Il progetto OPTIMA si è proposto di accrescere e consolidare le potenzialità applicative della missione PRISMA attraverso l'implementazione di metodologie avanzate per l'analisi, l'integrazione e l'ottimizzazione dei prodotti di livello 1 e 2. Questa attività ha dato luogo anche allo sviluppo di vari algoritmi di elaborazione e pre-elaborazione dei dati che verranno acquisiti dallo spettrometro ad immagine e dalla camera pancromatica di PRISMA. Da un punto di vista metodologico, il progetto si è posto l'obiettivo di sfruttare la particolare integrazione ottica dei sensori PRISMA, dove la camera pancromatica ed il sensore iperspettrale condividono lo stesso sistema ottico d'ingresso. Questa circostanza ha ricadute importanti per le attività e gli algoritmi di image enhancement, image restoration e soprattutto data fusion, e dando luogo a miglioramenti importanti nei prodotti del telerilevamento di livello 2 e superiori. Inizialmente le atività del progetto si sono concentrate sulla definizione dello stato dell'arte della sensoristica, delle metodologie e degli algoritmi già esistenti. Il risulato di tale attività è riportato nel documento "PRISMA Products and Applications: stato dell'arte". Il progetto si è quindi concentrato sull'analisi delle caratteristiche della camera pancromatica e del sensore iperspettrale previsti per la missione PRISMA. A tal fine sono state considerate anche le caratteristiche del calibratore di bordo valutandone le modalità operative, nonché la catena di acquisizione e trasferimento dati fra i sottositemi a bordo. Particolare attenzione è stata posta al flusso di dati generati dal payload di PRISMA, valutandone anche la possibile riduzione. Per quanto riguarda il segmento di terra della missione particolare attenzione è stata rivolta all'organizzazione dell'Image Data Handling Segment. In particolare lo studio del Processore e degli algoritmi implementati dal team industriale ha costituito la base per lo sviluppo e l'implementazione dei nostri algoritmi avanzati di pre-elaborazione ed elaborazione dei dati. Non avendo a disposizione fin dall'inizio del progetto dati PRISMA, è stato sviluppato un simulatore di dati/immagini al fine di testare le procedure di elaborazione dati. Il simulatore è stato progettato e realizzato tenendo conto, ove possibile, degli effettivi parametri operativi e strumentali resi disponibili dal team industriale. È stata prodotta una prima immagine simulata di radianza al sensore sull'area di Firenze tenendo conto delle caratteristiche della scena osservata, delle modalità operative, della geometria di acquisizione, dei parametri atmosferici e dei parametri strumentali. Sono stati simulati anche gli effetti del rumore aleatorio e del rumore spazialmente coerente. A causa del ritardato lancio del satellite della missione PRISMA, le attività del progetto hanno continuato ad utilizzare dati simulati al posto di dati realmente acquisiti. Sono stati sviluppati ed implementati gli algoritmi per valutare la qualità dei dati acquisiti dei payload ottici della missione PRISMA (camera pancromatica e sensore iperspettrale). Per testare gli algoritmi sono state utilizzate serie di acquisizioni su Firenze e su altre regioni italiane effettuate dal sensore iperspettrale HYPERION. Sono stati sviluppati gli algortimi di ottimizzazione dei prodotti di livello 1 e 2 della missione PRISMA implementando appropriate correzioni radiometriche ed atmosferiche basate su procedure autonome ed iterative. Gli algoritmi sono stati testati su immagini HYPERION acquisite su varie regioni italiane e sull'immagine simulata su Firenze. Sono state implementate le procedure di fusione dati per l'integrazione delle immagini acquisite dal sensore iperspettrale con quelli della camera pancromatica di PRISMA. Per testare gli algoritmi sono state utilizzate una serie di acquisizioni di HYPERION, di ALI e del sensore iperspettrale avionico SIM-GA di Selex-ES. Sono state valutate le potenzialità applicative della missione PRISMA per