CdSINGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI
Codice1045I
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano
Il corso, a prosecuzione di una formazione nel campo radar e remote sensing di taglio tecnologico e di processing di primo livello, mira a fornire un’introduzione alla sintesi di applicazioni e servizi di telerilevamento per l’Osservazione della Terra, il monitoraggio ambientale, la prevenzione e la gestione di rischi naturali, basati su sistemi elettro-ottici e a microonde. Lo studente apprenderà relativi strumenti metodologici, in una visione complessiva della definizione e valutazione dell’intera catena di processing.
Forte orientamento è a metodi avanzati di estrazione di informazioni fisiche specifiche a livello di utente finale (prodotti di imaging e geo-informativi di livello alto), per le principali e rappresentative applicazioni nelle varie aree di monitoraggio ambientale, quali ad esempio, la classificazione dell’utilizzo, la ricerca di materiali e la rivelazione di anomalie del territorio, il telerilevamento topografico, di deformazioni del suolo, della biomassa forestale, dell’umidità nel terreno, della clorofilla e delle correnti marine. Enfasi è anche a nuovi trend di sviluppo nel settore, comprese missioni ASI / ESA e programmi EU.
The course, a follow on of a radar and remote sensing formation of technological and first processing level kind, introduces to the synthesis of applications and remote sensing services for Earth Observation, environmental monitoring, prevention of natural risks, based on electro-optical and microwave systems. The student will learn related methodological instruments, in an overall vision of the definition and analysis of the whole processing chain.
Focus is on advanced methods of physical information extraction specific at the end user level (high-level imaging and geo-information products), for the main and representative applications in the various areas of environmental remote sensing, e.g. land use classification, material search and anomalies detection, topographic and terrain deformation mapping, forest biomass, soil moisture, chlorophyll and sea currents sensing. Emphasis is also to new development trends in the area, including ASI/ESA satellite missions and EU programs.
All'inizio di ogni lezione il docente farà un breve riepilogo dei concetti fondamentali visti nella lezione precedente, e la verifica delle conoscenze sarà effettuata coinvolgendo gli studenti con delle domande al riguardo, in particolare sulle connessioni tra i vari aspetti della materia.
Alla fine del corso, gli studenti dovrebbero aver acquisito solide conoscenze riguardo alle metodologie principali e più rappresentative di monitoraggio ambientale tramite telerilevamento con sensori elettro-ottici e SAR.
Gli studenti dovrebbero quindi aver maturato le capacità per mettere a sistema o partecipare allo sviluppo di prodotti di imaging e geo-informativi user-level per l’Osservazione della Terra, il monitoraggio ambientale, la prevenzione e la gestione di rischi naturali, nonché di partecipare allo sviluppo di relative missioni aviotrasportate o più tipicamente satellitari (quali quelle ASI/ESA), e di servizi anche a livello europeo (quali il programma Copernicus).
Le capacità acquisite saranno verificate mediante discussioni che il docente intratterrà con gli studenti sui concetti e i metodi più importanti studiati nel corso, e durante le attività di laboratorio, in modo da fornire agli studenti la possibilità di giudicare il loro livello di preparazione e sensibilizzarli a seguire il corso in maniera attiva.
Gli studenti potranno acquisire e sviluppare rigore metodologico e scientifico sulla materia, insieme alla capacità di analizzare criticamente soluzioni possibili a problemi di telerilevamento ambientale mettendo in evidenza i pro e i contro dei procedimenti adottati.
La verifica dei comportamenti degli studenti avverrà in aula durante le lezioni, attraverso domande a loro rivolte su temi specifici trattati durante le lezioni precedenti.
Conoscenze pregresse su sensori elettro-ottici o radar a sintesi d’apertura impartite in corsi a scelta precedenti possono essere utili ma non sono necessarie.
E' invece importante per chi non provenisse dal corso di laurea in ingegneria delle telecomunicazioni, avere conoscenze pregresse di basi di analisi dei segnali e statistica (trasformata di Fourier, convoluzione, correlazione), algebra matriciale, numeri complessi.
