فصل اول
کاربردهای سنجش از دور
سنجش از دور گر چه در در روزهای نخستین به عنوان یک موضوع صرفا علمیً و تحقیقاتی شناخته شده بود امّا امروزه کاملاً در اختیار شاخه های مختلف علوم قرار گرفته و کاربردهای گوناگونی پیدا کرده است.وجود انواع زمینه های کاربردی وعلمی برای سنجش از دور ، آن را به عنوان یک ابزار قوی و کار آمد برای تولید دادههای مکانی (Spatial Data) مطرح نموده است. قابلیت های منحصر به فرد سنجش از دور باعث شده است تا بتوان این فناوری در زمینه های مختلفی به کار گرفت.نمونه هایی از کاربردهای تصاویر ماهوارهای عبارتند از :تخمین تولید و وسعت اراضی کشاورزی ، برآورد سطح زیر کشت یک محصول خاص،تعیین وضعیت ومشخصات انواع محصولات ،طبقه بندی پوشش ونوع جنگل،تیب بندی مراتع،تولید نقشه های پوششی/ کاربری؛ نقشه های زمین شناسی ؛ تنظیم شبکه راههاودسترسی؛ارزیابی ذخایر آبی؛برآورد خسارت های ناشی از زلزله؛کاربردهای نظامی_امنیتی.
نرمافزارهای پردازش تصویر
پردازش وآنالیز دادههای رقومی سنجش از دور نیاز به نرمافزارهای خاص پردازش تصاویر دارد.نرمافزارهای سنجش از دور که به طور حرفهای در این بخش مورد استفاده قرار می گیرند،عبارتند از:
Erdas Imaging ،Pci Geomatica، ErMapper، ENVI، TnT Mips، Khoros، Idrisi، Ilwis،
هر کدام از این نرمافزارها در بخشی از پردازش و آنالیز قوی و در بخشی دیگر دچار کمبود وضعف هستند. برخی از آنها با بهرگیری از توابع نرمافزارهای GIS ،بسیاری از نیازهای روزمره کاربران خود را برآورده می سازد و برخی دیگر با تاکید بر پردزاش رقومی، سعی در هر چه کاملتر کردن مجموعه الگوریتم های پردازش تصاویر خود دارند.نرمافزارهایی چون EDDAS ،ILWIS ، IDRISI از زمره نرمافزارهایی محسوب می شوند که توابع GIS قابل توجهی در محیط آنها میتوان یافت و بر عکس نرمافزارهائی چون KHOROS ،ENVI ،ErMapper بیشتر گرایش به پردازش تصاویر دارند و بهره کمتری از توابع GIS می برند.به طور کلی میتوان پارمترهای مهم ارزیابی یک نرمافزار را به صورت زیر بر شمرد:
1- وجود الگریتم های پایه نظیر تصحیح هندسی،محاسبات تصویری،انواع طبقه بندی ها ،تولید موزایک
2- قابلیت توسعه و وجود یک محیط برنامه نویسی
3- وجود توابع جا نبی ، مخصوصاً توابع ویرایشی و آنالیز GIS
4- سرعت اجرای مناسب
5- تنوع در فرمت های ورودی و خروجی (برداری و رستری)
6- راحتی کاربران
7- وجود روش های پشرفته (مانند انواع طبقه بندی ها)
8- قیمت مناسب
9- محیط نصب(سیستم عامل)
مقدمه ای بر ENVI
نرمافزار ENVI (The Environment for Visualizing Images ) محصول شرکت RSI (Research Systems ,Inc ) که تا کنون گونه های مختلف آن به بازار آمده ا ست.یکی از جنبههای قوی این نرمافزار قابلیت نمایش آن است که علاوه بر سرعت بالا از امکانات جانبی بسیاری نیز برخوردار است.انواع نمایش سه بعدی و دو بعدی تصاویر ،داده های رستری مختلف نظیر DEM و دادههای برداری در فرمت های گوناگون از جمله این امکانات است.ENVI یک نرمافزار پردازش تصویر محسوب میشود ،بنابراین توابع اصلی پردازش تصاویر در آن به طور کامل یافت می شود. توابعی مانند انواع تبدیل ها ، فیلتر ها ،طبقه بندی ها ، تصحیح هندسی ، آنالیز های طیفی متعدد،پردازش داده های راداری ،کار با داده های فرا طیفی ، پشتیبانی از انواع فرمت ها از جمله امکانات معمول ENVI هستند.این نرمافزار با استفاده از زبان برنامه نویسی IDL نوشته شده است و برای اجرا احتیاج به این محیط دارد. IDL زبان برنامه نوسی بسیار قوی با گرایش ماتریسی و پردازش تصویر است که در کنار ENVI طیف وسیعی از توابع را در اختیار قرار می دهد .در کنار همه ی این مزایا ENVI دارای توابع GIS بسیار کمی است بنابراین باید همیشه در کنار آن از نرمافزارهایی نظیر ARCINFO و ARCVIEWنیزبهرهبرد.
