بخشی از مقاله
چکیده
یکی از پیش پردازشهاي مهم بر روي تصاویر ماهواره اي، شناسایی و حذف قسمتهایی است که به دلیل وجود ابر، بازتابش سطح زمین به سنجنده نرسیده است. در چنین مواقعی، ممکن است قسمتی از تصویر حذف شود و ی ا با کمک پیکسلهاي مجاور تخمین زده شود. در این تحقیق روشی براي شناسایی و تخمین قسمتهایی از تصویر که داراي پوشش ابر هستند معرفی و پیادهسازي شده است.
براي این کار در مرحله اول، با استفاده از روش ACCAپیکسلهاي ابر شناسایی شده و در مرحله دوم با توجه به هندسه تابش خورشید و ارتفاع ابر، محل قرارگیري سایه ابر تخمین زده میشود . سپس در مرحله نهایی به سه روش مختلف Inpaintingپیکسلهاي شناسایی شده در مراحل قبل تخمین زده میشوند . نتایج کار نشان میدهد که شناسایی ابرها بهخوبی صورت گرفته است، اما به دلیل وجود خطا در تخمین محل سایه ابر، دو روش از سه روش مورداستفاده در مرحله سوم نتایج خوبی حاصل نکردهاند.
۱- مقدمه
قابلیت استفاده از یک تصویر سنجش از دور، بستگی مستقیمی به میزان پوشش ابر در منطقه به هنگام تصویربرداري دارد؛ بطوریکه در بسیاري از مطالعات بالاجبار به سراغ تصویر دوره هایی از سال میروند که پوشش ابر در آن زمان اندك باشد - - Melgani 2006؛ اما با توجه به آنکه برخ ی مناطق در بیشتر روزهاي سال از وجود پوشش ابر رنج می برند ، و یا به دلیل نیاز مطالعاتی به مشاهدات در زمانهایی خاص، استفاده از این تصاویر علیرغم وجود پوشش ابر، امري اجتناب ناپذیر است - . - Long 1999
در چنین مواردي، نوع نگرش به شیوه عمل به دو دسته کلی تقسیم می شود که در نگرش اول، مناطق داراي پوشش ابر، نشانهگذاري شده و مراحل بعدي مطالعات با در نظر داشتن این موضوع ادامه پیدا میکند - . - Li 2003 انجام این کار، هرچند باعث میشود که به هنگام دستیابی به نتیجه نهایی، ارائه پاسخی براي آن بخش از تصویر امکانپذیر نباشد، اما میزان خطاي نهایی را بطور چشمگیري کاهش میدهد. بطور مثال در مطالعهاي بر روي مناطق برفی، انجام این کار توانسته است میزان خطا را از %46 تا %12 کاهش دهد - . - Wang 2008
در نگرش دوم، پس از شناسایی مناطق داراي پوشش ابر، بازتابش سطح زمین در آن قسمتها بطور تقریبی تخمین زده میشود و مقدار تخمینزده شده بجاي مقادیر بازتابش ابر وارد سایر فرآیندهاي مورد نیاز میشود - Peng . - 2005 براي انجام این کار روشهاي مختلفی پیشنهاد شده است که میتوان آنها را به دو دسته کلی تقسیم کرد. در روشهاي دسته اول براي بازیابی مقدار یک پیکسل خاص، از یک مجموعه تصویر از منطقه مورد نظر استفاده شده و در میان آنها ، مقدار پیکسل در تصویري با کمترین میزان پوشش ابر انتخاب میشود - Leiw - - Melgani 2006 . - 2004 در روشهاي دسته دوم، مقدار پیکسل تنها با توجه به مقادیر اطراف آن در همان تصویر تخمین زده میشود و نیازي به استفاده از دیگر تصاویر وجود ندارد - . - Maalouf 2009
مهمترین مزیت روشهاي دسته دوم، بی نیاز بودن آنها از اطلاعات اضافی و انجام عملیات تنها بر روي یک تصویر خاص است؛ اما دقت این روشها و مناسب بودن مقدار تخمین زده شده، بستگی زیادي به اندازه ابرها و سایه آنها دارد. در این تحقیق، یک روشکاملاً اتوماتیک براي شناسایی و بازیابی مناطق داراي پوشش ابر در تصاویر سنجشازدوري ارائه شده است. روشهاي ارائه شده توسط - Wang - 2008 بر روي تصویر سنجنده Landsat8در کوههاي البرز پیادهسازي شده و نتایج مورد نظر بدست آمده است. براي این کار ابتدا مناطق داراي پوشش ابر به روش - 2000 - Irish شناسایی شده و سپس قسمتهایی که سایه ابر بر روي آن قرار گرفته به روش Huang - 2010 - شناسایی می شود . درنهایت با استفاده از روش بازیابی پیشنهادي - 2009 - Maalouf میزان بازتابش سطح تخمین زده میشود.
