بخشی از مقاله
نگاهی فراتر به ماهواره سنجش از دور QuickBird و محصولات آن
چکیده:
امروزه ماهواره های سنجش از دور متعددی با قدرت تفکیک و محصولات متفاوت ، تصاویر ماهواره ای را برای کاربرد های مختلف ارائه می دهند. ماهواره سنجش از دور QuickBird با بیشترین قدرت تفکیک در بین سایر ماهواره ها، بسیار حائز اهمیت می باشد. تصاویر این ماهواره در ۳ سطح تصاویر پایه ، تصاویر استاندارد و تصاویر قائم تصحیح شده با ویژگی ها و کاربرد های متفاوتی عرضه می شوند. به همراه این محصولات، داده های پشتیبانی کننده تصاویر که شامل اطلاعات مختلف مورد نیاز برای استفاده از تصاویر هستند، در قالب چندین قایل دسته بندی شده ارائه می شوند. مسلما آگاهی از مشخصات فنی و جزئیات تصاویر و محصولاتی که توسط ماهواره های سنجش از دور مختلف ارائه می گردند، در انتخاب تصاویر جهت دستیابی به اهداف مورد نظرمان و کاهش هزینه های اضافی مؤثر خواهد بود. همچنین آشنایی با نحوه سفارش محصولات که یا به طور مستقیم از روی آرشیو تصاویر ماهواره و یا با تعریف مأموریت برای ماهواره جهت عکسبرداری جدید از منطقه مورد نظر، انجام می گیرد و چگونگی ارسال مشخصات این سفارشات، موارد حائز اهمیتی می باشند. در این مقاله پس از معرفی ماهواره سنجش از دور QuickBird و محصولات آن، مشخصات فنی هریک از این محصولات از نظر نوع تصحیحات به عمل آمده، دقت تصاویر، ساختار هندسی و... بررسی می گردند. سپس داده های پشتیبانی کننده تصاویر و کاربرد های آنها معرفی می شوند. در نهایت نحوه سفارش محصولات و تصاویر ارائه شده توسط این ماهواره و جزئیات نحوه ارسال آنها بیان می شود.
واژگان کلیدی : QuickBird ، قدرت تفکیک ،Pan - sharpened ، Multi - spectral ، Panchromatic، تصحیح رادیومتریکی ، تصحیح سنجنده ، تصحیح هندسی
مقدمه :
شرکت DigitalGlobe برای تولید تصاویر ماهواره ای پانکروماتیک ۶ با قدرت تفکیک ۶۱ سانتیمتر و تصاویر چند طیفی با قدرت تفکیک ۲٫۵ متری، ماهواره QuickBird را به وسیله موشک دلتا ۲ در تاریخ ۱۸ اکتبر سال ۲۰۰۱ از ایستگاه Vandenberg كاليفورنيا در مدار ۴۵۰ کیلومتری زمین قرار داد. از ویژگی های منحصر به فرد این ماهواره قدرت تفکیک بالای ۶۱ سانتیمتری، پهن ترین نوار تصویر برداری و بزرگترین منبع ذخیره سازی On - board در بین سایر ماهواره های سنجش از دور تجاری است. چالاکی و توانایی سیستم تصویر برداری ماهواره برای نشانه روی سریع به سمت منطقه مورد نظر مشتری، یک وجه تمایز اصلی این ماهواره با سایر ماهواره هاست. علاوه بر این، توان عملیاتی و ظرفیت بالای سیستم نوری، امکان تهیه تصاویر در شدت نور بسیار پایین و بدون از بین رفتن کیفیت را فراهم می کند. این مزایا بازه هدف گیری مناسب را توسعه داده و از این رو در آمد و منفعت تولید سیستم را افزایش می دهد. معماری افزونه ماهواره، امکان ادامه عملیات آن را علاوه بر عمر طراحی شده، تضمین می کند. همچنین این ماهواره تمام سطح کره زمین را تحت پوشش خود دارد. در جدول زیر(جدول شماره ۱) مشخصات فنی ماهواره را در یک نگاه مشاهده می کنید.