فصل دو
محیط نرمافزاری ENVI
پس از کلیک کردن بر آیکون مربوط به نرمافزار، ENVI اجرا می شود و پس از آن دو محیط جداگانه ENVI و IDL باز می شود .دسترسی به توابع و عملکرد های این نرمافزار از طریق منو هایی است که در قالب 12 عنوان جداگانه در نرمافزار قرار دارند.این 12منو عبارتند از (شکل2-1):
File ,Basic Tools,Classification , Transform, Filter,Spectral,Map,
Vector,Topographic,Radar,Window,Help
با استفاده از گزینه های منوی File می توان انواع فایل ها در فرمت های مختلف باز کرد یا ذخیره نمود .تنظیمات محیط ENVI نیز در منوی File انجام می پذیرد.
منوی Basic Tools همان طور که از نام آن پیدا است برای انجام اعمال پایه واساسی به کار می رود.ابزار تغییر ابعاد تصویر ،ایجاد ماسک ها یا موازییک تصویری نیز در این بخش است تبدیل فرمت داده ها ویا تغییر لایه های یک تصویر و موارد مختلف دیگر نظیر تولید اطلاعات آماری ویا مدیریت مناطق دلخواه (RIO) و بسیاری از اعمال پیش پردازش نظیر تصحیح رادیومتریکی ، قابل دسترسی هستند.
منوی Classification مربوط به انجام طبقه بندی تصاویر ماهواره ای است.انواع روش های نظارت شده ونظارت نشده طبقه بندی در این منو یافت می شوند.
منوی Transform شامل انواع تبدیلات تصویری و باندی است.انواع روش های تلفیق تصاویر ،تبدلات کاهش باندها و محاسبات تصویری در منوی Transformیافت می شوند. با استفاده منوی Filter میتوان انواع فیلتر های مکانی و طیفی را به کار برد.
منوی Spectral مجموعه ای از توابع را برای آنالیز ،پیش پردازش و تبدیلات طیفی در اختیار کاربران قرار می دهد.
منوی Map در ENVI شامل ابزار هایی برای تصحیح هندسی ،ایجاد تصاویر اورتو،تغییر سیستم مختصات و نظایر آن است.
از منوی Vector برای کار با داده های برداری میتوان استفاده نمود.ابزار باز کردن انواع فرمت های برداری تبدیل نقشه های برداری به رستری به بردار ،ایجاد DEM از منحنی میزان وتبدیل فرمت های برداری در همین منو است.
منوی Topogarphic به کل مربوط به DEM و داده های ارتفاعی است .ایجاد دید سه بعدی و تولید داده های ارتفاعی نظیر نقشه ی شیب از طریق همین منو صورت می گیرد.
منوی Radar برای با داده های راداری که طبیعتی جداگانه از داده های نوری دارند طراحی شده است.
فصل سه
ورود و مدیریت داده های تصویری
در این بخش مروری خواهیم کرد بر منوهایی که با استفاده از آن ها می توان انواع فرمت های تصویری را قرائت کرد و آن ها نمایش داد. انتخاب لایه های مختلف و جدا سازی وذخیره سازی آن ها در قالب یک تصویر نیز بخشی از مدیریت داده ها در محیط ENVI است .
3 – 1- باز کردن یک فایل با فرمت ENVI
در این بخش با طریقه باز کردن یک فایل با فرمت ENVI ونمایش تصاویر آشنا خواهیم شد.اگر تصویری داشته باشیم که در فرمت خود نرمافزار باشد بایستی در خود منوی File از گزینه ی Open Image File استفاده کرد (شکل 3-1).
اطلاعات مربوط به تصاویر در فرمت ENVI در دو فایل ذخیره می گردند.یکی اطلاعات تصویری است که در فایلی با پسوند(img ) با نام مشخص ذخیره می شوند .در کنار این فایل ،فایل دیگری با پسوند(hdr)که اطلاعات جانبی تصویر مانند تعداد سطرها ،ستون تصویر،اطلاعات هندسی تصویر نظیر سیستم تصویر،اندازه پیکسل،نام باند هاوتوصیف تصویرو...
3 – 2 - قرائت تصاویر با فرمت های خارجی
فرمت هایی نظیر Tif وGeotif وPix براحتی توسط نرمافزار شناخته می شوند. برای باز نمودن یک فایل تصویری با فرمت های خاص باید از منوی File گزینه Open External File استفاده نمود که مطابق شکل 3 -2 نشان داده شده است.
