پایان نامه رایگان درمورد تصاویر ماهواره ای، جمع آوری اطلاعات، سنجش از دور، رطوبت نسبی

دانلود پایان نامه ارشد

انعکاس سطحی می باشند حذف اثر اتمسفر گام مهم و حیاتی در عملیات پیش پردازش می باشد. اغلب تصاویر باید قبل از اجرای هر مطالعه برای آشکارسازی اهداف ، از طریق تصحیحات اتمسفری تبدیل به انعکاس شوند ، بخصوص اگر طیف های بانک طیفی و یا طیف های خارجی قرار است به عنوان اهداف در پروسه معرفی شوند.
برای جبران و تصحیح اثر اتمسفر خصوصیاتی مانند مقدار بخار آب، توزیع آئروسل و میزان دید باید معلوم باشد. از آنجایی که اندازه گیری مستقیم این ویژگی های اتمسفری به ندرت مقدور و مهیا می باشد ، تکنیک هایی وجود دارد که از روی اثر آنها بر روی داده های تشعشعی فراطیفی و چند طیفی می توان میزان آنها را استنتاج کرد. این خصوصیات برای استخراج مدل های صحیحی از انتقال تشعشع در اتمسفر به کار گرفته می شوند تا تخمین دقیق از بازتاب واقعی سطحی زده شود. به علاوه تصحیح اتمسفری از این نوع می تواند پیکسل به پیکسل اعمال شود چون هر پیکسل در یک تصویر شامل مقدار مستقلی از باندهای جذب بخار آب اتمسفر می شود .(برنشتاین38 ،2006)
واضح است که اتمسفر طول موج های کوتاه تر را به صورت انتخابی پخش می کند و این پخش اتمسفری سبب کاهش مغایرت در تصویر می شود. ارزش عددی هر پیکسل در تصاویر ماهواره ای، ثبت واقعی تابندگی در سطح زمین نیست زیرا بر اثر جذب امواج، تضعیف شده و یا اینکه بر اثر پراکنش، مسیر آن توسط اتمسفر تغییر می کند(فاسومکوسولسیل و دیگران،1998).
باید توجه داشت که اگر هدف بخشی از تجزیه و تحلیل واضح نمودن کنتراست تصویر باشد، هر نوع واضح سازی کنتراست منجر به واضح سازی خط های اضافی رادیومتریک نیز می گردد.
به طور کلی خطاهای اتمسفری به سه بخش کلی زیر تقسیم می شوند :
الف) هیز39
ب) زاویه تابش خورشید40
ج) اسکای لایت41
همچنین نور پخش شده از اتمسفر می تواند به دو صورت به سنجنده برسد. اول امواجی مستقیما از اتمسفر پخش شده و به سنجنده می رسند که اثر آن جمع شونده است یعنی به تدریج در طول مسیر به نور بازتابی از سطح زمین اضافه و باعث کاهش کنتراست تصویرمی شوند(خطای هیز)
و دومی امواجی که از سطح زمین منعکس شده و به سنجنده می رسند که اثر این امواج ضرب شونده می باشد(خطای اسکای لایت و زاویه تابش خورشید) (دیر42، 1996)
مدل ساده روشنایی رسیده به سنجنده به صورت زیر می باشد:
D_i=(T×θ+T×L_i )× R_i+H_i

