تیز کردن پان

تیز کردن پان مختصر برای وضوح تمام رنگی فرآیندی است که از ترکیب تصویر پانکروماتیک با وضوح بالاتر (در مقیاس خاکستری) با تصویر چند طیفی با وضوح پایین برای ایجاد تصویر رنگی ادغام شده با وضوح مکانی تصویر پانکروماتیک استفاده می‌شود. تصاویر چند طیفی با وضوح پایین و تصاویر پانکروماتیک با وضوح بالاتر از همان صحنه‌ها معمولاً در مجموعه داده‌های تصاویر ماهواره ای قرار می‌گیرند. برای مثال لندست ۷ ETM+ و لندست ۸ OLI شامل باند چند طیفی با وضوح ۳۰ متر به علاوه باند پانکروماتیک با وضوح ۱۵ متر است. تیز کردن با استفاده از اطلاعات مکانی در باند پانکروماتیک با وضوح بالاتر و اطلاعات طیفی در نوارهای چند طیفی با وضوح پایین برای تولید تصویر چند بانده با وضوح بالا شکل ۶-۱۱ از آنجا که یک تصویر پانکروماتیک معمولاً محدوده ای از طول موج از ناحیه مرئی تا نزدیک IR را پوشش می‌دهد، تیز کردن عمدتاً برای تیز کردن کامپوزیت رنگی ساخته شده از تصاویر قرمز، سبز، آبی و نزدیک باند IR استفاده می‌شود.

تصویری تیز شده تلفیقی بین تصاویر چند طیفی و چند رنگی است که بهترین تصویر را از هر دو نوع تصویر ارائه می‌دهد: وضوح طیفی بالا و وضوح مکانی بالا. با این حال، پان شارپنینگ ممکن است منجر به اعوجاج طیفی به دلیل ماهیت باند پانکروماتیک شود. به عنوان مثال ، باند چند رنگی لندست ETM+ به نور آبی حساس نیست. در نتیجه ، ویژگی‌های طیفی تصویر رنگی با وضوح کامل ممکن است دقیقاً با ویژگی‌های تصویر رنگی با وضوح پایین پایین مطابقت نداشته باشد ، و در نتیجه تن رنگ‌ها مخدوش شود. روش‌های متعددی برای تیز کردن تابه ایجاد شده است (Nikolakopoulos 2008 ؛ Amro et al. 2011). محبوب‌ترین آنها عبارتند از IHS، Brovey، Gram-Schmidt و تبدیل‌های متوسط ​​ساده. همه آنها در معرض مبادلات بین قطعنامه‌های مکانی و طیفی نهایی هستند،

شکل ۶-۱۱ شفاف سازی یک تصویر چند بانده: (الف) تصویر رنگی با وضوح ۳۰ متر، (ب) تصویر چند رنگ با وضوح ۱۵ متر و (ج) تصویر رنگی با وضوح ۱۵ متر

تبدیل IHS (شدت-اشباع) اساسی ترین و محبوب ترین تکنیک تیز کردن پان است. این شامل مراحل زیر است ( شکل ۶-۱۲ را ببینید).

1. ارجاع مجدد تصاویر منبع به طرح نقشه استاندارد یا سیستم مختصات پیش بینی شده (هنگامی که داده‌ها از سنسور مشابهی تهیه می‌شوند لازم نیست).
2. نمونه برداری مجدد از تصویر چند طیفی با همان وضوح باند پانکروماتیک با استفاده از نزدیکترین همسایه، تکنیک پیچشی دو خطی یا مکعبی.
3. تبدیل کامپوزیت رنگی RGB نمونه برداری مجدد از باندهای چند طیفی به فضای رنگی HSI (به بخش ۸-۲ مراجعه کنید).
4. جایگزینی مولفه شدت در فضای تبدیل شده با تصویر پانکروماتیک، یا هنگامی که باند IR نزدیک وجود دارد، محاسبه مقادیر شدت به شرح زیر است :

در اینجا Pan به مقدار شدت پیکسل در تصویر چند رنگ اشاره می‌کند ، NearIR مقدار پیکسل در تصویر IR نزدیک است و Wnir وزن اختصاص داده شده به باند IR نزدیک است.

