Descrizione della commessa "Sistemi, metodi di elaborazione ed applicazioni di telerilevamento aerospaziale (ICT.P10.005)"

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  • Descrizione della commessa "Sistemi, metodi di elaborazione ed applicazioni di telerilevamento aerospaziale (ICT.P10.005)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Numerose sono le potenziali ricadute applicative in campo sociale a partire dal controllo dell'ambiente e del territorio (monotoraggio e controllo di frane, incendi, alluvioni, atmosfera, vulcani, inquinamento marino, rilevamento delle discariche), nel settore dei beni culturali (archeologia), nell'ottimizzazione delle risorse (agricoltura, controllo dei bacini, stima della copertura nevosa, stato di stress della vegetazione). Con il miglioramento delle caratteristiche dei sensori (risoluzione spaziale, spettrale e radiometrica) e dei sistemi di telerilevamento (tempo di rivisitazione, precisione di puntamento) tali ricadute dovrebbero essere sempre più interessanti. Con l'avvento dei satelliti ad altissima risoluzione spaziale, applicazioni precedentemente realizzabili solo con foto aeree sono oggi fattibili con immagini acquisite da satellite (catasto, modelli digitali del terreno). La risoluzione spettrale dei sensori dovrebbe in futuro permettere applicazioni concernente la rilevazione di materiali sempre più incisive (ad. es. rivelazione della presenza di amianto). (literal)
Strumentazione
  • Le attività di ricerca della commessa necessitano di attrezzature specialistiche che sono disponibili nei laboratori di elettronica, di CAD ottici ed elettronici, di pacchetti specializzati per il trattamento di dati e immagini quali ENVI-IDL, ERDAS IMAGINE, MATLAB, PCI-GEOMATICA, di workstation e periferiche grafiche. Sono disponibili infrastrutture e laboratori presso il Parco di S. Rossore che consentono la conduzione di campagne di telerilevamento per la calibrazione e validazione di strumentazione aerospaziale. Tra gli strumenti sviluppati all'interno della Commessa vi sono: - sistemi di acquisizione dei dati meteorologici da satellite (Meteosat e NOAA), che sono stati progettati e realizzati da oltre venti anni e che ancora costituiscono una grossa potenzialità della commessa in quanto possono fornire dati interessanti a basso costo; - strumentazione avanzata in forma prototipale. (literal)
Tematiche di ricerca
  • La commessa si caratterizza sia per la progettazione, la realizzazione prototipale e la caratterizzazione di strumentazione aerospaziale, che per lo studio e la messa a punto di metodologie d'indagine con l'utilizzo dei dati messi a disposizione da tale strumentazione o nel corso di esperimenti scientifici. Le metodologie di indagine, sono volte essenzialmente all'estrazione dai dati di parametri fisici e grandezze di interesse applicativo. Con tale obiettivo sono quindi affrontati vari temi di ricerca come lo studio delle superfici con acquisizioni di dati iperspettrali; la fusione d'immagini multisensoriali multispettrali e multitemporali; l'analisi, elaborazione ed integrazione d'immagini da satellite con obiettivi applicativi come l'identificazione di aree percorse da incendio e la stima dell'umidità del terreno per lo studio dei fenomeni franosi. Sono inoltre sviluppate tecniche di elaborazione a supporto della ricerca su temi come la compressione dati, la stima della qualità e dell'informazione, la calibrazione e validazione dei dati, il filtraggio adattivo, la rivelazione di cambiamenti. (literal)
Competenze
  • Alla commessa fanno capo fisici, ingegneri, geologi e tecnici elettronici specializzati. Si è quindi in grado di operare sia sullo studio fisico dei fenomeni che sulla realizzazione di sistemi e procedure per la loro caratterizzazione. La componente applicativa rappresenta un punto di forza per l'individuazione degli obiettivi e la validazione di ciò che si studia e si realizza. Le conoscenze, patrimonio della commessa, riguardano l'ottica, l'elettronica, la meccanica di precisione, la teoria dei segnali e delle immagini, l'ingegneria dell'informazione, il telerilevamento per l'osservazione della terra. Il progetto e la realizzazione di sistemi di acquisizione iperspettrali, dalla formazione del dato fino al suo processamento per l'utente con fini applicativi, rappresenta un'ottimo esempio della sintesi di tali conoscenze. La commessa ha le competenze per sviluppare i propri strumenti di lavoro, sia hardware che software, che, talvolta, più propriamente costituiscono uno dei prodotti dell'attività di ricerca. I risultati che riguardano la progettazione di strumentazione, la compressione,la fusione e la qualità di immagini sono all'avanguardia nel settore. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Come ben noto, le tecnologie spaziali si rivolgono alla realizzazione di strumentazione estremamente specializzata, tipicamente prototipale, e difficilmente hanno una ricaduta diretta in termini di produzione e di prodotti. In questo senso, conoscenza e dati scientifici sono i prodotti principali. Sono invece estremamente importanti le ricadute in termini di tecnologie abilitanti in vari settori, ICT in particolare. Basti pensare allo sviluppo di metodi ed algoritmi stimolato dai dati acquisiti dai sensori orbitanti. Non è raro il caso in cui la soluzione dei problemi fisici ha richiesto il potenziamento dei sistemi di calcolo, avvenuto tipicamente attraverso reti di calcolatori di grande potenza in ambienti di calcolo cooperativo sviluppati appositamente. L'estrazione di parametri applicativi trova invece utilizzo in modelli ambientali che sono utilizzate dalle autorità competenti. (literal)
