Satelliti, Sensori E Formati di Dati Capitolo 3 Fondamentali A. Dermanis, L. Biagi

Perché satelliti Sensori in orbita regolare, immagini relativamente economiche (Ikonos: 16 E  Km2), ripetizioni relativamente frequenti (Landsat 7: 16 giorni): possibilità di analisi ambientali e territoriali periodiche. Però (tradizionalmente) sensori a bassa risoluzione: Landsat 1 MSS: 80  80 m, SPOT 4 HRVIR: 20  20 m Solo cartografia tematica, non cartografia metrica. A. Dermanis, L. Biagi

Le orbite Regole: leggi di Keplero: l’orbita di un satellite occupa un ellissi piana, di cui la Terra occupa un fuoco, il segmento dal centro della Terra al satellite spazza aree uguali in tempi uguali, il cubo del semiasse maggiore dell’orbita è proporzionale al quadrato del periodo. Inoltre: a causa dello schiacciamento terrestre, precessione del piano orbitale, a causa della disomogeneità terrestre e delle altre forze agenti sul satellite, perturbazioni e degradazione dell’orbita. A. Dermanis, L. Biagi

I parametri d’orbita a ed e: semiasse maggiore ed eccentricità dell’orbita. i: inclinazione dell’orbita, ovvero angolo fra piano orbitale e piano equatoriale di riferimento. W: ascensione retta del nodo ascendente, ovvero angolo sul piano equatoriale di riferimento fra direzione dell’equinozio di riferimento e piano orbitale. w: argomento del perigeo, ovvero angolo sul piano orbitale fra l’intersezione del piano orbitale con l’equatore di riferimento e la direzione del perigeo dell’orbita. A. Dermanis, L. Biagi

Caratteristiche delle orbite Periodo: tempo necessario per ripassare dallo stesso punto in un sistema di riferimento inerziale geocentrico. Ciclo di ripetizione: tempo necessario per riprendere la stessa scena al suolo. Nota: la Terra ruota, perciò periodo e cdr non coincidono. Quota di volo: distanza del satellite dalla superficie della Terra. Traccia al suolo: proiezione ortogonale dell’orbita sulla superficie della Terra. A. Dermanis, L. Biagi

Fondamentali per satelliti e sensori Orbite, requisiti: 1. osservare la Terra quando è illuminata dal (riflette il) Sole: orbita eliosincrona; 2. osservare la maggior parte possibile del pianeta il più spesso possibile: basso ciclo di ripetizione; 3. osservare la Terra da distanza costante: orbita circolare. Tutti i parametri d’orbita sono univocamente determinati dalle leggi di Keplero, una volta scelto il ciclo di ripetizione/la quota di volo. A. Dermanis, L. Biagi

Le tracce al suolo: l’esempio di SPOT4 A. Dermanis, L. Biagi

Classificazione delle immagini Spettrale Pancromatiche Scala di grigi sullo spettro visibile Multispettrali In genere B/G/R + una o più bande in infrarosso Iperspettrali  100 bande Pan-sharpened Fusione di pancromatico e multispettrale Spaziale Risoluzione (m) Definizione Scala di applicazione 0.5 – 1 Altissima 1:1000 - 1:10000 1 – 4 alta 1:10000 - 1:15000 4 – 12 media 1:15000 - 1:25000 12 – 50 bassa 1:25000 - 1:100000 50 – 250 molto bassa 1:100000 - 1:500000 > 250 Bassissima < 1:500000 A. Dermanis, L. Biagi

SATELLITI & SENSORI LANDSAT 7 SPOT 4 2 HRVIR High Resolution Visible Infrared 4 bande ETM+ Enhanced Thematic Mapper 7 bande A. Dermanis, L. Biagi

Sensori Spatial resolution (risoluzione spaziale): dimensione del (distanza fra i centri dei) pixel al suolo. IFOV (Campo istantaneo di Vista): corrispondente angolo nel sensore. Swath (falciata!): ampiezza dell’immagine, nella direzione ortogonale alla traccia del satellite al suolo. FOV (Campo di Vista): corrispondente angolo nel sensore. A. Dermanis, L. Biagi

I satelliti: la serie Landsat Landsat 1: dal 1972 al 1978, MSS, RBV Landsat 2: dal 1975 al 1982, MSS, RBV Landsat 3: dal 1978 al 1983, MSS, RBV Landsat 4: dal 1982 al 1995, MSS, TM Landsat 5: dal 1984, MSS (spento), TM Landsat 6: lancio fallito Landsat 7: dal 1999, ETM+ A. Dermanis, L. Biagi