مخفف Europe Eur ) EurImage است) یک توزیع کننده انحصاری محصولات جهانی QuickBird برای مشتری های آن در اروپا و مدیترانه می باشد که به عنوان کارفرما و سهام دار شرکت Digitalglobe انتصاب شده است.
۲. سطح محصولات
محصولات رنگی پانکروماتیک، چند طیفی و واضح شده DigitalGlobe ، طبقه بندی ممتاز و قابل تجزیه و تحلیلی را ایجاد می کنند که روی باند های طیفی مجزا و اطلاعات ۲ بیتی پایه گذاری شده است. به عنوان نمونه مشتریان از نمایش مصور ۴ بانده، برای طبقه بندی تصاویر و آنالیز آنها استفاده می کنند در صورتی که تصاویر پانکروماتیک و واضح شده برای آنالیزهای دیداری و GIS و کاربردهای نقشه کشی استفاده می شوند و از فرمت استاندارد GeoTIFF پشتیبانی می کنند.
محصولات تصویری در ۳ سطح عرضه می گردند
تصاویر پایه
تصاویر استاندارد
تصاویر قائم تصحیح شده
تصاویر پانکروماتیک در فرمت ۲ بیتی (gray levels 2048) جمع آوری می شوند و به صورت فرمت ۱۶ بیتی برای مفسران ارشد ارسال می گردند (جزئیات سایه و غیره)، یا در فرمت ۸ بیتی (gray levels 256) که توسط GIS و استفاده های نقشه ای پشتیبانی می گردند. تصاویر ۴ بانده چند طیفی شامل باند های آبی ، سبز ، قرمز و مادون قرمز نزدیک، در فرمت های ۱۶ بیتی و ۸ بیتی تحویل داده می شوند. همچنین تصاویر واضح شده (pan و pansharpened ) ، در وضوح تصویرهای ۶۰ یا ۷۰ سانتیمتر در دسترس هستند.
۱ . ۲. محصولات تصویر پایه ای
تصاویر اصلی و پایه، کوچکترین عضو محصولات تصویری ماهواره QuickBird هستند و برای مشتری هایی طراحی گردیده اند که دارای امکانات پیشرفته پردازش تصاویر می باشند. تصاویر اولیه و پایه، با در برداشتن نحوه تهیه ، زمان نجومی و اطلاعات مدل دوربین ، برای پردازش های پیشرفته فتوگرامتری مناسب می باشند.
۱ . ۱ . ۲ . پردازش
در تصاویر پایه ای تصحیح رادیومتریکی و تصحیح سنجنده اعمال شده اما تصحیح هندسی و تصویر کردن بر روی سیستم تصویر کارتوگرافی و بیضوی انجام نگرفته است. وضوح تصاویر بین ۶۱ سانتیمتر (به طرف نادیر) تا ۷۲ سانتیمتر (۲۵ درجه خارج از زاویه دید نادیر) برای محصولات پانکروماتیک، ۲٫۴۴ متر (به طرف نادیر) تا ۲۸۸ متر (۲۵ درجه خارج از زاویه دید نادیر) برای تصاویر چند طیفی تغییر می کند. نکته اینکه تغییرات وضوح تصویر از یک طرف تا طرف دیگر منطقه به زاویه دید تصویر وابسته است. تصاویر واضح شده در قالب محصولات پایه ای ارائه نمی گردند.