Tecnologie
  • Per attuare le campagne di calibrazione e validazione dei dati acquisiti da aereo e da satellite, in concomitanza con le acquisizioni dei sensori, sono disponibili e vengono utilizzate le strumentazioni installate presso il Parco di S. Rossore. Sono stati sviluppati algoritmi di fusione dati che tengono conto del modello del sensore e utilizzano un modello di iniezione dei dettagli per migliorare la qualità spaziale dei dati limitando le distorsioni radiometriche. Sono stati definiti indici di qualità innovativi per la caratterizzazione di dati multispettrali e iperspettrali. Si è definito un protocollo per la valutazione di qualità di immagini fuse. Si sono sviluppati algoritmi avanzati di compressione di dati particolarmente efficienti come rapporto di compressione. Il gruppo vanta una competenza pluriennale nel settore. E' stato sviluppato una metodo che elaborando immagini multispettrali rivela le aree boschive che sono state oggetto di incendi. (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi della commessa sono fondamentalmente due. Il primo riguarda la progettazione e alla realizzazione prototipale di strumentazione aerospaziale. Il secondo, di connotazione più prettamente metodologica, riguarda invece lo studio e lo sviluppo di strumenti, tecniche, metodi e procedure per: - Compressione di dati e immagini, in particolare iperspettrali; - Stima della qualità e del contenuto informativo dei dati; - Calibrazione e validazione dei dati grezzi; - Correzioni atmosferiche e geometriche; - Geocodifica delle immagini; - Valutazione della dimensionalità dei dati iperspettrali; - Fusione di immagini multispettrali e iperspettrali; - Filtraggio adattivo delle immagini; - Rivelazione di cambiamenti; - Definizione di feature tessiturali e relative procedure di misura; - Definizione di metriche applicabili a dati multi/iper-spettrali. - Estrazione di parametri di interesse geofisico e applicativo. Le competenze esistenti all'interno della commessa consentono la realizzazione di entrambi gli obiettivi a partire dalla produzione dei dati con strumentazione prototipale fino al loro utilizzo per fini applicativi. (literal)
Stato dell'arte
  • I temi di acquisizione e trattamento dei dati telerilavati sono essenziali nelle applicazioni arerospaziali, le quali, da sempre, costituiscono un fattore trainante della ricerca in ICT. In questo scenario, la commessa svolge sia attività di ricerca di base di alto livello, come testimoniato dalle pubblicazioni internazionali, sia sviluppo prototipale in linea con l'evoluzione della tecnologia, interagendo con le industrie e le agenzie spaziali internazionali. I principali progetti di ricerca sono finanziati da industrie aerospaziali (Selex Galileo, Carlo Gavazzi Space, SIRA, SITAEL) e da agenzie spaziali europee (ASI, ESA, CNES). Il progetto CALET (calorimetric Electron Telescope) sotto la responsabilità dell'Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA) e finanziato da ASI impegna la commessa fino al 2016. I risultati nella compressione di dati iperspettrali sono i migliori che siano stati presentati in letteratura. L'algoritmo per la fusione di immagini sviluppato da IFAC è stato riconosciuto da IEEE come vincitore del Data Fusion Contest nel 2006. Un lavoro sulla qualità dei dati è stato premiato nel 2005 come miglior lavoro del 2004 su IEEE Geoscience Remote Sensing Letters. (literal)
Tecniche di indagine
  • Con vari obiettivi sono stati e sono affrontati temi di ricerca quali lo studio e la caratterizzazione della superficie del territorio mediante acquisizione di dati iperspettrali, in particolare della vegetazione con dati multiangolari; l'analisi, elaborazione e l'integrazione d'immagini da vari sensori a bordo di satelliti, avendo come obiettivi specifici la valutazione di tali dati in progetti quali quelli concernenti il rischio di frana e l'identificazione di aree boschive oggetto di incendi. Nel perseguimento degli obiettivi sono state sviluppate sia strumentazione aerospaziale che metodologie di indagine e tecniche ausiliarie rivolte essenzialmente alla compressione, alla stima della qualità, alla calibrazione, alla correzione geometrica dei dati; all'estrazione di parametri di interesse geofisico; alla fusione d'immagini multisensoriali multispettrali allo scopo di incrementarne la risoluzione spaziale preservandone la qualità radiometrica. (literal)
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