بخشی از مقاله
چکیده
شایعترین نوع نوفه در تصاویر ماهوارهاي، نوفه نواري است که در اثر برخی مشکلات مانند عدم تطابق آشکارسازها، واسنجی نامناسب سنجنده و فرسایش آن در طول عمر ماهواره به وجود می آید. وجود نوفه در تصاویر موجب کاهش کیفیت دادهها و تولید خطا در استخراج اطلاعات از تصاویر میشود. در این پژوهش براي اصلاح نوفه نواري در تصاویر ماهوارهاي از تبدیل موجک گسسته استفاده شده است و تصا ویر به چند سطح فرکانسی تجزیه شدهاند.
سپس با استفاده از تبدیل فوریه دو بعدي، مولفههاي موجک جهتدار در راستاي نوارشدگیها به حوزه فرکانس منتقل شده و توسط پالایه انتخابی در حوزه فرکانس پالایش شدهاند. بررسی بصري نتایج و کاهش در انحراف معیار پس از اصلاح تصاویر واقعی نشان دهنده دقت روش در رفع نوفه می باشد. علاوه بر این، کمترین میزان خطاي نسبی به دست آمده پس از اصلاح تصویر شبیه سازي شده براي نوفه نواري برابر 8,92 درصد می باشد. این در حالی است که کمترین میزان خطاي نسبی براي سایر روشهاي پالایش مبتنی بر موجک برابر 9,48 و 10,69 درصد میباشد.
همچنین بیشترین مقدار به دست آمده براي PSNR برابر 22,12 دسی بل بوده که این مقدار مربوط به روش ارائه شده در این پژوهش میباشد. این امر نشان دهنده دقت بالاي الگوریتم ارائه شده در این پژوهش نسبت سایر روشها میباشد.
کلمات کلیدي:نوفه نواري، تبدیل موجک، تبدیل فوریه، تصاویر ماهوارهاي، پردازش تصویر.
مقدمه
یکی از مهمترین ابزارهاي مورد استفاده در پایش پدیدههاي محیطی ماهوارههاي تصویربردار میباشد. با استفاده از دادههاي اخذ شده توسط این ماهوارهها می توان به اطلاعات به روز و قابل اطمینانی از محیط اطراف دست یافت. متاسفانه در تصاویر اخذ شده توسط سنجندههاي ماهوارهاي برخی نوفهها که منشا آنها سیستم الکترونیک سنجنده میباشد نیز دیده می شود. نوفه نواري از جمله نوفههاي شایع در این گونه تصاویر میباشد. از جمله عوامل به وجود آورنده نوفه نواري میتوان به شکست آشکارساز، فرسایش سنجنده و عدم امکان واسنجی مناسب آشکارسازها و در نتیجه پاسخ طیفی ناهمگون آنها اشاره کرد .
در سنجنده هایی که از تکنیک تصویربرداري ویسک بروم استفاده ﻣﯽﮐﻨﻨﺪ نوفههاي نواري به صورت عرضی و متناوب دیده میشوند. نوفه نواري در تصاویر اخذ شده توسط سنجندههایی که از تکنیک تصویربرداري پوش بروم استفاده میکنند ﻣﺎﻧﻨﺪ سنجندههاي OLI 3 و TIRS ماهواره لندست به صورت نوارهاي عمودي و غیر متناوب دیده میشوند.
وجود نوفه نواري در تصاویر موجب تخریب دادهها و دشوار شدن استخراج اطلاعات از این تصاویر میشود. لذا اصلاح این نوع نوفه ضروري به نظر میرسد. اصلاح نوفه نواري یکی از مراحل استاندارد پیش پردازش تصاویر ماهوارهاي است که ممکن است از طریق واسنجی سنجنده یا بهبود تصویر انجام شود. در سنجندههاي ماهوارهاي واسنجی رادیومتریک مطلق به صورت متناوب انجام میشود. پاسخ آشکارسازهاي سنجنده به صورت متناوب از حالت واسنجی شده خارج می شود که در نهایت موجب پیدایش نوفه نواري میشود.
واسنجی رادیومتریکی مطلق، دادههاي مورد نیاز براي تخمین پاسخ آشکارسازها را فراهم می کند که این روند موجب اصلاح نوفه نواري میشود. هزینه بالا موجب کاهش دورههاي انجام این گونه اعمال واسنجی میشود. در سالهاي گذشته محققان الگوریتمهاي متعددي را براي اصلاح نوفه نواري در تصاویر ماهواره-اي پیشنهاد کردهاند که از این میان میتوان به تطبیق خطی ساده - SLM - ، بهبود نمودار فراوانی و تطبیق نمودار فراوانی اشاره کرد.
برخی از الگوریتمهاي بهبود نمودار فراوانی و تطبیق نمودار فراوانی تمایل به برش محدوده بالا و پایین نمودار فراوانی دارند که این امر موجب تلفات اطلاعاتی میشود. براي رفع نوفه نواري در تصاویر اخذ شده توسط ماهوارههاي لندست از روش تطبیق ممانها استفاده کرده است . در این روش فرض میشود که هر آشکارساز صحنهاي را می بیند که از لحاظ آماري همانند صحنههاي دیده شده توسط سایر آشکارسازها می باشد.لذا این روش در تصاویري که در آنها تغییرات صحنه زیاد است کاربرد چندانی ندارد.
