Telerilevamento ed elaborazione di immagini Breve e incompleta traccia degli argomenti trattati nei...

Telerilevamento ed Telerilevamento ed elaborazione di immaginielaborazione di immagini

Breve e incompleta traccia degli Breve e incompleta traccia degli argomenti trattati nei corsi e laboratori argomenti trattati nei corsi e laboratori tenuti all’Università di Venezia – IUAV – tenuti all’Università di Venezia – IUAV –

Diploma in SITDiploma in SIT

a.a. 2000/2001a.a. 2000/2001

Roberto PiuzzoRoberto Piuzzo

TelerilevamentoTelerilevamento

Rilievo di dati a distanzaRilievo di dati a distanza

Nella quotidianità:Nella quotidianità:

si:si: lettura, fotografialettura, fotografia

no:no: termometro classico a contattotermometro classico a contatto

In campo GIS:In campo GIS:

utilizzo di sensori, foto e videocamere montate utilizzo di sensori, foto e videocamere montate su aereo o satellite (o altre piattaforme)su aereo o satellite (o altre piattaforme)


I vari tipi di sensore rilevano energia I vari tipi di sensore rilevano energia elettromagnetica (esistono anche strumenti elettromagnetica (esistono anche strumenti sensibili al campo magnetico, alla densità e sensibili al campo magnetico, alla densità e alla gravità terrestri, usati, ad esempio, nella alla gravità terrestri, usati, ad esempio, nella ricerca degli idrocarburi).ricerca degli idrocarburi).

L’energia e.m. partecipa di una duplice natura:L’energia e.m. partecipa di una duplice natura:

può infatti essere descritta come particelle può infatti essere descritta come particelle (fotoni) in movimento e come onda che si (fotoni) in movimento e come onda che si propaga nello spazio.propaga nello spazio.


L’energia e.m. viene emessa da tutti i corpi L’energia e.m. viene emessa da tutti i corpi con temperatura superiore allo zero assoluto con temperatura superiore allo zero assoluto (0° Kelvin).(0° Kelvin).

È funzione delle caratteristiche del corpo e È funzione delle caratteristiche del corpo e della sua temperatura.della sua temperatura.

Ogni corpo, ad una data temperatura, emette Ogni corpo, ad una data temperatura, emette energia e.m. con intensità variabile in funzione energia e.m. con intensità variabile in funzione della lunghezza d’onda.della lunghezza d’onda.


L’energia e.m., vista come fenomeno L’energia e.m., vista come fenomeno ondulatorio, viene caratterizzata dalla ondulatorio, viene caratterizzata dalla lunghezza d’onda.lunghezza d’onda.

La discriminazione sulla base della lunghezza La discriminazione sulla base della lunghezza d’onda, rappresentata su un grafico con un d’onda, rappresentata su un grafico con un unico asse orizzontale, prende il nome di unico asse orizzontale, prende il nome di spettro.spettro.

Lo spettro viene diviso in regioni, chiamate Lo spettro viene diviso in regioni, chiamate bande, distinguendo in tal modo l’energia e.m. bande, distinguendo in tal modo l’energia e.m. in maniera funzionale ai suoi effetti ed al suo in maniera funzionale ai suoi effetti ed al suo utilizzo.utilizzo.


Il Sole presenta il massimo di emissione Il Sole presenta il massimo di emissione proprio in corrispondenza della banda del proprio in corrispondenza della banda del visibile.visibile.

Raggi X Raggi UV Visibile Infrarosso Onde Raggi X Raggi UV Visibile Infrarosso Onde radioradio

La banda del visibile può essere rappresentata La banda del visibile può essere rappresentata come un arcobaleno con i tipici colori che come un arcobaleno con i tipici colori che sfumano dal blu al rosso, ed essere a sua volta sfumano dal blu al rosso, ed essere a sua volta suddivisa in tre bande principali: blu, verde e suddivisa in tre bande principali: blu, verde e rosso.rosso.

B G RB G R


L’apparato visivo dell’uomo (occhio e cervello) L’apparato visivo dell’uomo (occhio e cervello) percepisce unicamente energia e.m. con percepisce unicamente energia e.m. con lunghezza d’onda compresa tra circa 0.4 e 0.7 lunghezza d’onda compresa tra circa 0.4 e 0.7 micrometri (banda visibile).micrometri (banda visibile).

I sensori per telerilevamento possono essere I sensori per telerilevamento possono essere costruiti in modo tale da percepire energia costruiti in modo tale da percepire energia e.m. con lunghezza d’onda corrispondente a e.m. con lunghezza d’onda corrispondente a varie parti dello spettro, invisibili all’uomo.varie parti dello spettro, invisibili all’uomo.


L’energia e.m. si propaga nel vuoto alla L’energia e.m. si propaga nel vuoto alla velocità della luce, ma è influenzata dalla velocità della luce, ma è influenzata dalla materia.materia.

