Geomatica

R

Riflettanza: rapporto tra radiazione riflessa e radiazione incidente

La riflettanza rappresenta "un'impronta" detta firma spettrale misurando l'energia riflessa dagli

oggetti alle diverse lunghezze d'onda è possibile costruire la loro curva o firma spettrale.

Vegetazione: acqua, clorofilla, pigmenti, cellulosa, lignina assorbono la radiazione incidente in

specifiche bande spettrali, modificando la frazione riflessa in funzione della loro concentrazione

nella pianta. Vegetazione riflette nel verde e infrarosso; assorbe nel blu e nel rosso.

Firma spettrale:

Riflettanza e stati fisiologici:

La riflettanza nelle diverse lunghezze d'onda dipende anche dallo stato fisiologico dei tessuti

vegetali (tessuti sani e tessuti alterati).

Indici spettrali di vegetazione:

Ottenuti come combinazione algebrica dei valori spettrali misurati a diverse lunghezze d'onda

(correlazione con variabili come indice di area fogliare, biomassa verde, ecc.).

Per semplificare l'analisi dei dati, vengono impiegati indici spettrali di vegetazione ottenuti come

combinazione algebrica dei valori spettrali misurati a due lunghezze d'onda.

NDVI: indice di vegetazione a differenza normalizzata.

Correlato alla quantità di biomassa vegetale per unità di superficie (Leaf area index) quindi al

vigore della coltura.

NDVI:

Diversi tipi di sensori:

Sistemi di telerilevamento ottico, infrarosso e radar:

I sensori dei satelliti acquisiscono il segnale a diverse lunghezze d'onda e danno prodotti diversi a

seconda delle loro caratteristiche spettrali e spaziali.

Sistemi ottici:

• Di notte non si ha informazione se non nel lontano infrarosso (termico)

• Qualità dipende dalla presenza di nuvole.

Sistemi radar:

• Sistema attivo, non ha bisogno di sorgenti esterne come il Sole

• Lavora alla frequenza delle micro-onde che penetrano attraverso nuvole e pioggia

• Consente misure molto precise di variazioni di distanza dal radar.

Risoluzione spettrale: quale intervallo dello spettro va a rilevare.

Risoluzione temporale: ogni quanti giorni che intercorrono tra due immagini della stessa

rilevazione del satellite.

Vantaggi telerilevamento da base satellitare:

Acquisizione dati in continuo … molti sensori.

1. Sensore AATSR: misura la temperatura superficiale del mare

2. Sensore GOMOS: monitora la diminuzione dello strato di ozono atmosferico

3. Sensore RA-2: misura la velocità dei venti

4. Spettroradiometro MERIS: misura l'energia riflessa dalla superficie terrestre

5. Radar ASAR: osserva la Terra indipendentemente dalle condizioni del tempo.

Ripresa sinottica: visione di estese porzioni di territori

Ripresa multitemporale:

Ripresa multispettrale: la capacità di acquisire più immagini contemporaneamente una per ogni

porzione spettrale acquisibile dal sensore per poi interpretare uno stesso oggetto in diverse

lunghezze d'onda.

Le porzioni di spettro, definite da un valore inferiore e da uno superiore di lunghezze d'onda,

vengono chiamate bande spettrali.

Caratteristiche dei satelliti:

Orbita: orbita geostazionaria è un'orbita circolare ed equatoriale, situata ad una altezza tale che il

periodo di rivoluzione di un satellite che la percorre coincide con il periodo di rotazione della Terra

(riprende sempre la stessa area)

• Geosincrona, completa in 24 ore

• Quota di circa 36.000 Km

• Direzione da Ovest a Est

• Es: METEOSAT

Orbite polari: permettono di rilevare tutta la superficie terrestre ad intervalli regolari

• Inclinazione di circa 90° rispetto all'equatore

• Quota 700-900 Km

• Orbita eliosincrona (ellittica) ritorna sullo stesso punto dopo un tempo T in funzione della

velocità e dell'altezza, e nelle stesse condizioni di ora solare

Caratteristiche tecniche sensori:

• Risoluzione temporale: è il tempo dopo il quale il sensore torna a visitare la stessa zona, è

fissata dall'intervallo di rivisitazione (90 min/30 min) dipende dall'orbita

• Risoluzione radiometrica: rappresenta il numero di diverse intensità della radiazione che il

sensore è in grado di distinguere

--> solitamente questo valore spazia tra gli 8, 11, 12, 14 e 16 bit, che corrispondono a 256,

2047, 4095, 16384 e 65535 livelli di grigio per ogni banda spettrale

• Risoluzione spaziale (geometrica): è la dimensione elementare misurata al suolo che può

essere riconosciuta dal sensore (m)

• Risoluzione spettrale: rappresenta gli intervalli di spettro radiometrico nei quali il sensore

registra le informazioni

Risoluzione radiometrica:

=numero di bit per pixel.

Per ogni pixel il valore registrato è l'intensità luminosità (radianza) in binario:

• P = numero di bit

• p

In formato binario (valore 0 o 1) i valori ammissibili sono 2

Es: p=8 (sensore registra ad 8 bit) avremo 256 valori

• 1: nero (minima luminosità registrabile

• 255: bianco (massima luminosità registrabile)

• 0: no data

Per riconoscere la forma abbiamo bisogno di 3/4 pixel.

