Remote Sensing 1

วันพุธที่ 26 พฤศจิกายน พ.ศ. 2557

การผสมสีภาพ (Image Color Composite)

ภาพสีผสมแบ่งได้ 3 ชนิด

ภาพสีผสมแบบสีธรรมชาติ

(Natural Color Composite) NCC

ได้แก่ 3-2-1: R-G-B

ตัวอย่างภาพสีผสมแบบสีธรรมชาติ (Natural Color Composite)

BAND 3-2-1

ภาพสีผสมแบบสีจริง

(True Color Composite) TCC

เช่น 3-4-1 , 3-4-6 , 7-4-3

ตัวอย่าง ภาพสีผสมจริง (True Color Composite)

BAND 3-4-1

ภาพสีผสมเท็จ

(False Color Composite) FCC

เช่น 4-5-3 , 4-1-7 , 5-3-2

ตัวอย่างภาพสีผสมเท็จ (False Color Composite)

BAND 4-2-1

ภาพสีผสมจำนวน 6 แบนด์ ได้แก่ 1,2,3,4,5 และ 7( 120 ภาพ )

ดาวเทียม Landsat 5 ระบบ TM

เอกสารอ้างอิง

เอกสารประกอบการศึกษา รายวิชา 876211 การสำรวจจากระยะไกล 1 (Remote Sensing 1) โดย อาจารย์นฤมล อินทรวิเชียร

ลักษณะการโคจรของดาวเทียม

1. การโคจรในแนวระนาบกับเส้นศูนย์สูตร (Geostationary or Earth synchronous)

การโคจรในแนวระนาบโคจรในแนวระนาบกับเส้นศูนย์สูตร สอดคล้องและมีความเร็วในแนววงกลมเท่าความเร็วของโลกหมุนรอบตัวเอง ทำให้ดาวเทียมเสมือนลอยนิ่งอยู่เหนือตำแหน่งเดิมเหนือผิวโลก(Geostationary or Earth synchronous)โดยทั่วไปโคจรห่างจากโลกประมาณ 36,000 กม. ซึ่งส่วนใหญ่ ได้แก่ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา และดาวเทียมสื่อสาร

2. การโคจรในแนวเหนือ-ใต้ (Sun Synchronous)

โคจรในแนวเหนือ-ใต้รอบโลก ซึ่งสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์(Sun Synchronous)โดยโคจรผ่านแนวศูนย์สูตร ณ เวลาท้องถิ่นเดียวกัน โดยทั่วไปโคจรสูงจากพื้นโลกที่ระดับต่ำกว่า 2,000 กม. ซึ่งมักเป็นดาวเทียมสำรวจทรัพยากรแผ่นดิน

เอกสารอ้างอิง

การจำแนกดาวเทียมตามลักษณะการใช้ประโยชน์

มี 4 ประเภท คือ

1. ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา(Meteorological Satellites) เช่น ดาวเทียม TIROS, NOAA, SMS/GOES, GMS, METEOSAT

2. ดาวเทียมสื่อสาร(Communication Satellites) เช่น ดาวเทียม TELSTAR, PALAPA, INTELSAT

3. ดาวเทียมสำรวจแผ่นดิน เช่น ดาวเทียม LANDSAT, SEASAT, SPOT, MOS, THAICHOTE

4. ดาวเทียมหาตำแหน่งพิกัดบนผิวโลก

เอกสารอ้างอิง

คุณสมบัติภาพจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากร

1. การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง(Synopic View)

2. การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น

3. การบันทึกภาพบริเวณเดิม(Repetitive Coverage)

4. การให้รายละเอียดหลายระดับ ภาพจากดาวเทียมให้รายละเอียดหลายระดับ

5. การให้ภาพสีผสม(False Color Composite)

สีแดง(R) + สีเขียว(G) = สีเหลือง(Yellow)

สีแดง(R) + สีน้ำเงิน(B) = สีม่วงแดง(Magenta)

สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว(G) = สีฟ้า(Cyan)

สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว(G) + สีแดง(R) = สีขาว(White)

สีเหลือง(Y) + สีม่วงแดง(M)+สี ฟ้า(C) = สีดำ(Black)

6. การเน้นคุณภาพของภาพ(Image Enhancement) มี 2 วิธี คือ การขยายค่าความเข้มระดับสีเทาให้กระจายจนเต็มช่วงเรียกว่า Linear Contrast Stretch และ Non - Linear Contrast Stretch โดยให้มีการกระจายข้อมูลของภาพจากดาวเทียมในแต่ละค่าความเข้มให้มีจำนวนจุดภาพใกล้เคียงกัน เรียกว่า Histogram Equalization Stretch

ภาพข้อมูลดาวเทียมก่อนการเน้นภาพ

ภาพข้อมูลดาวเทียมที่ผ่านการเน้นภาพ แบบ Histogram Equalization

Image Enhancement

ข้อมูลที่ได้จากเครื่องตรวจวัด จะเก็บไว้ในรูปของ ข้อมูลภาพ (image data) ซึ่งแบ่งเป็น 2 ประเภท หลัก คือ

1. ข้อมูลอนาลอก (analog data) คือ ข้อมูลที่แสดงความเข้มของรังสีซึ่งมีค่า ต่อเนื่อง ตลอดพื้นที่ที่ศึกษา เช่น ภาพถ่ายทางอากาศ (ซึ่งยังไม่ถูกแปลงเป็นภาพดิจิตอล) และ

2. ข้อมูลเชิงตัวเลข (digital data) คือ ข้อมูลแสดงความเข้มของรังสี ซึ่งถูก แบ่ง ออกเป็นระดับ (level) ย่อย ๆ ในการจัดเก็บ เรียกว่าค่า บิท (bit) โดย ข้อมูล n บิท จะแบ่งเป็น 2n ระดับความเข้ม ทั้งนี้ภาพทั่วไปมักจะแบ่งออกเป็น 256 ระดับความเข้ม (เรียกว่าเป็นข้อมูล 8 บิท)

ทั้งนี้ข้อมูล เชิงตัวเลข ที่ได้การตรวจวัดจากระยะไกล มักถูกเก็บไว้ใน 2 รูปแบบ ที่สำคัญคือ

1. ในรูปของ ภาพเชิงตัวเลข (digital image) เช่นภาพดาวเทียมส่วนใหญ่ที่เห็น ซึ่งมันจะแบ่งพื้นที่การเก็บข้อมูลบนภาพ ออกเป็นชิ้นสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ จำนวนมาก เรียกว่า เซลล์ภาพ (pixel) ซึ่งแต่ละชิ้น จะเป็นตัวแทนพื้นที่ในกรอบการมอง แต่ละครั้ง บนผิวโลกของเครื่องตรวจวัด หรือ

2. ในรูปของ แฟ้มข้อมูลเชิงตัวเลข (digital file) ใน 3 มิติ สำหรับการประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์ ต่อไป

ในกรณีหลังนี้ มักพบในการศึกษาชั้นบรรยากาศจากระยะไกล (atmospheric RS) โดยข้อมูลเชิงตัวเลขที่เก็บไว้มักอ้างอิงเทียบกับ ตำแหน่งและความสูง ของตำแหน่งที่ตรวจวัดจากผิวโลก ทำให้ได้เป็นแฟ้มข้อมูลใน 3 มิติ (3-D data) ออกมา สำหรับใช้ในการประมวลผลต่อไป

ลักษณะของการจัดเก็บข้อมูลภาพ แบบอนาลอก (ต่อเนื่อง) และ แบบดิจิตอล (ไม่ต่อเนื่อง)

Raster Concept (ต่อ)

ระดับความเข้ม

ระดับความเข้มตามการแบ่ง แบบขาว-ดำ ของข้อมูล 8 บิท จาก 0 (ดำสุด) ถึง 255 (ขาวสุด)

ตัวอย่างการเก็บข้อมูลภาพไว้ในแบบ ข้อมูลเชิงตัวเลข แบบ 8 บิท (256 ระดับความเข้ม)

แต่หากเราพิจารณาตามลักษณะของรังสีที่ เครื่องตรวจวัด วัดได้ดี จะแบ่งการตรวจวัดได้เป็น 2 แบบ คือ

1. การตรวจวัดแบบแพสซีฟ (Passive RS) หรือ แบบเฉื่อย

เครื่องตรวจวัดในกลุ่มนี้ จะคอยวัดความเข้มของรังสีที่แผ่ออกมาจากวัตถุ หรือ ของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมาจากตัววัตถุเท่านั้น แต่มันจะ ไม่มี การสร้างสัญญาณขึ้นมาใช้เอง ตัวอย่างของอุปกรณ์ในกลุ่มนี้มีเช่น พวกกล้องถ่ายภาพทางอากาศ หรือ เครื่องกวาดภาพของดาวเทียม Landsat เป็นต้น

2. การตรวจวัดแบบแอกทีฟ (Active RS) หรือ แบบขยัน

เครื่องตรวจวัดในกลุ่มนี้ จะวัดความเข้มของสัญญาณที่ตัวมันเอง สร้างและส่งออกไป ซึ่งสะท้อนกลับมาจากตัววัตถุเป็นหลัก โดยอุปกรณ์สำคัญในกลุ่มนี้ ได้แก่ พวกเรดาร์ ไลดาร์ และ โซนาร์

ข้อมูลเพิ่มเติม

เครื่องตรวจวัด แบบเฉื่อย จะมีทั้งแบบที่วัดรังสีในช่วงคลื่นของแสงขาว (visible light) อินฟราเรด (IR) และ ช่วงไมโครเวฟ (microwave) ในขณะที่เครื่องตรวจวัด แบบขยัน จะทำงานในช่วงไมโครเวฟเป็นหลัก

เอกสารอ้างอิง

การสะท้อนคลื่นรังสีของพืชพรรณ ดิน และน้ำ

พืช ดินและน้ำ เป็นวัตถุปกคลุมผิวโลกเป็นส่วนใหญ่ การสะท้อนพลังงาน ที่ความยาวช่วงคลื่นต่างกันของพืช ดินและน้ำ จะทำให้สามารถแยกประเภทของวัตถุชนิดต่างๆ ได้

ความสัมพันธ์ของการสะท้อนแสงของพืช ดิน และน้ำ

พืชพรรณ

ในช่วงคลื่นมองเห็น คลอโรฟิลล์ของใบพืชดูดกลืนพลังงานที่ช่วงความยาวคลื่น 0.45-0.65 ไมครอน ซึ่งเป็นช่วงคลื่นสีน้ำเงินและสีแดง สะท้อนพลังงานที่ความยาวคลื่น 0.5 ไมครอน ดังนั้นดวงตามนุษย์จึงมองเห็นใบพืชเป็นสีเขียว ถ้าใบพืชมีอาการผิดปกติ เช่น แห้งเหี่ยว ทำให้คลอโรฟิลล์ลดลงก็จะทำให้การสะท้อนที่คลื่นสีแดงสูงขึ้นในช่วงคลื่นอินฟราเรดสะท้อน(Reflected Infrared) (0.7-1.3 ไมครอน) การสะท้อนพลังงานของใบพืชจะสูง คือ จะสะท้อนพลังงานประมาณ 50 % ของพลังงานที่ตกกระทบ ซึ่งลักษณะของการสะท้อน พลังงานนี้เป็นผลเนื่องมาจากโครงสร้างภายในของพืช(Cell Structure) เนื่องจากพืชก็จะสามารถแยกชนิดจะมีลักษณะโครงสร้างภายในที่แตกต่างกัน ดังนั้นถ้าวัดการสะท้อนพลังงานในช่วงนี้ก็จะสามารถแยกชนิดของพืชได้ แม้ว่าการสะท้อนพลังงานของพืชในช่วงคลื่นเห็นได้จะใกล้เคียงกัน ในทำนองเดียวกันการสะท้อนพลังงานที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดสะท้อน ของพืชที่มีอาการผิดปกติทางใบ จะมีความแตกต่างไปจากการสะท้อนที่มีความยาวคลื่นเดียวกันของพืชที่สมบูรณ์ ดังนั้นระบบการสำรวจระยะไกลที่สามารถบันทึกค่าสะท้อนของช่วงคลื่นนี้ได้ สามารถใช้สำรวจอาการผิดปกติของพืชได้ในช่วงคลื่นที่มีความยาวสูงกว่า 1.3 ไมครอน พลังงานส่วนใหญ่จะถูกดูดกลืนหรือสะท้อนมีการส่งผ่านน้อยมาก มักพบค่าต่ำลงที่ช่วงคลื่น 1.4, 1.9 และ 2.7 เพราะว่าในช่วงเหล่านี้น้ำในใบพืชจะดูดกลืนพลังงาน จึงเรียกช่วงคลื่นเหล่านี้ว่า ช่วงคลื่นการดูดซับน้ำ(Water Absorption Bands) ดังนั้นค่าการสะท้อนพลังงานของใบพืชจึงแปรผกผันกับปริมาณน้ำทั้งหมดในใบพืชสำหรับช่วงคลื่นเหล่านี้ด้วย

ดิน

ความสัมพันธ์ระหว่างการสะท้อนพลังงานของดินกับความยาวคลื่นมีความแปรปรวนน้อย ปัจจัยหลักที่มีผลต่อการสะท้อนพลังงานของดิน คือ ความชื้นในดิน ปริมาณอินทรีย์วัตถุ เนื้อดิน ปริมาณเหล็กออกไซด์ และความขรุขระของผิวดิน(Roughness) ปัจจัยดังกล่าวมีความซับซ้อน และสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เช่น ลักษณะเนื้อดิน มีความสัมพันธ์กับปริมาณน้ำในดิน ดินทรายหยาบมีการระบายน้ำดีจะสะท้อนพลังงานสูง ดินละเอียดมีการระบายน้ำเลวจะสะท้อนพลังงานต่ำ ดินที่มีอินทรีย์วัตถุสูงจะมีสีคล้ำ ดูดกลืนพลังงานสูงในช่วงสายตามองเห็น เช่นเดียวกับดินที่มีเหล็กออกไซด์ในปริมาณสูง จะปรากฏเป็นสีเข้ม เนื่องจากการสะท้อนพลังงานลดลง ดินที่มีผิวขรุขระมากก็จะทำให้การสะท้อนของพลังงานลดลงเช่นเดียวกัน แสดงลักษณะการสะท้อนพลังงานของดินชนิดต่างๆ ในสภาพความชื้นต่ำ

น้ำ

การสะท้อนพลังงานของน้ำมีลักษณะต่างจากวัตถุอื่นอย่างชัดเจน โดยเฉพาะในช่วงคลื่น อินฟราเรด ทำให้สามารถเขียนขอบเขตของน้ำได้ เนื่องจากน้ำที่ปรากฏอยู่บนผิวโลกมีหลายสภาพด้วยกัน เช่น น้ำขุ่น น้ำใส หรือน้ำที่มีสารต่างๆ เจือปน ดังนั้นการสะท้อนพลังงานจึงแตกต่างกันออกไป บางครั้งพื้นที่ที่รองรับน้ำอาจจะมีผลต่อการสะท้อนพลังงานของน้ำ น้ำใสจะดูดกลืนพลังงานเล็กน้อยที่ช่วงคลื่นต่ำว่า 0.6 ไมครอน การส่งผ่านพลังงานเกิดขึ้นสูงในช่วงแสงสีน้ำเงิน เขียว แต่น้ำที่มีตะกอนหรือสิ่งเจือปน การสะท้อน และการส่งผ่านพลังงานจะเปลี่ยนไป เช่น น้ำที่มีตะกอนดินแขวนลอยอยู่มาก จะสะท้อนพลังงานได้มากกว่าน้ำใส ถ้ามีสารคลอโรฟิลล์ในน้ำมากขึ้น การสะท้อนช่วงคลื่นสีน้ำเงินจะลดลงและจะเพิ่มขึ้นในช่วงคลื่นสีเขียว ซึ่งอาจใช้เป็นประโยชน์ในการติดตามและคาดคะเนปริมาณสาหร่าย นอกจากนี้ข้อมูลการสะท้อนพลังงานยังเป็นประโยชน์ในการสำรวจคราบน้ำมัน และมลพิษจากโรงงานได้

เอกสารอ้างอิง

รูปแบบของการตรวจวัดรังสี

ในการ ตรวจวัดข้อมูล ของพื้นผิวโลกหรือชั้นบรรยากาศ จากระยะไกล มักทำโดยใช้ อุปกรณ์การตรวจวัดที่ติดตั้งไว้บน สถานีติดตั้ง (platform) ซึ่งอยู่สูงจากผิวโลกพอควร เช่น เครื่องบิน บอลลูน หรือ บนดาวเทียม ซึ่งจะทำให้มันสามารถสำรวจผิวโลกได้เป็นพื้นที่กว้าง

ในการทำงาน อุปกรณ์ดังกล่าวจะตรวจวัด ความเข้ม ของรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM Wave) ที่ ออกมา จากวัตถุที่มันกำลังมองดูอยู่เป็นหลัก และบันทึกผลไว้ในหน่วย กำลังต่อพื้นที่ต่อมุมตันที่มอง หรือ Watt/m2.sr ซึ่งจะเป็น ความเข้มเฉลี่ย ของรังสี ในกรอบการมอง แต่ละครั้ง บนผิวโลก (target area)

ทั้งนี้ รังสี ที่ออกมาจากพื้นที่สำรวจ ซึ่งเครื่องวัดได้ ในแต่ละครั้ง ดังกล่าว จะมีที่มาจาก 3 แหล่ง หลัก คือ

1. รังสีที่ตัววัตถุแผ่ออกมาเองตามธรรมชาติ (radiation หรือ emission)

2. แสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมาจากผิวของวัตถุ (reflected sunlight) และ

3. รังสีสะท้อนจากตัววัตถุ ที่ส่งมาจากตัวเครื่องตรวจวัดเอง (reflected sensor’s signal)

โดยทั่วไป อุปกรณ์ตรวจวัดแต่ละตัว มักจะถูกออกแบบมาให้ตรวจวัดได้ ดีที่สุด ในช่วงความยาวคลื่นแคบ ๆ ช่วงหนึ่งเท่านั้น เรียกว่าเป็น ช่วงคลื่นของการตรวจวัด (spectral range) หรือ แบนด์ (band) ของอุปกรณ์ ซึ่งที่พบมากมักอยู่ใน ช่วง UV ช่วงแสงขาว ช่วงอินฟราเรด และ ของสเปกตรัมคลื่น EM

ลักษณะของการตรวจวัด รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในระบบการตรวจวัดจากระยะไกล

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยคลื่นไฟฟ้า(Electromagnetic Spectrum :E) และคลื่นแม่เหล็ก(M) ที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่

แถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงคลื่นสั้นที่สุดตั้งแต่รังสีแกรมม่า เอกซเรย์ อัลตราไวโอเลต ช่วงคลื่นเห็นได้ อินฟราเรด ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุ

ตารางความยาวช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆที่ถูกบันทึกด้วยอุปกรณ์สำรวจจากระยะ

เอกสารอ้างอิง

และ http://www.scitu.net/gcom/?p=784