تصاویر چند طیفی و فراطیفی
تصاویر چند طیفی شامل داده‌های تصویری است که به صورت انتخابی در تعدادی از نوارهای طیفی به دست آمده است. اگرچه عکاسی هوایی مادون قرمز رنگی و رنگی را می‌توان به عنوان داده‌های چند طیفی سه بانده در نظر گرفت ، اما تصاویر چند طیفی معمولاً به عنوان داده‌های تصویری که توسط اسکنرهای چند طیفی در بسیاری از نوارهای طیفی بیشتر و در طیف وسیع تری از طیف الکترومغناطیسی گرفته شده است، نامیده می‌شوند. یک اسکنر چند طیفی یک سیستم اسکن است که از مجموعه ای از آشکارسازهای الکترونیکی استفاده می‌کند که هر یک به یک باند طیفی خاص حساس هستند. آشکارسازهای الکترونیکی انرژی منعکس شده یا ساطع شده از پدیده‌های مورد علاقه برای هر نوار طیفی را تشخیص داده و اندازه گیری می‌کنند. انرژی شناسایی شده به عنوان یک سیگنال الکتریکی ثبت شده و سپس به مقدار دیجیتال تبدیل می‌شود. اسکنرهای چند طیفی تصاویر دیجیتالی تولید می‌کنند.
تصویر دیجیتال در واقع مجموعه ای از داده‌های رستری است. هر سلول در رستر عنصر تصویر به نام پیکسل است. هر پیکسل دارای مقدار روشنایی است که به آن شماره دیجیتال (DN) نیز گفته می‌شود.
مقدار DN یک پیکسل نشان دهنده انرژی شناسایی و اندازه گیری شده در یک باند طول موج معین است که به یک عدد دیجیتالی ۸ بیتی یا ۱۰ بیتی یا بیتی بالاتر تبدیل می‌شود. یک عدد دیجیتال ۸ بیتی از ۰ تا ۲۵۵ (یعنی ۲۸ – ۱) متغیر است. مقدار انرژی شناسایی‌شده مقیاس‌بندی و کمیت می‌شود تا در این محدوده از مقادیر قرار گیرد، که به آن وضوح رادیومتری یا وضوح بیت می‌گویند. یک عدد دیجیتال ۱۰ بیتی از ۰ تا ۱۰۲۳ متغیر است. برای نمایش بصری تصویر ، مقادیر DN مقیاس‌های خاکستری را نشان می‌دهد. بنابراین هرچه پیکسل انرژی منعکس شده یا ساطع شده را بیشتر ثبت کند، پیکسل درخشان تر در تصویر است. اندازه پیکسل وضوح مکانی تصویر است. تصاویر چند طیفی دیجیتال از چندین تصویر دیجیتال از یک منطقه از سطح زمین، اما برای نوارهای گسسته و باریک طیف الکترومغناطیسی تشکیل شده است (شکل ۶-۴). به توانایی سنسور برای تعیین فواصل طول موج خوب، تفکیک طیفی می‌گویند. هرچه وضوح طیفی ظریف تر باشد، محدوده طول موج برای یک باند خاص باریک تر است.
شکل ۶-۴ تصاویر چند طیفی دیجیتالی
بسیاری از سیستم‌های سنجش از دور چند طیفی دیجیتال وجود دارد (جنسن، ۲۰۰۷، لیئسند و همکاران، ۲۰۰۸) (رادیومتر با وضوح بسیار بالا پیشرفته) و لندست دو سیستم سنجش از راه دور چندطیفی هستند که نقش مهمی در کاربری زمین و مشخصه سازی پوشش زمین ایفا کرده اند. سیستم‌های AVHRR بر روی شانزده ماهواره که توسط اداره ملی اقیانوسیه و جوی (NOAA) از سال ۱۹۷۸ نگهداری می‌شوند مستقر شده اند. این رادیومتر روبشی از شش آشکارساز استفاده می‌کند که انرژی الکترومغناطیسی را در نوارهای قرمز ، نزدیک IR و حرارتی اندازه گیری می‌کند، همانطور که در تصویر جدول ۶-۱ نشان داده شده است. وضوح مکانی در نادر (مستقیم زیر ماهواره) حدود ۱ کیلومتر است. حسگرهای AVHRR دو بار در روز تصاویر چندطیفی از کل کره زمین را به دست می‌آورند. تصاویر AVHRR به طور گسترده برای مطالعات وسیعی از پوشش گیاهی، رطوبت خاک، پوشش برف و یخ، ابر و دمای سطح استفاده می‌شود. شاخص گیاهی تفاوت نرمال شده (NDVI) محاسبه شده از مقادیر بازتاب در نوارهای قرمز و نزدیک IR به طور گسترده با داده‌های AVHRR برای نظارت بر پوشش گیاهی در سطح جهانی، منطقه ای یا ملی استفاده شده است. NDVI یک تبدیل ساده بر اساس نسبت زیر است :
در اینجا و به ترتیب مقادیر بازتاب (روشنایی) در نوار مادون قرمز نزدیک و قرمز هستند. از ۱- تا ۱ متغیر است. مقدار مثبت نزدیک به ۱ نشان دهنده پوشش گیاهی سبز و مقدار منفی نشان دهنده سطح بدون پوشش است. داده‌های NDVI محاسبه شده از داده‌های AVHRR جمع آوری شده در چندین تاریخ نیز می‌تواند برای ارائه خلاصه اطلاعات فصلی ترکیب شود.