I satelliti: la serie SPOT SPOT 1: dal 1986 al 1994, 2 HRV SPOT 2: dal 1990, 2 HRV SPOT 3: dal 1993 al 1997, 2 HRV SPOT 4: dal 1998, 2 HRVIR, VGT SPOT 5: dal 2002, 2 HRG A. Dermanis, L. Biagi

Landsat 4 e 5 Nota: il TM rappresenta un’evoluzione del precedente Multispectral Scanner (MSS) A. Dermanis, L. Biagi

Landsat 7 A. Dermanis, L. Biagi

SPOT4 Due HRVIR accoppiati (3 Km di sovrapposizione): swath totale 117 Km I sensori possono essere ruotati sino a 27° fuori nadir per visioni stereoscopiche e ricostruzioni 3D della superficie del pianeta (metodi della fotogrammetria applicati a dati telerilevati, qui non trattati) A. Dermanis, L. Biagi

SPOT5 Come per SPOT4, doppio sensore e possibilità di prese fuori nadir Vengono rivenduti anche prodotti derivati dalle immagini originali: pancromatiche a 2.5 × 2.5 m di risoluzione, a colori con 5 × 5 m di risoluzione ottenuti mediante metodi di analisi di immagini digitali (qui non trattati) A. Dermanis, L. Biagi

Landsat 4, TM Banda 1 (blu) Banda 4 (infr. vicino) Banda 6 (inf. termico) A. Dermanis, L. Biagi

La nuova generazione: Ikonos, QuickBird, EROS Ikonos (Immagine) II: in orbita dal 1999 Banda l (m) Pan 0.45-0.90 Pancromatico MS1 0.45-0.53 Blu MS2 0.52-0.61 Verde MS3 0.64-0.72 Rosso MS4 0.77-0.88 Infrarosso vicino Risoluzione spaziale (al nadir): pancromatico: 1  1 m; multispettrale: 3.2  3.2 m Swath: 11 Km Risoluzione radiometrica: 11 bit (2048 valori) Risoluzione temporale: 11 giorni al nadir Possibilità di orientamento fuori nadir sino a 26° A. Dermanis, L. Biagi

Ikonos II, composizione RGB delle bande rossa, verde e blu Giappone, Enoki tunnel, ottobre 2004: prima e dopo un evento franoso A. Dermanis, L. Biagi

Gli altri satelliti di nuova generazione EROS n° bande: 1 PAN risoluzione: 1.8 × 1.8 m, 11 bit ciclo di ripetizione: QuickBird n° bande: PAN + Multispettrale (4 bande) risoluzione: P: 0.61 × 0.61 m, MS: 2.44 × 2.44 m, 11 bit ciclo di ripetizione:  5 giorni al nadir Prese fuori nadir (45° e 25° rispettivamente) A. Dermanis, L. Biagi

Risoluzione spaziale: no. di pixel per superficie al suolo RISOLUZIONE dei DATI Risoluzione spaziale: no. di pixel per superficie al suolo Aumenta diminuendo la dimensione dei pixel Risoluzione spettrale: no di bande per lunghezza d’onda In generale: aumenta con il numero di bande Localmente: aumenta quando la differenza di lunghezza d’onda fra bande diminuisce Risoluzione temporale: no di passaggi nel tempo Cresce quando l’intervallo temporale fra passaggi successivi su un’area diminuisce Risoluzione radiometrica:no di valori per la scala dei grigi = 2p p = numbero di bit per singolo valore Cresce con il numero di bit p A. Dermanis, L. Biagi

RIEPILOGO SUI PRINCIPALI SATELLITI DA TELERILEVAMENTO E SENSORI Satellite da a sensori altitudine h (km) inclin. i (deg) periodo T (min) Ciclo di rip. (days) Landsat 1, 2, 3 1972 (1) 1983 (3) MSS, RBV 920 99 103 18 Landsat 4, 5 1982 (4) ... MSS, TM 705 98 98.9 16 Landsat 7 1999 ETM+ SPOT 1, 2, 3 1986 (1) 1997 (3) HRV 832 101 26 SPOT 4 1998 HRVIR, VGT SPOT 5 2002 HRG ? 822 ? EROS 2000 480 97.3 90 Ikonos 681 98.1 5 QuickBird 2001 450 97.2 93.5 3.5 ENVISAT-1 AATSR EOS-AM-1 MODIS A. Dermanis, L. Biagi