Basics of electro-optical and synthetic aperture radar (SAR) sensors from previous optional courses may be useful.
It is important for students not coming from the telecommunication engineering laurea course, to have knowledge of basics of signal analysis and statistics (Fourier transform, convolution, correlation), matrix algebra, complex numbers.
Il programma è suddiviso in due parti.
Elaborazione di dati elettro-ottici: Modelli di trasferimento radiativo nell’atmosfera (Modtran). Metodi di correzione atmosferica di dati elettro-ottici. Tecniche di Machine Learning e Pattern Recognition per analisi di dati telerilevati. Segmentazione, classificazione e ricerca materiali con firma spettrale nota in immagini multi/iperspettrali. Ricerca di anomalie nel territorio. Modelli statistici di dati iperdimensionali (iperspettrali) e di rumore elettro-ottico. Metodi di riduzione dimensionalità. Stima indici di vegetazione. Mappe colore degli oceani e clorofilla nelle acque. Attività di laboratorio per analisi di dati multi/iperspettrali: stima componenti di rumore, correzione atmosferica, classificazione non supervisionata/supervisionata, rivelazione materiali.
Elaborazione di dati SAR: complementi di elaborazione radar d’immagine a sintesi d’apertura (SAR), cenno a ScanSAR e VHR-SAR, piattaforme SAR satellitari. Elaborazione SAR Multi-immagine (Radargrammetria, Interferometria SAR e interferometria Differenziale, Stack processing interferometrico), per monitoraggio geosfera/criosfera e urbano/infrastrutture critiche. Monitoraggio SAR di biomassa forestale e umidità del suolo. Nuovi trend di architetture/prodotti di imaging SAR per l’Osservazione della Terra (Low Frequency SAR, SAR Tandem/Treni satellitari, Tomografia SAR e super-risoluzione, imaging SAR 4D). Attività di laboratorio: dimostrazioni di rilevamento di fase e Doppler, e dell’effetto speckle; elaborazione SAR interferometrica.
Electro-optical data processing: radiative transfer, atmospheric correction; machine learning and pattern recognition for remote sensing; segmentation, classification, and material search in multi/hyperspectral images; anomaly detection; statistical models of hyperdimensional (hyperspectral) data and electo-optical noise; methods of dimensionality reduction; vegetation indexes; ocean color and chlorophyll mapping; laboratory activity for multi/hyperspectral data analysis for noise components estimation, atmospheric correction, classification, material detection.
SAR data processing: complements of synthetic aperture imaging radar (SAR) processing, hints to ScanSAR and VHR-SAR, satellite SAR platforms; multi-image SAR processing (radargrammetry, SAR interferometry and differential interferometry, interferometric stack processing), for geo/cryosphere and urban/critical infrastructure monitoring; SAR forest biomass and soil moisture monitoring; new trends of SAR system architectures/imaging products for Earth Observation, including tandem/distributed SAR and 3D/4D SAR tomography; laboratory activity for speckle phenomena and interferometric SAR processing.
Materiale fornito dai docenti.
Material furnished by the lecturers.
L'esame è composto da una prova orale.
Una parte della prova orale verte su metodi di telerilevamento per monitoraggio ambientale con sensori elettro-ottici, l'altra su metodologie e tecniche basate su SAR. Lo studente sosterrà un colloquio con i docenti, durante il quale verrà verificata la comprensione degli aspetti teorici e pratici dell'insegnamento da parte del candidato. Lo studente sarà valutato sulla base della sua capacità di discutere i contenuti del corso con competenza, consapevolezza critica e correttezza di espressione.
The final test is composed by an oral exam. A part of the exam concerns environmental remote sensing with electro-optical sensors, the other regards methods and techniques based on SAR. During the oral exam, the student will be assessed on his/her ability in demonstrating his/her knowledge of the course theoric and practical matters, with competence, critical awareness and propriety of expression.