بخشی از مقاله
چکیده :
امروزه برای کاربردهای سنجش از دور به سنجنده هایی با حد تفکیک مکانی و طیفی بالا نیاز می باشد، اما این امر اغلب به دلایل اقتصادی و ساختاری امکان پذیر نیست. تلفیق تصاویر با حد تفکیک های مختلف طیفی و مکانی به طور گستره برای حل این مسئله بهکار می رود.
در این مقاله باندهای تصاویر چند طیفی سنجنده Sentinel-2 با حد تفکیک مکانی 10 متر با تصاویر پنکروماتیک IRS-P5 با حد تفکیک مکانی 2.5 متر به روش های مختلف تلفیق شده اند. روش های مورد استفاده شامل Gram-Schmidt، IHS، Brovey و PC و با به کار گیری روش های مختلف resampling می باشد.
معیارهای شیفت میانگین و انحراف معیار برای ارزیابی کیفی روشهای مختلف تلفیق مورد استفاده قرار گرفته اند. در نهایت با توجه به مقادیر معیارهای ارزیابی مورد استفاده روش HISو Brovey بهعنوان بهترین روش ها معرفی شدند. معیارهای ارزیابی به کار گرفته شده نسبی بوده و با توجه به این که هر روش تلفیق در حفظ ویژگی های طیفی و مکانی توانایی متفاوتی دارد، با به کارگیری معیارهای ارزیابی دیگر ممکن نتایج تا حدودی متفاوت شوند ×
-1 مقدمه
ویژگی اصلی تصاویر پنکروماتیک پوشش دامنه وسیعی از طیف طول موج می باشد، درحالی که تصاویر چند طیفی و فراطیفی تنها دامنه باریکی از طیف را پوشش می دهند. با توجه به رابطه 1 ارتباط معکوسی بین طول موج و مقدار انرژی امواج الکترو مغناطیس وجود دارد. از این رو، در سنجنده های چند طیفی به واسطه باریک بودن عرض طیفی در هر باند تصویر برداری، برای حفظ نسبت سیگنال به نویز تولید کنندگان سنجنده مجبور به افزایش سطح دریافت انرژی در فضای تصویر می شوند.
از طرفی دیگر تصاویر پنکروماتیک به واسطه ی باند طیفی عریض خود نیاز به سطح کوچکتری در فضای تصویر خواهند داشت [1] و به دلیل انرژی بیشتری که این سنجنده ها می رسد، زمان اخذ میتواند کاهش پیدا کند و در مقایسه با تصاویر چند طیفی تعداد تصاویر بیشتری می تواند اخذ گردد. بنابراین تصاویر پنکروماتیک حد تفکیک طیفی پایین و حد تفکیک مکانی بالایی دارند و در مقابل تصاویر چند طیفی، حد تفکیک مکانی پایین تر و حد تفکیک طیفی بهتری دارند. به دلیل قیودی که در اخذ هر کدام از این تصاویر وجود دارد، سنجنده های فضا برد معمولا هر دو نوع تصویر را به طور جداگانه تهیه می کنند.
کابردهای روز افزون سنجش از دور از جمله شناسایی و طبقه بندی پوشش سطح زمین جهت افزایش دقت، قابلیت اطمینان نتایج و کیفیت بصری بهتر نیازمند حد تفکیک طیفی و مکانی بالا به طور همزمان می باشد. بنابراین روشهایی جهت تلفیق حد تفکیک طیفی تصاویر طیفی با حد تفکیک مکانی بالای تصاویر پنکروماتیک توسعه یافتهاند. به کمک این روش ها می توان تصاویری که از سنجنده های مختلف اخذ شده اند را با هم تلفیق نمود و کیفیت و دقت بهتری را حاصل نمود
یکی از کابردهای تلفیق تصاویر Pan-sharpening می باشد. در این روش از دو قابلیت اطلاعات طیفی و مکانی تصاویر چند طیفی و پنکروماتیک به طور همزمان استفاده می شود. هدف از این کار افزایش قدرت تفکیک مکانی نتایج طبقه بندی شده و از سوی دیگر میتواند در تهیه شاخص های متتوعی که منجر به استخراج معنایی با قدرت تفکیک مکانی بالا می شوند، مورد استفاده قرار گیرد. نکته حائز اهمیت، ارزیابی دقت این فرآیند می بوده و روش های متنوعی در این حوزه توسعه یافته اند که هر یک مزایا و معایب خاص خود را داراست
تکنیک های متنوعی در حوزه ی تلفیق تصاویر توسعه یافته اند که میتوان به تکنیک های HSV، Brovey، PC & NC
Spectral sharpening، Gram-sechmidt و ... اشاره نمود
تصاویر سنجنده P-5 با قدرت تفکیک مکانی 2.5 متر جهت تهیه نقشه های 1:25000 و 1:50000 مورد استفاده قرار میگیرد. بهمنظور افزایش کیفیت بصری، این تصاویر با تصاویر چند طیفی LISS3 با قدرت تفکیک طیفی 22.5 متر تلفیق میگردند و بهصورت ترکیب رنگی کاذب حاصل از باندهای مادون قرمز، قرمز و سبز نمایش داده می شوند. با توجه به اختلاف بالایی که میان حد تفکیک مکانی این دو تصویر وجود دارد تصویر تلفیقی اغلب از کیفیت کافی برخوردار نمیباشد.
از طرفی تصاویر چند طیفی Sentinel-2 به صورت رایگان توسط آژانس فضایی اروپا در دسترس قرار گرفته اند. بنابراین میتوان با روش های مختلفی باندهای 10 متری این تصاویر را با تصویر پنکروماتیک سنجنده P-5 تلفیق نموده و به عنوان جایگزین تصاویر قبل در تهیه نقشه و سایر کاربردها به استفاده نمود.
-2 داده های مورد استفاده
در این مقاله از تصاویر Sentinel-2، IRS-P5 و LISS3 استفاده شده است. منطقه مطالعاتی شهر اراک در کشور ایران می باشد که شامل بافت شهری و نیمه شهری می باشد. آژانس فضایی اروپا ماهواره Sentinel-2 را در 23 ژوئن 2015 پرتاب نمود. تصاویر این سنجنده به دلیل حد تفکیک زمانی مناسبی که دارند در تهیه نقشه های پوششی، شناسایی تغییرات و متغیرهای ژئوفیزیکی کاربرد دارند. تصاویر این سنجنده دارای 13 باند طیفی می باشند که 4 باند آن تلفیق تصاویر چند طیفی Sentinel-2 و پانکروماتیک…در محدوده طیفی مرئی و مادون قرمز و دارای حد تفکیک مکانی 10 متر می باشد. 6 باند از این تصاویر در محدوده SWIR می باشد که دارای حد تفکیک مکانی 20 متر می باشند.
اطلاعات مربوط به سایر باندهای این سنجنده در جدول - 1 - ارائه شده است. تصاویر پنکروماتیک IPS-P5 دارای حد تفکیک مکانی 2.5 متر می باشد. سنجنده LISS3 دارای 4 باند طیفی در محدوده مرئی و مادون قرمز با حد تفکیک مکانی 22.5 متر می باشد. ویژگی های سنجندهی Sentinel-2 در جدول - - 1 ارائه شده است. نمایی از تصاویر مورد استفاده نیز در شکل - 1 - نمایش داده شده است.
جدول 1 :مشخصات باندهای سنجنده Semtinel-2
شکل : 1 تصاویر مورد استفاده