Sensori da aereo Daedalus ATMS TIMS Bande 0 0.32 – 0.38 1 0.38 – 0.42 2 0.42 – 0.45 3 0.45 – 0.50 4 0.50 – 0.55 5 0.55 – 0.60 6 0.60 – 0.65 7 0.65 – 0.69 8 0.70 – 0.79 9 0.80 – 0.89 10 0.92 – 1.10 11 3.0 – 5.0 12 8.0 –14.0 1 0.42 – 0.45 2 0.45 – 0.52 3 0.52 – 0.60 4 0.605 – 0.625 5 0.63 – 0.69 6 0.695 – 0.75 7 0.76 – 0.90 8 0.91 – 1.05 9 1.55 – 1.75 10 2.08 – 2.35 11 8.5 – 13.0 1 8.2 – 8.6 2 8.6 – 9.0 3 9.0 – 9.4 4 9.5 – 10.2 5 10.2 – 11.2 6 11.2 – 12.2 FOV (deg.) 86 76 IFOV (mrad) 2.5 Ris. Rad. (bits) 8 A. Dermanis, L. Biagi

TOTALE 32 63 63 224 10 102 7 71 128 36 SENSORI IPERSPETTRALI Regione spettrale No. di bande TOTALE Risoluzione spettrale (nm) IFOV (mrad) pixel per riga Risoluzione radiometrica (bit) GERIS 0.40 – 1.08 1.0 – 2.0 2.0 – 2.5 24 7 32 63 25.4 120 16.5 2.5, 3.3, 4.6 512 or 1024 16 CASI 0.4 – 0.9 288 1.8 1.02 – 1.53 512 12 AVIRIS 0.4 – 0.72 0.69 – 1.30 1.25 – 1.87 1.84 – 2.45 31 63 63 224 9.7 9.6 8.8 11.6 1 550 MIVIS 0.433 – 0.833 1.15 – 1.55 2.00 – 2.50 8.20 – 12.70 20 8 64 10 102 50 500 2 765 MAIS 0.45 – 1.1 1.40 – 2.50 8.2 – 12.2 32 7 71 30 400-800 variabile HYDICE 0.4 – 2.5 206 7.6-14.9 0.5 320 HYMAP 0.44 – 0.88 0.881 – 1.335 1.4 – 1.81 1.95 – 2.94 128 13 2.52.0 MODIS 0.4 – 14.5 36 A. Dermanis, L. Biagi

I DATI Un’immagine multispettrale: per ogni banda k viene registrata la medesima scena pixel xij no di bande Per ogni banda, l’immagine è costituita da una matrice di pixel, composta da R righe e C colonne Per ogni pixel, il valore registrato è l’intensità luminosa (radianza), in binario: p bit che assumono valore 0 o 1; con p bit i valori ammissibili sono 2p: 0: no data 1: nero (minima luminosità registrabile) … 255: bianco (massima luminosità registrabile) Radiometric resolution, Dynamic interval (Risoluzione radiometrica o intervallo dinamico ): no di bit per pixel A. Dermanis, L. Biagi

I FORMATI DEI DATI BSQ: Band Sequential BIP: Band Interleaved by Pixel BIL: Band Interleaved by Line A. Dermanis, L. Biagi

Lo header Contiene i metadati dell’immagine, tipicamente: ente distributore, data dell’acquisizione, risoluzione spaziale, georeferenziazione approssimata, informazioni sul formato di memorizzazione, percentuali di copertura nuvolosa, ... A. Dermanis, L. Biagi

PRESENTAZIONE DEI DATI Ogni banda in Black & White Black: valore del pixel = 1 (0 è codice “no data”) White: valore massimo (2p) 3 bande in composizione a colori Red  valore del pixel in banda 1 Green  valore del pixel in banda 2 Blue  valore del pixel in banda 3 Il sistema di colori RGB A. Dermanis, L. Biagi

Composizioni a falsi colori Landsat Thematic Mapper 7 bande Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Banda 5 Banda 7 Banda 6 Composizioni a falsi colori 3 2 1 4 3 2 7 4 2 7 5 4 5 7 4 A. Dermanis, L. Biagi