3-3-نمایش یک تصویر
در نرمافزار ENVI قابلیت نمایش تصویر به صورت درجات خاکستری وهمچنین به صورت ترکیب های رنگی (Color Composite ) وجود دارد .پس از باز کردن یک فایل به طریق گفته شده ،پنجره فهرست باند های موجود(شکل3-3 ) ظاهر می شود.در این پنجره هر تصویر به همراه فهرست باند های آن نمایش داده خواهد شد. برای نمایش تصاویر دو گزینه وجود دارد که عبارتند از : Gray Scale و Color RGB .گزینه اول برای نمایش تک باند و به صورت درجات خاکستری و گزینه RGB Color برای نمایش تصاویر به صورت ترکیبات رنگی است.حال با استفاده دکمه Load Band یا دو بار کلیک بر روی نام باند مورد نظر،تصویر نمایش داده می شود.تصاویر در ENVI ،در سه بخش متفاوت به نام های Scroll ،Image ،Zoom نمایش داده میشود(شکل3-4).
نمایش تصویر به صورت ترکیب های رنگی ، تفاوتی بسیار جزئی با نمایش تصاویر تک باندی دارد.پس از انتخاب گزینه RGB Color در فهرست باند های موجود ،سه گزینه تعیین باند برای رنگ های(R) وسبز(G) و آبی(B) مطابق شکل 3 -5 ظاهر می گردند.
3-4- ویرایش اطلاعات جانبی تصویر
برای ویرایش اطلاعات Header یک فایل راه های مختلفی وجود دارد .یکی از راه ها استفاده از گزینه Edit ENVI Header از منوی File است . برای فراخوانی با راست کلیک کردن روی نام فایل در پنجره فهرست باند های موجود ،ظاهر میشود (شکل3 -6)پس از انتخاب این گزینه از کابر خواسته میشود تا فایلی را انتخاب که قرار است اطلاعات جانبی آن را مورد ویرایش قرار داد .پس از انتخاب فایل مورد نظر پنجره ای مطابق شکل 3 -7 ظاهر می شود.قسمت عمده ای از اطلاعات ،از طریق دکمه Edit Attributes ،قابل ویرایش وتغییر است.شکل 3-8 فهرست موارد قابل ویرایش را نشان می دهد.
فصل چهار
فیلتر ها
4-1-مقدمه
انواع روش های بارز سازی تصویر از نمونه های تبدیلات نقطه ای هستند.دسته ای دیگر از تبدیلات مجود دارند که در آن ها مقدار یک پیکسل در تصویر خروجی بستگی به مقدار پیکسل در تصویر ورودی به همراه مقادیر پیکسلها ی همسایهاش دارد .این گونه تبدیلات را تبدیلات همسایگی می نامند.تبدیلات همسایگی معمولاً به نام فیلتر شناخته می شوند.این نام گذاری به این خاطر است که مانند فیلتر های واقعی ،فیلتر های تصویری نیز معمولا بخشی از اطلاعات تصویر را می گیرندوبخشی از اطلاعات تصویر را باقی می گذارند.یک فیلتر را می توان عملگری در نظر گرفت که با انجام محاسبات روی یک پیکسل و همسایه های آن در یک محدوده ای مشخص ،یک مقدار برای برای پیکسل در تصویر خروجی تولید می کند.بنابراین یک فیلتر باید روی تک تک پیکسل های تصویر اعمال گردد وروی هر کدام محاسبات را تکرار کند.فیلتر ها در سنجش از دور و پردازش تصویر کاربرد های مختلفی دارند از جمله به این موارد میتوان اشاره نمود:کاهش نویز تصویر ،بازیابی اطلاعات از دست رفته در تصویر،بازسازی تصویر،تشخیص الگوها ،قطعه بندی تصویر،پس پردازش نتایج طبقه بندی.به طور کلی در جایی که که نیاز به آنالیز خصوصیات مکانی پدیده ای در تصویر است،می توان از فیلتر ها بهره جست.مواردی نظیر لبه ها ، عوارض خطی و نویز،همگی به گونه ای خصوصیت مکانی ویژه ای دارند که آن ها را از اطرافشان جدا می سازد .
4-2-فیلتر ها در ENVI
برای دسترسی به فیلتر ها از منوی اصلی Filter مطابق شکل 6-1 استفاده نمود:
فیلتر های Convolution در حیطة مکانی روی تصویر تغییراتی ایجاد می کنند .فیلتر های Morphology بر اساس شکل عمل می کنند و فیلتر های Texture برای استخراج اطلاعاتی در مورد بافت به کار می روند.فیلتر های Adaptive معمولاً برای انجام تبدیل فوریه و اعمال فیلتر ها ی طیفی به کار می رود.
