تا حالا به این فکر کردید که تلفیق یا فیوژن تصاویر ماهواره ای چگونه انجام میشه؟ ما در این مقاله جامع تمامی موارد لازم در ارتباط با فیوژن یا تلفیق برای شما کاربران عزیز توضیح داده ایم.
هدف اصلی سنجش از دور کسب اطلاعات در مورد سطوح و ساختار های موجود در سطح زمین از طریق اخذ و تفسیر اطلاعات رسیده به صورت امواج الکترو مغناطیسی میباشد. برای استخراج عوارض مختلف طبقه بندی صورت میگیرد.
برای فرایند طبقه بندی از هر نوعی که باشد چه پیکسل بیس باشد چه شی گرا مقدار ارزش یا یاخته هر پیکسل (DN) بسیار مهم میباشد. اگر جایی شنیدید BV همان ارزش یا یاخته است.
برای حفط نسبت سیگنال به نویز و جمع آوری فوتون های بیشتر برای تصاویر مالتی اسپکترال لازم است که زاویه دید لحظه ای (IFOV) بزرگی داشته باشم. اگر زاویه دید لحظه ای کاهش پیدا کند باید پنهنای باند بزرگی داشته باشیم.
دلیل این امر تحریک نشدن سنسور برای ثبت انرژی است. یعنی وقتی زاویه دید کاهش پیدا میکند مقدار انرژی نیز کاهش پیدا میکند. اگر محدوده پهنای باند افزایش بدیم احتمال تحریک شدن بیشتر است تا زمانی که فقط یک بخش از طول موج بخوایم ثبت کنیم.
در این حالت ما یا میتوانیم اطلاعات طیفی بالا داشته باشیم یا اینکه اطلاعت مکانی بالا!!. راه حل چی میتونه به نظر شما؟ چگونه میشه هر دوتای اینارو داشته باشیم.
با بکار گیری یک سری الگوریتم ها میتوان هم طول موج و هم پیکسل سایز داشته باشیم. به این فرایند تلفیق یا فیوژن گفته میشود. در اصطلاحات رایج حتی به آن Pan Sharping گویند.
تصاویر تلفیق شده میتواند تفسیر را بهتر و دقت کار را افزایش دهد. نکته حائز اهمیت توجه به طیف و یا دامنه موج الکترومغناطیسی در فرایند Pan Sharping میباشد.
منظور اینه که تصاویری یا باند هایی که میخواند با هم فیوژن شوند معمولا در یک رنج پهنای باند قرار دارند. اما همیشه اینگونه نیست و برای تصاویر هایپراسپکترال این فرایند بسیار دشوارتر میباشد.
به طور کلی تلفیق یا فیوژن تصاویر ماهواره ای در سه سطح صورت میگیرید:
- سطح پیکسل
- سطح ویژگی
- سطح تصمیم گیری
باندهای PAN یا پانکروماتیک معمولا از ماهواره های تجاری مانند IKONOS بدست می آید. البته همیشه اینگونه نیست. برای مثال تصاویر لندست 8 دارای باند پانکروماتیک 15 متری میباشد.
اما سوال اصلی که وجود دارد این است که چرا همه سنسور ها و یا سنجنده ها نمیان با رزولوشن بالا تصویر برداری کنند؟! بنظر شما دلیل چی میتونه باشه؟
جواب این سوال در دو محدودیت فنی خلاصه میشود:
- حجم بالای تصاویر با رزولوشن بالا
- توانایی سنسور ها در برانگیختگی یا تحریک انرژی های کم (زیرا زاویهIFOV یا زاویه دید لحظه ای کاهش پیدا میکند.
چه زمانی یک فیوژن ایده آل داریم؟
با توجه محدودیت های عنوان شده تکنیک های فیوژن به سرعت در زمینه سنجش از دور توسعه پیدا کردند. یک فرایند فیوژن ایده آل زمانی است که اطلاعات طیفی حفظ و اطلاعات مکانی به ویژگی های تصویر اضافه شود.
فرایند تلفیق در مباحث مکانی و طیفی مطرح نمیشود، بلکه میتواند در مباحث تغییرات زمانی نیز مطرح شود. اما منظور از تغییرات زمانی چیه؟ بزارید با یک مثال آن را برای شما توضیح دهیم:
تصاویر لندست 8 هر 16 بار یکبار از سطح زمین تصویر برداری میکنند. اما تصاویر مودیس (MODIS) به صورت روزانه از سطح زمین تصویر برداری میکنند. تصاویر لندست دارای رزولوشن مکانی خوب یعنی 30 متری و تصاویر مودیس دارای توان تفکیک طیفی مناسبی است. لذا میتوان این دو تصویر رادر هم فیوژن کرد. (باندهای 3 تا 7 مودیس برای این کار مناسب است).
