ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate WP 2.1: Correzioni topografiche Prodotto: Procedure per la correzione dei

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate

WP 2.1: Correzioni topografiche

Prodotto:Procedure per la correzione dei dati (riflettanza, fattore di riflessione) acquisiti dal sensore PRISMA su aree con topografia complessa dalle

distorsioni radiometriche dovute al cambio di illuminazione (correzioni topografiche)

Team: Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile, Università di Modena e

Reggio Emilia

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche IntegrateWP 2.1: Correzioni Topografiche

Motivazioni e scopo del prodotto:

• I dati (riflettazna, radianza) telerilevati su aree topograficamente complesse dipendendo fortemente anche dalla reciproca posizione angolare fra il sole (elevazione solare e azimuth solare) e la superficie (pendenza e orientazione della superficie)

• L’effetto principale di questo fenomeno è che, se non compensato, superfici formate dallo stesso tipo di materiale ma differentemente esposte all’illuminazione solare abbiano diverse risposte spettrali sull’immagine telerilevata

Obiettivo: Definizione, individuazione e sperimentazione di un modello per le correzioni topografiche applicabile alle immagini iperspettrali acquisite dal sensore PRISMA e ad altri sensori con caratteristiche simili

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche IntegrateWP 2.1: Correzioni Topografiche

Fasi del WP:

1. Approfondimento e studio dettagliato dei modelli di correzione topografica maggiormente utilizzati per sensori simili a PRISMA;

2. Individuazione dei modelli di correzioni topografiche più idonei al sensore PRISMA.3. Definizione e realizzazione di modelli di correzione specifici per PRISMA4. Sperimentazione su immagini PRISMA o ad immagini con caratteristiche simili

Stato di Avanzamento:

Fase 1: Completata. L’attività di studio comunque prosegue per integrazioni ed aggiornamenti

Fase 2: Attiva. La quantità di lavoro svolto finora ha permesso l’inizio della fase successiva

Fase 3: Attiva. Le prime fasi hanno portato alla definizione dei blocchi procedurali per la costruzione del modello (software) per le correzioni topografiche

Fase 4: Da iniziare.

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.1: Correzioni Topografiche

Sintesi dell’attività svolta

• Si è evidenziata l’imprescindibilità delle correzioni topografiche dalle correzioni atmosferiche :

• I modelli realizzati effettueranno contemporaneamente sia le correzioni topografiche che le correzioni atmosferiche (TAC, Topographic and Atmospheric Correction)

• E’ necessario il ricorso a modelli di trasferimento radiativo: si è optato per il MODTRAN4

• E’ stata definita e parzialmente implementata una procedura IDL per la gestione dei run MODTRAN4

Teggi et al., 2012

Input MODTRAN4 Output

Termini di correzione atmosferica

Run



• È stato definito il set di equazioni che esprimono il segnale al sensore (Reflectance Factor) in funzione di:• Riflessione bidirezionale del target• Superfici adiacenti• Contributi atmosferici• Topografia

Teggi et al., 2012



Teggi et al., 2012

• Le procedure di validazione previste saranno basate su misure di Fattori di Riflessione misurati con spettrometri in campo e/o in laboratorio

• E’ stata definita la relazione che lega le misure in laboratorio a quelle sul campo:



Teggi et al., 2012

• Sono state definite alcune semplici BRDF per effettuare test preliminari, come ad esempio quella basata sulle legge di Minnaert:

• Sono state considerate alcune metodologie per il calcolo dello Sky View Factor (Vs), fra le quali:• Relazione trigonometrica, che si è rivelata non appropriata:

• Horizon Line, per la quale l’algoritmo di calcolo è in fase di definizione-implementazione.



Teggi et al., 2012

Il dettaglio degli aspetti principali dell’attività svolta è reperibile nel documento:

relativo al lavoro che sarà presentato al convegno:

HSI2012 – Third Annual Hyperspectral Imagning Conference INGV – 15-16 May 2012, Rome, Italy

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate

WP 2.2: PAN Sharpening

Prodotto:Procedura per il Pan Sharpening di immagini PRISMA: ottenimento di un’immagine iperspettrale con risoluzione spaziale migliorata a 5 m.

Team: Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile, Università di Modena e

Reggio Emilia

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche IntegrateWP 2.2: Pan Sharpening

Motivazioni e scopo del prodotto:

• Le immagini con risoluzione spaziale di 30 m e l’immagine pancromatica con risoluzione spaziale di 5 m possono essere fuse insieme tramite una procedura di Pan Sharpening che permette di ottenere una nuova immagine con il dettaglio spaziale dell’immagine a 5m ed il dettaglio spettrale dell’immagine a 30 m.

• Questa nuova immagine sintetica permetterebbe di ottenere un maggior numero di informazioni sulle aree investigate dal sensore PRISMA.

