una imagen LandSat8, en esta oportunidad asumiendo que cuentas con un conocimiento básico del programa aclararemos cinco (05) aspectos fundamentales con sus respectivas sugerencias para un aprovechamiento óptimo de las herramientas del SCP.

1.- Interfaz de usuario

El trabajo sobre el complemento SCP se desarrolla en tres niveles complementarios:

  • Barra de herramientas: Aunque parezca una sola, el PlugIn genera tres (03) barras de herramientas que permiten al usuario interactuar con las imágenes:
    La primera barra de herramientas (parte superior en la figura) nos da acceso al asistente por medio de botones como Preprocesamiento, Configuración, Postprocesamiento, entre otros.
    La segunda barra de herramientas (que está en el medio en la figura) podemos mejorar el contraste de la imagen de satélite, definir las áreas de entrenamiento (ROI, por sus siglas en inglés Regions Of Interest, aunque en español se comúnmente se usa áreas de entrenamiento), generar clasificaciones previas.
    La tercera barra de herramientas (en la parte inferior) nos da opciones adicionales para editar ráster y los  ROI
  • Asistente: es la caja de dialogo o asistente que condensa la mayoría de las herramientas y donde accedemos a la mayoría de las funciones, aquí descargamos, preprocesamos, postprocesamos las imágenes, graficamos las firmas espectrales, etc.
  • Panel del SCP: el panel nos guiara durante el proceso de creación de ROI y posterior clasificación de las imágenes.

El SCP también genera un menú con acceso a las funciones ya descritas pero personalmente no lo he utilizado.

Recomendación:

Ubica el “Panel SCP” en conjunto con el “Panel de Capas”, sencillamente superponerlo hasta que uno quede encima del otro y aparezcan las pestañas en la parte inferior para acceder a ellos, como se muestra en la figura:

2.- Comprende cómo se configuran las imágenes en la entrada de datos

En los módulos “Entrada de datos” y “Juego de Bandas”, que pueden ser accedidos directamente en el Panel SCP, le especificamos al SCP con qué imagen(es) vamos a trabajar, así como de qué tipo son (Landsat, Modis, Aster, etc).

Tenemos dos opciones para configurar con qué imagen se va  trabajar, con una imagen multibanda o con las bandas individuales, generalmente con la primera es más rápida, pero la segunda me permite definir y modificar con que bandas se realizara la clasificación. Veamos con detalle:

  • Opción 1 configurar imagen multibanda: si tenemos una imagen multibanda ya cargada, sencillamente podemos hacer clic en “recargar lista”, y luego seleccionar la imagen. Luego es recomendable configurar el “Juego de Bandas”, es decir, especificarle al SCP a que corresponde cada banda de la imagen multibanda:
    (Dar clic al botón derecho de mouse sobre la figura luego “Ver imagen” para ampliar)
    En el “Juego de Bandas” especificamos la plataforma satelital a la que corresponde nuestra imagen, el programa asume una distribución común de las bandas, es decir, si seleccionamos Landsat8 el SCP asume que las bandas de la imagen multibanda las introducimos en una secuencia 2, 3, 4, 5, 6, 7 y les asigna el valor del centro de longitud de onda correspondiente.
  • Opción 2 configurar las bandas individuales: si cargamos en QGIS las bandas individuales podemos definir cuales participaran en la clasificación y configurar en el “Juego de Bandas” el orden, la plataforma satelital y longitud de onda correspondiente. Si realizamos este paso varias veces, por ejemplo para alternar bandas, será necesario “Borrar la definición actual del Juego de Bandas” en el botón que muestra la figura.

Recomendación: si nuestras bandas no se corresponden al orden mostrado en el “Juego de Bandas” buscar en la bibliografía (en el manual del SCP aparecen las tablas con las longitudes de onda) y escribir el centro de longitud de onda que le corresponde. ¿Qué ventajas nos da definir el Juego de Bandas? Tengo entendido que son parámetros considerados en la clasificación. Además, si lo definimos adecuadamente al utilizar las herramientas de ROI sobre la imagen nos mostrara los valores de NDVI o EVI, según lo configuremos.

3.- Comprendiendo cómo funciona el gráfico de firmas espectrales  

¿Qué es un firma espectral en SCP? Una firma espectral en SCP son el conjunto de estadísticas de tendencia central y dispersión (media, mínimo y máximo, desviación estándar), extraídas de las áreas de entrenamiento en cada una de las bandas de una escena (imagen de satélite) y que en teoría definen el comportamiento espectral de una cobertura (ver figura)

Gráfico de firmas espectrales

Luego de definir los ROI, se asignan en sus respectivas Clases y Macroclases, posteriormente se guardan las firmas, se grafican para comenzar a evaluar su comportamiento, así prever los posibles resultados y problemas.

Con las firmas definidas en el “Panel SCP”, en la casilla de “Panel para Clasificación” seleccionamos las firmas que queremos graficar simplemente haciendo clic sobre ellas mientras presionamos “Ctrl” o “shift”, luego damos clic al botón “Gráfico de Firmas Espectrales”.

