หลักการและกระบวนการประมวลผลภาพถ่ายดาวเทียมจากระยะไกล

การประมวลผลภาพจากระบบสำรวจระยะไกลคืออะไร?

ภาพถ่ายจากระบบตรวจวัดระยะไกลมีข้อมูลมากมาย ซึ่งสามารถวิเคราะห์และดึงข้อมูลออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อผ่านกระบวนการแปลงเป็นดิจิทัลแล้ว (การสุ่มตัวอย่างและการหาปริมาณโดยระบบถ่ายภาพ และการจัดเก็บแบบดิจิทัล) การประมวลผลข้อมูลภาพเพิ่มเติม เช่น การแก้ไขพิกัดการจัดเรียงกราฟิกและการเพิ่มความคมชัดของเส้นขอบคุณลักษณะ สามารถปรับปรุงความแม่นยำของการประมวลผลภาพและประสิทธิภาพของการดึงข้อมูลได้อย่างมาก กระบวนการนี้เรียกว่า "การประมวลผลภาพดิจิทัลจากระบบตรวจวัดระยะไกล"

การประมวลผลภาพถ่ายจากระยะไกลเป็นองค์ประกอบพื้นฐานและสำคัญของกระบวนการ "การสังเกตการณ์โลก" โดยมีบทบาทสำคัญในช่วงกลางถึงปลายน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมการประยุกต์ใช้ดาวเทียม ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างภาคต้นน้ำและปลายน้ำ โดยเชื่อมต่อกับสถานีภาคพื้นดินของดาวเทียมที่ส่วนหน้า และให้บริการข้อมูลหรือเครื่องมือที่ "พร้อมใช้งาน" สำหรับการใช้งานทางธุรกิจเฉพาะด้านในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เกษตรกรรม ป่าไม้ อุตุนิยมวิทยา และทรัพยากรธรรมชาติที่ส่วนหลัง

ขั้นตอนการประมวลผลภาพจากระบบตรวจวัดระยะไกล

การจัดเก็บและการจัดการข้อมูล

ระบบการรวบรวม การจัดการ การจัดเก็บ และการเผยแพร่ข้อมูลการสำรวจระยะไกลขนาดใหญ่

ข้อมูลดิบที่สถานีภาคพื้นดินได้รับจะถูกประมวลผลด้วยวิธีการถ่ายภาพ แปลงสภาพ และแปลงเป็นดิจิทัลลงในฟิล์มภาพหรือเทปแม่เหล็กที่ใช้งานร่วมกับคอมพิวเตอร์ได้ จากนั้นภาพถ่ายที่ได้จะถูกรวบรวมเป็นอัลบั้มและจัดเรียงเป็นหมวดหมู่เพื่อให้ผู้ใช้สามารถเลือกใช้ได้

การประมวลผลภาพเบื้องต้น

อุปกรณ์ประมวลผลใช้ในการแก้ไขทางเรขาคณิตและทางรังสีวิทยาของข้อผิดพลาดที่เป็นระบบในภาพถ่ายจากระยะไกล เช่น ข้อผิดพลาดด้านรูปร่างและตำแหน่งทางเรขาคณิต และข้อผิดพลาดด้านข้อมูลความเข้มของรังสีในภาพ

แผนภาพหลักการแก้ไขทางเรขาคณิต

การแก้ไขทางเรขาคณิต

ในการถ่ายภาพจากระยะไกล เนื่องจากผลกระทบร่วมกันของปัจจัยต่างๆ เช่น การเสียรูปของวัสดุถ่ายภาพ การบิดเบี้ยวของเลนส์ การหักเหของแสงในชั้นบรรยากาศ ความโค้งของโลก การหมุนของโลก และลักษณะภูมิประเทศ ตำแหน่งทางเรขาคณิต รูปร่าง ขนาด มิติ การวางแนว และลักษณะอื่นๆ ของลักษณะภูมิประเทศในภาพต้นฉบับ มักจะไม่สอดคล้องกับลักษณะของลักษณะภูมิประเทศที่แท้จริง ความไม่สอดคล้องนี้เรียกว่า การเสียรูปทางเรขาคณิต หรือที่รู้จักกันในชื่อ การบิดเบี้ยวทางเรขาคณิต