Quando incontra un corpo può essere:Quando incontra un corpo può essere:riflessa (torna indietro specularmente)riflessa (torna indietro specularmente)assorbita (rimane nel corpo sotto forma di assorbita (rimane nel corpo sotto forma di calore)calore)trasmessa (attraversa il corpo)trasmessa (attraversa il corpo)


Quando passa da un corpo ad un altro, l’angolo Quando passa da un corpo ad un altro, l’angolo che il raggio forma con la perpendicolare alla che il raggio forma con la perpendicolare alla superficie comune ai due materiali cambia a superficie comune ai due materiali cambia a seconda della lunghezza d’onda del raggio seconda della lunghezza d’onda del raggio incidente.incidente.

Da qui il fenomeno della scomposizione della Da qui il fenomeno della scomposizione della luce tramite un prisma:luce tramite un prisma:

la luce solare bianca, passando dall’aria al la luce solare bianca, passando dall’aria al vetro, viene deviata in misura diversa secondo vetro, viene deviata in misura diversa secondo la lunghezza d’onda, consentendoci in tal la lunghezza d’onda, consentendoci in tal modo di percepire l’arcobaleno di colori che modo di percepire l’arcobaleno di colori che così si viene a formare.così si viene a formare.


Dal punto di vista del telerilevamento, la Dal punto di vista del telerilevamento, la sorgente di energia e.m. per eccellenza è il sorgente di energia e.m. per eccellenza è il sole.sole.

Tale energia viaggia nello spazio fino ad Tale energia viaggia nello spazio fino ad incontrare la Terra; qui viene riflessa e incontrare la Terra; qui viene riflessa e successivamente percepita dai sensori montati successivamente percepita dai sensori montati su aereo o satellite.su aereo o satellite.

In tale contesto, l’atmosfera gioca un ruolo In tale contesto, l’atmosfera gioca un ruolo fondamentale, alterando e bloccando le fondamentale, alterando e bloccando le radiazioni, ostacolando in tal modo l’attività radiazioni, ostacolando in tal modo l’attività d’interesse.d’interesse.


L’atmosfera, tramite le particelle che la L’atmosfera, tramite le particelle che la compongono (vapori, fumi, eccetera), produce compongono (vapori, fumi, eccetera), produce fenomeni di diffusione (responsabili ad fenomeni di diffusione (responsabili ad esempio del colore blu del cielo e bianco delle esempio del colore blu del cielo e bianco delle nubi) e di assorbimento.nubi) e di assorbimento.

Tale interazione dipende dal rapporto tra la Tale interazione dipende dal rapporto tra la lunghezza d’onda della radiazione incidente e lunghezza d’onda della radiazione incidente e il diametro delle particelle.il diametro delle particelle.


Energia e.m. con determinate lunghezze Energia e.m. con determinate lunghezze d’onda viene quasi completamente bloccata d’onda viene quasi completamente bloccata dall’atmosfera (pensiamo ad esempio allo dall’atmosfera (pensiamo ad esempio allo scudo protettivo esercitato dall’ozono presente scudo protettivo esercitato dall’ozono presente negli strati alti dell’atmosfera nei confronti dei negli strati alti dell’atmosfera nei confronti dei raggi UltraVioletti).raggi UltraVioletti).

Le porzioni dello spettro che lasciano passare Le porzioni dello spettro che lasciano passare in maniera significativa l’energia e.m. ai fini in maniera significativa l’energia e.m. ai fini del telerilevamento prendono il nome di del telerilevamento prendono il nome di Finestre Atmosferiche.Finestre Atmosferiche.


È proprio in corrispondenza delle finestre È proprio in corrispondenza delle finestre atmosferiche che vengono progettati i sensori atmosferiche che vengono progettati i sensori che vanno ad equipaggiare aerei e satelliti per che vanno ad equipaggiare aerei e satelliti per il telerilevamento.il telerilevamento.

I sistemi che sfruttano l’energia e.m. emessa I sistemi che sfruttano l’energia e.m. emessa dal sole per il telerilevamento si chiamano dal sole per il telerilevamento si chiamano Passivi.Passivi.

Quelli che invece sono dotati, oltre che di Quelli che invece sono dotati, oltre che di sensori, anche di un emettitore (radar) sensori, anche di un emettitore (radar) prendono il nome di sistemi Attivi (e usano prendono il nome di sistemi Attivi (e usano onde molto più lunghe dei primi, che non onde molto più lunghe dei primi, che non risentono dell’atmosfera).risentono dell’atmosfera).


