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 Integrate WP 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) Leffetto principale di questo fenomeno è che, se non compensato, superfici formate dallo stesso tipo di materiale ma differentemente esposte allilluminazione solare abbiano diverse risposte spettrali sullimmagine 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 Integrate WP 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 PRISMA 4. Sperimentazione su immagini PRISMA o ad immagini con caratteristiche simili Stato di Avanzamento: Fase 1: Completata. Lattività di studio comunque prosegue per integrazioni ed aggiornamenti Fase 2: Attiva. La quantità di lavoro svolto finora ha permesso linizio 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 dellattività svolta Si è evidenziata limprescindibilità 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

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

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

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.1: Correzioni Topografiche Sintesi dellattività svolta 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 (V s ), fra le quali: Relazione trigonometrica, che si è rivelata non appropriata: Horizon Line, per la quale lalgoritmo di calcolo è in fase di definizione- implementazione.

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.1: Correzioni Topografiche Sintesi dellattività svolta Teggi et al., 2012 Il dettaglio degli aspetti principali dellattività svolta è reperibile nel documento: relativo al lavoro che sarà presentato al convegno: HSI2012 – Third Annual Hyperspectral Imagning Conference INGV – 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 unimmagine 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 Integrate WP 2.2: Pan Sharpening Motivazioni e scopo del prodotto: Le immagini con risoluzione spaziale di 30 m e limmagine 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 dellimmagine a 5m ed il dettaglio spettrale dellimmagine 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 unimmagine sintetica che abbia una risoluzione spaziale pari allimmagine pancromatica ad alta risoluzione e mantenga le caratteristiche spettrali dellimmagine a bassa risoluzione. Determinare le distorsioni spaziali e/o spettrali introdotte dal metodo di fusione utilizzato tramite limpiego di parametri di valutazione

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate WP 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 lapplicazione 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 dellerrore 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 lapplicazione 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 lapplicazione di alcune procedure di fusione. Fase 4: Da iniziare.

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate -WP 2.2: Pan Sharpening Sintesi dellattività svolta Fasi 1 e 2 Considerazioni: I metodi più utilizzati al giorno doggi 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 Sintesi dellattività svolta Fase 3 Simulazione dellimmagine: 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).

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.2: Pan Sharpening Sintesi dellattività svolta Fase 3 Elaborazione di procedure: COMPONENTI PRINCIPALI 1.Trasformazione delle N bande MS in N componenti principali; 2.Sostituzione della prima componente principale PC1 con limmagine PAN; 3.Applicazione della trasformata inversa alle nuove componenti principali in modo da ottenere limmagine fusa. TRASFORMATA WAVELET Linformazione di dettaglio è estratta dallimmagine pancromatica utilizzando la trasformata wavelet e viene iniettata nellimmagine multispettrale. METODI IBRIDI Unione di PC e trasformate Wavelet

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.2: Pan Sharpening Sintesi dellattività svolta 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 unimmagine iperspettrale con risoluzione 5 metri di riferimento. Descrizione: Si convertono un gruppo di bande in componenti principali (PC); Si genera unimmagine 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 liniezione delle informazioni di dettaglio (si aggiungono i dettagli ricavati dallimmagine Pancromatica alla PC1); Si esegue linverso 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 dellimmagine sintetica e limmagine di riferimento; Parametri quantitativi: RMSE e ERGAS

ASI-AGI: Analisi Sistemi Iperspettrali per le Applicazioni Geofisiche Integrate - WP 2.2: Pan Sharpening Sintesi dellattività svolta Teggi et al., 2012 Il dettaglio degli aspetti principali dellattività svolta è reperibile nel documento: relativo al lavoro che sarà presentato al convegno: HSI2012 – Third Annual Hyperspectral Imagning Conference INGV – May 2012, Rome, Italy