Esto despliega la caja de dialogo con el gráfico de las firmas

(Dar clic al botón derecho de mouse sobre la figura luego “Ver imagen” para ampliar)

Opciones y partes del gráfico:
  • En el eje X se muestra la longitud de Onda la cual la configuramos previamente en el “Juego de Bandas” Los valores del eje Y son los valores de los pixeles en este caso reflectancia. las líneas verticales corresponden a la ubicación de las bandas analizadas. Las tabla de valores aledañas a las firmas muestran sus rangos en cada banda, es decir, los valores mínimos y máximos que son graficados.
  • Las firmas que aparecen resaltadas en anaranjado son las que se superponen, por lo tanto, pueden presentar problemas al momento de clasificar. Los números que muestran especifican con que clases se superponen

  • Podemos escoger entre visualizar la firma con el rango o solo la media, con la opción “Graficar rango de valores”.

(Dar clic al botón derecho de mouse sobre la figura luego “Ver imagen” para ampliar)

  • Podemos interactuar con el gráfico utilizando el mouse y acercarnos para ver los detalles de las firmas:

  • Es posible cambiar el color de una firma en el gráfico para observarla mejor, así como apagar o hacer visibles firmas:

Recomendación: por experiencia personal, les sugiero  realizar la corrección atmosférica de las imágenes utilizando el método DOS1 disponible en el SCP para que se realice una adecuada representación gráfica de los valores de las firmas.

4.- Comprendiendo como se integran los algoritmos de clasificación

Como señalamos en el artículo anterior el complemento SCP cuenta con cuatro (04) algoritmos para realizar la clasificación de la imagen: mínima distancia, máxima probabilidad, ángulo espectral y un clasificador estricto, similar el método Paralelepipedo; este último es muy importante. Me explico:

El clasificador estricto es llamado LSC (Land Cover Signature Classification), algo así como, “Clasificador por firmas de coberturas”, es el clasificador inicial, este método asigna un pixel en una clase solo si los valores del mismo en cada una de las bandas entran dentro del “rango” de la firma espectral de dicha clase (como se puede ver en la figura), si no entra en ninguna clase no se asigna en ninguna clase (“No clasificado”), si la firma del pixel coincide en varias clases (“sobreposición”) tampoco se asigna, aunque sea un solo valor en una banda que difiera de la firma de la clase queda sin ser clasificado. Es por esto que cuando ejecutamos una clasificación solo con este método nos quedan extensas áreas sin clasificar.

Sin embargo, este método nos garantiza que las porciones de la imagen que son clasificadas se ajustan (están contenidas) a las firmas espectrales de las clases de cobertura.

(Dar clic al botón derecho de mouse sobre la figura luego “Ver imagen” para ampliar)

Fuente: Manual Semi-Automatic Classification Plugin, Publicación 5.1.0.1

¿Cómo interpretamos este resultado?

Es un buen punto de arranque para nuestra clasificación, veremos cuales zonas son bien diferenciadas (clasificadas) y cuales presentan mayor confusión, estas últimas pueden ser asignadas por los demás algoritmos.

¿Cómo se integran los algoritmos?

Presentaremos 4 casos:

1er Caso esta seleccionada solo la opción LSC, entonces se genera la clasificación con dicho método.

2do Caso: están seleccionados tanto LSC como Algoritmo, entonces se combinan los métodos lo no clasificado por LSC será asignado por el algoritmo seleccionado.

3er Caso: esta seleccionado solo Algoritmo, entonces se realiza la clasificación sin LSC, solo utilizando el algoritmo escogido

4to Caso: esta seleccionado “Solo sobreposición” con LSC y/o Algoritmo seleccionado, esta es una opción interesante para afinar nuestra clasificación, se realiza un proceso de clasificación solo de aquellas zonas donde hay confusión, es decir, el pixel cae en dos o más posibles clases

(Dar clic al botón derecho de mouse sobre la figura luego “Ver imagen” para ampliar)

Recomendación: inicia tu clasificación aplicando solo LSC podrás ver las zonas más problemáticas y replantearte el definir nuevos sitios de entrenamiento (ROI), al mismo tiempo evalúa con el gráfico de las firmas el grado de confusión.  Luego utiliza los algoritmos para cubrir lo “no clasificado” o “sobre puesto”, prueba los demás algoritmos hasta encontrar el resultado más satisfactorio

5.- Integra otros PlugIns

Podemos potenciar aún más nuestra plataforma de trabajo si a su vez instalamos y activamos otros complementos útiles, por ejemplo: Open Layers, Quick Map services, Profile, Value Tool, entre otros.

Recomendación: puedes utilizar las imágenes de alta resolución de los servidores Bing, ESRI, Google, mediante los PlugIn Open Layers o Quick Map Services, para definir tus sitios de entrenamiento, complementar el reconocimiento de campo. O por lo menos ayudarte en la interpretación visual


Si has trabajado con el SCP seguro en este momento estás pensando HEEEEYYY FALTA ALGO!!!

Y ¿LOS UMBRALES DE LOS ALGORITMOS? ¿Qué SON? ¿COMO FUNCIONAN?

Ciertamente este aspecto es uno de los más confusos, No te preocupes!!, esto lo explicaremos próximamente en el artículo “Como configurar los umbrales de los algoritmos de clasificación en QGis SCP

Si necesitas realizar una clasificación u otros procesamientos de imágenes para tu proyecto también puedes comunicarte para mayor asesoría.

Autor: Luis Eduardo Pérez Graterol
Profesión: Ingeniero en Recursos Naturales
País: Venezuela
Web: www.mundocartogeo.blogspot.com