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1 Strumentazione Ottica Iperspettrale: Applicazioni da piattaforme spaziali e avioniche per la tutela ambientale Roma Casa dell'aviatore - 9 Ottobre 2014

2 Principio Acquisizione Iperspettrale La Tecnica Iperspettrale è basata sull acquisizione tramite sensori elettroottici di un Cubo Spettrale che contiene sia informazioni spaziali che spettrali dell area di interesse. Concetto Cubo Iperspettrale Classificazione Strumenti 2

3 Concetti di base della strumentazione iperspettrale GSD = Ground Spatial Distance (Risoluzione Spaziale) Esempi: Prismi o Reticoli Diffrazione 3

4 Concetto Identificazione Materiali 4

5 Evoluzione Strumenti Iperspettrali in Selex ES AVIONICO VIRS SIM.GA 1 SIM.GA 2 SPHYDER VIMS - Cassini VIRTIS Rosetta, VEX, Dawn GOME2 - METOP PRISMA SHALOM GOME1 - ERS2 HYPSEO JIRAM - JUNO SPAZIO JHM VIHI - Bepi Colombo 5

6 GOME Prodotti Dati Atmosfera GOME è uno spettrometro a scansione per copertura globale che copre le bande spettrali nm e risoluzione spettrale di nm 6

7 GOME Analisi Eruzioni Vulcaniche SPOT 4 Satellite Image : Etna's eruption, Italy CNES 2001 Copyright Selex ES. All rights reserved 7

8 Strumento Iperspettrale PRISMA E' lo strumento della missione PRISMA di ASI per osservazione della Terra attualmente in sviluppo. E' composto da: Uno Spettrometro a Immagine capace di acquisire 250 bande spettrali da 400 a 2500 nm, con larghezza spettrale media 10nm and risoluzione spaziale di 30 m Una camera pancromatica con media risoluzione di 5 m Le principali applicazioni previste sono : Mappature dei suoli e zone agricole Monitoraggio inquinamento Qualità acque interne Analisi zone costiere e mari Monitoraggio ciclo carbone 8

9 PRISMA Payload Overview Parti Esterne Banco Ottico Lato Spettrometri Scatola Elettronica Banco Ottico Lato TelescopioTMA 9

10 PRISMA - Telescopio TMA M1 M1 M2 FM1 M3 Optical Bench

11 PRISMA - Canale Spettrometrico e Pancromatico VNIR SWIR PAN OPTICAL OPTICAL BENCH BENCH

12 Esempio Immagine Pancromatica 2.5m GSD Banda Spettrale nm 12

13 Metodi per Fusione Immagini (PAN-sharpened RGB) Spatial base CS1 CS2 Original HS RGB colors 13

14 PAN-Sharpened RGB SHA 14

15 L3: Marine and Acquatic Quality and Productivity Indicators Product layer: Phytoplankton Chlorophyll Concentration Map Chl-a [µg L -1 ]

16 L3: Vegetation Status Indicators Product layer: Red edge index Map NDVI [-]

17 L3: Soil Surface Pollutant Map Product layer: Hydrocarbons Map Low Chl-a [µg L -1 ] HI [-] High 17

18 NY WTC post 11 Sept Copyright Selex ES All rights reserved 18

19 Sistemi Iperspettrali Avionici Selex ES SIM.GA Canali VNIR, SWIR, PAN [400, 2500] nm Prototipo SPHYDER Canali VNIR, SWIR, PAN [400, 2500] nm Alta risoluzione spaziale e spettrale Orientato anche a piattaforme UAV Hardware di calibrazione a bordo Real time Processing a bordo Stazione di Processing a Terra Prodotto Copyright Selex ES All rights reserved Tecnologia LVF [600, 1000] nm Sviluppo tecnologico per un nuovo sistema iperspettrale ultra compatto con dispersione basata su tecnologia LVF.10 cm 19

20 Alcune applicazioni dell'iperspettrale in campo ambientale Calcite Clorite Illite-Smectite Illite Smectite Mappa di Fluorescenza a 760nm su campi di mais (Marmande-F 30/6/2007) Mappa del contenuto di minerali argillosi e carbonati dei suoli (Val di Fine 2005) Eternit Recente Eternit Alterato Rivelazione fiamme in base al picco di emissione K(760nm) e mappa fronte incendio (da dati SWIR) (Lazio 2006) Mappa di Contenuto totale min. Argillosi (Mugello 2009) Riconoscimento spettrale tetti in Eternit sulla base di misure spettrali a terra (Follonica 2005) CASO4 cont % 20-50% % 100% calcite 50% calcite 50% gesso 100% gesso Solfatazione del marmo: a) Mappa abbondanda gesso; b) misure spettrali in campo; c) mappa abbondanza calcite/gesso (S.Maria Novella 2010) 20

21 SIM.GA - Identificazione / Classificazione Materiali Calcite Clorite Illite-Smectite Illite Smectite Eternit Stabile Eternit Alterato COLLESALVETTI FOLLONICA 21

22 SIM.GA - Rivelazione di Incendi e Fuochi Grazie alla combinazione dei canali VNIR e SWIR possono essere rivelati gli HOT-SPOT anche in condizioni di bassa visibilità (fumo e vegetazione) SWIR false color VNIR true-color Anomalie Termiche possono essere rivelate con il canale SWIR anche attraverso la vegetazione. Marina di Pisa La riga di emissione del Potassio(K) ( 760 nm) è inerente la fase di fiamma. Permette di discriminare questa fase da quella di cenere. 22

23 SIM.GA - Monitoraggio dello stato deterioramento di monumenti 23

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