بخشی از مقاله
در این مقاله بهمنظور برآورد استتار در برابر سامانههای تصویربرداری چند طیفی و فرا طیفی یک روش پیشنهادی ارائهشده است. در این روش طیف هدف در زمینه یک تصویر رقومی در 3 نوار طیفی قرمز، سبز، آبی، بررسی شده است. با استفاده از مفهوم بردار طیفی و از طریق کد نویسی در نرمافزار محاسباتی مطلب طیف استتار شبیهسازیشده و همیوغ طیف استتار به دست آمد. بدینوسیله تصویر اشیاء متفاوت در زمینههای مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته و پس از یافتن طیف همیوغ، استتارنسبتاً خوبی صورت پذیرفت.
-1 مقدمه
پیشرفت و توسعه روزافزون تصویربرداری و طیف برداری در دهههای اخیر، بخصوص به لحاظ گستره طیفی، موفقیت استتارهای متداول را با چالش روبهرو کرده است. به همین دلیل بررسی چگونگی استتار در برابر این سامانهها امری ضروری است. با توجه به عملکرد سامانههای تصویربرداری فراطیفی که دارای قدرت تفکیک طیفی بالا هستند و طیف هدف را از طیف زمینه متمایز میکنند، شبیهسازی و طراحی استتار در برابر آنها با استفاده از نرمافزارهای تحلیل داده و همچنین ارائه راهکارهای فیزیکی و شیمیایی باید بهگونهای باشد که هدف همطیف زمینه شود.
استتار در برابر سامانههای چندطیفی را میتوان ارائه راهکار و الگویی برای همسانسازی طیف هدف با طیف زمینه تعریف کرد. در این کار با استفاده از مفهوم بردار طیفی همیوغ طیف هدف در زمینه بهدستآمده و استتار بر مبنای آن صورت گرفته است. گرچه به دلیل عدم دسترسی کار برای تصاویر سه طیفی انجامشده، لکن به دلیل منطق مشترک این روش در صورت دسترسی به دادههای فراطیفی میتوان برای آنهم استتار مناسب طراحی نمود.
1؛-1 اساس تصویربرداری طیفی
تمام مواد اساس ساختار فیزیکی ذاتی و ترکیب شیمیایی خود و بسته به طولموج تابش، میتوانند امواج الکترومغناطیس را بازتاب، گسیل، عبور یا جذب کنند. اگر درصد بازتابندگی یا گسیلندگی برای مادهای معین در سرتاسر یک محدوده طیفی رسم شود، منحنی بهدستآمده امضای طیفی برای آن ماده نامیده میشود. چون امضای طیفی برای هر ماده متفاوت و در حقیقت منحصربهفرد هست، تمایز بین یک ماده با ماده دیگر بر اساس اختلاف امضای طیفی مواد امکانپذیر است. این امضای طیفی در نواحی مرئی و فروسرخ نزدیک از بازتابش سطحی مواد به وجود میآیند.
-2 بردار طیفی
نتیجه فرآیند سنجشازدور، معمولاً یک تصویر رقومی است. در این تصویر اطلاعات از اجزایی بنام پیکسل تشکیلشدهاند که با سطوح متفاوتی از روشنایی مقداردهی میشوند. بهعنوانمثال اگر دقت رادیومتریک به ازای هر پیکسل 8 بیت باشد سطوح روشنایی به 256 سطح مجزا برای هر نوار طیفی تقسیم میشوند. بهطوریکه میتوان برای هر پیکسل یک بردار طیفی نسبت داد که بیانگر پاسخ یک نقطه فضایی و یکسان به طولموجهای گوناگون است. شکل 3 شمای کلی یک تصویر سنجشازدور چندطیفی و بردار یک پیکسل در تصویر را نشان میدهد.
تغییر ساختار ترکیب مواد معادل دستکاری بردارهای طیفی - برآیند بردارهای طیفی - خواهد بود که درنهایت همان تغییر طیف بازتابندگی و خواسته موردنظر است.[1] روش پیشنهادی برای یافتن طیف استتار با استفاده از مفهوم بردار طیفی برای هر پیکسل از هدف در یک تصویر رقومی که دارای 3 نوار طیفی قرمز، سبز، آبی در ناحیه مرئی است با استفاده از نرمافزار محاسباتی مطلب، به ترتیب زیر است.
یک تصویر 3 نواری RGB که هر نوار آن طولموج و پهنای طیفی مشخص دارد، آرایهای M×N×3 از پیکسلهای رنگی است. هر پیکسل یک بردار طیفی متناظر با مؤلفههای قرمز، سبز، آبی است.[5] سطوح شدتی پیکسلهای تصویر در هر نوار طیفی بهصورت جدا از هم بررسی میشود بهطوریکه رفتار مقادیر شدت پیکسلها در هر نوار طیفی بهوسیله یک تابع چندجملهای تخمین زده میشود. به این تابعاصطلاحاً تابع انطباق و منحنی بهدستآمده را منحنی انطباق میگویند. هدف از یافتن منحنی انطباق بررسی رفتار زمینه و مشخص کردن پیکسلهای هدف در تصویر است.
چون زمینه نسبت به هدف کسر بیشتری در تصویر دارد، تأثیر زمینه در منحنی انطباق بیشتر است و هدف بهصورت یک ناهنجاری در این منحنی تلقی میشود. تفاضل شدت پیکسل اصلی و منحنی انطباق محاسبه و با استفاده از مفهوم لبه یابی و روش آستانهگذاری، پیکسلهای هدف در هر نوار طیفی به دست میآید. رفتار زمینه روی هدف پیادهسازی میشود و یک تصویر استتار شده حاصل میشود. مقایسه این تصویر با تصویر اصلی طیف همیوغ هر پیکسل را به دست میدهد.
نمودار شکل 5 - الف - شدت نسبی نوار قرمز پیکسلهای تصویر اولیه را نشان میدهد. مشاهده میشود که تغییر شدت پیکسلها در این نوار در بسیاری از نقاط کم است اما در برخی از پیکسلها شدت بهطور ناگهانی تغییر زیادی میکند. این پیکسلها ناهنجاری - هدف - موردنظر هستند. نمودار شکل - 5ب - منحنی انطباق این نوار طیفی را نمایش میدهد که معادله حاکم بر آن از درجه 6 بهصورت رابطه 2 است.
شکل 6 شبکه سهبعدی از تفاوت شدت پیکسلها با منحنی انطباق را نشان میدهد. در بسیاری از پیکسلها این تفاوت شدت کم و حول یک مقدار ثابت است اما در وسط تصویر دارای یک برجستگی قابلملاحظه است که نشان از تفاوت آشکار پیکسلهای آن منطقه از منحنی انطباق را نشان میدهد. شکل 7 یک تصویر دوگانه - سیاهوسفید - از لبههای هدف را مشخص میکند.
شکلهای 8 و 9 نمودارهای به ترتیب دو و سهبعدی از شدت استتار در نوار قرمز است. شکل 5 - ب - تصویر نهایی استتار شده در 3 نوار طیفی قرمز -سبز - آبی است. مشاهده میشود که هدف تا حد قابل قبولی در زمینه محوشده و رفتار زمینه را به خود گرفته است. نمودار شکل 10 طیف - بردار طیفی - استتار، طیف هدف و طیف زمینه را برای پیکسلی که در شکل 4 - الف - و - ب - مشخصشده است را نشان میدهد.