مجموعه ماهواره‌های لندست برای پاسخگویی به نیازهای مدیران منابع و دانشمندان زمین در زمینه پوشش جهانی تصاویر چند طیفی با وضوح بالا توسعه یافته است. این برنامه توسط اداره ملی هوانوردی و مکانی (ناسا) و سازمان زمین شناسی ایالات متحده اداره می‌شود. از سال ۱۹۷۲، هشت ماهواره لندست به فضا پرتاب شد.
سه ماهواره اول لندست از دو سیستم حسگر استفاده کردند: پرتو برگشتی Vidicon (RBV) و اسکنر چند طیفی (MSS). لندست ۴، ۵ (و ۶) علاوه بر MSS، یک سیستم حسگر جدید به نام Thematic Mapper(TM) را حمل می‌کرد. لندست ۷ تنها دارای یک سیستم حسگر به نام Enhanced Thematic Mapper (ETM+) است. لندست ۸ که در فوریه ۲۰۱۳ راه اندازی شد، دارای دو سنسور است : تصویرگر زمین عملیاتی (OLI) و سنسور حرارتی مادون قرمز (TIRS). سیستم RBV مشابه دوربین‌های دیجیتال امروزی است و پس از لندست ۳ متوقف شد. سنسور MSS یکی از نسل‌های قدیمی سنسورهای چند طیفی است. این تابش الکترومغناطیسی را از سطح زمین در چهار نوار طیفی با وضوح مکانی تقریبا ۸۰ متر، از سبز قابل مشاهده تا طول موجهای نزدیک به IR، حس می‌کند. سنسور TM چندین بهبود نسبت به سنسور MSS از جمله وضوح مکانی بالاتر، نوارهای طیفی ظریف تر و هفت در مقابل چهار باند طیفی ارائه می‌دهد. وضوح مکانی TM برای همه به جز نوار IR حرارتی ۳۰ متر است که ۱۲۰ متر است. ETM+ قابلیت‌های TM را تکرار می‌کند، اما یک نوار پانکروماتیک ( ۵۲/۰ الی ۹/۰ میکرومتر) با وضوح مکانی ۱۵ متر اضافه می‌کند و وضوح مکانی باند IR حرارتی را به ۶۰ متر افزایش می‌دهد. جدول ۶-۲ ویژگی‌های باند TM و ETM+ و برخی برنامه‌های کاربردی مفید را تشریح می‌کند. شکل ۶-۴ هفت باند از تصاویر TM را از یک منطقه کوهستانی ارائه می‌دهد.
جدول ۶-۱ ویژگی‌های AVHRR
جدول ۶-۲ ویژگی‌های TM و ETM+
سنسور OLI شبیه به سنسور ETM+ است، اما با افزودن دو باند طیفی دیگر، حسگرهای لندست قبلی را بهبود می‌بخشد : یک نوار مرئی آبی عمیق (باند ۱) که برای بررسی منابع آب و منطقه ساحلی طراحی شده است و یک باند مادون قرمز جدید (باند ۹) برای تشخیص ابر سیروس این داده‌ها را با وضوح ۳۰ متر در هشت باند طیفی موج کوتاه و در یک باند پانکروماتیک با وضوح ۱۵ متر جمع آوری می‌کند. ابزار TIRS داده‌ها را در دو باند IR حرارتی با وضوح ۱۰۰ متر برای طول موجی که توسط یک باند در سنسورهای قبلی TM و ETM+ پوشانده شده است، جمع آوری می‌کند. جدول ۶-۳ ویژگی‌های آنها را فهرست می‌کند. علاوه بر این، داده‌های OLI و TIRS در یک محدوده دینامیکی ۱۲ بیتی کوانتیزه می‌شوند و به عنوان تصاویر ۱۶ بیتی (مقیاس شده به ۶۵۵۳۶ سطح خاکستری، در مقایسه با تنها ۲۵۶ سطح خاکستری در تصاویر ۸ بیتی قبلی) ارائه می‌شود که توصیف بهتر وضعیت و شرایط پوشش زمین را امکان پذیر می‌کند.
بدون دیدگاه