تصحیحات رادیو متریکی ای که برای این محصولات پذیرفته شده اند شامل : واکنش نزدیک پرتوسنجی در قبال آشکار سازها (نوار نوار شدن) ، اجرا کردن بدون پاسخ ردیاب(خطوط جا افتاده) و یک تبدیل برای رادیو متری مطلق می باشند. تصحیحات سنجنده برای ردیاب های ژئومتری داخلی ، اعوجاج نوری و اعوجاج اسكن محاسبه می گردد. تصحیح سنجنده برای میزان جابه جایی و اختلاف خطوط و ثبت نادرست باندهای چند طیفی محاسبه می شود اما برای ثبت نادرست تصاویر پانکروماتیک و خود باندهای چند طیفی محاسبه نمی گردد.
هر چشم اندازی مرحله در یک تصویر پایه سفارش داده شده، به صورت شخصی برای سفارش دهنده تهیه می شود؛ بنابراین تصاویری که در چند چشم انداز و مرحله قرار می گیرند ، در مکان خود قرار ندارند و یا طیف های موزایک شده نیستند.
۲ . ۱۰۲. صحت و درستی
تصاویر پایه ای در اصل از نظر هندسی خام هستند. اگرچه وقتی که اطلاعات، با تصاویر داده ای پشتیبانی شده و اصلاح شده پردازش می شوند ، یک صحت افقی در موقعیت زمینی تا ۲۳ متر (%CE90) بدون هرگونه جابه جایی توپوگرافیک (ناشی از اختلاف ارتفاع )، ممکن است ایجاد شود. فرایند تهیه تصاویر پایه ای ممکن است به وسیله بسته های نرم افزاری تجاری پشتیبانی شده انجام گیرد به نحوی که داده های پشتیبان تصویر Image Support Data ) IDS ) که همراه تصویر هستند نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
۳ . ۱۰۲ . ساختار فیزیکی
محصولات اصلی و پایه ای در یک یا چند چشم انداز کامل تهیه می گردند. هر چشم انداز (مرحله از تصاویر هوایی پانکروماتیک، بعد از پردازش ۲۷۴۲۴ سطر و ۲۷۵۵۲ ستون می باشد حال آنکه تصاویر پایه ای چند طیفی ۶۸۵۶ سطر و ۶۸۸ ستون است. بنابراین این قطعه تصویر پایه ای حداقل سطحی برابر ۲۷۲ کیلومتر مربع (۱۶٫۵ * ۱۶٫۵) را روی نادیر در بر می گیرد.
یک چند ضلعی سفارش داده شده که کلا در یک چشم انداز واحد قرار می گیرد، در یک برداشت کامل از تصویر پایه ای بدست آمده و تحویل داده می شود. (شکل شماره ۱)
یک چند ضلعی سفارش داده شده که در چندین چشم انداز قرار می گیرد، با ارسال کامل هر یک از چشم انداز ها که از وسط از یکدیگر جدا هستند ، تحویل داده می شود.
محصولات استاندارد برای کاربرانی که نیاز به دقت مطلق نسبتا کم ویا پوشش سطحی کمی دارند مناسب است. این کاربران معمولا دارای ابزارهای پردازش تصویر و اطلاعات کافی به منظور کار و بهره برداری از تصویر برای کاربردهای گوناگون می باشند.
۱۰۲۰۲. پردازش محصولات استاندارد از لحاظ رادیومتری ، سنجنده و ژئومتری اصلاح شده و روی سیستم تصویر های کارتوگرافی تصویر شده اند. محصولات استاندارد به صورت تصاویر پانکروماتیک با قدرت تفکیک ۶۰ یا ۷۰ سانتیمتر ، چند طیفی با قدرت تفکیک ۲٫۴ یا ۲٫۸ متر و یا واضح شده ( pan - sharpend ) (۳ یا ۴ بانده با رنگ طبیعی یا مادون قرمز کاذب با قدرت تفکیک ۶۰ یا ۷۰ سانتیمتر در دسترس هستند. تصحیحات رادیومتریکی شامل موارد زیر به این محصول اعمال می شود : واکنش نزدیک پرتوسنجی در قبال آشکار سازها (نوار نوار شدن) ، اجرا کردن بدون پاسخ ردیاب (خطوط جا افتاده) و یک تبدیل برای رادیو متری مطلق. محاسبه تصحیحات سنجنده برای هندسه داخلی آشکار ساز، اعوجاج نوری اعوجاج اسکن، نرخ اختلافات خطی و باند های چند طیفی ثبت نشده انجام می شود.