I satelliti per il telerilevamento dotati di sensori I satelliti per il telerilevamento dotati di sensori passivi (gli unici di cui ci occupiamo in queste passivi (gli unici di cui ci occupiamo in queste note) si dividono in due gruppi:note) si dividono in due gruppi:

satelliti meteosatelliti meteosatelliti per il rilievo e l’uso del suolosatelliti per il rilievo e l’uso del suolo


I satelliti meteo (ad es. il Meteosat) I satelliti meteo (ad es. il Meteosat) generalmente sono posizionati su un’orbita generalmente sono posizionati su un’orbita geostazionaria (sono fermi sulla verticale di un geostazionaria (sono fermi sulla verticale di un punto a terra).punto a terra).

Hanno una risoluzione a terra piuttosto Hanno una risoluzione a terra piuttosto scadente, ma possono vedere la stessa zona scadente, ma possono vedere la stessa zona molte volte nello stesso giorno, consentendo in molte volte nello stesso giorno, consentendo in tal modo di poter seguire l’evolversi della tal modo di poter seguire l’evolversi della situazione atmosferica.situazione atmosferica.


I satelliti per lo studio del suolo (ad es. Landsat I satelliti per lo studio del suolo (ad es. Landsat e Spot) sono posizionati generalmente su e Spot) sono posizionati generalmente su orbite eliosincrone.orbite eliosincrone.

L’angolo formato dalla congiungente Terra-Sole L’angolo formato dalla congiungente Terra-Sole con il piano dell’orbita del satellite attorno alla con il piano dell’orbita del satellite attorno alla Terra si mantiene costante.Terra si mantiene costante.

Questo significa che il satellite passa sullo Questo significa che il satellite passa sullo stesso punto a terra sempre alla stessa ora (in stesso punto a terra sempre alla stessa ora (in giorni anche lontani tra loro), pertanto con le giorni anche lontani tra loro), pertanto con le stesse condizioni di illuminazione. stesse condizioni di illuminazione.


I due satelliti “classici” a cui fare riferimento I due satelliti “classici” a cui fare riferimento sono lo statunitense Landsat (nella versione 5) sono lo statunitense Landsat (nella versione 5) e il francese SPOT.e il francese SPOT.

Naturalmente è opportuno sapere che sono in Naturalmente è opportuno sapere che sono in orbita molti altri satelliti, costruiti per assolvere orbita molti altri satelliti, costruiti per assolvere diverse finalità, e pertanto con caratteristiche diverse finalità, e pertanto con caratteristiche anche sensibilmente diverse da quelle di anche sensibilmente diverse da quelle di Landsat e SPOT.Landsat e SPOT.


Landsat 5Landsat 5ripassa sullo stesso punto a terra ogni 16 ripassa sullo stesso punto a terra ogni 16 giornigiornimonta tre sensori: MSS, RBV e TMmonta tre sensori: MSS, RBV e TMil TM (thematic mapper) è il più evolutoil TM (thematic mapper) è il più evolutoacquisisce su 7 bande: B,G,R e 4infrarossi tra acquisisce su 7 bande: B,G,R e 4infrarossi tra cui il termico in banda 6cui il termico in banda 6la risoluzione a terra del pixel è 30m (120m la risoluzione a terra del pixel è 30m (120m band 6)band 6)la scena copre un rettangolo di circa 185 km la scena copre un rettangolo di circa 185 km di latodi lato


SPOTSPOTripassa sullo stesso punto a terra ogni 26 ripassa sullo stesso punto a terra ogni 26 giornigiornimonta due sensori gemelli: HRVmonta due sensori gemelli: HRVciascun sensore può funzionare in due ciascun sensore può funzionare in due modalità: pancromatico o multispettralemodalità: pancromatico o multispettraleil pancromatico acquisisce su una banda dal il pancromatico acquisisce su una banda dal verde all’infrarosso vicino, con una risoluzione verde all’infrarosso vicino, con una risoluzione a terra del pixel di 10ma terra del pixel di 10mil multispettrale acquisisce su tre bande: G, R, il multispettrale acquisisce su tre bande: G, R, nearIR, con una risoluzione a terra del pixel di nearIR, con una risoluzione a terra del pixel di 20m20m la scena copre un rettangolo di circa 60 km di la scena copre un rettangolo di circa 60 km di latolato


SPOTSPOT

I due sensori sono orientabili, dando la I due sensori sono orientabili, dando la possibilità in tal modo di traguardare la stessa possibilità in tal modo di traguardare la stessa zona a terra in orbite diverse, con un angolo zona a terra in orbite diverse, con un angolo tale da consentire riprese utili ogni due o tre tale da consentire riprese utili ogni due o tre giorni.giorni.

Inoltre, avvalendosi di tale possibilità, si Inoltre, avvalendosi di tale possibilità, si possono creare delle stereocoppie e ricostruire possono creare delle stereocoppie e ricostruire il modello digitale del terreno.il modello digitale del terreno.