การแก้ไขทางเรขาคณิตดำเนินการเพื่อแก้ไขสาเหตุของการบิดเบี้ยวทางเรขาคณิต ก่อนที่จะส่งข้อมูลให้ผู้ใช้ สถานีรับสัญญาณภาคพื้นดินจะใช้วิธีการประมวลผลแบบดั้งเดิมและรับข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางการทำงาน ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ สภาพบรรยากาศ และมุมเงยของดวงอาทิตย์จากภาพไปพร้อมกัน เพื่อแก้ไขและกำจัดความบิดเบี้ยวทางเรขาคณิตนี้ผ่านแบบจำลองทางคณิตศาสตร์หลายชุด เพื่อให้มั่นใจได้ว่าตำแหน่งมีความแม่นยำ

ก่อนการแก้ไขทางเรขาคณิต - หลังการแก้ไขทางเรขาคณิต

การแก้ไขรังสี

หมายถึง การแก้ไขความผิดเพี้ยนหรือความคลาดเคลื่อนของรังสีทั้งแบบเป็นระบบและแบบสุ่มที่เกิดจากปัจจัยภายนอกในระบบการรับและส่งข้อมูล และกระบวนการกำจัดหรือแก้ไขความผิดเพี้ยนของภาพที่เกิดจากข้อผิดพลาดของรังสี

การแก้ไขค่าความคลาดเคลื่อนทางรังสี หมายถึงกระบวนการกำจัดความผิดเพี้ยนต่างๆ ในข้อมูลภาพที่เกี่ยวข้องกับค่าความสว่าง สถานีประมวลผลจะรับข้อมูลดิบจากสถานีรับสัญญาณ อ่านข้อมูลเข้าสู่ระบบประมวลผลภาพ และทำการแยกข้อมูลออกเป็นไฟล์ต่างๆ ก่อน ได้แก่ ข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียมดิบ และข้อมูลเสริมด้านโทรมาตร จากนั้นจึงทำการแก้ไขค่าความคลาดเคลื่อนทางรังสีของระบบ โดยอาศัยแบบจำลองการแก้ไขข้อผิดพลาดทางรังสีของภาพถ่ายดาวเทียมที่ได้มาจากสมการการถ่ายโอนรังสี และด้วยการสนับสนุนจากฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของระบบประมวลผลภาพ

กล่าวโดยสรุป คือ การกำจัด "สัญญาณรบกวน" จากเซ็นเซอร์หรือชั้นบรรยากาศ เพื่อให้สามารถแสดงสภาพพื้นดินได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น และปรับปรุง "ความคมชัด" ของภาพ โดยหลักๆ แล้วคือการกู้คืนข้อมูลที่ขาดหายไป การกำจัดหมอกควัน หรือการเตรียมการสำหรับการต่อภาพและการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลง

ก่อนและหลังการแก้ไขด้วยรังสี

การปรับปรุงภาพ

ฮิสโตแกรมก่อนและหลังการยืด

เพื่อให้ข้อมูลลักษณะภูมิประเทศในภาพถ่ายดาวเทียมอ่านง่ายขึ้น และทำให้เป้าหมายที่สนใจเด่นชัดยิ่งขึ้น จำเป็นต้องมีการประมวลผลปรับปรุงภาพ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ เช่น การเพิ่มความคมชัดของภาพ การผสมสี การแปลงฮิสโตแกรม การแบ่งส่วนความหนาแน่น การกลับสีระดับเทา การดำเนินการระหว่างภาพ การรวมภาพ การตัดภาพ การต่อภาพ และการโมเสกภาพพร้อมการปรับสมดุลสี

