انواع سطوح پردازش ASTER

یکی از با ارزشترین تصاویر ماهواره ای جهان که در زمینه کانی شناسی کاربردهای بسیار زیادی دارد تصاویر ماهواره ای ASTER می باشد. ما در مقاله انتشار نسخه ۴ محصولات ASTER ناسا با بهبود کیفیت داده‌ها  اطلاع رسانی کرده بودیم که تصاویر استر در لول ۴ ارایه خواهد شد. این لول خود دارای پروداکت های مختلف است. در مقاله انواع سطوح پردازش ASTER شما با انواع مختلف پروداکتهای مختلف آشنا خواهد شد. این مقاله جامع را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.

سنجنده ASTER (مخفف Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) یکی از پیشرفته‌ترین و کلیدی‌ترین تجهیزات تصویربرداری فضایی است که در اواخر سال ۱۹۹۹ بر روی ماهواره تِرا (Terra) ناسا به فضا پرتاب شد. این پروژه که حاصل همکاری مشترک وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت ژاپن (METI) و سازمان فضایی ناسا (NASA) است، با هدف نقشه‌ برداری دقیق از دمای سطح زمین، گسیلندگی، بازتابندگی و توپوگرافی طراحی شده است. ویژگی منحصر به‌ فرد استر که آن را از سایر ماهواره‌ های تصویربرداری هم‌ دوره خود متمایز می‌کند، قدرت تفکیک طیفی فوق‌العاده بالا در نواحی خاصی از طیف الکترومغناطیسی از جمله محدوده SWIR است. این سنجنده برخلاف ماهواره‌هایی مانند لندست که پهنای وسیعی را به صورت عمومی پوشش می‌دهند، به طور اختصاصی روی پنجره‌های حرارتی و مادون قرمز متمرکز شده تا بتواند دقیق‌ترین جزئیات فیزیکی و شیمیایی پوسته زمین را ثبت کند.

تصاویر ماهواره‌ای ASTER در قالب ۱۴ باند طیفی مجزا برداشت می‌شوند که این باندها در ۳ دسته اصلی  قرار گرفته‌اند. دسته  اول VNIR (مرئی و مادون قرمز نزدیک) شامل ۳ باند با رزولوشن مکانی عالیِ ۱۵ متر است که یک باند آن (باند 3B) که برای تولید مدل‌های ارتفاعی (DEM) طراحی شده است. دسته دوم SWIR (مادون قرمز موج کوتاه) شامل ۶ باند (باندهای ۴ تا ۹) با رزولوشن ۳۰ متر است؛ این بخش دقیقاً همان معدن طلای زمین‌شناسان است، چرا که به دلیل قرارگیری در محدوده جذب کانی‌های رسی، کربنات‌ها و سولفات‌ها، قوی‌ترین ابزار جهان برای نقشه‌برداری دگرسانی‌های معدنی به شمار می‌رود. در نهایت، دسته TIR (مادون قرمز حرارتی) با ۵ باند (باندهای ۱۰ تا ۱۴) و رزولوشن ۹۰ متر وظیفه سنجش دمای دقیق سطح زمین (LST) و استخراج ضرایب گسیلندگی (Emissivity) را بر عهده دارد که در تفکیک سنگ‌های سیلیکاتی و کوارتزیت‌ها بی‌رقیب است.

انواع سطوح پردازش ASTER

تصاویر سنجنده ASTER به طور کلی در ۴ لایه یا پروداکت اصلی ارائه می‌شوند. هرچه لول پردازش بالاتر می‌رود، کارشناس سنجش از دور زمان کمتری را صرف پیش‌پردازش (تصحیحات هندسی و اتمسفری) می‌کند و مستقیماً به داده‌های فیزیکی پخته‌شده دسترسی خواهد داشت.

۱- سطح ASTER L1A (داده‌های بازسازی‌شده و خام)

این لایه دست‌نخورده‌ترین و کم تغییرترین حالتی است که تلسکوپ‌های ماهواره تِرا ثبت و به زمین مخابره کرده‌اند.

ویژگی‌ها: مقادیر عددی پیکسل‌ها صرفاً اعداد بدون واحد دیجیتال (DN) هستند. تصویر از نظر هندسی کاملاً دفرمه، کج و جابه‌جا است، زیرا هنوز با موقعیت واقعی روی نقشه همگام‌سازی نشده است.

اما: با اینکه تصحیحات روی تصویر اعمال نشده، اما تمام ضرایب کالیبراسیون رادیومتریکی و اطلاعات مداری به عنوان فایل متادیتا در کنار آن پیوست شده است. این لایه بیشتر برای دانشمندانی کاربرد دارد که می‌خواهند خودشان الگوریتم‌های تصحیح سنسور بنویسند.

۲- سطح ASTER L1B (داده‌های ثبت‌شده رادیومتریک):

در این سطح پردازش، اولین مرحله کالیبراسیون فیزیکی روی دیتای خام لول قبل اعمال می‌شود.

ویژگی‌ها: ضرایب کالیبراسیون روی پیکسل‌ها ضرب شده و اعداد خام DN به واحد فیزیکی سنجش از دور یعنی تابش بالای اتمسفر (TOA Radiance) تبدیل شده‌اند.