تصحیحات ژئومتریک، موقعیت مدار ماهواره ، عدم قطعیت وضعیت ، چرخش و انحنای زمین و اعوجاج عکس را بر طرف می کند. همچنین یک DEM سخت و شدید ، برای نرمال کردن نقشه توپوگرافی نسبت به بیضوی مرجع به کار می رود. درجه نرمال سازی نسبتا کوچک است در نتیجه تا زمانی که این محصول نیاز به تصحیحات زمینی دارد به عنوان یک تصویر قائم اصلاح شده مطرح نیست.| در تصاویر استاندارد، یک محصول استاندارد آماده قائم ( ortho - ready ) نیز در دسترس می باشد که بدون نیاز به استفاده از DEM شدید، اجازه همسو سازی قائم با دقت و صحت قابل مقایسه با عکسهای اصلی و پایه (پس از پردازش) را می دهد. اگر پلیگون سفارش داده شده بیش از یک نوار را در بر بگیرد، هر نوار باید به صورت مجزا پردازش گردد.
از آنجایی که محصول استاندارد موزاییک نشده است یک فایل تصویر برای هر تکه از تقسیمات چند ضلعی ارسال خواهد شد.
۲۰۲۰۲. صحت
تمام محصولات استاندارد ممکن است بتوانند به یک دقت مطلق نقاط زمینی تا ۲۳ متر ( %CE90) دست یابند. به استثنای هر تغییر مکان توپوگرافی(جابه جایی ارتفاعی). مکان زمینی از وضعیت تصحیح شده ماهواره و اطلاعات تقویم نجومی، بدون نیاز به استفاده از نقاط کنترلی زمین (GCP ها ) بدست می آید.
۳ . ۲ . ۲ . ساختار فیزیکی
محصولات استاندارد، تصاویر هوایی مبتنی بر سطح هستند و ممکن است با مجذور کیلومتر در نظر گرفته شوند. کمترین سطح در نظر گرفته شده ، ۲۵ کیلومتر مربع برای داده های بایگانی شده و ۶۴ کیلومتر مربع برای داده های جدید می باشد ( ۱۰۰ کیلومتر مربع برای Rush Tasking). مقدار ماکزیمم ۱۰۰۰۰ کیلومتر مربع است (۲۵۰۰ کیلومتر مربع برای Rush (Tasking
محصولات استاندارد به عنوان یک فایل تصویری برای هر نوار از چند ضلعی سفارشی که از وسط جدا می باشد، ارسال می شود. اگر چند ضلعی سفارشی بیش از یک نوار را قطع کند ، تصویر هر تکه به صورت فایل های جداگانه ای ارسال خواهد شد و برای تشکیل یک تصویر واحد به یکدیگر موزاییک نشده و به صورت رادیو متری و پرتو سنجی بالانس نخواهند شد. (شکل شماره ۲)
۴۰۲۰۲. سیستم های تهیه نقشه و سطوح مبنا - سیستم های تصویر ژئوگرافیک ( Lat
/ Long ) " سیستم مختصات مسطح ۱۹
سفارشات Eurimage باید در طول و عرض جغرافیایی با دقتی تا ۲ رقم اعشار و در بیضوی 84 WGS باشند
. ۳ . ۲. محصولات تصاویر قائم تصحیح شده
تصاویر قائم تصحیح شده ، جابه جایی ناشی از اختلاف ارتفاع را از بین برده و در نتیجه دقت مکانی بالاتری را مهیا می کنند.