که در آن H_i بیانگر خطای هیز، R_i انعکاس کلی سطح، L_i خطای اسکای لایت،T میزان انرژی رسیده به سطح زمین از خورشید، θ خطای زاویه تابش خورشید و اندیس i مربوط به باند طیفی مورد نظر است.
برای حذف خطای هیز، معمولا از روش هیستوگرام دوبعدی استفاده می شود.در روش هیستوگرام دوبعدی، باند مادون قرمز را برابر باندهای مرئی قرار داده و نزدیکترین نقطه به مبدا مختصات را پیدا کرده و مقدار آن از باند مورد نظر کم می شود.
لازم به ذکر است از بین خطاهای اتمسفری، تصحیح خطای هیز همیشه باید برای تفسیر بصری بر روی تصاویر اعمال شود اما تصحیح خطای اسکای لایت و زاویه ی تابش خورشید مواقعی لازم است که با داده های چندزمانه بخواهیم کار کنیم.تصحیح اتمسفری در موارد زیر لازم و ضروری می باشد:
مواقعی که لازم است تصاویر مربوط به دو زمان بررسی شود، که تصاویر مربوط به فصول یا سالهای مختلف باشد(به دلیل متفاوت بودن اثرات اتمسفری در زمان های مختلف).
مواقعی که هدف، بررسی خصوصیات طیفی پدیده ها باشد(جرد43،2002)