4-3-فیلترهای Convolution
برای دسترسی به فیلترهای Convolution مطابق شکل 4 -2 گزینه Convolution and Morphology را انتخاب نماید.مجموعه فیلتر های این مجموعه عبارتند از :Gaussian and High،Directional ،Laplacian ،Low Pass، High Pass،User Defined ،Roberts ،Sobel،Gaussian low Pass .
فصل پنج
فرآیند تصحیح هندسی
5-1 مقدمه ای بر تصحیح هندسی
تصحیح هندسی تصویر به کاهش مقدار خطا های هندسی تصویر و همچنین انتساب یک سیستم مختصات زمینی به پیکسل های ان انجام می پذیرد. این کار با انجام یک رابطة ریاضی میان مختصات تصویری و زمینی اعمال می گردد :
X=F(x,y)
Y=G(x,y)
که در آن x,y مختصات تصویری و X,Y مختصات نقشه ای یا زمینی هستند.F,G دو تابع ریاضی هستند.که برای تبدیل میان دو سیستم مختصات در نظر گرفته می شوند .برای تبدیل میان دو سیستم مختصات دو بعدی ایده آل (عاری از خطا)،یک تبدیل چهار پارامتری متشابه(Conformal )کافی است.اگر در هر دو سیستم مختصات اعوجاجاتی وجود داشته باشد باید پارمتر های برای این گونه خطا ها در مدل تبدیل در نظر گرفت که در نتیجه تعداد پارامتر ها بالا می رود معادلات آفاین، پروژکتیو و چند جمله ای های توانی از معمول ترین مدل های تبدیل دو بعدی است .
5 -2 – تصحیح هندسی در ENVI
به منظور تصحیح هندسی باید تصویری که قرار است مورد تصحیح هندسی قرار بگیرد باز شود.
5-3- تغییر سیستم مختصات یک تصویر(Reprojection)
یک تصویر پس از تصحیح هندسی در سیستم مختصات مشخص شده قرار میگیرد. گاه نیاز می شود تا سیستم مختصات تصویر تغییر یابد و به سیستم مختصات دیگر تبدیل شود . که توسط گزینه ی Convert Map Projection از منوی Map انجام می پذیرد(شکل 5-).
پس از انتخاب این گزینه نام فایلی در خواست می شود که قرار است مورد پردازش قرار گیرد بعد از تعیین فایل مورد نظر پنجره ای مطابق شکل 5 - باز می شود .در قسمت Select Output Map Projection می توان نوع سیستم مختصات جدید را معرفی کرد .اگر در فهرست نمایش داده شده سیستم مختصات نباشد از گزینه ی New می توان سیستم مختصات جدید را معرفی کرد .
فصل شش
کار با نواحی انتخابی(ROI)
6 -1-مقدمه
بسیاری از مواقع لازم است تا قسمتی از تصویر به صورت مشخص از باقی تصویر جدا بشود،یا حتی یا قسمتی از تصویر به اصلاح بریده شود ودر یک فایل جداگانه ذخیره شود.در عملیات طبقه بندی لازم است تا بخش های از تصویر را به عنوان نمونه ها ی جدا به نرمافزار معرفی کرد.گاهی هم نیاز است تا عوارض روی تصویر به صورت دستی رقومی شوند و به صورت یک فایل برداری ذخیره گردند تمام این موارد میتواند توسط ابزاری به نام ROI یا نواحی انتخابی در ENVI وجود دارد .با استفاده از این ابزار میتوان روی تصویر مرز هایی با شکل هندسی مشخص یا نامشخص جدا کرد و این قسمت ها را در پردازش های بعدی به کار برد.تعیین ROI در تمامی پنجره ها امکان پذیر است.ROI ها را می توان ذخیره نمود و دوباره فرا خوانی کرد یا به صورت فایل های برداری در فرمت های مختلف برای ورود به نرمافزای دیگر تبدیل نمود.برای فراخوانی ابزار ROI روش های مختلفی وجود دارد که به طور نمونه عبارت است از :
1) Basic Tools -----> Region of Interest ----> ROI tools
که با انتخاب آن گزینه پنجره ای مطابق شکل 6-1 ظاهر می شود.