Risoluzione spaziale e scala di lavoro:

Risoluzione spaziale influenza la scelta della scala di lavoro. Dipende da:

• Livello di dettaglio richiesto

• Dimensione area

• Tempi e risorse disponibili per la realizzazione

• Influisce sulla scelta dell'immagine (risoluzione spaziale)

Classificazione in base alla risoluzione spaziale:

• Sistemi ad altissima risoluzione

• Sistemi ad alta risoluzione

• Sistemi a media risoluzione

• Sistemi a bassa risoluzione

Copertura della scena: un'unica immagine fornita dal satellite che copre l'intero territorio.

Risoluzione spettrale: rappresenta gli intervalli di spettro radiometrico (espressi in lunghezza

d'onda) nei quali il sensore è in grado di rilevare e registrare le informazioni.

Misurata in termini di numero e ampiezza delle bande distinguibili.

Alta risoluzione spettrale quando le bande in cui il radiometro (sensore) rileva sono molte e

coprono intervalli stretti di spettro.

--> immagini multispettrali: per ogni banda, l'immagine è costituita da una matrice di pixel

composta da R righe e C colonne.

Sensori iperspettrali: strumenti in grado di registrare un numero molto rilevante, dell'ordine di

qualche centinaia, di bande (per convenzione sopra le 16 bande).

Tipi di sensori:

• Pacromatici: utilizzano tutta la banda dello spettro visibile + infrarosso Vic; alta risoluzione

spaziale (bassa risoluzione spettrale)

• Multispettrali: utilizzano più bande, dove spesso sono presenti le bande RGB + infrarosso

Diversa risoluzione spaziale

• Iperspettrali: utilizzano un elevato numero di bande spettrali; larghezze di banda intorno a

0.1-0.2 μm; diversa risoluzione spaziale

• Pan_sharpened: fusione pancromatico e multispettrale

Trasmissione dati a terra:

• Direttamente alla Terra se esiste una stazione ricevente nella direzione di vista del satellite

• Registrati a bordo del satellite e trasmessi al GRS in un momento successivo

• Trasmessi al GRS attraverso Tracking ad Data Relay Satellite System (TDRSS) una serie di

satelliti per le telecomunicazioni in orbita geosincrona

Dato digitale grezzo --> dato utente

Elaborazione delle immagini:

Image restoration e immage processing: insieme di trattamenti finalizzati a restituire un'immagine

priva di distorsioni, interferenze ed interpretabile.

Correzioni:

• Geometriche (georeferenziazione, ortorettifica)

• Radiometriche e atmosferiche

• Miglioramento delle caratteristiche dell'immagine

• Classificazione/interpretazione

Interpretazione e classificazione:

Immage processing:

Miglioramento: elaborazioni per migliorare la lettura visiva delle immagini:

• Contrasto

• Distribuzione dei valori (istogrammi)

• Variando la codifica in colori dei dati (falso colore)

Elaborazioni che implicano la trasformazione del DN originale.

Interpretazione/classificazione: elaborazione per determinare, per ogni pixel dell'immagine, una

"etichetta" che descrive una proprietà

• Riconoscimento delle forme e delle strutture (pattern recognition)

• Segmentazione delle immagini, assegnazione di una classe di appartenenza ai pixel

dell'immagine (controllo qualità)

Analisi delle immagini da telerilevamento:

L'immagine telerilevata corrisponde ad una matrice raster (DN, n righe, m colonne)

Immagine multispettrale:

• Singola banda (0-255 toni grigio)

• Combinazione di diverse bande (triplette di immagini) RGB (rosso, verde, blu)

o Combinazioni colori reali

o Combinazione falsi colori

La base è l'RGB. Si tratta dei colori primari. Teoria della tricromaticità i colori primari per sintesi

additiva danno i restanti colori complementari:

Blu+rosso= magenta; verde+rosso= giallo; verde+blu=ciano

• Lo schermo emette nei tre colori primari additivi rosso, verde, blu

• l'intensità è proporzionale al segnale elettrico

Combinazioni di bande RGB: 256 livelli di intensità per ogni colore primario sullo schermo.

Istogramma dell'immagine: descrive la distribuzione dei valori del pixel (DN) dell'immagine a

banda pancromatica o a singola banda di un'immagine multispettrale.

Nei diversi intervalli di banda, la distribuzione/variabilità del dato sono l'elemento che

l'istogramma ci permette di valutare.

Quello che vogliamo è riuscire a distinguere i valori all'interno della nostra banda, massimizzare il

contrasto.

I due picchi dell'istogramma bimodale, il primo picco è relativo al corso d'acqua (vicino allo 0);

l'altro picco che è molto più ampio, elevata riflettanza perché la quantità di pixel maggiori si

distribuiscono tra il 50 e 100.

Informazioni che ci dà:

• Media: descrive la luminosità dell'immagine

o Bassa, immagine con livelli di grigio scuri (radianza bassi)

o Alta, immagine con livelli di grigio chiari (radianza alta)

• Varianza: (deviazione standard) descrive il contrasto dell'immagine:

o Bassa, poche variazione nei livelli di radianza, immagine omogenea

o Alta, molte variazioni nei livelli di radianza, elevato contrasto

Stretch dell'istogramma dell'immagine:

Si intende stirare l'istogramma su un range più ampio andando a cambiare i valori massimi e

minimi. Li riorganizza su un'intera scala di valori possibili. Va a massimizzare la differenza tra le

diverse classi di valori.

Una volta applicato, abbiamo ottenuto un'immagine più interpretabile ma abbiamo perso quella di

partenza.

Operazioni sulle immagini e calcolo indici:

Operazione fra bande:

• Obiettivo di produrre un