Il Telerilevamento

Il telerilevamento è l’osservazione della Terra per mezzo di sensori aerospaziali, che possono essere trasportati da aerei, palloni sonda o satelliti. Il telerilevamento, da aereo o da satellite, di immagini multispettrali ed iperspettrali rappresenta uno degli strumenti più importanti per il monitoraggio della superficie terrestre. Questa fonte di dati viene utilizzata in molti settori per scopi di ricerca scientifica, applicazioni civili ed industriali. I principali campi di applicazione sono: l’ecologia, l’oceanografia, la geologia, lo studio dell’atmosfera, lo studio degli scambi energetici tra atmosfera e Terra solida, l’esecuzione di prospezioni minerarie, la redazione di carte tematiche, fino alle applicazioni militari, alla rilevazione degli inquinanti, al monitoraggio dello sviluppo demografico e degli insediamenti umani.

Un’immagine del centro di Roma acquisita dal satellite SPOT (ESA).

I sensori impiegati per l’acquisizione delle immagini sono molteplici e si distinguono, sia per il numero e la posizione in lunghezza d’onda dei canali spettrali, sia per la loro risoluzione spaziale e radiometrica. Nel corso degli ultimi anni l’evoluzione tecnologica ed il progresso scientifico hanno prodotto un miglioramento sensibile degli strumenti e delle tecniche di telerilevamento. Sono sorte nuove necessità relative all’elaborazione dell’enorme mole di dati disponibili. Le nuove questioni hanno un particolare rilievo nel dominio del telerilevamento ottico effettuato mediante sensori ad alta risoluzione. Le immagini iperspettrali, ottenute in questo caso, hanno infatti grandi dimensioni (tipicamente tra 100 Mb e 3Gb a seconda del numero di righe di scansione acquisite) ed i dati possono essere organizzati per serie storiche, in grado di coprire intervalli di tempo estesi. L’elaborazione di una quantità di dati così grande rappresenta una sfida scientifica e tecnologica di rilievo, connessa con la potenza di calcolo disponibile e con la necessità di individuare le informazioni di interesse.

In questo quadro un problema di grande rilievo è costituito dal fatto che i pixel disponibili sono il risultato di medie spaziali su aree della superficie osservata, le cui dimensioni tipiche sono comprese tra 5 e 200 m. In altre parole, lo spettro registrato di ciascun pixel non è puro, ma il risultato della media pesata di spettri di oggetti diversi, in accordo alla composizione dell’area di suolo otticamente coniugata al pixel considerato. Affinché le informazioni estratte dalle immagini telerilevate non siano compromesse da questo fenomeno si ricorre a tecniche di unmixing, che tentano di riconoscere le diverse componenti spettrali presenti in uno stesso elemento di immagine. Un ulteriore problema di notevole importanza in tutte le applicazioni del telerilevamento è costituito dagli effetti indotti dall’atmosfera terrestre sulla misura eseguita dal sensore. Questi effetti degradano le immagini acquisite e devono essere corretti per un’utilizzazione corretta dei dati. La stima del rumore aleatorio (temporal noise) e la mitigazione e dei modelli di rumore coerenti (pattern noise) è un’altra operazione di grande rilievo e di elevata complessità. La stima dell’ampiezza del rumore è utile per alcuni tipi di filtraggio delle immagini (e.g.: il filtro adattato, il filtro ottimale di Wiener, etc), ma può essere importante anche per l’esecuzione di operazioni di fitting di modelli parametrici, modellazione inversa, etc.

Il Dr. Alessandro Barducci ha una pluriennale esperienza nel settore del telerilevamento: dallo sviluppo di nuovi sensori, alla calibrazione dei sensori, all’esecuzione delle correzione atmosferiche, fino ai problemi di classificazione dei dati e la produzione di mappe tematiche. Nel 1994 egli ha iniziato un’attività di consulenza e fornitura di servizi nei campi delle applicazioni informatiche, del telerilevamento, delle ricerche applicate nel dominio delle scienze fisiche e dell’alta tecnologia. I suoi lavori più significativi in questo campo sono rappresentati da varie collaborazioni con il CNR, con il Dip.to di Ingegneria Elettronica dell’Univ. di Firenze, con il Dip.to di Scienze della Terra dell’Univ. di Parma, con il Dip.to di Ingegneria dell’Informazione dell’Univ. di Siena e con la Sez. di Firenze dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Dal 1990 egli ha collaborato con il CNR-IFAC “Nello Carrara” (gruppo di ricerca su Sensori Ottici Aerospaziali ad Alta Risoluzione). Egli sta inoltre collaborando con varie aziende operanti nei settori dell’automazione industriale, dell’informatica e della tecnologia avanzata. Alessandro Barducci è stato responsabile scientifico di vari progetti di ricerca industriale con finanziamenti pubblici e/o privati. In questa veste egli ha maturato una notevole esperienza nello svolgimento di attività di ricerca sia di base sia applicata e nella direzione ed il coordinamento di progetti e gruppi di ricerca.