l'indagine ed il monitoraggio di particolari processi e fenomeni fisici di rilievo per la descrizione dell'ambiente, per il monitoraggio delle risorse e di alcuni rischi naturali e/o antropici (e.g. incendi e umidità del suolo utile per lo studio di frane). Per valutare le potenzialità della missione PRISMA sono state utilizzate una serie di acquisizioni di HYPERION su varie regioni italiane. Contemporaneamente a questa serie di attività è stata fornito ad ASI un supporto tecnico scientifico nelle riunioni col team industriale. Anche per questo è stata approfondita l'analisi dettagliata delle caratteristiche dei sensori della missione PRISMA, studiandone sia le prestazioni che le capacità diagnostiche ed applicative. Su richiesta di ASI e del team industriale, è stata prima studiata la riduzione del data-rate verso la PDHT, attraverso la compressione, la decimazione delle bande spettrali e/o la riduzione del campo di vista; quindi è stata esaminata la calibrazione della camera iperspettrale, sia a terra prima del lancio, che in volo. Per quanto riguarda la parte di correzione radiometrica ed atmosferica è stata svolta un attività di supporto ad ASI durante la quale sono stati analizzati gli algortimi usati dal team industriale per la generazione dei prodotti di livello 1 e 2. Durante il progetto è stata svolta una campagna di telerilevamento sul Parco Regionale di San Rossore- Migliarino- Massaciuccoli comprendente la caratterizzazione di suoli e dell'atmosfera attraverso una serie di misure a terra eseguite con spettrometri e spettro-irradiometri in contemporanea all'acquisizione di una scena HYPERION e ALI ed ai sorvoli effettuati da TELAER STA utilizzando lo scanner multispettrale Daedalus AA1278 montato sull'aereo turboelica AP68TP-600 Viator. Nel presente volume vengono descritti in dettaglio le metodololgie, gli algoritmi ed i prodotti sviluppati durante il progetto.
PRISMA Products and Applications (Marzo 2015)
Luciano Alparone;Andrea Garzell;Cinzia Lastri;Vanni Nardino;Ivan Pippi;Leonardo Santurri;Massimo Selva
2015
Abstract
Il progetto OPTIMA si è proposto di accrescere e consolidare le potenzialità applicative della missione PRISMA attraverso l'implementazione di metodologie avanzate per l'analisi, l'integrazione e l'ottimizzazione dei prodotti di livello 1 e 2. Questa attività ha dato luogo anche allo sviluppo di vari algoritmi di elaborazione e pre-elaborazione dei dati che verranno acquisiti dallo spettrometro ad immagine e dalla camera pancromatica di PRISMA. Da un punto di vista metodologico, il progetto si è posto l'obiettivo di sfruttare la particolare integrazione ottica dei sensori PRISMA, dove la camera pancromatica ed il sensore iperspettrale condividono lo stesso sistema ottico d'ingresso. Questa circostanza ha ricadute importanti per le attività e gli algoritmi di image enhancement, image restoration e soprattutto data fusion, e dando luogo a miglioramenti importanti nei prodotti del telerilevamento di livello 2 e superiori. Inizialmente le atività del progetto si sono concentrate sulla definizione dello stato dell'arte della sensoristica, delle metodologie e degli algoritmi già esistenti. Il risulato di tale attività è riportato nel documento "PRISMA Products and Applications: stato dell'arte". Il progetto si è quindi concentrato sull'analisi delle caratteristiche della camera pancromatica e del sensore iperspettrale previsti per la missione PRISMA. A tal fine sono state considerate anche le caratteristiche del calibratore di bordo valutandone le modalità operative, nonché la catena di acquisizione e trasferimento dati fra i sottositemi a bordo. Particolare attenzione è stata posta al flusso di dati generati dal payload di PRISMA, valutandone anche la possibile riduzione. Per quanto riguarda il segmento di terra della missione particolare attenzione è stata rivolta all'organizzazione dell'Image Data Handling Segment. In particolare lo studio del Processore e degli algoritmi implementati dal team industriale ha costituito la