Infine, usando i sensori nella stessa modalità, Infine, usando i sensori nella stessa modalità, posso coprire una striscia larga quasi il doppio posso coprire una striscia larga quasi il doppio (poco meno di 120 km)(poco meno di 120 km)


Il telerilevamento produce rappresentazioni Il telerilevamento produce rappresentazioni sotto varie forme (ad esempio pellicola chimica sotto varie forme (ad esempio pellicola chimica fotografica).fotografica).

I sensori di cui ci occupiamo producono, in vari I sensori di cui ci occupiamo producono, in vari modi e con varie problematiche, che qui non modi e con varie problematiche, che qui non citiamo, delle immagini digitali (ovvero citiamo, delle immagini digitali (ovvero numeriche) di tipo raster, in vari formati, numeriche) di tipo raster, in vari formati, adatte ad essere elaborate da computer con adatte ad essere elaborate da computer con l’uso di programmi sw di vario tipo di diversi l’uso di programmi sw di vario tipo di diversi produttori.produttori.

Elaborazione di immaginiElaborazione di immagini

Le immagini telerilevate sono rappresentazioni Le immagini telerilevate sono rappresentazioni della realtà, e come tali possono contribuire della realtà, e come tali possono contribuire alla costituzione di un Modello, normalmente alla costituzione di un Modello, normalmente all’interno di un GIS (Geographic Information all’interno di un GIS (Geographic Information System - Sistema Informativo Geografico).System - Sistema Informativo Geografico).

Le immagini digitali si dividono in due grandi Le immagini digitali si dividono in due grandi gruppi:gruppi:rasterrastervectorvector


VectorVector

Ogni cosa rappresentata è un oggetto descritto Ogni cosa rappresentata è un oggetto descritto matematicamente.matematicamente.

Ad esempio, un segmento verrà descritto da:Ad esempio, un segmento verrà descritto da:coordinate (x,y,z) del primo verticecoordinate (x,y,z) del primo verticecoordinate (x,y,z) del secondo verticecoordinate (x,y,z) del secondo verticetipo (ad es.: continuo, tratteggiato)tipo (ad es.: continuo, tratteggiato)spessorespessorecolorecoloreattributi accessori (ad es.: proprietario, peso)attributi accessori (ad es.: proprietario, peso)


RasterRaster

L’immagine è una matrice di punti chiamati L’immagine è una matrice di punti chiamati pixel (picture element).pixel (picture element).

Può essere vista come un mosaico di tessere Può essere vista come un mosaico di tessere della stessa forma disposte secondo una griglia della stessa forma disposte secondo una griglia ortogonale.ortogonale.

Ogni pixel è caratterizzato da un numero, che Ogni pixel è caratterizzato da un numero, che può essere reso visivamente con un colore o può essere reso visivamente con un colore o una sfumatura di grigio.una sfumatura di grigio.


Le immagini vettoriali danno l’impressione di Le immagini vettoriali danno l’impressione di una maggiore precisione, a motivo della una maggiore precisione, a motivo della nitidezza degli oggetti componenti, anche a nitidezza degli oggetti componenti, anche a fronte di notevoli ingrandimenti (zoom in).fronte di notevoli ingrandimenti (zoom in).

Le immagini raster invece colgono le Le immagini raster invece colgono le sfumature di ciò che rappresentano, ma sfumature di ciò che rappresentano, ma inevitabilmente sgranano se ingrandite oltre inevitabilmente sgranano se ingrandite oltre una certa soglia.una certa soglia.

Le immagini telerilevate sono raster. I software Le immagini telerilevate sono raster. I software GIS utilizzano entrambe i tipi di GIS utilizzano entrambe i tipi di rappresentazione, facendoli convivere e rappresentazione, facendoli convivere e consentendo di utilizzarli al meglio.consentendo di utilizzarli al meglio.


Immagini in scala di grigio.Immagini in scala di grigio.

Ogni pixel è caratterizzato da un numero, che Ogni pixel è caratterizzato da un numero, che viene rappresentato visivamente con una viene rappresentato visivamente con una sfumatura di grigio.sfumatura di grigio.

Il numero di sfumature dipende dalla memoria Il numero di sfumature dipende dalla memoria che si assegna a ciascun pixel, espressa in bit, che si assegna a ciascun pixel, espressa in bit, e si indica con il termine Gamma.e si indica con il termine Gamma.

Ad es., se assegno al pixel 8 bit, la gamma Ad es., se assegno al pixel 8 bit, la gamma sarà 256.sarà 256.

Lo zero verrà rappresentato con il nero e il 255 Lo zero verrà rappresentato con il nero e il 255 con il bianco.con il bianco.


Ogni immagine acquisita da un sensore su una Ogni immagine acquisita da un sensore su una banda è un’immagine in scala di grigio. Questo banda è un’immagine in scala di grigio. Questo consente la visione anche di immagini rilevate consente la visione anche di immagini rilevate al di fuori del visibile (tipicamente infrarosso).al di fuori del visibile (tipicamente infrarosso).