3-7-3-1 تصحیحات و کالیبراسیون رادیومتریک یا اتمسفری
برای کالیبره کردن داده های سنجش از دور دلایل زیاد و مهمی وجود دارد. ارزش های دیجیتالی(DNs) خام سنسورها فقط شماره و رقم می باشند بدون واحدهای فیزیکی.هر سنسوری میزان gain و offset مخصوص بخود دارد که بر روی سیگنالهای دریافتی اعمال شده و DN را بوجود می آورد. این داده ها برای مقایسه و کارایی بهتر باید به تشعشع در سنسور تبدیل شوند. این مرحله، کالیبراسیون سنسور نام دارد . اگر چنان چه بخواهیم اشکال و پدیده های سطحی زمین را در زمان های مختلف و یا با داده های انعکاسی صحرایی(میدانی) یا آزمایشگاهی مقایسه کنیم، تصحیحات باید برای شرایط اتمسفری، زاویه خورشیدی و توپوگرافی صورت گیرد که از آن به تصحیح اتمسفری، خورشیدی و توپوگرافی یاد می شود اما به تمام این مراحل کالیبراسیون و تصحیحات، کالیبراسیون رادیومتریک گفته می شود. این تصحیحات در چند مرحله صورت می گیرد .در اولین مرحله، ارزش های رقومی تصویر به تشعشع در سنسور تبدیل می شود. و نیازمند اطلاعات کالیبراسیون سنسور می باشد. مرحله دوم تبدیل تشعشع در سنسور به تشعشع سطح زمین می باشد. این مرحله از آنجایی که نیازمند اطلاعات در مورد شرایط اتمسفری ، مسیر دید ، زمان و مکانی که تصویر گرفته شده و هم چنین مکان سنجنده می باشد،سخت تر است.این اطلاعات در شکل و قالب های مختلف می توانند باشند، از یک تقسیم بندی و دسته بندی ساده شرایط اتمسفری به عنوان اتمسفرهای استاندارد گرفته تا تخمین پارامترهای خاصی مثل مسیر تشعشع از خود داده های تصویر و با (به صورت ایده ال) اندازه گیری همزمان زمینی. استفاده از داده های موجود در خود تصویر به همراه مدل های اتمسفری، بخصوص برای تصاویر هایپراسپکترال به طور وسیعی استفاده می شود. آخرین مرحله کالیبراسیون داده ها به انعکاس سطحی از طریق تصحیح شیب توپوگرافی و جهت شیب ، تصحیح تفاوت طول مسیر اتمسفری به خاطر برجستکی های توپوگرافی به خصوص در نواحی کوهستانی، تصحیح تشعشع طیفی خورشیدی، انتقال اتمسفری و پخش تشعشع صورت می گیرد(بورنگاسر44 و دیگران، 2008).
3-7-3-2 مدل های تصحیحات اتمسفری
همان طور که در مطالب قبلی عنوان شده است خطاهای اتمسفری آن دسته از خطاها هستند که به علت تاثیر اتمسفر بر روی انرژی الکترومغناطیس دریافت شده توسط سنجنده به وجود می آید. اولین اثر اتمسفر ، کاهش کنتراست تصویر ودر نتیجه ضعیف شدن قدرت آشکار سازی تصویر و پنهان شدن جزئیات آن می باشد. بنابراین قدرت تمایز بین پدیده ها پایین آمده و استخراج نمودن اطلاعات مشکل خواهد شد. تصحیح اتمسفری به دو صورت کلی (Bulk Correction) و جز به جز (Detaild Correction) صورت می گیرد. در روش کلی به پارامترهای اتمسفری زیادی نیاز نبوده و تصحیح اتمسفری به طور تقریبی بر تصویر اعمال می شود و در نتیجه به طور نسبی اثر اتمسفر روی تصویر را کاهش می دهد. اما در روش جز به جز یا مدل کردن ، به پارامترهای اتمسفری همچون بخار آب، CO2 ، درجه حرارت، رطوبت نسبی، فشار اتمسفرو غیره نیاز است. در این روش تصحیح به صورت پیکسل به پیکسل انجام می شود .
3-7-3-2-1 تصحیح جزئی اتمسفری به روش FLAASH45
آنالیز طیفی فوق مکعبی با استفاده از آنالیز سریع خط دید جوی (FLAASH) روش تصحیح اتمسفری برای استخراج و بازیابی انعکاس طیفی از تصاویر رادیانس فراطیفی به کار می رود . این روش ابزاری است که طول موج های مرئی ، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز کوتاه را تا محدوده 5/2 میکرومتر پشتیبانی می کند . این روش از مدل انتقال رادیانس MODTRAN4 برای حذف اثرات اتمسفری استفاده می کند.
مدل بکار گرفته شده در برنامه FLAASH از معادله استاندارد برای تابش طیفی در سنجنده که برای محدوده های طول موج خورشیدی (به غیر از محدوده حرارتی) در سطوح لامبرتی در نظر گرفته شده است ، استفاده می شود.
L=(Aρ/(1-ρ_e S))+((Bρ_e)/(1-ρ_e S))+L_a
در این معدله L ، رادیانس طیفی در سنجنده بر حسبμW/(〖cm〗^2.sr.nm) ; ρ ، بازتابندگی سطحی پیکسل ; ρ_e ، انعکاس میانگین سطح برای پیکسل و محدوده اطراف آن ; S آلبدوی نیمکره ای اتمسفر ; L_a ، تابش بازگشتی متفرق شده از جو می باشد . ضرایب A و B نیز ضرایب وابسته به شرایط هندسی و جوی هستند که ارتباطی با سطح ندارند (Beck R.,EO-1 User’s Guide V 2.3 2009)
روش FLAASH شامل مشخصات و ویژگی های زیر می باشد :
تصیح اثر مجاورت (تداخل اثر پیکسل ها بخاطر پخش تشعشع انعکاس سطحی).
گزینه ای برای محاسبه قابلیت دید متوسط صحنه (مقدار تیرگی هوا ، گردوخاک، آئروسل و مه). این الگوریتم از پیشرفته ترین روش برای تعدیل شرایط جوی نظیر حضور ابرها، استفاده می نماید.
تهیه نقشه طبقه بندی ابر سیروس و ابرهای مبهم و کدر .
اصلاح46طیفی قابل تنظیم برای محو نمودن ناهنجاری های مصنوعی .
این روش سنسورهای فراطیفی و چند طیفی مانند استر و هایپریون را پشتیبانی می کند بعلاوه فلاش می تواند تصاویر ثبت شده هم بصورت عمودی و هم با هندسه دید مایل را تصحیح نماید(آدلرگلدن47 و همکاران، 1999).

3-8 پردازش تصاویر ماهواره ای
پس از انجام مراحل پیش پردازش ، به علت حجم بالای داده های سنجنده های فراطیفی به علت تعداد باند زیاد و همچنین پهنای باند کم از (10 نانومتربرای سنجنده هایپرون) همبستگی باندی بسیار زیاد و نویز داده ها فراوان می باشد به همین دلیل تبدیل PCA و MNF جهت کم کردن ابعاد داده و از بین بردن همبستگی داده ها و حذف اطلاعات کم ارزش به کار می رود .