base per lo sviluppo e l'implementazione dei nostri algoritmi avanzati di pre-elaborazione ed elaborazione dei dati. Non avendo a disposizione fin dall'inizio del progetto dati PRISMA, è stato sviluppato un simulatore di dati/immagini al fine di testare le procedure di elaborazione dati. Il simulatore è stato progettato e realizzato tenendo conto, ove possibile, degli effettivi parametri operativi e strumentali resi disponibili dal team industriale. È stata prodotta una prima immagine simulata di radianza al sensore sull'area di Firenze tenendo conto delle caratteristiche della scena osservata, delle modalità operative, della geometria di acquisizione, dei parametri atmosferici e dei parametri strumentali. Sono stati simulati anche gli effetti del rumore aleatorio e del rumore spazialmente coerente. A causa del ritardato lancio del satellite della missione PRISMA, le attività del progetto hanno continuato ad utilizzare dati simulati al posto di dati realmente acquisiti. Sono stati sviluppati ed implementati gli algoritmi per valutare la qualità dei dati acquisiti dei payload ottici della missione PRISMA (camera pancromatica e sensore iperspettrale). Per testare gli algoritmi sono state utilizzate serie di acquisizioni su Firenze e su altre regioni italiane effettuate dal sensore iperspettrale HYPERION. Sono stati sviluppati gli algortimi di ottimizzazione dei prodotti di livello 1 e 2 della missione PRISMA implementando appropriate correzioni radiometriche ed atmosferiche basate su procedure autonome ed iterative. Gli algoritmi sono stati testati su immagini HYPERION acquisite su varie regioni italiane e sull'immagine simulata su Firenze. Sono state implementate le procedure di fusione dati per l'integrazione delle immagini acquisite dal sensore iperspettrale con quelli della camera pancromatica di PRISMA. Per testare gli algoritmi sono state utilizzate una serie di acquisizioni di HYPERION, di ALI e del sensore iperspettrale avionico SIM-GA di Selex-ES. Sono state valutate le potenzialità applicative della missione PRISMA per l'indagine ed il monitoraggio di particolari processi e fenomeni fisici di rilievo per la descrizione dell'ambiente, per il monitoraggio delle risorse e di alcuni rischi naturali e/o antropici (e.g. incendi e umidità del suolo utile per lo studio di frane). Per valutare le potenzialità della missione PRISMA sono state utilizzate una serie di acquisizioni di HYPERION su varie regioni italiane. Contemporaneamente a questa serie di attività è stata fornito ad ASI un supporto tecnico scientifico nelle riunioni col team industriale. Anche per questo è stata approfondita l'analisi dettagliata delle caratteristiche dei sensori della missione PRISMA, studiandone sia le prestazioni che le capacità diagnostiche ed applicative. Su richiesta di ASI e del team industriale, è stata prima studiata la riduzione del data-rate verso la PDHT, attraverso la compressione, la decimazione delle bande spettrali e/o la riduzione del campo di vista; quindi è stata esaminata la calibrazione della camera iperspettrale, sia a terra prima del lancio, che in volo. Per quanto riguarda la parte di correzione radiometrica ed atmosferica è stata svolta un attività di supporto ad ASI durante la quale sono stati analizzati gli algortimi usati dal team industriale per la generazione dei prodotti di livello 1 e 2. Durante il progetto è stata svolta una campagna di telerilevamento sul Parco Regionale di San Rossore- Migliarino- Massaciuccoli comprendente la caratterizzazione di suoli e dell'atmosfera attraverso una serie di misure a terra eseguite con spettrometri e spettro-irradiometri in contemporanea all'acquisizione di una scena HYPERION e ALI ed ai sorvoli effettuati da TELAER STA utilizzando lo scanner multispettrale Daedalus AA1278 montato sull'aereo turboelica AP68TP-600 Viator. Nel presente volume vengono descritti in dettaglio le metodololgie, gli algoritmi ed i prodotti sviluppati durante il progetto.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
