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Dati multispettrali Sentinel-2

I satelliti Sentinel dell'ESA (European Space Agency) costituiscono la componente spaziale del programma Copernicus di osservazione della Terra per il monitoraggio Ambientale. In tale contesto i satelliti Sentinel-2 acquisiscono immagini multispettrali della superficie terrestre nelle lunghezze d'onda del visibile e dell'infrarosso riflesso. Il primo satellite, Sentinel-2A, è stato lanciato il 23 giugno 2015; il lancio del secondo, Sentinel-2B, è previsto verso la metà del 2016.
I satelliti Sentinel-2 sono equipaggiati con lo strumento MSI (MultiSpectral Instrument) in gradi di acquisire 4 bande nel visibile e vicino infrarosso con risoluzione spaziale 10 m, 6 bande nell'infrarosso con risoluzione spaziale 20 m e 3 bande con risoluzione 60 m di cui una nel blu e due nell'infrarosso (vedi tabella e figura).

Banda
λ centrale (nm) Bandwidth (nm) Risoluzione spaziale (m)
1 443 20 60
2 490 65 10
3 560 35 10
4 665 30 10
5 705 15 20
6 740 15 20
7 783 20 20
8 842 115 10
8a 865 20 20
9 945 20 60
10 1380 30 60
11 1610 90 20
12 2190 180 20


bande Sentinel-2



Maggiori informazioni:
sito dell'ESA: https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-2-msi
Sentinel-2 User Handbook (pdf): https://sentinel.esa.int/documents/247904/685211/Sentinel-2_User_Handbook



     Download

I dati Sentinel-2 possono essere scaricati gratuitamente, previa registrazione, dall'apposito portale dell'ESA: Sentinel Scientific Data Hub (https://scihub.copernicus.eu/). Cliccare su "Scientific Hub" per aprire la pagina di ricerca geografica.
La ricerca è abbastanza intuitiva. Basta inquadrare la propria area di interesse, delimitarla con un rettangolo e cliccare sulla lente per avviare la ricerca. Per limitare i risultati ai dati multispettrali forniti dai satelliti Sentinel-2 si può inserire un termine di ricerca come "MSI" (MultiSpectral Instrument).

Ricerca dei dati Sentinel-2
Risultati nella ricerca dei dati Sentinel-2

In questo esempio la ricerca ha prodotto un solo risultato che comunque copre interamente l'area di interesse. Per ogni riga/risultato vediamo sulla destra alcune icone; le più interessanti sono sicuramente l'occhio centrale che permette di vedere i dettagli della scena e il segno di download che permette di scaricare il dato.

Dettagli del risultato scelto:
Scheda dei dettagli di una scena Sentinel-2
Nella scheda dei dettagli relativa al risultato scelto troviamo un'immagine di anteprima e varie informazione. Da notare la dimensione del dato: circa 6 GB !!!

Come si può vedere il nome dei prodotti è molto lungo e complesso. Per il significato di tale denominazione vedere la pagina https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-2-msi/naming-convention.

I dati disponibili sono processati al livello 1C, ovvero sono ortorettificati e georeferenziati nel sistema UTM/WGS84 e riportano la misura di riflettanza alla sommità dell'atmosfera (TOA: top of atmosphere).

Un secondo modo per scaricare i dati Sentinel-2 è attraverso il plugin Semi-Automatic Classification (dalla versione 4.8.0) per QGIS. Con questo plugin si ha il vantaggio di poter scegliere quali tasselli (tiles) e bande scaricare.
Tutorial con video alla pagina http://fromgistors.blogspot.com/2015/12/sentinel-2-download-conversion-reflectance.html (in inglese)



    Struttura dei dati

La scena scaricata è compressa in un file .zip con un nome lungo e complicato. Tale "compressione" in realtà non serve a risparmiare spazio ma solo a racchiudere i dati in un unico file. Infatti scompattando la scena in questo esempio si passa dai 5,85 GB del file .zip ai 5,89 GB della cartelle decompressa (le immagini che compongono la scena sono già in formato compresso JPEG 2000 e un'ulteriore compressione non ha efficacia).
Il dato è strutturato in modo abbastanza complesso:

struttura_dati_sentinel-2
(albero della struttura delle sottocartelle)

Nella carletta principale "S2A... .SAFE" sono presenti 4 files e 5 sottocartelle:

   INSPIRE.xml
   manifest.safe
   S2A_OPER_BWI_MSIL1C_... .png
   S2A_OPER_MTD_SAFL1C_... .xml
   cartelle:
      AUX_DATA
      DATASTRIP
      GRANULE
      HTML
      rep_info