3-8-1 تبدیل PCA48
با توجه به اینکه ناحیه جذب طیفی در اشیاء و پدیده ها تفاوت داشته و عمق جذب آنها نیز متفاوت است ولی با این حال گاهی این تفاوت بسیار اندک می باشد که تفکیک را حتی در تصاویر FCC با مشکل رو به رو می سازد (علوی پناه 1388). یکی از راهکارها برای گسترش تباین میان داده ها استفاده از تبدیل PCA می باشد . از PCA برای تولید باند های ناهمبسته استفاده می گردد تا مولفه های نویز را تفکیک و ابعاد مجموعه داده ها را کاهش دهد ، چرا که باند های تصاویر چند طیفی و فراطیفی اغلب همبستگی بالایی دارند که معمولا از تبدیل PCA برای کاهش همبستگی باند ها استفاده می گردد که این کار از طریق پیدا کردن محور ها متعامد در مجموعه داده ها به مبدا میانگین داده ها ، و چرخش این محور ها برای افزایش واریانس و درنتیجه کاهش همبستگی داده ها است . (Richards , J.A; 1999)

3-8-2 جداسازی نویز و کاهش ابعاد داده با استفاده ازتبدیل MNF49
در استفاده از داده های فراطیفی ضروری است که نویز و ابعاد داده را کاهش داد . تبدیل MNF به عنوان یک تبدیل کاهش دهنده ابعاد داده و نیز کاهش دهنده نویز مطرح می باشد(Bordman.J.W.,and F.A kruse,1994). تابع تقلیل نوفه MNF شامل دو مرحله پی در پی تبدیل مولفه اصلی است. اولین مرحله مولفه اصلی با بارز سازی نوفه موجود در تصاویر به وسیله غیر همبسته کردن و نمایش مجدد نوفه در تصویر، داده ها را به شکلی می سازد که نوفه آنها دارای واریانس واحد و بدون هم بستگی باند به باند باشد. در مرحله بعدی ، داده های با نوفه بارز شده برای تبدیل مرحله دوم آنالیز مولفه اصلی مورد استفاده قرار می گیرد و خروجی نهایی را بدست می دهد که بر حسب کاهش ابعاد اطلاعاتی مرتب شده اند. نمودار مقادیر ویژه MNF نشان دهنده مقدار ویژه برای هر باند تبدیلات MNF است. مقادیر ویژه بالا نشان دهنده واریانس بالای داده ها در باند تبدیل یافته است . هنگامی که این مقادیر به یک نزدیک می شوند، فقط نویز در باندهای تبدیلات MNF موجود است به طوری که نویز در تمام سطح باند MNF خروجی تقسیم شده است. بعد داده ها را می توان از روی مقادیر ویژه تعیین کرد.بطوری که برروی نمودار مقادیر ویژه MNF جایی که شیب نمودار شکسته می شود و مقادیر ویژه به سمت یک افت می کنند، نقطه ای است که نویز وارد داده ها می شود و از آنجا به بعد باندها در نظر گرفته نمی شوند. (Jensen,J.R.,2005)
بدون شک باندهای طیفی با پهنای کم که در تصاویر فراطیفی موجودند برای بدست آوردن بازتابش پدیده های سطحی زمین می تواند مفید باشد. به عبارت دیگر، جمع آوری اطلاعات در این قبیل باندهای طیفی با پهنای کم زمانی بی فایده خواهد بود که ابعاد داده ها زیاد باشد و اطلاعات اضافی مانند اثرات نویز در باندها موجود باشد که این باعث تاخیر در پردازش داده ها می

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درمورد سنجش از دور، پوشش گیاهی، قابلیت اندازه گیری، محصولات کشاورزی Next Entries پایان نامه رایگان درمورد ضریب کاپا، ماشین بردار پشتیبان