Corso di Laurea in Scienze e tecnologie agrarie - STA

Fotointerpretazione e telerilevamento per il paesaggio

Anno accademico 2010/2011

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Italiano

Il corso intende trasferire agli studenti i concetti fondamentali che regolano la produzione e l’utilizzo delle immagini satellitari/aeree per una descrizione metrica e semantica del territorio, con particolare attenzione alla caratterizzazione delle sue componenti paesaggistiche ed ecologiche.

L’attenzione sarà posta su immagini digitali pancromatiche, multi- e iperspettrali così come acquisibili dai moderni sistemi di presa.

 
English version

The course is intended to supply to the students the basics of aerial/image digital images’ utilization for a metric and semantic description of the landscape.

Attention will be focused onto panchromatic, multispectral and hyperspectral images as they come from the modern sensors.

Risultati dell'apprendimento attesi

Italiano

Alla fine del corso lo studente avrà acquisito le basi scientifiche per l’utilizzo metrico e semantico delle immagini digitali acquisite da piattaforme aeree e/o satellitari.

In particolare sarà in grado di comprendere le fasi del processo fotogrammetrico che porta da un lato alla realizzazione di modelli stereoscopici del territorio dall’altra alla produzione di dati utili ai pianificatori quali le ortofoto e i Modelli Digitali del Terreno (DTM o DEM).

A partire da DTM e ortofoto sarà in grado di produrre, all’interno di sistemi GIS,  modelli virtuali bidimensionali e tridimensionali navigabili del territorio per una sua lettura più efficace. 
Avrà inoltre acquisito i concetti di base per procedere all’interpretazione di un’immagine satellitare multi-spettrale e di comprenderne le fasi di processamento che la trasformano da dato grezzo in prodotto cartografico tematico. Le competenze acquisite riguardano: a) la capacità di selezionare la tipologia di dato utile ai fini di una certa applicazione territoriale considerandone le caratteristiche geometriche, spettrali, radiometriche e temporali; b) la capacità di leggere con competenza tutti i dati di accuratezza (metrica e semantica) che riguardano una carta tematica derivata da satellite; c) la capacità di interpretare i principali indici (di vegetazione, di neve e di incendio) derivabili dalle immagini; d) la capacità di produrre una cartografia tematica e di certificarne la qualità.

 
English version

At the end of the course the student will have learnt that basic information to exploit the metric and semantic content of digital images coming from aerial or satellite platforms. In particular he will be able to understand all of the steps of the photogrammetric process aimed both to the generation of stereoscopic models of territory and to the production of orthimages and Digital Elevation Models (DEM). He will be also able to integrate DEM and orthoimages to generate, inside GIS environment, virtual scenarios of the landscape to facilitate the interpretation of its features. 

Furthermore he will be able to interpret and process a satellite/aerial multispectral image to generate a thematic map. Acquired competences concern: a) the capability of selecting the proper image type to face opportunely a certain environmental application, considering its geometric, spectral, radiometric and temporal characteristics; b) the capability of reading and stating correctly all of the information concerning the geometric and semantic quality of thematical maps derived from satellite; c) the capabilty of calculating and reading correctly the main environmental indices derived from the images (Vegetation soil, snow, moisture, fire indices); d) the capability of generating a thematic map from raw data and certifying its quality.

Programma

Italiano

Nella parte di corso dedicato alla fotointerpretazione verranno trattati elementi di fotogrammetria digitale utili alla comprensione delle proprietà metriche delle immagini, definendo in particolare i concetti di ortofoto e di modelli di elevazione del terreno (DEM). Gli studenti saranno messi in grado di gestire tali dati all’interno di software appositi per la realizzazione di modelli paesaggistici virtuali tridimensionali navigabili sui quali condurre le interpretazioni e letture del territorio utlizzando le discriminanti colorimetriche, tessiturali  contestuali e morfologiche che immagini tri-cromatiche (non multi- e iper- spettrali)  possono consentire. In tale fase verranno consegnate agli studenti anche nozioni di colorimetria. Il processo fotointerpretativo oltre che su modelli virtuali sarà condotto in rappresentazione bidimensionale all’interno di ambienti idonei (GIS) alla restituzione (editing) bidimensionale delle componenti paesaggistiche di interesse.

Per quanto riguarda la parte di corso preponderante dedicata al telerilevamento ottico multi- e iper- spettrale, gli argomenti trattati possono ricondursi all’elenco che segue:

• Introduzione al Telerilevamento: definizioni e Leggi fisiche fondamentali
• Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflettanza, trasmittanza, assorbanza, emittanza.  Rugosità delle superfici e geometria dell’illuminazione
• Firme spettrali; interazione tra atmosfera e radiazione elettromagnetica: finestre atmosferiche e diffusione
• Tipologie di satelliti per l’Osservazione della Terra: geostazionari ed elio sincroni; Principali missioni. Schema di sensore; L’immagine digitale: definizione numerica e caratteristiche operative (risoluzioni).
• Processamento dell’immagine: istogramma di frequenza, contrasto, scatterogrammi, filtri digitali e operatori matriciali: il calcolo degli indici (di vegetazione, di neve, d’incendio).
• Le immagini a colori: cenni di colorimetria e foto interpretazione; il flusso di lavoro di un telerilevatore
• Pre-processamento radiometrico delle immagini: calibrazione in radianza e riflettanza, correzione atmosferica, correzione topografica.
• La georeferenziazione delle immagini
• La classificazione delle immagini: assistita e automatica; principali algoritmi
• Verifica dell’accuratezza della classificazione: matrice d’errore e parametri di prestazione 

English version

In the part of the course dealing with image interpretation the following topics will be taken into consideration: basics of digital photogrammetry with particular regard to the Digital Elevation Models and orthoimages concepts. Attention will be paid to those features of the images (aerial and satellite) that help the user to read the landscape: color, texture, context, morphology.

Furthermore the students will be trained to manage these data inside specific software to generate virtual bi- or three- dimensional landscape scenarios useful to better interpret the territory.  Some GIS tools will be presented mainly for data and thematic maps generation.

As far as remote sensing is concerned the following topics will be considered :

• Introduction to Remote Sensing: definitions and physical laws
• Interaction between surfaces and electromagnetic radiation: reflectance, transmittance, absorbance, emittance.  Surface roughness and geometry of lighting.
• Surface Spectra; interaction between atmosphere and electromagnetic radiation: atmospheric windows and scattering
• Satellites for Earth Observations: geostationary and sun-synchronous. Main missions, Sensor scheme, digital image: numerical definition and operational features (resolutions).
• Image processing: histogram, contrast enhancement, scatter plots, digital filters, matrix operators: main indices from satellite images.
• Color images: basics of colorimetry and image interpretation; the remote sensing workflow
• Radiometric pre-processing: radiance/reflectance calibration, atmospheric correction, topographic correction.
• Image georeferencing
• Image classification: supervised and unsupervised classifiers
• Classification Accuracy: confusion matrix and statistical parameters

Dispense del corso (slides), E. Borgogno Mondino

E’ anche consigliato l’utilizzo del seguente materiale per approfondimenti e integrazioni:
[1] Principi e Metodi di Telerilevamento (Brivio, Lechi, Zilioli, 2006), Città Studi Edizioni
[2] Telerilevamento: Informazione Territoriale mediante immagini da satellite, A. Dermanis, L.Biagi, Casa Editrice Ambrosiana
[3] Elementi di Geomatica, M.A. Gomarasca, Ed. AIT, 2004.

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