براي شناسایی موقعیت الگوهاي نواري در تصاویر ماهوارهاي میتوان از الگوریتمهاي شناسایی لبه و رهگیري خطوط استفاده کرده و پس از شناسا یی این الگوها، نوفه نواري را با استفاده از توابع منحنی فضایی اصلاح نموده است . مزیت این روش این است که می توان الگوهاي نواري متناوب و غیر متناوب را از تصاویر حذف کرد . مشکلی که بر این روش وارد است این است که هنگام شناسایی موقعیت الگوهاي نواري در تصاویر،برخی نوارهاي اضافی را نیز آشکارسازي میشود.
روش برابرسازي رادیومتریکی براي اصلاح نوفه نواري بهره گرفته است. در این روش مدلی ساده متشکل از ضرایب بهره و بایاس براي همه آشکارسازها و با هدف جبران اصلاح خطا ارائه شده است. مشکل این روش این است که مدل در برابر تغییرات غیر خطی سنجنده پاسخگو نیست. از جمله روشهاي پرکاربرد در اصلاح نوفه نواري پالایش تصویر میباشد. پالایش تصویر ممکن است در حوزه مکان یا در یک حوزه انتقال یافته مانند حوزه فرکانس و یا تجزیه موجک صورت پذیرد.
از پالایه جهتدار پایین گذر در حوزه مکان براي اصلاح نوفه نواري استفاده نموده است . بزرگترین مشکل این روش این است که پالایه پایین گذر موجب از دست رفتن اطلاعات تصویر میشود.براي اصلاح نوفه نواري در تصاویر ماهوارهاي پس از گرفتن تبد یل موجک از تصویر، مولفههاي جهتدار موجک در راستاي نوارشدگیها را حذف نمودهاند. این فرایند نیز اطلاعات مربوط به محتویات اصلی تصویر که در مولفه موجک حذف شده قرار دارند را از بین میبرد.
براي حذف نوفه نواري در تصاویر ماهوارهاي از تبدیل موجک و پالایه انطباقی در حوزه فرکانس بهره گرفته است. در این روش براي رفع نوفه نواري از تبدیل موجک گسسته و پالایه انطباقی در حوزه فرکانس بهره گرفته شده است. در ابتدا، از تصویر تبدیل موجک گسسته گرفته میشود و به چند سطح مقیاس فرکانسی تجزیه میشود. در هر سطح علاوه بر مولفه تقریب تصویر، سه مولفه جهتی - افقی، عمودي و مورب - ساخته میشود. این فرایند نوارهاي موجود در تصویر - علاوه بر سایر محتویات تصویر - را از میان مولفههاي موجک در جهت نوارشدگیها جداسازي میکند. سپس مولفه هاي جهتی موجک مرتبط با نوارهاي موجود توسط یک پالایه انطباقی حوزه فرکانس پالایش می شوند.
این ﻓﺮاﯾﻨد بر این امر تاکید دارد که نوارها در حوزه فرکانس به صورت تغییراتی در مقادیر دامنه مولفههاي با فرکانس صفر - تبدیل فوریه سطر ها و یا ستونهاي منفرد ظاهر میشوند. لذا میتوان پالایش حوزه فرکانس به منظور اصلاح نوارشدگیها در مولفههاي موجک جهتدا ر را با یکسانسازي مقدار DC هر سطر از تبدیل فوریه انجام داد. یکی از راههاي انجام این گونه یکسانسازيها رساندن مقادیر DC به صفر یا هر مقدار ثابت دیگري میباشد.ایراد این روش در این است که روش، در تصاویر کوچک و یا در تصاویر با تباین بالا موجب ایجاد تلفات رادیومتریکیشده و ممکن است لبهها و مرزهاي موجود در تصویر حذف شوند.
در این پژوهش روشی نو براي رفع نوفه نواري پیشنهاد شده که است. در این روش از تبدیل موجک گسسته و پالایش انتخابی در حوزه فرکانس استفاده شده است.در روش ارائه شده در این پژوهش، پالایه انتخابی علاوه بر حذف سطح DC، مولفههاي فرکانسی مربوط به نوفه نواري را نیز در مولفه موجک جهتدار در راستاي نوارشدگی ها حذف میکند که این امر موجب حذف کامل نوفه نواري از تصویر میشود.به طور کلی اهداف این تحقیق حذف نوفه نواري از تصاویر ماهوارهاي و مقایسه این روش با روشهاي پرکاربرد پیشین میباشد.
روش پژوهش
در روش ارائه شده در این پژوهش از تبدیل موجک گسسته براي تجزیه تصاویر به چند سطح مقیاس فرکانسی استفاده شده است . در هر سطح علاوه بر مولفه تقریب تصویر، سه مولفه جهتی - افقی، عمودي و مورب - ساخته میشود. در این فرایند نوارهاي موجود در تصویر - علاوه بر سایر محتویات تصویر - از میان مولفههاي موجک در جهت نوارشدگیها جداسازي شدهاند - براي مثال نوارهاي افقی در مولفههاي جزئی افقی ظاهر میشوند - . سپس مولفههاي موجک جهتدار مرتبط با نوارهاي موجود توسط پالایه انتخابی در حوزه فرکانس پالایش شدهاند.
در ادامه نحوه عملکرد پالایه انتخابی در حوزه فرکانس تشریح شده است. در شکل 1 تجزیه موجک سه سطحی تصویر اخذ شده درباند 3 سنجنده MSS ماهواره لندست 4 نشان داده شده است.از جمله عوامل پیدایش نوفه نواري در تصاویر اخذ شده توسط سنجنده MSS میتوان به عدم تطابق آشکارسازها با یکدیگر اشاره کرد