6 -2 پنجره ابزار ROI
در این بخش ضمن شرح گزینه های مختلف پنجره ابزار ROI ،چگونگی ایجاد و ذخیره ROI ها را شرح داده خواهد شد.در بخش Window این پنجره مشخص میشود در کدام پنجره از مجموعه پنجره های Display ترسیم شود .بدیهی است هر چه بزرگنمایی بیشتر شود دقت تعیین محدودة مورد نظر بیشتر است .این گزینه ها عبارتند از :Off ، Zoom ،Image ،Scroll. اگر گزینة Off انتخاب شود ابزار ROI به صورت موقت از کار می افتد.برای تعیین نوع ROI از گزینه های منوی ROI_Type استفاده می کنیم انواع شکل ها ی ممکن عبارتند از :Polygon (چند ضلعی)،Polyline (چند خطی)،Point(نقطه)،Rectangle (چهارگوش )و Elipse (بیضی و دایره).پس از انتخاب نوع شکل و بخشی که قرار است در آن ROI ترسیم شود (مثلاً پنجره Zoom )،می توان ROI مورد نظر را ترسیم کرد شکل 6 -2 .
برای ایجاد یک ناحیه جدید از دکمه New Region می توان استفاده کرد.که هر ناحیه دارای خصوصیاتی از قبیل رنگ ، نام و الگوی پر کردن است که می توان با دکمه Edit آنها را تغییر داد.که با کلیک بر روی آن پنجره ای مطابق شکل 6 -3 ظاهر می شود.
دو دکمه Mean و Stats در شکل 6-2 برای محاسبه پارمتر های آماری ناحیه ها هستند. با کلیک بر روی آن ها پارامتر ها ی آماری نظیر میانگین، انحراف معیار ، مقادیر کمینه و بیشینه ناحیه اننتخابی به صورت جدولی مطابق جدول و نموداری ارائه می گردد (شکل 6 -4).
6-3 ذخیره سازی و باز یابی ROI
برای ذخیره سازی ROI در پنجره ابزار ROI ،گزینه Save ROI … را از منوی File انتخاب کرد (شکل 6 -5).
این نواحی ذخیره شده می توانند در موقع لزوم (مثلاً طبقه بندی ) فراخوانی شوند. گزینه Restore ROIs…. از منوی File پنجره ابزار ROI برای این منظور استفاده می شود.نواحی گرفته شده را می توان به صورت فایل برداری نیز ذخیره نمود .برای ذخیره سازی نواحی به فرمت برداری نرمافزار ENVI می توان از گزینه to EVF Export ROIs از منوی File پنجره ابزار ROI استفاده کرد.
فصل هفت
محاسبات تصویری
7-1 مقدمه
بعضی از اوقات استفاده از باند های اصلی تصویر برای رسیدن به هدف و استخراج اطلاعات مورد نظر کافی نیست و لازم می شود پردازش های مختلفی روی آن ها صورت گیرد.یکی از پردازش های ممکن محاسبات تصویری است .محاسبات تصویری به مجموعه عملیات و محاسباتی گفته می شود که روی چند باند (بیش از یکی) انجام می شوند و نتیجة آن ها یک (شبه) تصویر خواهد بودپیکسل ها در این تصویر تولید شده،مقادیری خواهند داشت که معمولاً نیاز به تفسیر و آنالیز های بعدی دارند .هدف این گونه محاسبات آماده سازی داده ها برای ورود به الگوریتم استخراج اطلاعات خاصی نظیر پوشش گیاهی (مانند شاخص های گیاهی) وکشف تغییرات در دو زمان متفاوت مورد استفاده قرار می گیرند.ورودی این دسته از محاسبات باند های مختلف یک تصویر چند طیفی نظیر باند های یک تصویر TM یا تصاویر مربوط به منطقه یکسان در چند تاریخ گوناگون است. قبل از انجام محاسبات تصویری می باید تمامی باند های مورد استفاده ،از لحاظ رادیومتریکی تصحیح شده باشند.تصحیحات اتمسفری از جمله موارد مهمی هستند که معمولاً قبل از انجام محاسبات بر تصاویر اعمال می شوند. اگر داده های مورد استفاده مربوط به چند زمان مختلف باشند ،باید حتماً در یک سیستم مختصات مشترک و با ابعاد یکسان قرار داشته باشند تا انجام محاسبات ممکن و معنی دار گردد. دلیل این امر این است که محاسبات تصویری پیکسل به پیکسل انجام می شوند و بنا بر این دقت هندسی ابعاد پیکسل ها در دو تصویر باید یکسان شود. مهمترین و معمول ترین عملیات محاسباتی عبارتند از : تفریق ،جمع،ضرب،تقسیمو فرمول های مرکب.تفریق تصاویر معمولاً برای کشف تغییرات پدید آمده طی زمان های مختلف تصویر برداری ،در مورد تصاویر چند زمانه انجام می شود.جمع کردن مقادیر دو باند معمولاً نتایجی مشابه میان گیری از آن ها دارد که باعث کاهش نویز می شود . ضرب تصاویر به ندرت به کار می رود . بیشترین سهم و کاربرد محاسبات تصویری به صورت تقسیم است که به منظور بارز سازی تفاوت میان باند های مختلف (که این تفاوت ها مربوط به پوشش های خاصی است) انجام می گیرد.به عنوان مثال اگر به منحنی طیفی پوشش های گیاهی توجه کنیم ، مقادیر تفاوت انعکاس طیفی در باند قرمز و مادون قرمز نزدیک برای پوشش های گیاهی قابل توجه است . با ایجاد نسبت میان دو باند می توان مناطقی را بارز ساخت که دارای پوشش گیاهی بالایی هستند.
