بخشی از مقاله
خلاصه :
الگوریتم شناسایی پیکسل هاي حاوي ابر از پیکسل هاي بدون ابر، از مدل هاي متعددي استفاده می کند تا در نهایت با یک سطحی از اطمینان، ابري یا غیر ابري بودن پیکسل هاي تصاویر MODIS 2 را تعیین نماید. در این مدل جهت دستیابی به بالاترین دقت ممکنه از 12 باند تصاویر MODIS استفاده می شود تا هم مشکل قدرت تفکیک مکانی بسیار پایین سنجنده هاي گذشته را بهبود بخشد و هم مشکل استفاده از باند هاي طیفی محدود را رفع نموده باشد. از این مدل میتوان در کارهایی که به نوعی با مدلهاي سطح زمین، آب ویا حتی اتمسفر سروکار دارند و در این مدلها ابرها به عنوان یک عامل بازدارنده و مانع عمل می کنند استفده کرد و پکسل هاي حاوي ابر را شناسایی و حذف نمود..
نتیجه حاصل از اجراي این الگوریتم می تواند در مطالعاتی که ابرها به عنوان یک عنصر مزاحم و اضافی مطرح هستند، در تشخیص آن ها مفید بوده و در صورت لزوم از تصویر حذف گردند. همچنین در مطالعاتی که هدف صرفا انجام عملیات بر روي ابرهاست این الگوریتم می تواند مفید واقع شود تا از انجام عملیات اضافی برروي سایر نواحی تصویر جلوگیري شود.
مقدمه :
سنجنده MODIS یکی از مهمترین و مفیدترین سنجنده هاي مستقر برروي ماهواره Terra جهت تحلیل و بررسی تغییرات سطح کره زمین است. این سنجنده امکان مشاهده و بررسی متغیر هاي مرتبط با کره زمین شامل سطوح آب، اراضی و اتمسفر را در محدوده هاي مرئی و مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی با 36 باند طیفی در محدوده فراهم آورده است.
با توجه به اینکه با استفاده از این سنجنده امکان برداشت اطلاعات در هر 1 الی 2 روز وجود دارد، بنابر این فرصت بسیار مناسبی مهیا شده است تا بتوان فرایند هاي بیولوژیکی و ژئوفیزیکی سطح زمین را به طور بی سابقه اي تحلیل و بررسی کرد. حال در بسیاري از این تحلیل ها و حتی بررسی هاي اتمسفري استخراج نتایج مطلوب بستگی به وجود تصویري صاف و بدون ابر دارد، چرا که در بسیاري از مطالعات وجود ابر مانع بزرگی در جهت استخراج نتایج مورد نظر از تصاویر ماهواره اي می باشند. حال الگوریتم MCM3 این فرصت را فراهم آورده است تا بتوان در هر یک از پیکسل هاي تصاویر MODIS شرایط ابري یا غیر ابري بودن آن پیکسل را تعیین کرد.
سنجنده MODIS در تاریخ 18 سپتامبر 1999 بر روي ماهواره Terra و پس از آن بر روي ماهواره Aqua به طور موفقیت آمیز به فضا پرتاب شد. MODIS از سیستم دوربین AVHRR1 در زمینه هواشناسی و بررسی دماي سطح آبها، یخ دریاها، نشو و نماي نباتات استفاده مینماید و سیستم دوربین CZCS2 براي نشان دادن موجودات دریایی - مانند فیتوپلانکتون ها - و چرخه حرکت آبهاي اقیانوسی بکار می رود. MODIS به طور ردیفی دیدي به عرض 2330 کیلومتر را در بر می گیرد و کل زمین را در 36 باند طیفی با قدرت تفکیک فضایی 250 متر - 2 باند - ، 500 متر - 5 باند - و 1000 متر - 29 باند - تصویر برداري می نماید
الگوریتم : MCM
ابرها در تصاویر ماهواره اي همواره تحت عنوان پدیده هایی شناسایی می شوند که در باند هاي مرئی طیف الکترومغناطیسی نسبت به سایر پدیده هاي زمینی میزان بازتابندگی بالاتري داشته و در باند هاي حرارتی هم دماهاي پایین تري دارند. بنابر این ابرها را می توان در باند هاي مرئی و حرارتی تصاویر ماهواره اي به سادگی شناسایی کرد. اما در بعضی موارد خاص امکان دارد که اختلاف بین ابر و سطوح زیرین آن به قدري کم باشد که امکان تشخیص آن ها فراهم نباشد - مانند قرار گرفتن ابر برروي سطوح درخشان برف و یخ - .