การสกัดข้อมูล

ลักษณะเฉพาะของเป้าหมายในภาพถ่ายดาวเทียมเป็นการสะท้อนความแตกต่างของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของเป้าหมายเหล่านั้นในภาพถ่ายดาวเทียม กระบวนการระบุประเภท คุณสมบัติ ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ รูปร่าง ขนาด และคุณลักษณะอื่นๆ ของเป้าหมายโดยอาศัยเป้าหมายในภาพถ่ายดาวเทียม เรียกว่า การสกัดข้อมูลจากดาวเทียม

ปัจจุบัน วิธีการสกัดข้อมูลประกอบด้วยการตีความด้วยสายตาและการจำแนกประเภทด้วยคอมพิวเตอร์ โดยในจำนวนนี้ การตีความด้วยสายตาเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

• การตีความเชิงภาพ

หรือที่รู้จักกันในชื่อการตีความด้วยตนเอง คือการตีความภาพถ่ายจากดาวเทียมด้วยตนเอง โดยการร่างขอบเขตของลักษณะเป้าหมายบนภาพ และดึงข้อมูลออกมา

• การจำแนกภาพ

เป็นกระบวนการจำแนกพิกเซลทั้งหมดในภาพออกเป็นหลายประเภทตามคุณสมบัติของพิกเซลเหล่านั้น โดยอาศัยลักษณะทางสเปกตรัมของวัตถุบนพื้นดิน กำหนดฟังก์ชันการจำแนก และเกณฑ์การจำแนกที่สอดคล้องกัน วิธีการหลักคือการจำแนกแบบมีผู้กำกับดูแลและการจำแนกแบบไม่มีผู้กำกับดูแล

การประมวลผลข้อมูลการสำรวจระยะไกล ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของการสังเกตการณ์โลกและการพัฒนาอุตสาหกรรมด้านการสำรวจระยะไกล และอยู่ช่วงกลางน้ำและปลายน้ำของอุตสาหกรรมนี้ ได้รับผลกระทบจากยุคข้อมูลขนาดใหญ่เช่นกัน จึงกำลังตอบสนองต่อแนวโน้มนี้และอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลง โดยมุ่งไปสู่การทำงานแบบเรียลไทม์ การกำหนดมาตรฐาน การประมวลผลขนาดใหญ่ และระบบอัตโนมัติ

ปัจจุบัน วิธีการและแบบจำลองการประมวลผลข้อมูลการสำรวจระยะไกลกำลังมีความเป็นวิทยาศาสตร์มากขึ้นเรื่อยๆ แบบจำลองและเทคโนโลยีข้อมูล เช่น โครงข่ายประสาทเทียม เวฟเล็ต แฟรกทัล แบบจำลองเชิงปัญญา ความรู้จากผู้เชี่ยวชาญด้านธรณีวิทยา และการบูรณาการระบบประมวลผลภาพ จะช่วยเพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของการหลอมรวม การจำแนก และการสกัดข้อมูลเทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลจากหลายแหล่งได้อย่างมาก การผสมผสานอย่างลงตัวของการจำแนกทางสถิติ ตรรกะคลุมเครือ ความรู้จากผู้เชี่ยวชาญ และการจำแนกด้วยโครงข่ายประสาทเทียม ก่อให้เกิดตัวจำแนกแบบผสม ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการจำแนกและจำนวนคลาสได้อย่างมีนัยสำคัญ การหลอมรวมและการประยุกต์ใช้แบบผสมผสานของหลายแพลตฟอร์ม หลายชั้น หลายเซ็นเซอร์ หลายช่วงเวลา หลายสเปกตรัม หลายมุม และหลายความละเอียดเชิงพื้นที่ เป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีการสำรวจระยะไกล การพัฒนาและการประยุกต์ใช้แบบจำลองข้อมูลการสำรวจระยะไกลที่ไม่แน่นอนและระบบสนับสนุนการตัดสินใจด้วยปัญญาประดิษฐ์ยังต้องการการวิจัยเพิ่มเติมอีกด้วย

เนื้อหาบางส่วนในบทความนี้มาจาก...

GIS Frontiers, พลังเหนือกาลเวลา