7-2 عملیات محاسبات تصویری
عملیات محاسبات تصویری در ENVI ،با استفاده از بخش Band Math از گزینه های منوی Basic Tools انجام می شود(شکل 7-1).
قبل از انجام هر گونه محاسبات تصویری باید فایل تصویری مورد نظر فرا خوانی شود.پس از فرا خوانی این گزینه ،پنجره Band Math مطابق شکل 7-2 ظاهر می شود . در این پنجره می توان عبارت های ریاضی را وارد کرد . که محاسبات انجام شده میان باند های مختلف صورت می گیرد در این پنجره نام متغیر ها با b یا B شروع می شود.
پس از وارد کردن فرمول می توان با کلیک کردن روی دکمه OK به مرحله بعدی رفت وگرنه می توان عبارت محاسباتی را با دکمه Add To List به فهرست عبارت های موجود اضافه کرد. پس از ورود عبارت محاسباتی و کلیک روی دکمه OK پنجره ای مطابق شکل 7 -3 ظاهر می شود.
در قسمت بالای پنجره عبارت محاسباتی نمایش داده شده است .در قسمت بعد متغیر های مورد استفاده فهرست می شوند.در قسمت زیرین تصاویر همراه با باند های آن ها قرار دارند.برای انتساب یک باند از تصویر به یک متغیر ابتدا روی نام متغیر کلیک کرده سپس در فهرست تصاویر و باند ها ،روی باند مورد نظر کلیک خواهید کرد.که برای متغیر های دیگر این کار را انجام دهید.اگر می خواهید محاسبات باندی بر روی بخشی از تصویر انجام شود از دکمه Spatial Subset استفاده می شود.بعضی مواقع لازم میشود به جای انتساب یک باند متغیر کل تصویر(تمام باند های آن) به متغیر نسبت داده شود.این مسئله به خصوص هنگام اعمال ماسک های تصویر ی بسیار اتفاق می افتد . برای انتساب یک تصویر به یک متغیر ابتدا روی متغیر مورد نظر کلیک نموده و بعد روی دکمه Map Variable to Input File کلیک نمایید.سپس نام فایل تصویری در خواست می شود . کل عبارت های محاسباتی برای تک تک باند ها انجام می شود .و تصویر خروجی یک تصویر چند باندی است.در نهایت می توان نتیجه کار روی یک فایل ذخیره نموده یا روی Memory نتیجه را مشاهده نمود.
7-3 توابع و عملگر های مورد استفاده
بعضی مواقع برای رسیدن به نتیجه مطلوب لازم است تا نوع داده ها تغییر داده شود .به عنوان مثال اگر دو تصویر را بر هم تقسیم کنید که نوع داده های آن صحیح (Integer ) باشند نتیجه دلخواه به دست نمی آید (حاصل برای همه پیکسل ها گرد می شود) . برای این کار ابتدا داده ها تبدیل شده وسپس تقسیم می شوند :
float(b1)/float(b2)
فصل هشت
طبقه بندی تصاویر
8-1-مقدمه
طبقه بندی یکی از روش های استخراج اطلا عات به کمک کامپیوتر است ،و شاید گفت یکی از پر کار برد ترین آن ها است. روش های طبقه بندی بر اساس تصاویر چند باندی و بعضی اوقات داده های چند منبعی طراحی شده اند.روش طبقه بندی به دو روش نظارت شده و نظارت نشده تقسیم می کنند. در حقیقت تفاوت این دو روش در این است آیا کاربر قبل از طبقه بندی نیز دخالتی در فرآیند طبقه بندی دارد یا نه؟ در صورت جواب مثبت ، طبقه بندی جزو روش نظارت شده است .روش ها ی طبقه بندی را که تنها متکی بر اطلاعات تصویر هستند و کار بر در کل فرایند آن ها دخالتی ندارند ،روش ها ی طبقه بندی نظارت نشده است.حاصل یک چنین طبقه بندی پیکسل هایی است که در چندین کلا س نامعلوم طبقه بندی شده اند . طبقه بندی های نظارت نشده با استفاده از روش های خوشه بندی (Clustering ) انجام می پذیرد.بنا بر این برای انجام طبقه بندی نظارت نشده کافی است باند های مورد نظر و سپس تعداد کلاس هایی که حدس می زنیم در تصویر وجود دارند را تعیین بکنیم .به روش های طبقه بندی که علاوه بر تصاویر نیاز به یک سری اطلا عات جانبی در مورد منطقه و کلاس های مورد نظر دارند و دخالت عامل انسانی در آن امری اجتناب نا پذیر است ،طبقه بندی نظارت شده می گویند.معمولاً این اطلاعات جانبی به صورت یک سری پیکسل معلوم(پیکسل هایی که منتسب به یک کلاس خاص هستند ) به الگوریتم معرفی می شوند. این پیکسل های معلوم در حقیقت هدایت گر طبقه بندی کننده(نظارت شده) برای طبقه بندی تصویر هستند ،در مرحله ای به نام مرحلة تمرینی (Training ) توسط عامل به نرمافزار معرفی می شوند.