حالا بریم سراغ روش های مختلف تلفیق و بیایم و مهم ترین الگوریتم های آنها را معرفی کنیم!.
فیوژن در سطح پیکسل
در فیوژن در سطح پیکسل مشخصات فیزیکی تصویر مانند هندسه، تعداد سطر و ستون بسیار حائر اهمیت است. در این روش تلفیق کردن در سطح و یا واحد پیکسل صورت میگیرد.
هر فرایند فیوژنی که صورت بگیرید باید 3 شرط اصلی رعایت شود:
- حفظ اطلاعات طیفی
- کاهش میزان نویز
- عدم به وجود آمدن اعوجات و یا خطاهای مصنوعی در داخل تصویر.
برای انجام فیوژن در سطح پیکسل باید یک سری پیش پردازش ها صورت گیرید.
- تصاویر باید Registration شوند. یعنی اینکه تصاویر باید داری سیستم مختصات یکسان و ژئورفرنس شده باشند و داری مختصات باشند.
- تصاویر باید Co- Registration باید شوند. یعنی اینکه تصاویر از نظر فضایی هم سو باشند. به عبارت دیگر برای دو تصویر با پیکسل سایز های مختلف، مکان پیکسل یک تصویر معادل پیکسل تصویر دیگر باشد (احتمال دارد پیکسل سایز ها ریز تر یا درشت شوند).
معمولا یک نسبت زوجی بین باندهای مالتی اسپرکترال و باند های پانکروماتیک وجود دارد. این مقدار معمولا 2/1 میباشد. برای مثال در تصاویر لندست 8 مقدار این نسبت 30 به 15 متری است. دلیل این امر این است که زمانی که فرایند Resample انجام میشود. به کمک فیلتر ها بتوان ساختار تصویر را حفظ کرد.
فیوژن در سطح ویژگی
این نوع فیوژن به نسبت حالت سطح پیکسل پیچیده تر و فرایند پیچیده تری دارد. این نوع فیوژن یک لول بالاتر از حالت سطح پیکسل است.
در این نوع فیوژن به طور معمول ابتدا با استفاده از تکنیک هایی عوارض را استخراج میکنند. سپس عوارض که در تصاویر مختلف مشترک هستند را با هم تلفیق میکنند. عوارض مختلف بر اساس شکل، همسایگی و وسعت جداسازی میشوند (segmentation).
عوارض مشترک استخراج شده به منظور تحلیل بیشتر باهم تلفیق میشوند. به طور کلی این روشها به 4 گروه تقسیم میشوند.
- component substitution
- multiresolution analysis
- hybrid methods
- model based algorithms
در جدول زیر لیست کاملی از هر کدام از یان روش ها ارایه شده است.
فیوژن در سطح تصمیم گیری
این روش از دور روش دیگر سطح بالاتری داشته و پیچیدیگی بیشتر نیز دارد. در این روش چندین منبع داده ابتدا طبقه بندی میشوند و سپس بر اساس آنها فیوژن صورت میگیرد.
در واقع نتایج طبقه بندی یا تحلیل دادهای مختلف تبدیل به اطلاعات میشوند و سپس برای تصمیم گیری نهایی مورد استفاده قرار میگیرند. به عبارت دیگر، تصاویر ورودی به صورت جداگانه اطلاعات آنها استخراج و سپس بر اساس قوانین تصمیم گیری باهم دیگر تلفیق میشوند.
نکته حائر اهمیت این است که لایهای ورودی همیشه یک مقدار صحت یا دقت ندارند. در جدول زیر لیستی از روش های مرسوم آورده شده است.
جمع بندی مقاله تلفیق یا فیوژن تصاویر ماهواره ای
هماگونه که اشاره شد اینکه ما بتوانیم هم تصاویر با توان تفکیک مکانی بالا و هم طیفی خوبی داشته باشیم میتواند در کارهای سنجش از دور به ما کمک زیادی کند.
یکی از مواردی که امروزه بسیاری از متخصصین سراغ آن میروند تلفیق یا فیوژن تصاویر ماهواره ای مختلف با همدیگر میباشد. هدف اصلی فیوژن میتواند موارد زیر باشد:
بهبود وضوح مکانی
بهبود دقت طبقه بندی
افزایش قابلیت نمایش عوارض سطح زمین
تشخیص تغییرات مکانی (Edge detection)
پیشنهاد ویژه ما به شما
