Despeckling: Titano senza rumore

Da quando la sonda della NASA Cassini è arrivata nel sistema di Saturno nel 2004, è riuscita a mostrarci Titano, la grande luna di Saturno, come non l'avevamo mai vista: i suoi occhi elettronici hanno penetrato la fitta e densa atmosfera, il suo radar ha tracciato quasi la metà della superficie ed ha scandagliato il fondale dei mari di idrocarburi. Anche se tutto questo può sembrare già molto, ora, una nuova tecnica per la gestione del rumore nelle immagini del Synthetic Aperture Radar ( SAR), sta rivoluzionando il modo di guardare questo incredibile mondo.

Tipicamente le immagini radar della Cassini hanno un caratteristico aspetto granuloso che rende difficile l'interpretazione delle caratteristiche più piccole o l'identificazione dei cambiamenti nelle foto riprese in tempi diversi. La nuova tecnica, chiamata " despeckling" (smacchatura), usa un algoritmo per modificare il rumore e rendere le immagini più nitide.

Cassini Synthetic Aperture Radar (SAR): 4 esempi di despecklin (Ligea Mare)
Credit:NASA/JPL-Caltech/ASI

L'idea è di Antoine Lucas che, quando era ricercatore post-dottorato presso il California Institute of Technology di Pasadena, ha collaborato con il team radar della Cassini.
"Il rumore nelle immagini mi faceva venire il mal di testa", ha dichiarato.

Lucas, preso da questo problema, aveva scoperto che un gruppo di ricerca vicino a Parigi stava lavorando ad un algoritmo di "de-noising" (ossia, di soppressione del rumore), proprio quello che faceva al caso suo! Collaborando con loro è riuscito quindi ad adattare il modello matematico ai dati radar della Cassini.

"I miei mal di testa erano finalmente scomparsi e ancora più importante, siamo stati in grado di comprendere meglio la superficie di Titano utilizzando la nuova tecnica", ha detto Lucas.

Cassini Synthetic Aperture Radar (SAR): Leilah Fluctus
Credit:NASA/JPL-Caltech/ASI

Questo sistema, tuttavia, per ora è utilizzato in modo selettivo.

"Si tratta di una tecnica incredibile e Antoine ha fatto un gran lavoro nel dimostrare che è affidabile", ha dichiarato Randy Kirk, un membro del team radar della Cassini presso il Geologic Survey a Flagstaff, Arizona. Kirk, però, spiega che ora il team sta selezionando le immagini più importanti ad alta priorità su cui applicare la procedura: "ci vuole un sacco di calcolo e un po' di messa a punto per ottenere i risultati migliori", ha spiegato.

Il despeckling ha un gran valore scientifico. La squadra ha dimostrato che può aiutare a produrre mappe 3D (Digital Elevation Model, DEM) di notevole qualità, con una visione più chiara dei canali fluviali, delle coste lacustri e delle dune spazzate dal vento e Lucas sospetta che proprio in quel fastidioso rumore a macchioline responsabile dei suoi mal di testa, se analizzato separatamente, si possano nascondere informazioni sulle proprietà della superficie e del sottosuolo di Titano.

Cassini Synthetic Aperture Radar (SAR): vista prospettica di un paesaggio vicino la costa orientale del Krake Credit
: NASA/JPL-Caltech/ASI

La nuova tecnica è stata descritta su un documento pubblicato recentemente sulla rivista Journal of Geophysical Research:

Insights into Titan's geology and hydrology based on enhanced image processing of Cassini RADAR data [abstract]

The Cassini Synthetic Aperture Radar has been acquiring images of Titan's surface since October 2004. To date, 59% of Titan's surface has been imaged by radar, with significant regions imaged more than once. Radar data suffer from speckle noise hindering interpretation of small-scale features and comparison of reimaged regions for change detection. We present here a new image analysis technique that combines a denoising algorithm with mapping and quantitative measurements that greatly enhance the utility of the data and offers previously unattainable insights. After validating the technique, we demonstrate the potential improvement in understanding of surface processes on Titan and defining global mapping units, focusing on specific landforms including lakes, dunes, mountains, and fluvial features. Lake shorelines are delineated with greater accuracy. Previously unrecognized dissection by fluvial channels emerges beneath shallow methane cover. Dune wavelengths and interdune extents are more precisely measured. A significant refinement in producing digital elevation models is shown. Interactions of fluvial and aeolian processes with topographic relief is more precisely observed and understood than previously. Benches in bathymetry are observed in northern sea Ligeia Mare. Submerged valleys show similar depth suggesting that they are equilibrated with marine benches. These new observations suggest a liquid level increase in the northern sea, which may be due to changes on seasonal or longer timescales.

Riferimenti: -
saturn.jpl.nasa.gov/news/cassinifeatures/feature20150211/