انواع توان تفکیک تصاویر ماهواره ای

انواع توان تفکیک تصاویر ماهواره ای

توان تفکیک تصاویر ماهواره ای، یکی از مهمترین محدودیت ها و مشکلات سنجش از دور در بخش پردازش تصاویر ماهواره ای، میباشد

قابلیت هر سنجنده توسط قدرت تفکیک تعریف میشود. قدرت تفکیک با توجه به کاربردهای سنجنده ها تعریف میشود.

توان تفکیک تصاویر ماهواره ای یا رزولوشن Resolution  را می توان در گروه های زیر بحث کرد:

توان تفکیک مکانی Spatial Resolution

توان تفکیک طیفی Spectral Resolution

توان تفکیک رادیومتریک Radiometric Resolution

توان تفکیک زمانی Temporal Resolution

تفکیک مکانی یا Pixel Size یا Spatial Resolution

هر سنجنده ای که وظیفه تصویر برداری از سطح زمین را بر عهده دارد، دارای ویژگی های خاص و متناسب به خود می باشد. یکی از این ویژگی ها کیفیت تصاویری است که برداشت می کند. این کیفیت تصاویر در سنجش از دور با عنوان توان تفکیک و یا قدرت تفکیک یا رزلوشن شناخته می شود.

قابلیت و توانایی هر سنجنده در شناسایی جزئیات پدیده های مکانی موجود در سطح زمین بعنوان توان یا قدرت تفکیک مکانی تعریف می شود.

این ویژگی در اندازه یاخته یا پیکسل ها یا سلول های هر تصویر نمود پیدا می کند. به طور کلی اگر تصویری بتواند جزئیات بیشتری از پدیده ها را نشان دهد توان تفکیک مکانی بالاتری را دارد و قاعدتاً حجم تصویر هم بالاتر می رود. این خصوصیت بیانگر یاخته های بسیار کوچک خواهد بود.

کاهش اندازه پیکسل های یک تصویر ماهواره ای با تراکم یاخته های هر تصویر رابطه عکس دارد. هرچقدر اندازه یاخته ها کمتر شود، تراکم یاخته ها در تصویر افزایش می یابد.

مثلاً اندازه یاخته های هر تصویر لندست ۱۵*۱۵ متر است، اما یک تصویر ماهواره ای Geoeye دارای یاخته هایی با اندازه های ۵۰*۵۰ سانتی متر است. یا مثلاً تصاویر ماهواره World View4 دارای توان تفکیک ۳۰*۳۰سانتی متر است.

بنابراین اگر دو تصویر ماهواره لندست یا ژئوآی از یک منطقه داشته باشیم ، به دلیل توان های تفکیک مکانی متفاوت می تواند در نمایش جزئیات تفاوتهای قابل توجهی هم داشته باشند.

نکته: برای شناسایی عوارض سطح زمین بر اساس تصاویر ماهواره ای در سنجش از دور باید دقت شود که اندازه یاخته های هر تصویر حداقل کمتر از نصف اندازه یاخته تصویر ماهواره ای باشد.

توان تفکیک طیفی یا Spectral Resolution در بخش توان تفکیک تصاویر ماهواره ای در سنجش از دور

در سنجش از دور تصویر برداری از پدیده های سطح زمین در محدوده های مختلف طیف الکترومغناطیس انجام می پذیرد.

در این رابطه باید به دو موضوع توجه شود:

تعداد باندهای هر تصویر ماهواره ای

پهنای هر باند تصویر ماهواره ای

این دو ویژگی در رابطه با باندهای تصاویر ماهواره ای یک خصوصیت ویژه دارند.

هر چه تعداد باندهای یک تصویر ماهواره ای بیشتر باشد، نتیجه این می شود که پهنای هر باند در طیف الکترومغنایس کاهش می یابد. یعنی باید گفت که این دو ویژگی رابطه عکس دارند.

مثلاً تصاویر ماهواره هایپریون Hyperion دارای ۲۲۰ باند است، (یعنی تعداد باندهای بسیار زیاد) اما پهنای هر باند بسیار کم است، حدود ۱۰ نانومتر برای هر باند. که از محدوده ۰٫۴ میکرومتر تا حدود ۲٫۵ میکرومتر متغیر است. توان تفکیک مکانی این تصاویر هم ۳۰ متر است.

یا مثلاً برعکس تصاویر ماهواره لندست ۸ در ۱۱ باند ثبت می شود که در طول موج های ۰٫۴ تا حدود ۱٫۴ است.

توان تفکیک رادیومتریک یا Radiometric Resolution

تعداد بیت های اختصاص داده شده در دیتاها تعریف می شود. یعنی تا چه حد یک تصویر می تواند انرژی های الکترومغناطیس را شناسایی کند. هر چقدر یک تصویر از توان تفکیک رادیومتریک بالاتری برخوردار باشد، از توان شناسایی انرژی های بالاتر و بیشتری را برخودار است و حساسیت وجزئیات بیشتری را برداشت می کند. اما هرچقدر یک تصویر از توان تفکیک رادیومتریک کمتری برخوردار باشد، از توان شناسایی انرژی های پایین تر و کمتری را برخودار است و کلیات را برداشت می کند.

مثلاً اگر توان تفکیک رادیومتریک یک تصویر ماهواره ای ۸ بیت بیان شده باشد، بدین معنی است که می تواند انرژی الکترومغناطیس را در یک بازه 255-0 توزیع کند.  مثل لندست MSS

اما اگر یک تصویر ۱۶ بیت باشد، می تواند انرژی رسیده به سنجنده را در یک بازه بین ۰-۶۵۵۳۵ تقسیم بندی کند. مثل لندست ۸، در واقع این سنجنده نسبت به سنجنده قبلی می تواند انرژی های بیشتری را با جزئیات بیشتری شناسایی کند.

در قدرت تفکیک رادیومتریک هرچقدر مقدار bit بالاتر باشد، انرژی و جزئیات بیشتری را برداشت میکند. هرچقدر مقدار bit کمتر باشد کلیات را برداشت می کند.

توان تفکیک زمانی یا Temporal Resolution

منظور از قدرت تفکیک زمانی در تصاویر ماهواره ای، دوره بازگشت برای ثبت تصویر جدید ماهواره ای از یک منطقه مشخص است. این مسئله ناشی از تفاوت مدارهای عبور کننده ماهواره هاست.

قدرت تفکیک زمانی ماهواره بستگی به مدار(Orbit) آن دارد.

در این زمینه می توان ماهواره ها را از نظر مداراتشان به چند دسته تقسیم بندی نمود.

ماهواره های قطبی Polar Orbit

این نوع ماهواره ها در فاصله 1000-700 کیلومتری از سطح زمین قرار میگیرند.

دارای حرکت صعودی نزولی هستند.از قطب شمال به جنوب(desending) و از قطب جنوب به شمال(acending).

معمولا در این ماهواره ها (به استثنای ماهواره Modis) توان تفکیک مکانی پایین است.

بیشترین کاربرد آنها در مطالعه سطح زمین است(پوشش گیاهی، دریا، شهر و …)

ماهواره های زمین آهنگ GeoStationary

این ماهواره ها همزمان با سرعت چرخش زمین می چرخند و از دید ناظر ثابت است. برای عکسبرداری باید چندین ماهواره فعالیت کنند. مدار خورشیدآهنگ یک نوع مدار قطبی به مرکزیت زمین (یا سیارات دیگر) است که همواره نسبت به زمین (سیاره میزبان) در یک ساعت خاص قرار دارد. به عبارت دیگر، نقاط زیر ماهواره در نیمی از مدار در هر لحظه در یک ساعت مشخص از شبانه روز هستند (مثلاً ساعت ۱۰:۰۰) و در نیمه دیگر، یا ۱۲ ساعت اختلاف، همچنان در یک ساعت مشخص دیگر از شبانه روز قرار دارند (مثلاً ساعت ۲۲:۰۰). این مدار برای ماهواره‌هایی استفاده می‌شود که برای انجام مأموریتشان نیازمند یک وضعیت نوردهی مشخص هستند یا مطابق ماموریتشان باید از بالای قطب‌های زمین گذر نمایند. این مدار معمولاً برای ماهواره‌های مشاهدات زمینی و نقشه‌برداری و سنجش از دور کاربرد دارد و می‌توان ماهواره‌های Envisat، ERS-1 و ERS-2 را مثال زد.

مدار خورشیدآهنگ، یک مدار قطبی معمولاً کم‌ارتفاع با زاویه میل ۹۵ تا ۹۸ درجه و دوره تناوب ۹۶ تا ۱۰۰ دقیقه‌است که می‌تواند دایروی یا بیضوی باشد. اگر مدار به صورت بیضوی باشد، معمولاً نقطه حضیض مداری آن برای گذر در زمان مشخص، تنظیم می‌شود.

Heliosynchronous orbit

ویژگی مهمی که در مدار خورشیدآهنگ پدید می‌آید، این است که زاویه تابش نور خورشید با صفحه مداری، همیشه ثابت می‌ماند.

قدرت تفکیک زمانی در این نوع ماهواره ها بالا میباشد. (چند دقیقه یکبار عملیات تصویر برداری را انجام میدهد).

بیشترین کاربرد آنها در آب و هواشناسی است.