8-1 طبقه بندی نظارت نشده در ENVI
در ENVI دو روش طبقه بندی نظارت نشده وجود دارند که برای دسترسی به آن ها باید از گزینه Unsupervised منوی اصلی Classification استفاده کرد (شکل 8 -1).
پس از انتخاب گزینه IsoData نام فایل تصویری مورد نظر از شما در خواست می شود.
8-2- طبقه بندی نظارت شده در ENVI
طبقه بندی نظارت شده احتیاج به داده های تمرینی یا همان پیکسل های معلوم برای هر کلاس جدا گانه تعریف می شود . برای تعیین آن ها از ابزار ROI استفاده می شود .که باید فایل تصویری مورد نظر را باز نموده وسپس و پنجره ابزار ROI فرا خوانی شود(شکل8-2).
برای هر کلاس چندین پلیگون در بخش های مختلف تصویر بگیرید تا مطمئن شوید کلاس دلخواه به طور واقعی تری به طبقه بندی معرفی شده است .پس از این که برای تمامی کلاس ها به تعداد کافی پیکسل انتخاب شد ، می توان نواحی را دریک فایل ذخیره کرد و سپس به سراغ طبقه بندی نظارت شده در در منوی Classification بخش Supervised رفت(شکل 8-3).
در این جا به شرح روش انجام روش بیشترین شباهت (Maximum Likelihood ) می پردازیم که یکی از پر کاربرد ترین روش های طبقه بندی است. پس از انتخاب باید نا م تصویری که قرار است طبقه بندی شود انتخاب نمود.پس از انتخاب ،پنجره ا ی تنظیمات مطابق شکل 8 -4 ظاهر می شود.
در قسمت Select Classes from Region فهرست کلاس های موجود با کلیک بر روی آن ها می توان انتخاب کرد .با دکمه Select All Items می توان همه کلاس ها را انتخاب کرد.در قسمت Set Probability میتوان پیکسل هایی که احتمال تعلق آن ها به کلاس ها کمتر از این حد آستانه باشد ،طبقه بندی نمی شوند. مقدار Data Scale Factor برای تنظیم مقیاس مقادیر است و برای داده ها ی هر سنجنده با توجه به قدرت تفکیک رادیو متریکی آن محاسبه می شود.اگر قدرت تفکیک رادیومتریکی n باشد آن گاه مقدار این پارامتر است.در قسمت Output Result نام فایل خروجی در خواست می شود.Rule Image ها در حقیقت نگهدارنده مقادیری هستند که طبقه کننده بر اساس آن ها برای انتساب یک کلاس به یک پیکسل تصمیم گیری می کند که در مورد طبقه بندی کننده بیشترین شباهت این مقادیر همان احتمالات محاسبه شده هستند.پس از انجام همه تنظیمات و کلیک کردن روی دکمه OK یک نقشه رستری تولید می شود(شکل 8-5).
8-3 – پس پردازش نتایج
پس از انجام طبقه بندی تصویر ،پردازش های مختلفی روی نتیجه طبقه بندی اعمال می شود.می توان گفت که ENVI یکی از قوی ترین نرمافزار ها در امور پس پردازش نتایج طبقه بندی است. اکثر گزینه های پس پردازش طبقه بندی مطابق شکل 8 -6 در بخش Post Classification از منوی Classification است.
این موارد بسیار زیاد هستند که به طور خلاصه و فهرست وار بعضی از آن ها را توضیح خواهیم داد.
Confusion Matrix : برای ایجاد ماتریس خطا به کار می رود که دارای دو گزینه است . با استفاده از گزینه Using Ground Truth Image یک نقشه رستر ی مرجع را که پیکسل های آن کلاس هایی مشابه نقشه طبقه بندی دارند ، معرفی کنید .گزینه Using Ground Truth ROIs برای استفاده از نواحی انتخابی برای ارزیابی دقت است(شکل 8-7) .