Il file .png è un'immagine di anteprima di tutta la scena in colori reali:

anteprima

Per trovare le vere immagini bisogna andare nella cartella "GRANULE". La scena è un mosaico di diversi tasselli (tiles) contenuti in tante sottocartelle, una per ogni tassello, tutte con nomi complessi e molto simili che differiscono solo per un paio di lettere verso la fine ed eventualmente (come in questo esempio) per il numero del fuso UTM di appartenenza. Aprendo la cartella relativa ad un tassello non vediamo ancora le immagini; ci sono invece un file .xml e tre sottocartelle:

   S2A_OPER_MTD_L1C_TL_SGS__... .xml
   sottocartelle:
      AUX_DATA
      IMG_DATA
      QI_DATA

Dobbiamo accedere alla sottocartella "IMG_DATA" per trovare finalmente le bande suddivise in diversi files con estensione .jp2, ovvero in formato compresso JPEG 2000, a 16 bit.
Ogni tassello copre un'area di 110 Km x 110 Km che si sovrappone per 10 km con quelli adiacenti.

Nel mio esempio il mosaico è composto così:
mosaico_scena_sentinel-2
(I tre tasselli più orientali cadono nel fuso UTM 33 (due di questi sono comunque presenti sia in proiezione 32 che in proiezione 33)

I tasselli possono essere aperti singolarmente con applicazioni che supportano il formato JPEG 2000  e la profondità di colore a 16 bit.




AGGIORNAMENTO OTTOBRE 2017
Download da amazonaws

Attualmente (ottobre 2017) è molto più comodo utilizzare il sito http://sentinel-pds.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/image-browser/ per cercare e scaricare i dati Sentinel-2. Esso permette di ottenere i tasselli e le singole bande separatamente senza dover scaricare un'intera scena.



Per trovare le immagini è sufficiente inquadrare l'area di nostro interesse, specificare nuvolosità massima accettabile (consiglio tra 10% e 20%) e cliccare su "Search".



Compare quindi la lista di tutti i tasselli disponibili:



Una volta scelto il tassello possiamo visualizzare e scaricare alcune immagini ridotte prodotte con parametri standard (utili come anteprime per valutare la scena) oppure scaricare i dati originali per lavori più avanzati.

Nel primo caso clicchiamo su "Visualize" e ci viene data la possibilità di scegliere tra 4 tipi di immagini che vengono create istantaneamente e mostrate sul browser:

True color: immagine a colori reali ottenuta dalla combinazione delle bande RED=4(rosso), GREEN=3(verde), BLUE=2(blu)


False color: immagine in falsi colori ottenuta con le bande RED=8(vicino infrarosso), GREEN=4(rosso), BLUE=3(verde); in questo tipo di immagini la vegetazione appare con colore rosso intenso poiché riflette fortemente le radiazioni del vicino infrarosso.


NDVI: indice di vegetazione; l'intensità del verde è proporzionale alla presenza di vegetazione.


Custom: in questo caso possiamo scegliere quali bande assegnare ai tre colori fondamentali (RED, GREEN, BLUE)


Cliccando su "Download image" possiamo scaricare l'immagine vista a video,
es:


Possimao tornare all'elenco dei tasselli cliccando su "Results"



   Download dei dati

Per scaricare i dati originari clicchiamo sul simbolo di link (sono gli anelli di una catena) relativo al tassello che ci interessa, sulla destra in basso. In tal modo compare l'indirizzo della cartella virtuale da cui scaricare i dati.

  

Bande, metadati ed anteprime possono essere scaricati separatamente, così se ad esempio ci interessano solo le bande alla massima risoluzione (10 m) ci basta scaricare i files B02.jp2, B03.jp2, B04.jp2 e B08.jp2


Ogni file contiene un'immagine in scala di grigi a 16 bit in formati JPEG2000. Queste immagini possono essere aperte con le versioni più recenti di QGIS mantenendo la collocazione geografica ed è possibile combinarle in una scena a colori >> composizione RGB con QGIS.


   Videotutorial

Dati Sentinel-2: bande singole in scala di grigio, stretching


Dati Sentinel-2: creazione di raster virtuali e composizione a colori








 


Dati multispettrali Sentinel-2
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Argomenti correlati

>>> Immagini satellitari in luce riflessa


Collegamenti esterni

 > Sentinel-2 (sito ESA)
 > Sentinel-2 User Handbook
 > Sentinel Data Hub
 > Download via SAC plugin x QGIS



















Gennaio 2016 - aggiornamento ottobre 2017
Alessandro Perego