Dott. Raimondo De Laurentiis

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1 Dott. Raimondo De Laurentiis RELAZIONE SULL'ATTIVITA' E LE RICERCHE SVOLTE ALLA CONCLUSIONE DEL II ANNO DEL XV CICLO DEL CORSO DI DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE E INGEGNERIA DELLO SPAZIO 1. TEMATICHE DI RICERCA Le tematiche da me sviluppate hanno avuto per oggetto: 1) Monitoraggio costiero: valutazione quantitativa della bontà dei risultati ottenuti dall utilizzo dell algoritmo degli isocontorni applicato ad immagini SAR; 1.1. Monitoraggio costiero Introduzione Il secondo anno di attività di ricerca nell ambito del XV ciclo del corso di dottorato di ricerca in scienze e ingegneria dello spazio, ha avuto come principale argomento la valutazione quantitativa dei risultati ottenibili utilizzando l algoritmo degli isocontorni, applicato su immagini SAR per l individuazione della linea di costa. Lo studio delle variazioni del litorale infatti, risulta interessante per molteplici applicazioni quali, ad esempio, l aggiornamento della cartografia navale, lo studio dei processi costieri o, più in generale, il monitoraggio dell avanzamento o arretramento della costa al fine di una corretta gestione del territorio. L utilizzo delle tecniche di telerilevamento e lo sviluppo di sistemi automatici o semi-automatici per l estrazione della costa rappresentano un notevole passo in avanti rispetto alle tecniche utilizzate attualmente. Queste ultime infatti si basano su campagne dati in situ da parte di operatori specializzati e sono quindi laboriose ed economicamente svantaggiose. In altri casi, al fine ad esempio dell aggiornamento della cartografia navale, sono utilizzate tecniche di fotointerpretazione che si basano appunto sull interpretazione di un operatore: tali tecniche, pur rappresentando un risparmio economico, risultano affette da errori. Grazie alle caratteristiche intrinseche dei dati telerilevati ed alla possibilità di processare simultaneamente vaste porzioni di territorio, il telerilevamento rappresenta una soluzione efficace agli addetti ai lavori. Pur non essendo ancora maturo il mercato relativo all utilizzo di dati telerilevati, ciò è dovuto principalmente a ragioni di carattere economico, l interesse per il telerilevamento rimane alto in prospettiva delle future missioni che daranno la possibilità di ottenere dati ad

2 alta risoluzione: l affinamento di tale parametro comporterà un ampliamento delle possibili applicazioni e ciò potrebbe generare una diminuzione del costo dei dati L utilizzo delle immagini SAR Le attività di ricerca condotte hanno quindi avuto l obbiettivo sopra descritto. La necessità di concentrare l attività di ricerca su una tipologia di dati ben precisa, ha portato alla scelta dell utilizzo del dato SAR. Tale scelta in realtà è stata il frutto dei risultati del primo anno di attività. In base alle caratteristiche intrinseche delle immagini SAR, tale approccio è risultato il più efficace rispetto ad altre possibilità. L unico svantaggio evidenziato, e cioè la bassa risoluzione spaziale, è risultato trascurabile in quanto nel prossimo futuro, grazie a programmi spaziali già in fase operativa, verranno messe a disposizione immagini SAR con risoluzione spaziale di 1 metro. La scelta di testare l algoritmo su immagini SAR acquisite da piattaforma ERS, è inoltre appropriata, in quanto la tipologia e le caratteristiche delle immagini disponibili in futuro, rimarranno invariate nonostante la variazione di risoluzione Metodologia di confronto La metodologia adottata si basa sulla possibilità di valutare la bontà del risultato ottenuto, utilizzando come misura di paragone un dato la cui risoluzione sia maggiore di un ordine di grandezza. I singoli pixel delle immagini SAR rappresentano una porzione di territorio di 20x20 metri. Ciò significa che la linea di costa estratta che, come in precedenza descritto, è rappresentata da una linea continua di spessore 1 pixel, rappresenta la porzione di territorio di larghezza 20 metri in cui la linea di costa si sviluppa. Si è scelto quindi di confrontare tale risultato, relativo all immagine SAR, con una linea di costa estratta da un immagine a risoluzione molto maggiore. In particolare è stato individuato un dataset di immagini idoneo a tale scopo. Tali immagini sono caratterizzate da risoluzione spaziale 1x1 metro e sono state acquisite nel visibile da piattaforma aerea. La scelta della porzione di territorio da prendere in considerazione è ricaduta sulla zona del Levante ligure: tale zona infatti è caratterizzata da diverse tipologie di costa ed è quindi ben rappresentativa. In figura 1 è rappresentata l unione delle immagini aeree prese in esame. Tali immagini sono state acquisite nel 1999 nel corso del periodo estivo. In figura 2 viene rappresentata l immagine SAR presa in considerazione. Tale immagine acquisita nel corso del 1999 da piattaforma satellitare ERS.

3 Figura 1: Mosaico delle immagini acquisite nel visibile da piattaforma aerea nel La risoluzione di tale immagine è 1x1 metri Figura 2: Immagine SAR acquisita nel 1999 da piattaforma satellitare ERS. La risoluzione spaziale di tale immagine è 20x20 metri.