Obiettivi:

• Definizione di una procedura per la produzione di un’immagine sintetica che abbia una risoluzione spaziale pari all’immagine pancromatica ad alta risoluzione e mantenga le caratteristiche spettrali dell’immagine a bassa risoluzione.

• Determinare le distorsioni spaziali e/o spettrali introdotte dal metodo di fusione utilizzato tramite l’impiego di parametri di valutazione

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche IntegrateWP 2.2: Pan Sharpening

Fasi del WP:

1. Studio dei principali algoritmi di fusione di immagini satellitari simili a quelle acquisite da PRISMA presenti in letteratura;

2. Sviluppo di procedure software in IDL per l’applicazione dei modelli di Pan Sharpening che, a seguito del punto 1, saranno ritenuti maggiormente idonei per il sensore PRISMA;

3. Applicazione delle procedure sviluppate ad immagini di PRISMA simulate;4. Valutazione dell’errore ottenuto tramite parametri numerici reperiti in letteratura;

Stato di Avanzamento:

Fase 1: Completata. Sono stati studiati gli algoritmi presenti in letteratura individuando quali sono più idonei per l’applicazione al sensore PRISMA. Questa fase resta comunque sempre aperta per eventuali aggiornamenti.

Fase 2: Iniziata. Sono state elaborate alcune procedure basate sui metodi reperiti in letteratura. Queste procedure saranno in continua implementazione fino alla fine del progetto.

Fase 3: Iniziata. Sono state simulate le immagini PRISMA tramite il sensore aviotrasportato MIVIS ed è iniziata l’applicazione di alcune procedure di fusione.

Fase 4: Da iniziare.

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate -WP 2.2: Pan Sharpening


Fasi 1 e 2Considerazioni:

• I metodi più utilizzati al giorno d’oggi per evitare distorsioni spettrali nella fusione sono quelli basati su tecniche wavelet.

• In particolare i metodi ritenuti in grado di conservare al meglio sia il dettaglio spaziale che quello spettrale sono dei metodi “ibridi” che combinano una prima trasformazione IHS o in componenti principali, ad una trasformata wavelet. Nel nostro caso per poter fondere un numero arbitrario di bande si preferisce la trasformazione in componenti principali.

• Proprio questi metodi sono stati valutati come i più idonei per le caratteristiche del sensore PRISMA.

• La fusione di tutte le bande acquisite a 30 m non è consigliabile, si valuteranno solamente alcuni gruppi di bande per volta in modo da determinare meglio le distorsioni dovute alla fusione.

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.2: Pan Sharpening


Fase 3Simulazione dell’immagine:

Vantaggi:- Risoluzione spaziale migliore di PRISMA

(validazione)- Disponibilità di immagini;- Copertura spettrale molto simile a PRISMA.Svantaggi:- Presenza di “buchi” nel range spettrale;- Diversa risoluzione spettrale (ampiezza delle

bande).



Fase 3Elaborazione di procedure:

COMPONENTI PRINCIPALI1. Trasformazione delle N bande

MS in N componenti principali;2. Sostituzione della prima

componente principale PC1 con l’immagine PAN;

3. Applicazione della trasformata inversa alle nuove componenti principali in modo da ottenere l’immagine fusa.

TRASFORMATA WAVELET• L’informazione di dettaglio è estratta

dall’immagine pancromatica utilizzando la trasformata wavelet e viene iniettata nell’immagine multispettrale.

METODI “IBRIDI”• Unione di PC e trasformate

Wavelet



Schema del processo:

Input:• Immagine simulata PRISMA Iperspettrale (risoluzione 30 m) da sensore MIVIS;• Immagine simulata PRISMA Pancromatica (risoluzione 5 m) da sensore MIVIS;• Produzione di un’immagine iperspettrale con risoluzione 5 metri di riferimento.

Descrizione:• Si convertono un gruppo di bande in componenti principali (PC);• Si genera un’immagine PAN il cui istogramma coincide con la PC1;• Si applica la DWT (trasformata wavelet discreta) alla nuova immagine PAN e alla PC1;• Si applica il modello per l’iniezione delle informazioni di dettaglio (si aggiungono i dettagli ricavati dall’immagine Pancromatica alla PC1);• Si esegue l’inverso della trasformata DWT;• Si applica la trasformazione a componenti principali inversa;• Si valuta la distorsione spettrale introdotta.

Output:• Immagine iperspettrale sintetica con risoluzione spaziale migliorata a 5 m;• Determinazione delle metodologie migliori per la fusione di gruppi di bande.

Validazione:• Coefficiente di correlazione tra le bande dell’immagine sintetica e l’immagine di riferimento;• Parametri quantitativi: RMSE e ERGAS



Teggi et al., 2012

Il dettaglio degli aspetti principali dell’attività svolta è reperibile nel documento:

relativo al lavoro che sarà presentato al convegno:

HSI2012 – Third Annual Hyperspectral Imagning Conference INGV – 15-16 May 2012, Rome, Italy

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