نکته کلیدی: از نظر هندسی، تصویر همچنان با خطای جابه‌جایی ناشی از توپوگرافی زمین مواجه است و کج به نظر می‌رسد. برای استفاده از آن در نرم‌افزارهایی مثل ENVI، کاربر باید شخصاً فرآیند ارتدوستیفی کردن (Orthorectification) را انجام دهد.

۳- سطح ASTER L1T (داده‌های تصحیح‌شده دقیق هندسی)

حرف T در نام این لایه مخفف Terrain (عوارض زمین) است و یکی از محبوب‌ترین لایه‌ها برای متخصصانی است که می‌خواهند فرمول‌های خودشان را پیاده کنند.

ویژگی‌ها: در این لایه با استفاده از مدل‌های ارتفاعی دیجیتال (DEM) و نقاط کنترل زمینی، تصویر کاملاً روی زمین پهن و میخکوب شده است. انطباق مکانی پیکسل‌ها ۱۰۰٪ دقیق است.

نکته کلیدی: با وجود هندسه بی‌نقص، مقادیر فیزیکی باندها هنوز همان تابش بالای اتمسفر (Radiance) هستند و اثر گردوغبار، بخار آب و گازهای آسمان در آن‌ها وجود دارد و تصحیح اتمسفری روی آن‌ها اعمال نشده است.

۴- سطح ASTER L2 (محصولات آماده سطح زمین)

این لایه پیشرفته‌ترین، پخته‌ترین و کاربردی‌ترین سطح پردازش برای مهندسان معدن، زمین‌شناسان و تحلیلگران محیطی است.

ویژگی‌ها: مبنای این لایه، دیتای دقیق هندسیِ لول 1T است، اما دانشمندان ناسا الگوهای پیچیده ریاضی را روی آن اجرا کرده‌اند تا اثر جذبی و پراکندگی اتمسفر را کاملاً فیلتر کنند.

نکته کلیدی: مقادیر پیکسل‌ها مستقیماً ویژگی فیزیکی خالص خودِ پدیده‌های روی زمین هستند. برای مثال، پروداکت معروف AST_05 در این لول، مستقیماً میزان گسیلندگی (Emissivity) کانی‌ها و خاک‌ها را بدون نیاز به حتی یک خط فرمول‌نویسی در اختیار شما می‌گذارد.

در کنار آشنایی با لول‌های مختلف پردازش، یک اصطلاح حیاتی دیگر وجود دارد که هر کارشناس سنجش از دور هنگام کار با تصاویر ASTER باید با آن آشنا  باشد: خطای کراس‌تاک (Crosstalk Error). 

خطای کراس‌تاک (Crosstalk) چیست؟

سنجنده ASTER از سه تلسکوپ مجزا برای ثبت باندهای خود استفاده می‌کند. تلسکوپی که مسئول ثبت باندهای محدوده SWIR (باندهای ۴ تا ۹) بود، از همان ابتدای پرتاب ماهواره دچار یک نقص فنی فیزیکی شد که به آن نشت سیگنال یا تداخل نوری/الکترونیکی می‌گویند. در این نقص فنی، وقتی سنجنده در حال ثبت داده‌های باند ۴ بود، بخشی از انرژی و نور این باند به دلیل انعکاس‌های سرگردان درون تلسکوپ، به آشکارسازهای باندهای مجاور (به ویژه باندهای ۵ و ۹) نشت می‌کرد. نتیجه فاجعه‌بار خطا: تصاویر باندهای ۵ تا ۹ کمی حالت شبح‌وار (Ghost Images) به خود می‌گرفتند و آلوده به اطلاعات باند ۴ می‌شدند. در نتیجه، مقادیر عددی بازتابندگی (Reflectance) در این باندها تغییر می‌کرد و تمام شاخص‌های کانی‌شناسی و دگرسانی خروجی‌های کاملاً غلطی نشان می‌دادند.

دانشمندان ناسا و ژاپن برای نجات داده‌های ارزشمند SWIR، یک الگوریتم ریاضی و فیزیکی پیچیده طراحی کردند. این الگوریتم میزان نشت نور از باند ۴ به سایر باندها را در هر پیکسل محاسبه کرده و اثر این شبح نوری را کاملاً از تصاویر پاک می‌کند. به تصاویری که این فرآیند پاک‌سازی روی آن‌ها انجام شده است، Crosstalk Corrected می‌گویند. ناسا این تصاویر اصلاح‌شده را با یک پسوند مشخص در نام پروداکت متمایز می‌کند:

بدون پسوند (مانند AST_07): حاوی خطای کراس‌تاک است و برای کارهای دقیق کانی‌شناسی خطرناک است. دارای پسوند XT (مانند AST_07XT): یعنی این تصویر Crosstalk Corrected است. وجود این پسوند به این معنی است که خطای نشت سیگنال کاملاً برطرف شده و داده‌های باندهای ۵ تا ۹ ۱۰۰٪ کالیبره، پاک‌سازی‌شده و قابل اعتماد هستند.