در الگوریتم MCM ابري یا غیر ابري بودن یک تصویر MODIS با ترکیب کردن نتایج مختلف بدست آمده از آستانه گذاري در طیف هاي مختلف بدست می آید. کاربرد هرکدام ازمدل هایی که ذکر خواهد شد منجر به ارائه یک سطح اطمینانی براي هر تصویر MODIS بین صفر تا 1 خواهد شود، به این صورت که هر پیکسل مقداري را بین صفر تا 1 برحسب ابري یا غیر ابري بودن به خود میگیرد، به این ترتیب که صفر نشان دهنده %100 ابري بودن آن پیکسل و مقدار 1 نشان دهنده %100 غیر ابري بودن آن پیکسل است، که مقادیر مابین صفر و 1 بر حسب میزان دوري یا نزدیک بودن به این دو آستانه درصد اطمینانی را از لحاظ ابري یا غیر ابري بودن بدست می دهد.
شکل شماره 2 نشان می دهد که به چه صورت می توان مقادیر صفر تا 1 را به صورت سطح اطمینان هاي مجزا از هم و البته قابل قبول تقسیم کرد. از جمله نکات قابل توجه در این الگوریتم، بهنجار کردن مقادیر حاصل از اجراي مدل ها بین صفر و 1 است. چرا که جهت ترکیب کردن نتایج حاصل از مدل هاي مختلف، لازم است که ابتدا این نتایج بهنجار شوند. روشی که در این تحقیق جهت بهنجار کردن به کار برده شد استفاده از تابع است که در رابطه شماره 1 نشان داده شده است.
همان طور که قبلا اشاره شد استفاده از باند هاي مختلف ومدل هاي گوناگون مرتبط با هرکدام از این باند ها، احتمال تشخیص بهتر پیکسل هاي حاوي ابر بیشتر افزایش داد، به این صورت که پیکسلی که حاوي ابر است اگر در یک باند خاص شناسایی نشد احتمال شناسایی آن در باند هاي دیگر افزایش می یابد. در این الگوریتم هر کدام از مدل هاي طیفی در یکی از 5 دسته زیر طبقه بندي می شوند که هر کدام به صورت جداگانه توضیح داده خواهند شد.
شکل شماره - - - 1 شکل گرافیکی آستانه گذاري مدلهاي الگوریتم MCM با استفاده از سه آستانه α، β و δ
- گروه اول :
این گروه از مدل ها با قرار دادن آستانه در محدوده امواج مادون قرمز در سه باند طیفی 6,7، 13,9 و 11 میکرومتر ابرهاي ضخیم و مرتفع را شناسایی می کنند. آستانه گذاري دماي درخشندگی باند 31 سنجنده - MODIS - تحت شرایط خاصی می تواند بسیار مفید باشد، اگرچه مقادیر آن بسته به مقدار رطوبت جو می تواند تغییر کند.
برروي اراضی و مناطق ناهمگن به دلیل تغییرات زیادي که مقدار گسیلمندي سطحی بر روي این نواحی دارد بنابر این در اجراي این مدل باید تا حدودي جانب احتیاط را رعایت کرد چرا که از بیشتر جهت تشخیص و شناسایی ابرهاي ضخیم و مرتفع بر روي سطح آب ها استفاده می شود. نحوه آستانه گذاري در این باند به این صورت است که فرضا پیکسل هاي با کمتر از 270 درجه کلوین تحت عنوان ابر علامت گذاري می شوند.