La figura rappresenta un ritaglio di immagine La figura rappresenta un ritaglio di immagine Landsat TM banda3 in scala di grigio a 8 bit per Landsat TM banda3 in scala di grigio a 8 bit per pixel.pixel.

96967979


È possibile assegnare ad un’immagine una È possibile assegnare ad un’immagine una gamma inferiore di quella originale, gamma inferiore di quella originale, disponendo in tal modo di un numero inferiore disponendo in tal modo di un numero inferiore di sfumature, con in cambio una riduzione di sfumature, con in cambio una riduzione dell’occupazione dello spazio su disco.dell’occupazione dello spazio su disco.

L’immagine così ottenuta perderà ovviamente L’immagine così ottenuta perderà ovviamente parte del contenuto informativo.parte del contenuto informativo.

Le tonalità non più presenti verranno rese con Le tonalità non più presenti verranno rese con quelle ad esse più simili, oppure con una quelle ad esse più simili, oppure con una mescolanza di tonalità (dithering).mescolanza di tonalità (dithering).

Elaborazione di immaginiElaborazione di immagini8 bit8 bit 4 bit4 bit 2 bit2 bit 1 bit1 bit


Il colore è la sensazione che percepiamo Il colore è la sensazione che percepiamo tramite il meccanismo della visione. Il cervello tramite il meccanismo della visione. Il cervello elabora i segnali trasmessi dall’occhio, quando elabora i segnali trasmessi dall’occhio, quando questo viene investito da energia e.m. nella questo viene investito da energia e.m. nella banda del visibile (luce).banda del visibile (luce).

I colori esistenti in natura sono virtualmente I colori esistenti in natura sono virtualmente infiniti, tuttavia possiamo suddividere lo infiniti, tuttavia possiamo suddividere lo spettro in tre parti, dove le dominanti sono blu, spettro in tre parti, dove le dominanti sono blu, verde e rosso.verde e rosso.


Questi tre colori (Primari) possono essere usati Questi tre colori (Primari) possono essere usati per ricostruire gli altri colori mediante il per ricostruire gli altri colori mediante il processo della Sintesi Additiva.processo della Sintesi Additiva.

Possiamo immaginare di essere in una stanza Possiamo immaginare di essere in una stanza completamente buia, e di disporre di tre torce completamente buia, e di disporre di tre torce elettriche, ciascuna in grado di emettere un elettriche, ciascuna in grado di emettere un fascio di luce rossa, blu o verde.fascio di luce rossa, blu o verde.


Il nero viene percepito come assenza di luce, il Il nero viene percepito come assenza di luce, il bianco come compresenza di R,G,B alla bianco come compresenza di R,G,B alla massima intensità.massima intensità.

Coppie di colori primari creano colori che Coppie di colori primari creano colori che definiamo Secondari: giallo, ciano e magenta.definiamo Secondari: giallo, ciano e magenta.


Ogni altro colore viene definito da diverse Ogni altro colore viene definito da diverse proporzioni di rosso, verde e blu.proporzioni di rosso, verde e blu.

Quando i tre primari sono presenti in ugual Quando i tre primari sono presenti in ugual misura otteniamo sfumature di grigio.misura otteniamo sfumature di grigio.


I tre colori secondari della sintesi additiva I tre colori secondari della sintesi additiva (giallo, ciano e magenta) possono essere usati (giallo, ciano e magenta) possono essere usati per ricostruire gli altri colori mediante il per ricostruire gli altri colori mediante il processo della Sintesi Sottrattiva.processo della Sintesi Sottrattiva.

Possiamo immaginare di mescolare i colori a Possiamo immaginare di mescolare i colori a tempera, o quelli della pasta per modellare, tempera, o quelli della pasta per modellare, partendo dal bianco a cui aggiungiamo gli altri partendo dal bianco a cui aggiungiamo gli altri pigmenti, perdendo in tal modo luminosità.pigmenti, perdendo in tal modo luminosità.


Il bianco viene percepito come situazione di Il bianco viene percepito come situazione di partenza, il nero come compresenza di C,M,Y partenza, il nero come compresenza di C,M,Y alla massima intensità.alla massima intensità.

Coppie di colori primari creano colori che Coppie di colori primari creano colori che definiamo Secondari: rosso, verde e blu.definiamo Secondari: rosso, verde e blu.


Ogni altro colore viene definito da diverse Ogni altro colore viene definito da diverse proporzioni di ciano, magenta e giallo.proporzioni di ciano, magenta e giallo.

Quando i tre primari sono presenti in ugual Quando i tre primari sono presenti in ugual misura otteniamo sfumature di grigio.misura otteniamo sfumature di grigio.

I colori primari della sintesi additiva sono i I colori primari della sintesi additiva sono i secondari della sintesi sottrattiva, e viceversa.secondari della sintesi sottrattiva, e viceversa.