این محصولات قابل تبدیل به نقشه های GIS و استفاده در سیستم های اطلاعات مکانی می باشند و به شکل مطلوبی به عنوان یک نقشه عکسی برای به وجود آوردن و به هنگام سازی نقشه یا به عنوان بانک های اطلاعاتی GIS و یا برای ثبت لایه های ترکیبی موجود مناسب هستند.
این محصولات همچنین می توانند به عنوان تشخیص دهنده و آشکار کننده تغییرات و سایر کارهای تجزیه و تحلیل که نیاز به یک درجه بالای دقت مطلق دارد ، به کار روند. تصاویر قائم نیاز به یک مدل رقومی ارتفاعی (Digital Elevation ) (DEM Model) و نقاط کنترل زمینی (GCP - Ground Control Points) دارند . عموما ممکن است لازم باشد که این موارد توسط مشتری فراهم شوند.
۱ . ۳ . ۲ . پردازش
تصاویر قائم از لحاظ رادیومتری و سنجنده، اصلاح شده و تصحیح قائم روی آنها اعمال گردیده است و روی سیستم های تصویر کارتوگرافی و سطوح مبنا تصویر شده اند.
محصولات قائم به صورت تصاویر چند طیفی با قدرت تفکیک ۲٫۴ یا ۲٫۸ متر و یا پانکروماتیک یا واضح شده -pan) (sharpend با قدرت تفکیک ۶۰ یا ۷۰ سانتیمتر در دسترس هستند. دقت و صحت نهایی به تعداد و کیفیت داده های فرعی تهیه شده بستگی دارد ( GCP , DEM ها).
۴. داده های پشتیبانی کننده تصاویر تمام تصاویر ارائه شده از کوییک برد با یک مجموعه از فایل های چند داده ای که Image support data
) ISD) نامیده می شوند به همراه تمام داده های فرعی که پیش بینی می شود برای یک مشتری مفید خواهند بود، ارسال می گردند. تعداد و نوع فایل های ارسالی بر حسب نوع محصول متغییر است. این فایل ها عبارت اند از:
- فایل وضعیت : شامل زمان اولین داده ارسالی ، تعداد نقاط ، وقفه بین نقاط و اطلاعات وضعیت می باشد. (فقط در محصول اصلی ارائه می شود.)
- فایل تقویم نجومی : شامل زمان اولین داده ارسالی ، تعداد نقاط و وقفه بین اطلاعات نقاط و اطلاعات تقویم نجومی می باشد. (فقط در محصول اصلی ارائه می شود.)
- فایل کالیبره کردن هندسی : محتوی پارامتر های استاندارد فتوگرامتری از یک دوربین مجازی می باشد که دوربین و سیستم نوری متشابه کوییک برد برای محصولات اصلی را شبیه سازی با مدل سازی می کند.
- فایل مجوز : متن لایسنس انتخاب شده
- فایل چند داده ای تصویر : خاصیت های کلیدی در مورد محصول تصویری را که شامل سطح محصول ، مختصات کنج و اطلاعات نقشه و زمان تهیه می باشد را توضیح می دهد.
- فایل Readme : اطلاعات کپی رایت و نام فایل های ISD را فراهم می کند.
- فایل Rpc : محتوی اطلاعات Rpc است که می تواند برای اصلاح تصویر به کار رود. این یک نگاشت ریاضی از مختصات فضای شئ به مختصات فضای تصویر می باشد.
- فایل Tile map (نقشه چیدن) : به مشتری در تعیین نحوه چیدمان برای نگاه کردن به یک قسمت به خصوص از چند ضلعی سفارش داده شده کمک می کند. این فایل برای سطوح چند ضلعی بزرگ بسیار مفید می باشد. این فایل ارتباط مکانی چیدمان ها را در محصولات استاندارد مشخص می کند. نقشه چیدمان به مشتریان اجازه خواهد داد تا اطلاعات فراهم شده در فایل چند داده ای تصویر را به محصول موزاییک شده ارتباط دهند.
