Strumentazione Ottica Iperspettrale: Applicazioni da piattaforme spaziali e avioniche per la tutela ambientale Roma Casa dell'aviatore - 9 Ottobre 2014
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
Concetti di base della strumentazione iperspettrale GSD = Ground Spatial Distance (Risoluzione Spaziale) Esempi: Prismi o Reticoli Diffrazione 3
Concetto Identificazione Materiali 4
Evoluzione Strumenti Iperspettrali in Selex ES AVIONICO VIRS SIM.GA 1 SIM.GA 2 SPHYDER 1990 1995 2000 2005 2010 2015 + VIMS - Cassini VIRTIS Rosetta, VEX, Dawn GOME2 - METOP PRISMA SHALOM GOME1 - ERS2 HYPSEO JIRAM - JUNO SPAZIO JHM VIHI - Bepi Colombo 5
GOME Prodotti Dati Atmosfera GOME è uno spettrometro a scansione per copertura globale che copre le bande spettrali 250-790 nm e risoluzione spettrale di 0.2-0.4 nm 6
GOME Analisi Eruzioni Vulcaniche SPOT 4 Satellite Image : Etna's eruption, Italy CNES 2001 Copyright Selex ES. All rights reserved 7
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
PRISMA Payload Overview Parti Esterne Banco Ottico Lato Spettrometri Scatola Elettronica Banco Ottico Lato TelescopioTMA 9
PRISMA - Telescopio TMA M1 M1 M2 FM1 M3 Optical Bench
PRISMA - Canale Spettrometrico e Pancromatico VNIR SWIR PAN OPTICAL OPTICAL BENCH BENCH
Esempio Immagine Pancromatica 2.5m GSD Banda Spettrale 450-950 nm 12
Metodi per Fusione Immagini (PAN-sharpened RGB) Spatial base CS1 CS2 Original HS RGB colors 13
PAN-Sharpened RGB SHA 14
L3: Marine and Acquatic Quality and Productivity Indicators Product layer: Phytoplankton Chlorophyll Concentration Map Chl-a [µg L -1 ] 0 200 400 600 15
L3: Vegetation Status Indicators Product layer: Red edge index Map NDVI [-] 0.65 0.95 16
L3: Soil Surface Pollutant Map Product layer: Hydrocarbons Map Low Chl-a [µg L -1 ] HI [-] High 17
NY WTC post 11 Sept. 2001 Copyright Selex ES All rights reserved 18
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
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. 10-20% 20-50% 50-100% 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
SIM.GA - Identificazione / Classificazione Materiali Calcite Clorite Illite-Smectite Illite Smectite Eternit Stabile Eternit Alterato COLLESALVETTI FOLLONICA 21
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
SIM.GA - Monitoraggio dello stato deterioramento di monumenti 23