La sintesi additiva viene usata, ad es., nei La sintesi additiva viene usata, ad es., nei monitor, mentre la sintesi sottrattiva viene monitor, mentre la sintesi sottrattiva viene usata in stampa, dove con l’aggiunta usata in stampa, dove con l’aggiunta dell’inchiostro nero (CMYK) il processo prende il dell’inchiostro nero (CMYK) il processo prende il nome di Quadricromia.nome di Quadricromia.


Per poter sfruttare le immagini telerilevate è Per poter sfruttare le immagini telerilevate è opportuno che queste siano corrette da vari opportuno che queste siano corrette da vari tipi di errori e georiferite, ovvero vengano tipi di errori e georiferite, ovvero vengano appoggiate su un sistema di riferimento.appoggiate su un sistema di riferimento.

Di questo, per il momento, non ci occupiamo.Di questo, per il momento, non ci occupiamo.


Le immagini telerilevate possono essere Le immagini telerilevate possono essere oggetto di due attività principali:oggetto di due attività principali:classificazioneclassificazioneinterpretazioneinterpretazione

La classificazione è un procedimento in base al La classificazione è un procedimento in base al quale ogni pixel viene attribuito ad una classe quale ogni pixel viene attribuito ad una classe di interesse (ad es.: bosco, prato, coltivazioni, di interesse (ad es.: bosco, prato, coltivazioni, urbanizzato, sabbia, mare, laguna).urbanizzato, sabbia, mare, laguna).

L’interpretazione è un processo di L’interpretazione è un processo di riconoscimento visivo fatto da personale riconoscimento visivo fatto da personale esperto, che si avvale di tecniche di esperto, che si avvale di tecniche di miglioramento delle immagini.miglioramento delle immagini.


Le tecniche di miglioramento delle immagini si Le tecniche di miglioramento delle immagini si dividono in due gruppi principali, basandosi su:dividono in due gruppi principali, basandosi su:operatori globalioperatori globalioperatori localioperatori locali

Le prime riguardano l’immagine nella sua Le prime riguardano l’immagine nella sua interezza e si appoggiano su una descrizione interezza e si appoggiano su una descrizione statistica della stessa.statistica della stessa.

Le seconde agiscono sui pixel dell’immagine Le seconde agiscono sui pixel dell’immagine considerando i rapporti degli stessi (uno ad considerando i rapporti degli stessi (uno ad uno) con i pixel vicini.uno) con i pixel vicini.


Da un punto di vista statistico un’immagine Da un punto di vista statistico un’immagine raster può essere descritta dal suo raster può essere descritta dal suo Istogramma.Istogramma.

Si tratta di un grafico che presenta sull’asse Si tratta di un grafico che presenta sull’asse delle ascisse la gamma delle sfumature di delle ascisse la gamma delle sfumature di grigio, e sull’asse delle ordinate la frequenza grigio, e sull’asse delle ordinate la frequenza con cui i valori occorrono nell’immagine stessa.con cui i valori occorrono nell’immagine stessa.

00 256256


Aumentare la luminosità di un’immagine Aumentare la luminosità di un’immagine significa traslare l’istogramma verso destra.significa traslare l’istogramma verso destra.


Aumentare il contrasto di un’immagine Aumentare il contrasto di un’immagine significa allontanare le barre dell’istogramma significa allontanare le barre dell’istogramma le une dalle altre.le une dalle altre.


Equalizzare un’immagine significa ridistribuirne Equalizzare un’immagine significa ridistribuirne i valori di grigio in modo tale da “appiattirne” i valori di grigio in modo tale da “appiattirne” l’istogramma, utilizzando tutta la gamma e l’istogramma, utilizzando tutta la gamma e aumentando il contrasto.aumentando il contrasto.


Per contrastare l’immagine agendo Per contrastare l’immagine agendo sull’istogramma, la metodologia sulla quale sull’istogramma, la metodologia sulla quale l’operatore ha il pieno controllo è costituita l’operatore ha il pieno controllo è costituita dalle varie forme di stretching.dalle varie forme di stretching.

Lo stiramento dell’istogramma avviene in base Lo stiramento dell’istogramma avviene in base ad una funzione di trasformazione, e ad una funzione di trasformazione, e l’operatore sceglie quella che meglio si adatta l’operatore sceglie quella che meglio si adatta all’immagine da migliorare.all’immagine da migliorare.

Quando si ha un accumulo di frequenze sul Quando si ha un accumulo di frequenze sul bianco o sul nero (con relativa perdita di bianco o sul nero (con relativa perdita di informazione) si parla di saturazione.informazione) si parla di saturazione.


Stretching lineare. Le soglie si posizionano ai Stretching lineare. Le soglie si posizionano ai margini della parte di istogramma con il margini della parte di istogramma con il contenuto informativo d’interesse.contenuto informativo d’interesse.