4 Si è quindi proceduto alla estrazione della linea di costa da immagine aerea. In Figura 3 e Figura 4 vengono evidenziate due distinte porzioni del risultato prodotto. E importante sottolineare come l informazione relativa al posizionamento geografico dell immagine deve essere mantenuta al fine di permettere un confronto con il risultato proveniente dalle immagini SAR. Il confronto tra immagini con risoluzioni differenti è reso difficoltoso poiché i relativi pixel non sono in prima istanza sovrapponibili in quanto rappresentano porzioni di territorio di diversa grandezza. Si è proceduto quindi ad un sovra-campionamento dell immagine SAR al fine di poter permettere tale confronto. In particolare, si è quindi proceduto con la suddivisione di ciascun pixel dell immagine SAR in 400 sub-pixel. Ciascun dei sub-pixel dell immagine SAR è quindi rappresentativa di una porzione di territorio di 1x1 metri ed è quindi confrontabile con il pixel delle immagini aeree. Le problematiche fino ad ora affrontate si riferiscono alla necessità di elaborare immagini di grande dimensione: basti infatti pensare che, al fine del sovracampionamento l immagine SAR è stata trasformata in un immagine 400 volte più grande. Figura 3: Linea di costa estratta da una porzione di immagine aerea. In particolare, la zona presa in considerazione è caratterizzata da litorale.

5 Figura 4 Linea di costa estratta da una porzione di immagine aerea. In particolare, la zona presa in considerazione è caratterizzata da formazioni rocciose. In Figura 5 è rappresentata una porzione dell immagine SAR sovracampionata: si può notare come tale sovracampionamento sia stato eseguito senza alcuna interpolazione, al fine di non aggiungere informazioni errate. In particolare il valore di livello di grigio del singolo pixel viene replicato 400 volte nell immagine sovracampionata. Il prossimo obbiettivo sarà la sovrapposizione delle linee di costa estratte rispettivamente delle immagini aeree e dall immagine SAR. Tale confronto sarà facilitato dal fatto che, nel corso delle elaborazioni descritte si è mantenuta inalterata l informazione relativa al posizionamento geografico delle immagini. Dal confronto tra le linee di costa estratte sarà possibile valutare la qualità del dato estratto dalle immagini SAR: maggiore sarà la sovrapposizione delle linee di costa, o più precisamente, più la linea di costa delle immagini aeree ricadrà all interno della fascia rappresentativa della costa nell immagine SAR, tanto migliore potrà essere considerato il risultato (in Figura 7 è rappresentata una simulazione della condizione ottimale).

6 Figura 5 Porzione di immagine SAR e relativa linea di costa estratta; tale immagine è stata sovra-campionata al fine di ottenere un pixel di dimensione 1x1 metri. Figura 6: Simulazione del caso in cui la linea di costa estratta dalle immagini aeree ricade all interno della linea di costa estratta dall immagine SAR

7 2. ELENCO DELLE PUBBLICAZIONI [1] R. De Laurentiis, S. Dellepiane, G. Bo, Texture Features Analisys for Coastline Extraction in Remotely Sensed Images, Proc The 8 th International Symposium on Remote Sensing, September 2001, Toulouse, France (to be published SPIE Vo. 4541). [2] A. Barbagelata, D. Raitt, W. Dupont,R. De Laurentiis, Web Portals for Space Technology Transfer, Proc. 52 nd International Astronautical Congress IAF 2001, 1-5 Oct 2001, Toulouse, France. [3] G. Bo, S. Dellepiane, R. De Laurentiis, Coastline Extraction in Remotely Sensed Images by means of Texture Features Analysis, Proc. The International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS 2001, 9-13 July 2001, Sydney, Australia. [4] G. Bo, S. Dellepiane, R. De Laurentiis, "Semiautomatic coastline detection in remotely sensed images", Proc. The International Geoscience and Remote Sensing Symposium - IGARSS 2000, July 2000, Honolulu, USA, pp [5] A.Barbagelata, R. De Laurentiis, S.Carosio The automotive high-tech sector: improvements related to the use of technologies developed in space research projects ; 6th International Conference "High-Tech Cars and Engines", Modena, Maggio [6] R. De Laurentiis, G. Bo, S. Dellepiane, A. Del Grosso, Identificazione Semiautomatica del Litorale in immagini Telerilevate, Atti 3 a Conferenza Nazionale ASITA, 9-12 November 1999, Naples, Italy, pp [7] R. De Laurentiis, G. Bo, S. Dellepiane, A. Del Grosso, Remote Sensing and Coastal monitoring: methods and applications, Proc. International Conference on Monitoring and Control of Marine and Harbour Structures, 1-4 June 1999, Genoa, Italy, (in press)....

8 3. PIANO DI STUDI 3.1. Primo anno Strutture Intelligenti: Monitoraggio e controllo attivo. Lezioni tenute dal Prof. Del Grosso (DISEG) Secondo anno Corso di Teoria e Tecniche di Riconoscimento 2. Lezioni tenute dalla Prof.ssa Dellepiane (DIBE) (vedi Allegato 1). 4. PARTECIPAZIONE A SCUOLE, CORSI, ecc. 5. PERIODI DI FORMAZIONE SVOLTI ALL'ESTERO Nell ambito del terzo anno di Dottorato, è stato previsto un periodo di formazione presso i laboratori ESTEC dell Agenzia Spaziale Europea (Noordwijk, Paesi Bassi). Nel corso di tale periodo lo studente approfondirà il seguente argomento, in accordo con le tematiche di ricerca programmate: Le tecnologie sviluppate nel settore del telerilevamento: individuazione e valutazione delle potenziali applicazioni nei settori non-spaziali.