5. انجام تبدیل معکوس با استفاده از جزء شدت جایگزین برای بازگشت به فضای رنگ اصلی RGB.

بسیار سریع است و می‌تواند حجم زیادی از داده‌ها را به سرعت پردازش کرده و تصاویر پیشرفته تولید کند. با این حال، تصاویر ادغام شده در مقایسه با تصویر چند طیفی اصلی از اعوجاج طیفی رنج می‌برند. دگرگونی برووی فرض می‌کند که محدوده طیفی گسترده شده توسط تصویر پانکروماتیک همان محدوده ای است که توسط نوارهای چند طیفی پوشانده شده است. ابتدا هر باند چند طیفی دوباره نمونه برداری شده را در باند پانکروماتیک منهای باند نزدیک مادون قرمز وزن شده ضرب می‌کند، سپس هر محصول را بر وزن تقسیم می‌کند.

شکل ۶-۱۲ فرآیند تیز کردن پانل IHS

که در آن   مقدار شدت خروجی برای باند λ است،  مقدار شدت اصلی برای باند λ ، R  نوار قرمز است، G  نوار سبز، B  نوار آبی و Wred،  Wgreen و Wblue وزن‌های اختصاص داده شده به ترتیب به نوار قرمز، سبز و آبی هستند.  λ می‌تواند قرمز، سبز، آبی یا نزدیک به IR باشد. این روش می‌تواند کنتراست را در نواحی با بازتاب کم و زیاد در تصویر افزایش دهد. در نتیجه، اگر نیاز به حفظ رادیومتری صحنه اصلی باشد، نباید از آن استفاده کرد.

تبدیل گرام اشمیت بر اساس الگوریتمی برای متعامد سازی بردار استفاده می‌شود که در جبر خطی و آمار چند متغیره استفاده می‌شود  ( فاربرودر، ۱۹۷۴).  اصولاً این روش در مراحل زیر انجام می‌شود :

1. محاسبه باند پانکروماتیک با وضوح پایین شبیه سازی شده به عنوان میانگین وزنی باندهای چند طیفی.
2. بکارگیری الگوریتم متعامد گرام اشمیت بر روی باند چند رنگی شبیه سازی شده (که به عنوان اولین بردار تغییر نکرده استفاده می‌شود) و نوارهای چند طیفی (که هر کدام به عنوان یک بردار با ابعاد بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند) همه نوارها را متعامد می‌کند که همه باند‌ها را از هم مرتبط می‌کند.
3. جایگزینی باند پانکروماتیک شبیه‌سازی‌شده با باند پانکروماتیک با وضوح بالا تنظیم‌شده با بهره و تعصب، و نمونه‌برداری مجدد از همه باندهای چند طیفی با وضوح مشابه با باند پانکروماتیک با وضوح بالا.
4. با استفاده از ضریب تبدیل یکسان، از تبدیل گرام اشمیت معکوس استفاده می‌شود، اما در نوارهای با وضوح بالا نوارهای طیفی کاملاً تیز ایجاد می‌شود.

باندهای طیفی با وضوح پایین مورد استفاده برای شبیه سازی باند پانکروماتیک باید در محدوده باند پانکروماتیک با وضوح بالا قرار گیرند. وزن‌های مورد استفاده در فرآیند به پاسخ طیفی این باندها بستگی دارد. از تابع پاسخ طیفی یک حسگر معین برای تخمین ظاهر داده‌های پانکروماتیک استفاده می‌کند، به طوری که وضوح به حداکثر می‌رسد و در عین حال رنگ یا اعوجاج طیفی تصویر خروجی پانکروماتیک به حداقل می‌رسد. برای جزئیات بیشتر در مورد روش گرام اشمیت، به (لابن و براور، ۲۰۰۰)  مراجعه کنید.

تغییر میانگین ساده به سادگی میانگین بین باند چند طیفی و باند چند رنگ را به عنوان خروجی برای باند چند طیفی محاسبه می‌کند :

این روش فقط برای سه باند قرمز، سبز و آبی قابل اعمال است. کادر ۶-۶ نحوه شفاف کردن تصاویر چند طیفی را توضیح می‌دهد.

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه