استخراج اطلاعات تصویری: کاربردهای نوین ترکیبات رنگی سنجنده TM در سنجش از دور

مقدمه:

بارزسازی تصویر یک مرحله بسیار کلیدی در تفسیر چشمی (Visual interpretation) سنجش از دور می‌باشد گرچه در تفسیر رقومی نیز در برخی موارد منجمله تعیین مناطق آموزشی (Training site) در طبقه‌بندی استفاده از روش‌های بارزسازی تصویر کارساز است.

یکی از راه‌های افزایش بارزسازی تصویر (Image enhancement) استفاده از ترکیبات رنگی است. معمولا" از سیستم RGB برای ایجاد تصاویر رنگی استفاده می‌گردد. در این سیستم سه کانال قرمز (Red)، سبز (Green) و آبی (Blue) وجود دارد که هر کانال، در هر حالت تنها می‌تواند میزبان  یکی از باندهای تصاویر ماهواره‌ای باشد.

تصاویر رنگی به دو گروه تصاویر رنگی واقعی و کاذب تقسیم می‌شود. چنان‌چه باند قرمز در کانال قرمز، باند سبز در کانال سبز و باند آبی در کانال آبی قرار گیرد، تصویر رنگی واقعی، و در غیر این‌صورت تصویر رنگی کاذب تولید می‌گردد. پس در هر نوع تصویر ماهواره‌ای، تنها در یک حالت، تصویر رنگی کاذب و در تعداد زیادی از حالت‌ها، تصویر رنگی کاذب تولید می‌شود.

تلاش‌های محققان در سال‌های گذشته، سبب شناخت ترکیبات مختلف رنگی گردیده که هر کدام برای نیل به هدفی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر نمونه‌هایی از معروف‌ترین ترکیبات رنگی سنجنده TM از ماهواره لندست (Landsat) ارایه شده است.

4,3,2

ترکیب رنگی کاذب استاندارد (Standard false color composite band). در این ترکیب،  پوشش گیاهی به صورت سایه های قرمز ، مناطق شهری آبی فیروزه‌ای  و خاک‌ها از تیره تا قهوه ای روشن متفاوت هستند.  یخ، برف و ابرها سفید یا فیروزه ای روشن هستند.  درختان مخروطی قرمز تیره تر از چوب های سخت به نظر می رسند.  این یک ترکیب بسیار محبوب و برای مطالعات پوشش گیاهی، نظارت بر زهکشی و الگوهای خاک و مراحل مختلف رشد محصول مفید است.  به طور کلی، رنگ‌های قرمز تیره نشان‌دهنده برگ‌های پهن و یا پوشش گیاهی سالم‌تر است، در حالی که قرمز روشن‌تر نشان‌دهنده علفزارها یا مناطق با پوشش گیاهی کم است.  مناطق شهری پرجمعیت با رنگ آبی روشن در این ترکیب مشحص می‌شود.  این ترکیب باند TM نتایجی شبیه به عکاسی هوایی مادون قرمز رنگی سنتی می‌دهد.

3,2,1

این ترکیب باند طبیعی و واقعی است.  از آنجا که باندهای مرئی در این ترکیب استفاده می شود، ویژگی های زمین در رنگ‌هایی مشابه ظاهر آنها با سیستم بینایی انسان ظاهر می‌شود، پوشش گیاهی سالم، سبز، مزارع اخیراً پاک‌سازی شده بسیار روشن، پوشش گیاهی ناسالم قهوه ای و زرد، جاده ها خاکستری و خطوط ساحلی سفید هستند. این ترکیب باندی، بیشترین نفوذ آب را داشته و اطلاعات مهمی در زمینه رسوب و عمق‌سنجی را ارائه می دهد.  همچنین این ترکیب، برای مطالعات شهری استفاده می شود.  مناطق عاری از پوشش گیاهی و با پوشش گیاهی کم مانند ترکیب‌های باندی 4,5,1 یا 4,3,2 شناسایی نمی‌شوند.  ابرها و برف سفید به نظر می‌رسند و تشخیص آنها دشوار است.  همچنین توجه داشته باشید که انواع پوشش گیاهی به سادگی ترکیب4,5,1 قابل تشخیص نیستند. همچنین  ترکیب 3,2,1 به اندازه ترکیب 7,5,3، آب کم عمق را از خاک متمایز نمی‌کند.

7,4,2

این ترکیب یک نمایش "طبیعی" ارائه می‌دهد و در عین حال به ذرات جو و دود نیز نفوذ می‌کند.  پوشش گیاهی سالم، سبز روشن خواهد بود و در فصول رشد شدید می‌تواند رنگ سبز شدیدتری داشته باشد، علف‌زارها سبز به نظر می‌رسند، نواحی صورتی نشان‌دهنده خاک بایر، نارنجی و قهوه‌ای نشان‌دهنده مناطق با پوشش گیاهی کم هستند.  پوشش گیاهی خشک نارنجی و آب آبی خواهد بود.  ماسه‌ها، خاک‌ها و مواد معدنی در رنگ‌های مختلف مشخص می‌شوند.  این ترکیب باند تصاویر قابل توجهی را برای مناطق کویری ارائه می‌دهد.  برای مطالعات زمین شناسی، کشاورزی و تالاب مفید است.  اگر در این تصویر آتش سوزی وجود داشت قرمز به نظر می‌رسید.  این ترکیب در برنامه‌های مدیریت آتش برای تجزیه و تحلیل پس از آتش‌سوزی مناطق جنگلی سوخته و غیر سوخته استفاده می‌شود.  مناطق شهری در سایه‌های مختلف سرخابی ظاهر می‌شوند.  علفزارها به رنگ سبز روشن ظاهر می‌شوند.  نقاط سبز روشن در داخل شهر نشان دهنده پوشش چمنزار - پارک ها، گورستان‌ها، زمین‌های گلف است.  رنگ‌های سبز زیتونی تا سبز روشن معمولاً مناطق جنگلی با جنگل‌های سوزنی برگ است و  تیرگی رنگ سبز در جنگل‌های با درختان خزان کننده کمتر از جنگل‌های سوزنی برگ است.

4,5,1

پوشش گیاهی سالم با سایه‌های قرمز، قهوه ای، نارنجی و زرد ظاهر می‌شود.  خاک‌ها ممکن است سبز و قهوه‌ای باشند، عوارض شهری سفید، فیروزه‌ای و خاکستری هستند، نواحی آبی روشن نشان‌دهنده نواحی عاری از پوشش و مناطق قرمز رنگ نشان‌دهنده رشد پوشش گیاهی جدید و احتمالاً علف‌زارهای کم پشت است.  آب شفاف و عمیق در این ترکیب بسیار تیره خواهد بود، اگر آب کم عمق یا حاوی رسوبات باشد به صورت سایه های آبی روشن تر ظاهر می شود.  برای مطالعات پوشش گیاهی، افزودن باند مادون قرمز متوسط ((Mid-IR حساسیت تشخیص مراحل مختلف رشد یا تنش گیاه را افزایش می‌دهد. با این حال، با توجه به تاثیر بارندگی بر پوشش گیاهی ، باید در تفسیر دقت شود.  استفاده از TM4 و TM5 بازتاب بالایی را در مناطق پوشش گیاهی سالم نشان می‌دهد.  برای اطمینان از تفسیر صحیح، مقایسه نواحی سیل‌زده و مناطق پوشش گیاهی قرمز با رنگ‌های مربوطه در ترکیب 3,2,1 مفید است.  این ترکیب باندی، ترکیب خوبی برای مطالعه ویژگی‌های فرهنگی مانند جاده‌ها و باند فرودگاه نیست.

4,5,3

این ترکیب از باند 4 یعنی مادون قرمز نزدیک (IR)، باند 5 یعنی مادون قرمز متوسط (mid-IR) و باند 3 یعنی قرمز (Red) استفاده کرده و برای  تعیین مرزهای خشکی- آب به کار می‌رود و جزئیات ظریفی را برجسته می کند که به راحتی در باندهای مریی به تنهایی قابل مشاهده نیستند.  هنگامی که از باندهای مادون قرمز بیشتر استفاده می شود، دریاچه ها و نهرهای داخلی را می توان با دقت بیشتری مکان یابی کرد.  با این ترکیب باندی، نوع و شرایط پوشش گیاهی به صورت تنوع رنگ‌ها (قهوه‌ای، سبز و نارنجی) و همچنین در تن ظاهر می‌شود.  ترکیب 4,5,3 تفاوت‌های رطوبتی را نشان می‌دهد و برای تجزیه و تحلیل شرایط خاک و پوشش گیاهی مفید است.  به طور کلی، هر چه خاک مرطوب‌تر باشد، به دلیل قابلیت جذب مادون قرمز آب، تیره تر به نظر می‌رسد.

7,5,3

این ترکیب باندی نیز یک نمایش "طبیعی" ارائه می‌دهد و در عین حال به ذرات جو، دود و مه نفوذ می‌کند.  پوشش گیاهی در سایه‌های سبز تیره و روشن در طول فصل رشد ظاهر می‌شود، عوارض شهری سفید، خاکستری، فیروزه‌ای یا بنفش است، ماسه ها، خاک ها و مواد معدنی در رنگ‌های مختلف ظاهر می‌شوند.  جذب تقریباً کامل باندهای مادون قرمز متوسط (Mid-IR) در آب، یخ و برف سبب می‌شود، خطوط ساحلی و منابع آب به خوبی در تصویر، مشخص شود.  برف و یخ به رنگ آبی تیره ظاهر می شوند، آب، سیاه یا آبی تیره است.  سطوح داغ مانند آتش‌سوزی جنگل‌ها و آتشفشان‌ها، باندهای Mid-IR را اشباع می‌کنند و در سایه‌های قرمز یا زرد ظاهر می‌شوند.  یکی از کاربردهای خاص این ترکیب، نظارت بر آتش‌سوزی‌های جنگلی است.  در طول فصول رشد کم پوشش گیاهی، ترکیب 7,4,2 باید جایگزین شود.  مناطق سیل زده در این ترکیب در مقایسه با ترکیب3,2,1 ، آبی تیره یا سیاه به نظر می‌رسند، در صورتی که ترکیب3,2,1 مناطق سیل زده کم عمق خاکستری به نظر رسیده و تشخیص آنها دشوار است.

5,4,3

مانند ترکیب 4,5,1، این ترکیب نیز اطلاعات و کنتراست رنگ زیادی را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.  پوشش گیاهی سالم به رنگ سبز روشن و خاک ها ارغوانی است.  در حالی که ترکیب 7,4,2 شامل TM7 است که اطلاعات زمین شناسی را دارد، ترکیب 5,4,3 از TM5 استفاده می‌کند که بیشترین اطلاعات کشاورزی را دارد.  این ترکیب برای مطالعات پوشش گیاهی مفید است و به طور گسترده در زمینه مدیریت چوب و آلودگی آفات استفاده می‌شود.

5,4,1

این شبیه به ترکیب 7,4,2 است، زیرا پوشش گیاهی سالم سبز روشن است، با این تفاوت که ترکیب 5,4,1 برای مطالعات کشاورزی بهتر است.

7,5,4

این ترکیب شامل باند مریی نیست و  بهترین نفوذ اتمسفر را فراهم می‌کند.  خطوط ساحلی و سواحل به خوبی مشخص شده و می توان از آن برای یافتن ویژگی‌های بافتی و رطوبتی خاک استفاده کرد.  پوشش گیاهی، آبی ظاهر می‌شود.  اگر کاربر، تفسیر پوشش گیاهی سبز را ترجیح می‌دهد، ترکیب 7,4,5 ترکیب بهتری است. این ترکیب باندی می‌تواند برای مطالعات زمین‌شناسی مفید باشد.

5,3,1

این ترکیب، بافت‌های توپوگرافی (Topographic textures) را نشان می‌دهد در حالی که 7,3,1 ممکن است تفاوت‌هایی را در انواع صخره نشان دهد.

Reference: https://web.pdx.edu/~nauna/resources/10_BandCombinations.htm