Combine Classes : برای ترکیب کلاس ها با یکدیگر به کار می رود . این کار معمولاً پس از طبقه بندی لازم می شود چرا که در حین طبقه بندی تعداد کلاس ها همیشه بیشتر تعداد لازم استاندارد در نظر گرفته می شود .پس از انتخاب مطابق شکل 8 -8 باید کلاس هایی را مشخص نمایید که قرار است با هم ترکیب بشوند.
Overlay Classes : با همپوشانی نقشه طبقه بندی شده با یک تصویر ،یک تصویر ایجاد می کند که دارای سه باند است و تلفیقی از طبقه بندی و تصویر ورودی است.
فصل نه
آشکار سازی هواویز های جوی در تصاویر ماهواره ای
لزوم برسی اثر هوآویز ها جوی در واقع به علت اثر هوآویزها بر شرایط آب و هوایی و اثر نامطلوب آن بر ابر هاست.واکنش هسته ای هوآویز ها با ذرات ابر موجب افزایش یا کاهش ابر و در نتیجه منجر به اثر گلخانه ای خواهد شد.هوآویز ها عبارتند از :
1 – خاکستر آتشفشان(Volcanic Ash)
2 – غبار /شن(Dust)
3-نمک دریا(Sea Salt)
4-دود(Smoke)
محدوده مناسب برای آشکار سازی هوآویز ها به دو گروه خواهند بود:
1- طیف مرئی
- استفاده از رادیانس هواویز ها
2- طیف مادون قرمز
- در محدده هایی که روزنه جوی است
- در محدود ه هایی که هوآویز ها جذب بالایی دارند
از ویژگی منحصر به فرد هوآویز ها در طیف مادون قرمز در محدود ه های (8 تا 9 میکرومتر) و(10 تا 12) میکرومتر عبور دهی اتمسفر بالا بوده و جذب هوآویز ها بالا است.
در واقع هدف الگوریتم آشکار سازی هوآویز ها مشخص کردن مناطقی است که جو آن مناطق حاوی
هوآویز هاست .طبقه بندی هوآویز منطقه بر اساس :
» دمای درخشندگی
» عمق اپتیکی ذرات
» اندازه گیری بازتا بش
» سایر منابع اطلاعاتی
اندازه گیری عمق اپتیکی وطول موج ها ی مورد کاربرد آن در باند های مرئی و مادون قرمز نزدیک به این ترتیب است که پهنای باند آن ها کم است واز پنجره های اتمسفری استفاده می شود (اثر گاز های ) در اندازه گیری به حدقل می رسد. در چهار باند مادون قرمز (.7/3 ،55/8، 8 / .1 ،12 میکرومتر جو زمین شفاف ظا هر می شود.
برای آشکار سازی خاکستر آتشفشان در محدوده 10 تا 12 میکرومتر جذب بسیار بالایی دارد .که یک روش طیفی برای آشکار سازی خاکستر آتشفشان در واقع از دمای درخشندگی استفاده می شود.با کم کردن باند( 5/11 تا 5/12) تا باند ( 3/10 تا 3/11) طبق فرمول زیر استفاده زیر خواهد بود . برای خاکستر آتشفشان باید این مقدار منفی بشود چون چون ضریب شکست سیلیکات ها در با ند 7/ 10 بزرگتر از ضریب شکست این مواد در باند 12 می باشد.
) (
منبع اصلی غبار مناطق بیابانی و نیمه بیا بانی است .که درخشندگی زیاد سطح بیابان در تصویر ما هوارهای در محدوده مادون قرمز است. غبار و شن ذرات تشکیل دهنده آن سیلیکات هستند . که تفاوت غبار وشن در واقع اندازه ذرات است.از ویژگی غبار (ذرات خاک هوا،قطر ذرات کمتر از 10میکرومتر ، ارتفاع ذرات بیشتر از 2 کیلومتر ) و امّا شن(ذرات بر خاسته از بیابان،اندازه ذرات بزرگتر از 10میکرومتر،ارتفاع آن ها کمتر از 2 کیلومتر ) خواهند بود.
روش آشکار سازی غبار و شن بر اساس دمای درخشندگی(Brightness Tempreture) است که برای سنجنده MODIS طبق روابط زیر محاسبه می شود.
که در آن L رادیانس و T دما بر حسب درجه کلوین است.میتوان از اختلاف دمای درخشندگی از چهار باند حرارتی (12.01,10.76,8.55,3.7)میکرو متر استفاده نمود.آشکار سازی غبار در روز برای نور مرئی آبی و قرمز (0.488 میکرومتر و0.672 میکرومتر ) صورت می گیرد. طبق روابط زیر می توان غبار را آشکار کرد.
+ نوشته شده توسط ایمان علیان imalian_1368@yahoo.com در و ساعت
23:40 |