در ادامه مقاله، در فصل دوم، روش انجام کار توضیح داده می شود. در این فصل ابتدا روشهاي شناسایی پوشش ابر روي تصاویر معرفی شده و سپس روش مورداستفاده به تفصیل بیان خواهد شد. پسازآن شیوه شناسایی مناطقی که سایه ابرها بر روي آن قرار گرفته است توضیح داده میشود و درنهایت شیوه تخمین مقادیر ازدسترفته با توجه به مقدار پیکسلهاي اطراف آن بیان میشود . در فصل سوم نتایج بدست آمده از انجام روش مورد نظر به نمایش درخواهد آمد و درنهایت در فصل چهارم نتیجهگیري از این کار ارائه خواهد شد.
-2روش انجام کار
شناسایی و بازیابی مناطق داراي پوشش ابر، در سه مرحله اصلی صورت می گیرد که در مرحله اول، پیکسل هاي ابر و در مرحله دوم پیکسلهاي سایه شناسایی میشوند . پس از شناسایی این پیکسل ها و ایجاد یک ماسک بر روي آنها، در مرحله سوم مقادیر احتمالی آنها با استفاده از پیکسلهاي اطراف تخمین زده میشود. بطور کلی شناسایی پیکسل هاي ابر در تحقیقات مختلف به دو روش عمده صورت میگیرد. در روش اول - روش طبقهبندي مبنا - طبقهبندي بر روي تصویر خام صورت گر فته و در نتایج حاصل شده، کلاس ابر شناسایی میشود . - Amatu 2008 - با توجه به شباهت کلاس ابر با کلاس برف و یخ، دقت روشهاي طبقهبندي نظارت نشده چندان مناسب نیست و به دلیل نیاز به داده آموزشی، انجام اتوماتیک روشهاي نظارت شده امکان پذیر نخواهد بود - . - Maalouf 2009
بنابراین براي شناسایی اتوماتیک پوشش ابر باید به سراغ روش دوم - روش قاعده مبنا - رفت. در این روشها با توجه به رفتار طیفی ابر، و تفاوت آن با سایر کلاسها ، قواعدي براي تشخیص و تمایز ابر از سایر کلاسها ارائه میشودمثلاً. بازتابش بالاي ابر در ناحیه مرئی میتواند یکی از قواعد مورد نظر باشد. این قواعد براي سنجنده هاي بسیاري از قبیل - Stowe 1999 - AVHRR1 ، - Ackerman 1998 - MODIS2 ، Hutchison - VIRIS3 - 2005و - Irish 2000 - Landsatارائه شدهاند.
در مرحله دوم، براي شناسایی سایه ابر نیز میتوان بر اساس رفتار طیفی آن پیکسلها روشی ارائه نمود، چرا که مقدار بازتابش در این پیکسل ها براي تمام باندهاي غیرحرارتی اندك است - Choi 2004 - ؛ اما به دلیل آنکه ممکن است مواد موجود در سطح زمین نیز چنین رفتاري داشته باشند، توجه به محل جایگیري ابر، و استفاده از آن براي شناسایی محل قرار گیري سایه، نتایج بهتري ارائه می کند . - Huang 2010 - بطور مثال با توجه به جذب بالاي نور در بیشتر طول موجها توسط آب، مقدار بازتابش عوارضی مانند رودخانهها، دریاجه ها و تالابهامعمولاً، نزدیک به صفر است . - Jerlov 1957 -
درنهایت در مرحله سوم براي تخمین مقادیر احتمالی با استفاده از پیکسلهاي اطراف، روشهاي مختلفی پیشنهاد شده است. این روشها با استفاده از میزان بازتابش، شکل عوارض، بافت تصویر و ویژگیهایی از این قبیل به تخمین مقدار مورد نظر میپردازند. براي این کار - Bertalmio 2006 - روشی براي پرکردن سریع مناطق، با توجه به بافت و ساختار همسایگی آن ارائه کرده است. - Tschumperle 2005 - روابطی بر اساس معادلات دیفرانسیل جزئی ارائه کرده و - Wang 2006 - نیز روشی براي بازیابی مقادیر تصویربر اساس میزان پراکندگی بافت آن پیشنهاد کرده است . روشهاي دیگري نیز بر اساس نحوه قرارگیري لبهها ، تخمین اندازه عوارض، و یا پردازش موجی تصاویر ارائه شده است که برخی از آنهامیتوانند بر روي تصاویر سنجشازدوري نتایج قابل قبولی حاصل کنند.
-1-2 شناسایی پیکسلهاي ابر
یکی از بهترین و کاربرديترین روشهاي شناسایی ابر بر روي تصاویر سنجش از دور روش ACCA4 است - Irish - 2000؛ که بر روي تصاویر لندست عمل کرده و نتایجی با دقت بالا ارائه میکند . این روش همواره بر روي این تصاویر اعمال شده و درصد پوشش ابر که به عنوان یکی از پارامترهاي جانبی هر تصویر ارائه میشود، حاصل از آن است. براي پیاده سازي این روش ابتدا باید مقادیر همه باندهاي سنجنده لندست، بجز باند - 6 باند حرارتی - به بازتابش بالاي اتمسفر5 تبدیل شده و مقدار باند 6 به دما در سطح سنجنده6 تبدیل گردد.