Stretching lineare a tratti.Stretching lineare a tratti.

La funzione di trasformazione è una sorta di La funzione di trasformazione è una sorta di scalinata dove le pedate sono orizzontali, e le scalinata dove le pedate sono orizzontali, e le alzate sono inclinate (come nell’esempio alzate sono inclinate (come nell’esempio precedente).precedente).

Serve particolarmente per migliorare immagini Serve particolarmente per migliorare immagini con istogramma bimodale. con istogramma bimodale.


Stretching logaritmico. Migliora le parti scure Stretching logaritmico. Migliora le parti scure dell’immagine.dell’immagine.


Stretching logaritmico. Migliora le parti chiare Stretching logaritmico. Migliora le parti chiare dell’immagine.dell’immagine.


Operatori locali.Operatori locali.

I filtri di convoluzione sono delle matrici che I filtri di convoluzione sono delle matrici che contengono dei coefficienti (nel caso più contengono dei coefficienti (nel caso più semplice) che si applicano ad un pixel alla semplice) che si applicano ad un pixel alla volta (su tutta l’immagine o l’area selezionata) volta (su tutta l’immagine o l’area selezionata) e ai pixel vicini.e ai pixel vicini.

La forma della matrice può variare, ma più La forma della matrice può variare, ma più comunemente ritroveremo matrici quadrate comunemente ritroveremo matrici quadrate 3x3, centrate sul pixel da modificare.3x3, centrate sul pixel da modificare.


Tramite i filtri è possibile migliorare Tramite i filtri è possibile migliorare (localmente) il contrasto di un’immagine, (localmente) il contrasto di un’immagine, oppure, al contrario, peggiorarlo (sfumandola).oppure, al contrario, peggiorarlo (sfumandola).

O, ancora, individuare andamenti, eliminare O, ancora, individuare andamenti, eliminare rumore, eccetera.rumore, eccetera.

Il valore del pixel in Il valore del pixel in evidenza viene evidenza viene modificato tenendo modificato tenendo conto anche del valore conto anche del valore degli otto pixel degli otto pixel adiacenti, tramite i adiacenti, tramite i coefficienti del filtro.coefficienti del filtro.

Il filtro viene applicato a Il filtro viene applicato a tutti i pixel tutti i pixel dell’immagine, dell’immagine, spostandosi su questa e spostandosi su questa e generandone una generandone una nuova.nuova.


Per migliorare il contrasto, il valore del pixel Per migliorare il contrasto, il valore del pixel viene ancor più differenziato da quello dei pixel viene ancor più differenziato da quello dei pixel adiacenti, mentre per lisciare l’immagine il adiacenti, mentre per lisciare l’immagine il valore del pixel viene avvicinato a quello dei valore del pixel viene avvicinato a quello dei pixel adiacenti con, ad esempio, un’operazione pixel adiacenti con, ad esempio, un’operazione di media.di media.


Composizione di bande.Composizione di bande.

È possibile appoggiare sui canali del sw di È possibile appoggiare sui canali del sw di elaborazione d’immagini le bande di elaborazione d’immagini le bande di un’immagine multispettrale, allo scopo di un’immagine multispettrale, allo scopo di ottenere un’immagine a colori.ottenere un’immagine a colori.

Mettendo sul canale del blu la banda acquisita Mettendo sul canale del blu la banda acquisita nel blu, e facendo la stessa cosa con i canali e nel blu, e facendo la stessa cosa con i canali e le bande del verde e del rosso, tramite le bande del verde e del rosso, tramite un’operazione di sintesi additiva del colore, si un’operazione di sintesi additiva del colore, si ottiene una composizione che prende il nome ottiene una composizione che prende il nome di Vero colore. Ogni altra composizione prende di Vero colore. Ogni altra composizione prende il nome di Falso colore.il nome di Falso colore.


Vero colore. L’immagine (migliorata con Vero colore. L’immagine (migliorata con stretching lineare) appare simile a quello a cui stretching lineare) appare simile a quello a cui siamo abituati.siamo abituati.

Landsat Landsat band1band1




Falso colore. L’immagine (migliorata con Falso colore. L’immagine (migliorata con stretching lineare) appare con colori innaturali.stretching lineare) appare con colori innaturali.





Due parole sulla classificazione.Due parole sulla classificazione.

Classificare un’immagine significa partirla in un Classificare un’immagine significa partirla in un numero adeguato di insiemi tra loro disgiunti, numero adeguato di insiemi tra loro disgiunti, tali che la loro unione dia l’immagine intera.tali che la loro unione dia l’immagine intera.

Ogni pixel pertanto apparterrà ad una sola Ogni pixel pertanto apparterrà ad una sola classe (eventualmente alla classe “non classe (eventualmente alla classe “non classificato”).classificato”).

