۱۳۹۹/۰۴/۲۹ ۱۱:۴۷ ۱۸۱
طبقه بندی: داده ها و سنجنده ها
چچ
تعریف ویژگی های مؤلفه های فیزیکی سنجشی در حوزه های قدرت تفکیک مکانی، طیفی، رادیومتریک و زمانی

تعریف ویژگی های مؤلفه های فیزیکی سنجشی در حوزه های قدرت تفکیک مکانی، طیفی، رادیومتریک و زمانی

برای شناخت موقعیت اجسام از طریق دست یابی به مؤلفه های طول، عرض و ارتفاع لازم است که به ویژگی های هندسی و تابشی منظره زمینی در فرآیند تصویر برداری در حوزه های قدرت تفکیک مکانی، طیفی، رادیومتریک و زمانی در سنجنده توجه شود که در این مقاله این موضوع مورد توجه قرار گرفته و توضیح داده شده است.

در سنجش‌ازدور، کاربر به دنبال شناسایی و توصیف ویژگی‌ها یا اندازه‌گیری مؤلفه‌های فیزیکی نظیر طول، فاصله و ارتفاع می‌باشد. کاربردی بودن این اطلاعات منوط به شناخت دقیق موقعیت جغرافیایی مکان اجسام است. بر این اساس ضروری است تا ویژگی‌های هندسی و تابشی منظره زمینی در فرآیند تصویربرداری حفظ شود. این نیازمندی به توانایی سامانه تصویربرداری در آشکارسازی اختلاف کوچک در گسیلندگی یا بازتابندگی سطح زمین در چند باند طیفی، ‌برای جسمی با اندازه مشخص و تعداد دفعات لازم، بستگی خواهد داشت. در این بخش مفاهیم و الزامات مأموریتی در طراحی را در 3 حوزه قدرت تفکیک مکانی، طیفی و زمانی بررسی خواهد شد.


قدرت تفکیک مکانی
مؤلفه‌های متعددی از قدرت تفکیک مکانی وجود دارد که ساده و رایج‌ترین آن میدان دید لحظه‌ای هندسی (IGFOV) است؛ میدان دید لحظه‌ای هندسی بیانگر نگاشت عنصر آشکارساز توسط سامانه اپتیکی بر روی زمین می باشذ (شکل1)؛ این مؤلفه، کوچک‌ترین مساحتی است که تابندگی آن به‌صورت یک واحد مجزا توسط سنجنده ثبت می‌شود. شایان‌ذکر است که این مؤلفه به تنهایی معیار مناسبی از پاسخ مکانی یک سامانه تصویربرداری ارائه نمی‌دهد، زیرا قابلیت تفکیک دو هدف، به کنتراست،‌ تابع انتقال مدولاسیون و تابندگی معادل نویز سامانه اپتیکی وابسته است. به عبارتی اگر دامنه سیگنال به‌اندازه‌ای بزرگ باشد که به‌طور قابل‌توجهی مقدار خاکستری پیکسل را تحت تأثیر قرار دهد، آنگاه امکان آشکارسازی جسمی با کنتراست بالا که کوچک‌تر از میدان دید لحظه‌ای هندسی می‌باشد، فراهم می‌شود. این موضوع را می‌توان در آشکارسازی جاده‌هایی با پهنای کمتر از 80 متر در تصاویر دوربین MSS ماهواره لندست مشاهده نمود. بااین‌وجود در اکثر تعاریف، با اغماض از این نواقص، منظور از قدرت تفکیک نگاشت عنصر آشکارساز توسط سامانه اپتیکی بر روی زمین است.


طرح‌واره نگاشت آشکارساز توسط سامانه اپتیکی,  <strong class='sis-keyword'>سنجنده</strong> های  <strong class='sis-keyword'>سنجش از</strong> دوری
شکل 1 – طرح‌واره نگاشت آشکارساز توسط سامانه اپتیکی


قدرت تفکیک طیفی
در سنجش‌ازدور استفاده از تصاویر چند طیفی بسیار کاربردی است. این روش برای تمایز بین ویژگی‌های مختلف از تغییرات تابش طیفی بازتاب یا ساطع‌شده استفاده می‌شود. در دوربین‌های تصویربرداری چند طیفی، طیف بازتاب یا ساطع‌شده با اندازه‌گیری در چند طول‌موج انتخابی نمونه‌برداری می‌شود. ازنقطه‌نظر طیفی توجه به سه مؤلفه ذیل در تصویربرداری ضروری است:

  1. مکان طول‌موج مرکزی: مهم‌ترین معیارها برای انتخاب مکان باند، دور بودن آن از عناصر جذبی اتمسفر و تناسب با پاسخ طیفی هدف است. پهنای باند باید بسیار کوچک‌تر از پهنای طیف باشد تا چند نقطه در طیف موردنظر نمونه‌برداری شود.
  2. پهنای باند: پهنای باند یا قدرت تفکیک طیفی ()، بازه طول‌موجی که رصد در آن انجام می‌شود را توصیف می‌کند. هرچقدر این بازه کوچک‌تر باشد، قدرت تفکیک طیفی بالاتر است. ازآنجایی‌که ساخت فیلتر ایده‌آل با لبه‌های تیز عملاً امکان‌پذیر نمی‌باشد می‌بایست پهنای باند طیفی با بهنجارش محدوده طول‌موجی و پاسخ باند عبوری به یک پاسخ باند مربعی تعدیل یابد. از طرفی رعایت مصالحه‌ای بین انرژی جمع‌آوری‌شده و شکل طیفی ویژگی مورد رصد نیز ضروری است؛ برای رصد زمین در ناحیه مرئی و مادون‌قرمز نزدیک، معمولاً پهنای باند چند ده نانومتری مورداستفاده قرار می‌گیرد.
  3. تعداد باند: از منظر طبقه‌بندی، افزایش یک باند به دو باند ارتقاء قابل‌توجهی در دقت اندازه‌گیری و تحلیل‌ها به وجود می‌آورد، بااین‌وجود در افزایش بیش از 4 باند، مصالحه بین نرخ داده و تعداد باند اهمیت می‌باید. آنچه ضروری است در اختیار داشتن مجموعه کمینه‌ای از باندهای بهینه جهت بررسی و مطالعه اهداف مأموریت است.

نمودار پاسخ نسبی باندهای طیفی در  <strong class='sis-keyword'>سنجنده</strong> ماهواره QuickBird-2,  <strong class='sis-keyword'>سنجنده</strong> های  <strong class='sis-keyword'>سنجش از</strong> دوری
شکل 2 – نمودار پاسخ نسبی باندهای طیفی در سنجنده ماهواره QuickBird-2


قدرت تفکیک رادیومتریک
قدرت تفکیک رادیومتریک، قابلیت سنجنده برای تفاوت قائل شدن در کوچک‌ ترین تغییرات بازتابندگی یا گسیل طیفی بین اهداف مختلف است. سنجنده‌ها تنها به تابندگی‌های بین مقادیر تابندگی حداقل و حداکثر خود پاسخ می‌دهند؛ سطح پایین‌تر برابر با تابندگی صفر و سطح بالاتر اشاره به تابندگی اشباع دارد. تعیین میزان تابندگی اشباع نیز به اهداف مأموریت بستگی دارد. به‌عنوان‌مثال در اندازه‌گیری تابندگی ابر یا برف، این مقدار کمی بالاتر یا برابر 100 درصد بازتابش برتابندگی خورشیدی نگه‌داشته می‌شود. به‌طورکلی یک دوربین در مدار زمین باید بازه وسیعی از سطوح روشنایی را بسته به عرض جغرافیایی و بازتابندگی هدف تصویربرداری کند. بر این اساس هرچه یک سنجنده قابلیت تولید تعداد بیت‌های بیشتری داشته باشد در خروجی سطوح گسسته و گستره دینامیکی بیشتری برای پوشش بازه وسیعی از تابندگی خواهیم داشت.


قدرت تفکیک زمانی
یکی از مزایای سنجش‌ازدور ماهواره‌ای، توانایی آن برای مشاهده مکرر یک منظره در فواصل زمانی منظم است. قدرت تفکیک زمانی، اشاره به فرکانس زمانی رؤیت یک منظره دارد که معمولاً برحسب روز بیان می‌شود. این مؤلفه به مشخصات مدار و عرض برداشت تصویر بستگی دارد. بدین ترتیب هرچقدر عرض برداشت تصویر بیشتر باشد، قدرت تفکیک زمانی بالاتر خواهد رفت. قدرت تفکیک بالاتر، ‌پایش تغییرات سریعی مانند آتش‌سوزی، سیل و غیره را ممکن می‌سازد.
قابلیت تصویربرداری از یک ناحیه با انحراف جهت دید دوربین (Tilt) در راستای عمود بر جهت حرکت ماهواره نیز موجب افزایش فرکانس رصد یک مکان مشخص می‌شود (شکل3). این قابلیت که با مؤلفه توانایی بازدید مجدد بیان می‌شود، اولین بار در ماهواره SPOT مورداستفاده قرار گرفت. البته بازدید از یک مکان، به قیمت از دست دادن داده مکان‌های دیگر و کاهش قدرت تفکیک (نسبت به حالت دید عمودی) تمام خواهد شد که امکان ایجاد به یک پوشش منظم (همچون تصاویر ماهواره Landsat) را نخواهد داشت.


طرح‌‍واره تصویربرداری خارج از ندیر,  <strong class='sis-keyword'>سنجنده</strong> های  <strong class='sis-keyword'>سنجش از</strong> دوری
شکل 3 – طرح‌‍واره تصویربرداری خارج از ندیر


آدرس کوتاه شده: