Χαρτογράφηση καλύψεων γης στο νομό Λέσβου από δορυφορικές εικόνες ASTER

Από RemoteSensing Wiki

Χαρτογράφηση καλύψεων γης στο νομό Λέσβου από δορυφορικές εικόνες ASTER

Συγγραφέας: Χρίστος Ηλία

Δημοσιεύθηκε: Νημερτής, ιδρυματικό αποθετήριο του Πανεπιστημίου Πατρών, 2011, 4η Μαΐου

Εισαγωγή

Οι δορυφορικές εικόνες ASTER αποτελούν ένα πολύ πρόσφατο προϊόν της διαστημικής τεχνολογίας, που είναι διαθέσιμο για όλη τη γη με χαμηλό κόστος (55 δολάρια ανά εικόνα, κόστος που καλύπτει τα έξοδα αναπαραγωγής και αποστολής των δεδομένων). Ο δορυφόρος ASTER έχει πολύ μεγάλη φασματική διακριτική ικανότητα σε σημείο που να χαρακτηρίζεται από αρκετούς επιστήμονες σαν ένα υπερφασματικό καταγραφικό σύστημα στο υπέρυθρο. Πιο συγκεκριμένα, ο ASTER έχει δυο κανάλια μόνο στο ορατό ( στο πράσινο και στο κόκκινο), ένα κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο και μία σειρά από κανάλια στο μέσο και στο θερμικό υπέρυθρο. Έτσι δίνονται νέες δυνατότητες για την ερμηνεία είτε ποιοτικά είτε ποσοτικά καλύψεων γης και φυσικών καταστάσεων της γήινης επιφάνειας, αφού οι προηγούμενοι δορυφόροι π.χ. LANDSAT είχαν ελάχιστο αριθμό καναλιών στο υπέρυθρο και τα οποία είχαν πολύ μεγάλο εύρος. Ο σκοπός είναι η περιβαλλοντική χαρτογράφηση της παράκτιας ζώνης της Αιτωλοακαρνανίας (απέναντι από την Λευκάδα) από δορυφορικές εικόνες ASTER προκειμένου να αποτυπωθούν οι καλύψεις γης. Έτσι θα μπορούμε να αξιολογήσουμε τις δυνατότητες και τις εφαρμογές που έχουν αυτά τα δεδομένα. Θα εφαρμοστούν τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας που αποσκοπούν στο να δημιουργηθεί ένα έγχρωμο σύνθετο, το οποίο θα εμπεριέχει σχεδόν το σύνολο της πληροφορίας που είναι διαθέσιμο στα κανάλια του ASTER. Το έγχρωμο σύνθετο θα ερμηνευτεί με εργασίες πεδίου και βάση της υπάρχουσας εμπειρίας. Στο δεύτερο στάδιο, θα γίνει επιβλεπόμενη ταξινόμηση προκειμένου να χαρτογραφηθούν οι καλύψεις γης και να αξιολογηθούν οι δυνατότητες του.

Μεθοδολογία

Το πρόγραμμα ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission & Reflection Radiometer) είναι προϊόν συνεργασίας της NASA και του Υπουργείου Έρευνας και Βιομηχανίας της Ιαπωνίας με την συμμετοχή πολλών ερευνητικών ινστιτούτων από όλο τον κόσμο (Γαλλία, Αυστραλία, κ.α.). Τα καταγραφικά συστήματα του ASTER είναι τρία VNIR, SWIR, TIR με διαφορετική φασματική διακριτική ικανότητα, τα οποία συνθέτουν ένα υπερφασματικό καταγραφικό σύστημα στο θερμικό με στέρεο-δυνατότητα στο εγγύς υπέρυθρο. Η χρονική διακριτική ικανότητα είναι 16 ημέρες (revisit time), καλύπτοντας τις περιοχές της γης από 81.2οΝ μέχρι 81.2οΒ. Πιο συγκεκριμένα, η λήψη στερεοζευγαριών (along-track stereo data) γίνεται από το καταγραφικό σύστημα VNIR (Visible and Near Infrared) που αποτελείται από 3 διανυσματικούς σαρωτές (pushbroom scanner) έναν για κάθε φασματικό κανάλι. Το εστιακό επίπεδο κάθε σαρωτή αποτελείται από 5000 στοιχειώδεις ανιχνευτές, διατεταγμένους σε ευθεία γραμμή. Ο τρίτος σαρωτής μπορεί να στραφεί κατά +/-24ο και να επιτύχει λήψεις υπό γωνία (πλάγιες λήψεις) δημιουργώντας στερεοζευγάρια. Κάθε εικόνα καλύπτει περίπου έκταση 75 km * 75 km ενώ η περιοχή επικάλυψης των δύο εικόνων αντιστοιχεί / καλύπτει περιοχή έκτασης τουλάχιστον από 60 km * 60 km. Η λήψη στο ναδίρ ονομάζεται 3N (nadir) ενώ η λήψη υπό γωνία γίνεται καθώς απομακρύνεται ο δορυφόρος (backward looking ή aftviewing) και λέγεται 3Β. Ο λόγος βάσης προς ύψος (base/height ratio) των στερεοζευγαριών που προκύπτουν είναι 0.6 (το ύψος τροχιάς του είναι 705 km).

Τα δεδομένα του ASTER δίνουν νέες δυνατότητες λόγω της αρκετά καλής χωρικής διακριτικής ικανότητας του συστήματος σε συνδυασμό με την μεγάλη φασματική διακριτική ικανότητα του (ύπαρξη 14 καναλιών) με την πλειοψηφία των καναλιών να είναι στο υπέρυθρο. Η ύπαρξη τόσο πολλών καναλιών στο υπέρυθρο είναι πολύ σημαντική στην γεωλογία αλλά και στον αστικό σχεδιασμό για τον εντοπισμό βιομηχανικών εγκαταστάσεων, σταθμών ηλεκτρικής ενέργειας και μηχανοκίνητων μονάδων, κ.α. Επιπλέον, με κατάλληλες ραδιομετρικές διορθώσεις και μετασχηματισμούς είναι δυνατή η μετατροπή των τιμών φωτεινότητας που καταγράφει ο σαρωτής σε φυσικές ποσότητες (π.χ. τιμές θερμοκρασίας, κ.α.) στην επιφάνεια της γης. Η δυνατότητα αυτή, ιδιαίτερα στο εγγύς, μέσο και θερμικό υπέρυθρο δίνει νέες δυνατότητες στην μελέτη και προστασία του γήινου περιβάλλοντος. Η δορυφορική εικόνα ASTER που θα χρησιμοποιήσουμε ονομάζεται pgPR1A0000-2001111201_007_024.met. Η εικόνα αυτή παραχωρήθηκε δωρεάν για ερευνητικούς σκοπούς από το ερευνητικό ινστιτούτο U.S. Geological Survey των Η.Π.Α. στα πλαίσια του πρώτου έτους δοκιμαστικής λειτουργίας του δορυφόρου. Η εικόνα μας έχει δοθεί σε τυποποίηση hdf. Το hdf είναι ένα φορμάτ, το οποίο έχει υιοθετήσει η ΝΑΣΑ για να καταχωρεί τις πλεγματικές εικόνες. Μια σειρά από προγράμματα που δίνονται δωρεάν από το διαδίκτυο είναι διαθέσιμα στην διεύθυνση: http://edcdaac.usgs.gov/dataformat.html και επιτρέπουν την μετατροπή των εικόνων σε άλλα φορμάτ όπως το tif. Σε αυτή την διπλωματική, επιλέχθηκε το πρόγραμμα hdfbrowse.exe το οποίο μετατρέπει τις εικόνες από hdf σε tif στο DOS. Η εκτέλεση του προγράμματος γίνεται με την βοήθεια ενός αρχείου batch (*.bat) στο οποίο δηλώνουμε το όνομα file name της εικόνας hdf και τα ονόματα των αρχείων tif (*.tif) για κάθε κανάλι της εικόνας.

Σχήμα 1:Τα κανάλια vnir, 01(µπλε), 02(πράσινο), 03(κόκκινο) συνδυάστηκαν σε µια χρωµατική απεικόνισή τους στην οποία η βλάστηση απεικονίζεται κόκκινη, η αστική περιοχή µπλε και η θάλασσα προς το µαύρo.

Σχήμα 2:Τα κανάλια vnir, 03(µπλε), 02(πράσινο), 01(κόκκινο) συνδυάστηκαν σε µια χρωµατική απεικόνισή τους στην οποία βλέπουμε διαφορετικά χρώµατα σε σχέση µε το προηγούµενο έγχρωµο σύνθετο.

Η εικόνα συνοδεύεται και από ένα αρχείο που εµπεριέχει µεταδεδοµένα, µε το όνοµα pg-PR1A0000-2000122601_028_012.met. Το επίπεδο επεξεργασίας της εικόνας είναι 1Α που σηµαίνει ότι η εικόνα δεν έχει διορθωθεί γεωµετρικά και ραδιοµετρικά (ενώ 1Β σηµαίνει ότι η εικόνα έχει διορθωθεί ραδιοµετρικά), σύµφωνα µε το ASTER User Handbook. Η εικόνα αυτή καταγράφηκε το έτος 2001 τον µήνα Ιανουάριο την 18η µέρα.

Οι συνθήκες λειτουργίας των σαρωτών από ραδιοµετρικής πλευράς είναι ανά κανάλι οι ακόλουθες : Value ("01 HGH, 02 HGH, 3N NOR, 3B NOR, 04 NOR, 05 NOR, 06 NOR, 07 NOR, 08 NOR, 09 NOR"). ∆ηλαδή κάθε σαρωτής στον ASTER καταγράφει ελάχιστη τιµή ενέργειας που είναι πάντα ίση µε το 0 και µέγιστη τιµή ενέργειας που είναι µεταβλητή και εξαρτάται από ευαισθησία µε την οποία καταγράφει την εισερχόµενη ακτινοβολία. ∆ηλαδή για δεδοµένη ραδιοµετρική διακριτική ικανότητα (π.χ. 256 διαβαθµίσεις του γκρι) εάν η συνθήκη λειτουργίας είναι High Gain και όχι Normal Gain, τότε η κάθε διαβάθµιση του γκρίζου θα αντιστοιχεί σε κλάσµα ενέργειας ίσο µε 170.8/256 και όχι µε 427/256 W/(m2 *sr*µm) στο κανάλι 1.

Περιοχή Μελέτης

Αρχικά εισάγονται τα κανάλια 1, 2 και 3 στο idrisi.

Σχήμα 3:Δορυφορική εικόνα περιοχής μελέτης.

Στη συνέχεια γίνεται ένα έγχρωµο σύνθετο των καναλιών 1, 2 και 3 µε αντιστοίχιση τους στο χρώµα µπλε, πράσινο, και κόκκινο της οθόνης αντίστοιχα, µε την εντολή composit.

Σχήμα 4:Το έγχρωμο σύνθετο των καναλιών 1(μπλε), 2(πράσινο), 3(κόκκινο).

Σχήμα 5:Επιλεγμένη περιοχή όπου κάναμε μεγέθυνση.

Σχήμα 6:Επιλεγμένη περιοχή όπου κάναμε μεγέθυνση.

Ραδιομετρικές διορθώσεις

Η ένταση της ακτινοβολίας σε ένα καταγραφικό σύστηµα εξαρτάται από τις ατµοσφαιρικές συνθήκες, το ύψος του ηλίου, την θέση του καταγραφικού συστήµατος, τα χαρακτηριστικά της γήινης επιφάνειας (τοπογραφία-ανάγλυφο), τα χαρακτηριστικά του καταγραφικού συστήµατος, κ.α. Από την άλλη πλευρά, πολλές φορές η περιοχή µελέτης µπορεί να καλύπτεται µε περισσότερες από µία δορυφορικές εικόνες που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές στιγµές, εποχές (άλλες ατµοσφαιρικές συνθήκες, διαφορετικό ύψος ηλίου, κ.α.). Σε άλλες περιπτώσεις το ζητούµενο είναι ο εντοπισµός των αλλαγών µε χρήση δορυφορικών εικόνων που έχουν καταγραφεί σε διαφορετικές χρονικές στιγµές (πιθανώς και από διαφορετικά καταγραφικά συστήµατα). Η ραδιοµετρική διόρθωση πρέπει να γίνει πριν την εφαρµογή τεχνικών επεξεργασίας εικόνας, όπως οι λόγοι φασµατικών καναλιών και πριν την εφαρµογή των γεωµετρικών διορθώσεων και των διαδικασιών αναδόµησης της ψηφιακής εικόνας. Οι ραδιοµετρικές διορθώσεις που εφαρµόζονται σε δορυφορικές πολυφασµατικές τηλεπισκοπικές απεικονίσεις διακρίνονται σε δυο κατηγορίες. 1. Η πρώτη συµπεριλαµβάνει τις ραδιοµετρικές διορθώσεις που γίνονται για να περιοριστούν στο ελάχιστο δυνατό τα σφάλµατα λειτουργίας των αισθητήρων του σαρωτή και να βελτιστοποιηθεί το δυναµικό εύρος λειτουργίας του. Η διόρθωση επηρεάζει την βασική στάθµη και τις ενισχυτικές διατάξεις των αισθητήρων. 2. Η δεύτερη κατηγορία αφορά διορθώσεις που εφαρµόζονται προκειµένου να περιοριστεί η ραδιοµετρική επίδραση εξωγενών παραγόντων (επίδραση της γήινης ατµόσφαιρας) στο λαµβανόµενο σήµα, κατά την διαδροµή της ακτινοβολίας µέχρι τον σαρωτή. Για παράδειγµα, η επίδραση της διάχυσης της ακτινοβολίας από την ατµόσφαιρα έχει ως συνέπεια την αύξηση των τιµών φωτεινότητας των εικονοστοιχείων σε κάθε κανάλι εκτός ίσως των υπέρυθρων καναλιών.

Ζωνοποίηση/Αποζωνοποίηση

Ζωνοποίηση ψηφιακής εικόνας ονοµάζεται το φαινόµενο του συστηµατικού θορύβου που παρατηρείται ανά κάποιες γραµµές ή κάποιες στήλες της εικόνας λόγω της απορύθμισης κάποιων από τους στοιχειώδεις ανιχνευτές που χρησιµοποιούνται για την καταγραφή ενός φασµατικού καναλιού. Σηµείωση, η διόρθωση ζωνοποίησης/αποζωνοποίησης (destriping) είναι η πρώτη ραδιοµετρική διόρθωση που πρέπει να εφαρµοσθεί σε µία πολυφασµατική εικόνα ενώ το φαινόµενο µπορεί να διαφέρει σε ένταση ανά φασµατικό κανάλι. Οι πολυφασµατικοί σαρωτές δεν αποτελούνται από έναν µόνο ανιχνευτή ανά φασµατικό κανάλι. Ένα παράδειγµα αποτελεί ο δορυφόρος SPOT που αποτελείται από 6000 ανιχνευτές, διατεταγµένους σε µία ευθεία γραµµή, µε προσανατολισµό της γραµµής κάθετα ως προς την κίνηση του δορυφόρου (pushbroom scanner). Αυτό σηµαίνει ότι δύο εικονοστοιχεία µίας εικόνας SPOT έχουν καταγραφεί από διαφορετικούς ανιχνευτές εάν είναι στην ίδια γραµµή της εικόνας ενώ εάν είναι στην ίδια στήλη έχουν καταγραφεί από τον ίδιο ανιχνευτή ανεξάρτητα από το σε ποια γραµµή ανήκουν. Αντίθετα στον θεµατικό χαρτογράφο, υπάρχουν 16 ανιχνευτές οι οποίοι κινούνται ταυτόχρονα, κάθετα ως προς την γραµµή πτήσης σαρώνοντας µια 22 γραµµή ο καθένας. Αυτό σηµαίνει ότι τα εικονοστοιχεία που είναι τοποθετηµένα ανά 16 στην ίδια γραµµή έχουν καταγραφεί από τον ίδιο ανιχνευτή. To ραδιοµετρικό πρόβληµα προκύπτει επειδή παρόλο που κάθε ανιχνευτής θεωρητικά καταγράφει στο ίδιο µήκος κύµατος και µε ίδιο τρόπο µε τους άλλους, στην πράξη διαφοροποιούνται. Έτσι εµφανίζονται φαινόµενα ζωνοποίησης (ιδιαίτερα έντονα σε περιοχές της εικόνας που αντιστοιχούν σε εκτεταµένες επιφάνειες µε οµοιόµορφη ανάκλαση π.χ. θάλασσα) λόγω της διαφοροποίησης των ανιχνευτών ή ακόµη µπορεί να εµφανισθεί το φαινόµενο γραµµών ή στηλών που λείπουν επειδή κάποιος ανιχνευτής έχει σταµατήσει να λειτουργεί. Η διαδικασία διόρθωσης ονοµάζεται αποζωνοποίηση (destriping) και περιλαµβάνει τον υπολογισµό της µέσης τιµής φωτεινότητας και της τυπικής απόκλισης για όλη την εικόνα αλλά και για την οικογένεια γραµµών ή στηλών που έχει καταγράψει κάθε στοιχειώδης ανιχνευτής. Στην δορυφορική εικόνα ASTER στο κανάλι 08 του ASTER (τρίτο κανάλι του SWIR), η ζωνοποίηση έγινε ορατή (ενισχύθηκε) µε την επιλογή κατάλληλου look-uptable (αντιστοιχία χρωµάτων) πού για µικρή αλλαγή της τιµής φωτεινότητας γίνεται δραµατική αλλαγή του χρώµατος στην εικόνα. Η αποζωνοποίηση των εικόνων έγινε, µέσω της εντολής με path: AnalysisImage ProcessingRestorationDESTRIPE του προγράμματος idrisi 32.

Μετατροπή από τιμές φωτεινότητας σε τιμές ενέργειας

Η µετατροπή από τιµές φωτεινότητας σε τιµές ενέργειας, γίνεται µε πολλαπλασιασµό της τιµής φωτεινότητας µε µια σταθερά που εξαρτάται από τις ραδιοµετρικές συνθήκες λειτουργίας (High, Normal, Low Gain),αφού πρώτα αφαιρεθεί η µονάδα. ∆ηλαδή η τιµή φωτεινότητας 0 υποδηλώνει ότι για αυτό το στοιχείο η καταγραφή χάθηκε. Ας σηµειωθεί ότι το Lmin είναι πάντα 0, ενώ το gain καθορίζει το Lmax. ∆ηλαδή η σταθερά είναι το πηλίκο Lmax/255. Τα δεδοµένα επιπέδου 1Β του ASTER προέρχονται από τις ψηφιακές τιµές φωτεινότητας (digital values). Η µετατροπή από τιµές DN σε τιµές ακτινοβολίας, του κάθε αισθητήρα, γίνεται µέσω συντελεστών µετατροπής µονάδων που χρησιµοποιούνται (και καθορίζεται ως τιµή ακτινοβολίας ανά 1 DN). Η ακτινοβολία (φασµατική ακτινοβολία) εκφράζεται σε µονάδες W/(m^2*Sr*μm). Η σχέση µεταξύ των τιµών DN και των τιµών ακτινοβολιών εµφανίζεται παρακάτω : (i) Η τιµή DN ίση µε µηδέν (0) δηλώνει ότι δεν έγινε καταγραφή. (ii) Η τιµή DN ίση µε 1 δηλώνει µηδενική ακτινοβολία. (iii) Η τιµή DN ίση µε 254 δηλώνει την µέγιστη ακτινοβολία στις περιοχές VNIR. (iv) Η τιµή DN ίση µε 4094 δηλώνει την µέγιστη ακτινοβολία στην περιοχή TIR. (v) Η τιµή DN ίση µε 255 δηλώνει εκτός της µέγιστης ακτινοβολίας καταγραφής (HIGH GAIN, NORMAL GAIN) στο VNIR. (vi) Η τιµή DN ίση µε 4095 δηλώνει εκτός της µέγιστης ακτινοβολίας καταγραφής στην περιοχή TIR. Η ακτινοβολία µπορεί να ληφθεί από τις τιµές DN ως εξής: Ακτινοβολία = (τιµή DN – 1) * τον συντελεστή µετατροπής µονάδων. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τους συντελεστές µετατροπής µονάδων κάθε περιοχής:

H συγκεκριµένη εικόνα καταγράφηκε µε high gain στο 1, 2 κανάλι και normal gain στο 3 όπως φαίνεται στο αρχείο µεταδεδοµένων που συνοδεύει την εικόνα, άρα την 1 εικόνα θα την πολλαπλασιάσω µε την τιµή 0.676 την 2 εικόνα µε την 0,708 και την 3 µε 0.862. Η ηλιακή ακτινοβολία κατά το πέρασµα της µέσα από την ατµόσφαιρα εξασθενεί λόγω απορρόφησης ενώ τµήµα της σκεδάζεται και εκτρέπεται προς διάφορες κατευθύνσεις. Κάποια ενέργεια προστίθεται λόγω θέρµανσης της ατµόσφαιρας (εκποµπή ακτινοβολίας από την ίδια την ατµόσφαιρα σε µεγαλύτερα µήκη κύµατος) και λόγω σκέδασης. Η σκεδαζόµενη ακτινοβολία και η θερµική προστίθεται στην ανακλώµενη από την επιφάνεια της γης ακτινοβολία που φθάνει στο καταγραφικό σύστηµα. Άρα, η ατµόσφαιρα επιδρά στην ένταση ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης ή στο καταγραφικό σύστηµα µε δύο τρόπους: Πρώτον µειώνει την ενέργεια της ακτινοβολίας. ∆εύτερον λειτουργεί σαν ανακλαστήρας προσθέτοντας διαχεόµενη ακτινοβολία στο σήµα που καταγράφεται στον δέκτη. Αυτή η ακτινοβολία προκύπτει από: Σκέδαση. Για παράδειγµα η σκέδαση τύπου Rayleigh που εξαρτάται από το µήκος κύµατος (µικρότερα µήκη σκεδάζονται περισσότερο). Στα υπέρυθρα φασµατικά κανάλια η σκέδαση τύπου Rayleigh τείνει στο µηδέν. Θερµική ακτινοβολία µεγάλου µήκους κύµατος που εκπέµπει η ίδια η ατµόσφαιρα (άρα ακόµη και στο θερµικό υπέρυθρο µπορεί να υπάρξει προσθήκη ακτινοβολίας ατµοσφαιρικής διαδροµής). Επιπλέον ένα ποσοστό ακτινοβολίας που προέρχεται από γειτονικά εικονοστοιχεία, η οποία λόγω διάθλασης ή σκέδασης προστίθεται στην ακτινοβολία που καταγράφει ο σαρωτής για ένα συγκεκριµένο εικονοστοιχείο.

Ακτινοβολία ατµοσφαιρικής διαδροµής (path radiance)

Για να διορθωθεί η εικόνα για την επίδραση της ακτινοβολίας ατµοσφαιρικής διαδροµής γίνονται στατιστικές εκτιµήσεις σε περιοχές ραδιοµετρικού ελέγχου σε περιοχές της εικόνας που θεωρητικά πρέπει να έχουν σχεδόν µηδενική φωτεινότητα (οι σκιές, η θάλασσα στο υπέρυθρο, κ.α.). Οι στατιστικές εκτιµήσεις γίνονται είτε µε υπολογισµό µέσων τιµών και ιστογραµµάτων είτε µε παλινδροµικές ρυθµίσεις προκειµένου να υπολογιστεί µέση αύξηση της τιµής φωτεινότητας που οφείλεται στην ακτινοβολία ατµοσφαιρικής διαδροµής. Η τιµή αυτή αφαιρείται από το αντίστοιχο φασµατικό κανάλι. Πρέπει να σηµειωθεί ότι η διάχυση σε µήκη κύµατος > 0.7 µm (υπέρυθρο) είναι πρακτικά µηδέν σε αντίθεση µε το ορατό τµήµα του φάσµατος. Αυτό έχει σαν συνέπεια τα ιστογράµµατα φωτεινότητας σε φασµατικά κανάλια στο ορατό να είναι µετατοπισµένα κατά µια τιµή (offset διάχυσης) σε σχέση µε τα υπέρυθρα κανάλια. Για αυτό το λόγο δεν µπορεί να εφαρµοστεί διόρθωση για ακτινοβολία ατµοσφαιρικής διαδροµής στα υπέρυθρα κανάλια αφού η διάχυση είναι µηδέν. Στο idrisi η ακτινοβολία ατµοσφαιρικής διαδροµή ή σκέδαση διορθώνεται µε γραµµική παλινδρόµηση. Στον άξονα τον χ βάζουµε πάντοτε την εικόνα που δεν παρουσιάζει σκέδαση, π.χ εγγύς υπέρυθρο, ενώ στον άξονα ‘ψ το κανάλι µπλε ή το πράσινο ή το κόκκινο. Εκεί που η ευθεία ελάχιστων τετραγώνων θα τµήσει τον άξονα ‘ψ προσδιορίζεται η τιµή της σκέδασης που πρέπει να αφαιρεθεί απ’την εικόνα που έχω βάλει στον άξονα τον ΄ψ. Η εντολή που υλοποιεί τη λειτουργία αυτή στο idrisi είναι η εντολή regress.

Ομοίως λειτουργώ και με τα υπόλοιπα κανάλια. Τελικά το έγχρωμο σύνθετο που σχηματίζουν τα τρία κανάλια με τις ραδιομετρικές διορθώσεις είναι το ακόλουθο:

Σχήμα 8:Το έγχρωμο σύνθετο μετά τις ραδιομετρικές διορθώσεις.

Χαρτογράφηση των καλύψεων γης

Οι καλύψεις γης σε μία δορυφορική εικόνα απεικονίζονται με διαφορετική ανακλαστικότητα στα κανάλια της εικόνας ανάλογα με τη φασματική τους υπογραφή. Κάθε κάλυψη γης ορίζει μια θεματική τάξη ενώ η αναπαράστασή της μέσω των καναλιών μίας συγκεκριμένης δορυφορικής εικόνας σε ένα πολυδιάστατο σύστημα αξόνων ονομάζεται φασματική τάξη. Ο όρος θεματική τάξη εκφράζει ένα ομοιογενές (χωρικά) σύνολο από εικονοστοιχεία των οποίων οι φασματικές αποκρίσεις διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους όχι τόσο επειδή διαφέρει η φασματική τους υπογραφή αλλά κύρια λόγω εξωγενών παραγόντων όπως η διάχυση της ηλιακής ακτινοβολίας, η επίδραση της τοπογραφίας κ.α. Μια εικόνα μπορεί να αναπαρασταθεί σε ένα ν-διάστατο χώρο, όπου ν είναι ο αριθμός των φασματικών καναλιών. Σε αυτή την αναπαράσταση κάθε εικονοστοιχείο της προβάλλεται σε μια θέση ανάλογα με την φασματική απόκριση που καταγράφεται στα ν κανάλια. Κατά αυτό τον τρόπο προκύπτει ένα νέφος σημείων συνθέτοντας την φασματική αναπαράσταση της εικόνας στο ν-διάστατο χώρο. Σε αυτό τον χώρο παρατηρούνται επιμέρους ομαδοποιήσεις που ονομάζονται φασματικές τάξεις. Ανατρέχοντας στις φασματικές υπογραφές των θεματικών τάξεων του νερού, της βλάστησης και του εδάφους, τότε θα διαπιστώσουμε ότι ένα νέφος σημείων θα δημιουργηθεί κοντά στην αρχή των αξόνων και θα αντιστοιχεί στην φασματική τάξη νερό. Μέσα σε μία φασματική τάξη (πχ νερό) ή στα όρια της μπορεί να συμπεριλαμβάνονται εικονοστοιχεία που ανήκουν σε άλλες θεματικές τάξεις όπως για παράδειγμα σκιάσεις (cast shadows). Η αιτία μίξης των φασματικών τάξεων σε αυτή την περίπτωση είναι α) οι εξωγενείς επιδράσεις/παράγοντες και β) οι παραπλήσιες ή ίδιες φασματικές υπογραφές με δεδομένη την φασματική δειγματοληψία του δορυφορικού συστήματος. Επιπλέον η χωρική διακριτική ικανότητα του καταγραφικού συστήματος έχει σαν αποτέλεσμα μερικές φορές σε ένα εικονοστοιχείο να συνυπάρχουν περισσότερες των μία θεματικών τάξεων, δηλαδή καταγράφεται μια μέση τιμή φασματικής απόκρισης που σε συνδυασμό με την φασματική δειγματοληψία δεν επιτρέπει τον (φασματικό) διαχωρισμό. Η ταξινόμηση δορυφορικών εικόνων αναφέρεται στον προσδιορισμό θεματικών τάξεων με βάση κριτήρια απόφασης που βασίζονται στην φασματική ταυτότητα των τάξεων. Προκειμένου να διακριθεί μια θεματική τάξη με ταξινόμηση πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις: α) να διαφέρει φασματικά από τις άλλες τάξεις σε σχέση με την φασματική δειγματοληψία του καταγραφικού συστήματος και β) να έχει μια στοιχειώδη (ελάχιστη) επιφανειακή εμφάνιση σε σχέση με την χωρική διακριτική ικανότητα του καταγραφικού συστήματος. Για τη χαρτογράφηση επιλέγεται ένα υποσύνολο της περιοχής μελέτης. Επιλέξαµε το πάνω αριστερό τµήµα της εικόνας επειδή υπάρχουν καλύψεις γης που αντιστοιχούν σε αστικό, γεωργικό δασικό, βιοµηχανικό ,και θαλάσσιο περιβάλλον όπως φαίνεται στο έγχρωµο σύνθετο που ακολουθεί.

Χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος των Κ-Μέσων (K-Means), μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης που στο idrisi υλοποιείται με την εντολή Cluster. (Η μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση αποβλέπει στην εξαγωγή των κυρίων φασματικών τάξεων οι οποίες εμφανίζονται σε μια ψηφιακή εικόνα και την εκ των υστέρων αναγνώριση και αναφορά τους σε πραγματικές (θεματικές) τάξεις αντικειμένων/εμφανίσεων της γήινης επιφάνειας. O αλγόριθμος των Κ-Μέσων (K-Means), είναι μία εξερευνητική μεθοδολογία ανάλυσης συσσωρεύσεων, όπου η απόσταση ενός εικονοστοιχείου από τα κέντρα των τάξεων είναι το κριτήριο που καθορίζει την ένταξη του σε μία από τις τάξεις. ) Υλοποιούµε την χαρτογράφηση υποθέτοντας ότι στην περιοχή υπάρχουν 8 κατηγορίες επιφανειακών αντικειµένων.

Συμπεράσματα

Μετά τις διορθώσεις (αποζωνοποίηση, µετατροπή σε τιµές ενέργειας, κ.α.) η ταξινόµηση της δορυφορικής εικόνας µας επέτρεψε να διακρίνουµε τις παρακάτω κατηγορίες: καλλιέργειες/ ποώδη βλάστηση, τύπο δάσους, αστική γη, υδάτινες επιφάνειες, σύννεφα και εντελώς γυµνό από βλάστηση έδαφος και να δηµιουργήσουµε ένα θεµατικό χάρτη. Εάν χρησιµοποιηθούν περισσότερα κανάλια και όχι µόνο 3, τότε θα γίνει δυνατή η χαρτογράφηση περισσότερων κατηγοριών µόνο που η ταυτοποίηση της κάθε κατηγορίας θα µπορεί να πραγµατοποιηθεί µόνο µε εργασίες πεδίου στο ύπαιθρο.

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]