Questo processo si basa sul fatto che oggetti Questo processo si basa sul fatto che oggetti appartenenti a classi diverse hanno una appartenenti a classi diverse hanno una risposta diversa, e caratteristica, alle radiazioni risposta diversa, e caratteristica, alle radiazioni che li investono, a seconda della loro che li investono, a seconda della loro lunghezza d’onda.lunghezza d’onda.


Si definisce Firma Spettrale di un oggetto la Si definisce Firma Spettrale di un oggetto la risposta tipica che tale oggetto presenta alle risposta tipica che tale oggetto presenta alle varie lunghezze d’onda.varie lunghezze d’onda.

I procedimenti di classificazione cercheranno di I procedimenti di classificazione cercheranno di utilizzare le bande dove oggetti diversi utilizzare le bande dove oggetti diversi presentano risposte diverse, per poterli presentano risposte diverse, per poterli discriminare.discriminare.

B1 b2 b3 b4 b5 b6 B1 b2 b3 b4 b5 b6 b7b7

AA

BB

Nell’esempioNell’esempio

la banda 4 e la la banda 4 e la banda 5 presentano banda 5 presentano le risposte che le risposte che maggiormente si maggiormente si differenziano per differenziano per discriminare oggetti discriminare oggetti A da oggetti BA da oggetti B


Distinguiamo due principali tipologie di Distinguiamo due principali tipologie di classificazione:classificazione:supervisedsupervisedunsupervisedunsupervised

La prima richiede un intervento a priori La prima richiede un intervento a priori dell’esperto che individua sull’immagine delle dell’esperto che individua sull’immagine delle zone note (Training sites) che fungeranno da zone note (Training sites) che fungeranno da esempio per le rispettive classi.esempio per le rispettive classi.

La seconda viene fatta alla cieca da un La seconda viene fatta alla cieca da un algoritmo che produce un certo numero di algoritmo che produce un certo numero di aggregazioni sulla base delle quali interviene aggregazioni sulla base delle quali interviene poi l’esperto nel formare le classi.poi l’esperto nel formare le classi.


Entrambe i procedimenti si realizzano con Entrambe i procedimenti si realizzano con criteri che qui non trattiamo.criteri che qui non trattiamo.

In ogni caso il procedimento di classificazione In ogni caso il procedimento di classificazione può riguardare l’utilizzo di più immagini, può riguardare l’utilizzo di più immagini, provenienti da vari sensori, e ottenute su varie provenienti da vari sensori, e ottenute su varie bande.bande.

Richiede esperienza, verifiche a terra, Richiede esperienza, verifiche a terra, padronanza delle tecniche di miglioramento e padronanza delle tecniche di miglioramento e mascheratura.mascheratura.


L’elaborazione di immagini telerilevate L’elaborazione di immagini telerilevate prevede la soluzione di problemi di prevede la soluzione di problemi di posizionamento delle stesse su un sistema di posizionamento delle stesse su un sistema di riferimento (georiferimento).riferimento (georiferimento).

Presenta problemi legati alla disponibilità Presenta problemi legati alla disponibilità temporale delle stesse, alla coregistrazione, temporale delle stesse, alla coregistrazione, alla considerazione di variabili morfologiche, alla considerazione di variabili morfologiche, ed altro ancora.ed altro ancora.

È una disciplina che ha una forte correlazione È una disciplina che ha una forte correlazione con molte altre attività, e, come i GIS con i con molte altre attività, e, come i GIS con i quali condivide molti aspetti, si presta ad quali condivide molti aspetti, si presta ad essere utilizzata in molti campi diversi, con essere utilizzata in molti campi diversi, con varie finalità.varie finalità.


La disponibilità di dati GPS, di hardware e La disponibilità di dati GPS, di hardware e software sempre più completi, potenti ed software sempre più completi, potenti ed economici, e i nuovi satelliti, citiamo ad economici, e i nuovi satelliti, citiamo ad esempio Ikonos, con prestazioni assai migliori esempio Ikonos, con prestazioni assai migliori a quelli di solo pochi anni fa (1 metro di a quelli di solo pochi anni fa (1 metro di risoluzione a terra pancromatico, 4 metri risoluzione a terra pancromatico, 4 metri multispettrale) aprono nuove affascinanti multispettrale) aprono nuove affascinanti prospettive, ma lasciano alla capacità e al prospettive, ma lasciano alla capacità e al buon senso degli addetti la scelta delle buon senso degli addetti la scelta delle immagini adatte alla soluzione dei vari immagini adatte alla soluzione dei vari problemi.problemi.

Telerilevamento ed elaborazione di immagini Breve e incompleta traccia degli argomenti trattati nei...

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Transcript of Telerilevamento ed elaborazione di immagini Breve e incompleta traccia degli argomenti trattati nei...