‮تصویرسازی با تصاویر چندطیفی ‭

با هم دیدیم که چطور می‌توانیم از ماهواره‌ها برای گردآوری داده‌های بعضی از بخش‌های طیف الکترومغناطیسی استفاده کنیم. داده‌هایی که نمی‌توانیم آنها را به چشم ببینیم. در این مقطع ممکن است بپرسید «اگر نمی‌توانیم آنها را ببینیم وقتی که به تصاویر ماهواره‌ای نگاه می‌کنیم، چطور می‌توانیم این نوع داده را به تصویر بکشیم؟

ترکیب‌های باند

هفته گذشته دیدیم که چطور می‌توان با ماهواره‌ها از رنگ‌های طبیعی تصویربرداری کرد – تصاویری که دنیا را در رنگهایی نشان می‌دهند که می‌توانیم آنها را تشخیص دهیم. ماهواره‌ها برای هر پیکسل شدت نور قرمر، سبز و آبی را اندازه می‌گیرند. این مقدارها بعدا برای نمایش عکس‌ها روی صفحه نمایش رنگی دیجیتال ما استفاده می‌شوند.

_{مثل هر عکس دیجیتال دیگری، تصاویر ماهواره‌ای با استفاده از پیکسل‌های قرمز/سبز/آبی روی صفحه نمایش دیجیتال نشان داده می‌شوند. عکس سنتینل-۲ متعلق به ESA.}

به جای تماشای عکسی با رنگ‌های طبیعی، همچنین می‌توان فقط داده‌های مربوط به رنگ قرمز، سبز یا آبی را بررسی کرد تا بتوان شدت نسبی هر کدام را برآورد کرد. این عکس‌های تک‌رنگ یا مجموعه‌داده‌ها را «باند» می‌نامند چون آن‌ها دربرگیرنده گستره‌ای – یا باندی – از طول موج‌ها هستند. یکی از این باندها می‌تواند، برای مثال نمایانگر کل بخش سبز طیف باشد. هفته گذشته ما با داده‌های سنتینل-۲ کار کردیم. نمودار زیر نشان می‌دهد که هر باند چه طول موجی دارد. آیا می‌توانید باندهای قرمز،‌ سبز و آبی را مشخص کنید؟ برای این که راحت بتوانید به آنها ارجاع دهید، آنها را شماره‌گذاری کرده‌ایم (آبی=۲، سبز ۳، قرمز ۴). فعلا نگران مابقی نباشید!

_{طول موج‌هایی که با باندهای مختلف ماهواره‌های سنتینل-۲ پوشش داده شده‌اند. بر اساس عکسی متعلق به ناسا.}

اگر چه می‌توانیم داده‌های هر باندی را به طور مجزا مشاهده کنیم – که اغلب با مقیاس خاکستری (grey-scale) این کار انجام می‌شود (به این شکل که مقدارهای پایین با خاکستری تیره یا سیاه نشان داده می‌شوند، و مقدارهای بالا با خاکستری روشن یا سفید) – این رویکرد همیشه قابل استفاده نیست. اگر باندها را با هم ترکیب کنیم و داده‌ها را با رنگ کامل نشان دهیم، این باندها می‌توانند عکس‌های بسیار جالب‌تری بسازند. به این ترتیب، می‌توان شدت نسبی باندهای قرمز، سبز و آبی را با مقدار روشنی پیکسل قرمز، سبز و آبی نشان داد. با این کار می‌توانیم عکسی بسازیم که روی صفحه نمایشمان نشان داده شود. با این حال، بر خلاف یک عکس رنگی معمولی، وقتی که از GIS یا نرم‌افزارهای تصویری استفاده می‌کنیم، در واقع می‌توانیم هر باندی را که تمایل داریم به رنگ قرمز، سبز و آبی درآوریم و مشخص کنیم که تمایل داریم کدام باند قرمز، سبز و آبی باشد. برای مثال، می‌توانیم آنها را کاملا قاطی کنیم و مقدار پیکسل‌های قرمز را با باند سبز رسم کنیم، مقدار پیکسل‌های سبز را با باند آبی رسم کنیم و از باند قرمز برای رسم مقدار پیکسل‌های آبی استفاده کنیم! این کار فعلا زیاد مفید به نظر نمی‌رسد، اما به زودی ارزش این کار را درک خواهید کرد!

_{تصویرسازی جداگانه باندهای قرمز ®، سبز (G) و آبی (B) و به عنوان یک عکس رنگی با استفاده از ترکیب‌های متفاوت. ترتیبشان نشانگر آن است که به عنوان کدام باند نمایش داده می‌شوند. به این شکل که اولین جایگاه قرمز است، دومین جایگاه سبز و سومین آبی. برای مثال، در مورد RGB، قرمز قرمز است، سبز سبز و آبی آبی، اما در مورد BGR آبی به جای قرمز است، سبز به عنوان سبز و قرمز به جای آبی! تصویر سنتینل-۲، متعلق به ESA.}

اگر بخواهیم یکی از باندهای فروسرخ را به تصویر بکشیم باید چه کار کنیم؟ صفحه نمایش کامپیوتر پیکسل فروسرخ ندارد، و اگر این پیکسل‌ها وجود می‌داشتند و رنگی تولید می‌کردند، ما قادر نبودیم که آن را ببینیم! در نتیجه، کاری که می‌کنیم این است که مقدار پیکسل باندهای مورد نظرمان را با استفاده از یک (یا چند) باند قرمز، آبی یا سبز رسم می‌کنیم. بگذارید به یک مثال نگاه کنیم.

_{یک عکس با رنگ طبیعی و یک ترکیب رنگی کاذب دلتای نیل. عکس سنتینل-۲، متعلق به ESA.}

به عکس دست چپ که دلتای رودخانه نیل را نشان می‌دهد، می‌گویند عکس رنگی طبیعی. آن از باند قرمز برای قرمز (4)، باند سبز برای سبز (3)، و باند آبی برای آبی (2) استفاده می‌کند! در عکس سمت راست، باندهای سبز و آبی یکسان مانده‌اند. اما مقدار پیکسل‌های قرمز را با باند قرمز رسم نکرده‌ایم. به جای آن، مقدار پیکسل‌های قرمز را حذف کرده‌ایم (4) و از باند قرمز برای گنجاندن مقدار پیکسل یکی از باندهای نزدیک به فروسرخ (8) استفاده کرده‌ایم. با این کار، عکس به کلی تغییر کرده است! به این نوع تصاویر می‌گویند ترکیب «رنگ کاذب».

در مورد تصاویر چندطیفی اغلب یک نشانه استاندارد وجود دارد و آن این است که اغلب سه عدد را کنار هم قرار می‌دهند. برای مثال «8/3/2» در همین عکس کاذب بالا. این اعداد به باندهای تصاویر ماهواره‌ای اشاره دارند که برای خلق تصویر ترکیبی (composite image) از آنها استفاده شده است. جایگاه‌ اعداد مهم هستند چون نشان می‌دهند که چه رنگی برای نمایش هر باند استفاده شده است. اولین جایگاه برای قرمز محفوظ نگه داشته می‌شود، دومی برای سبز و سومی برای آبی. در نتیجه، «8/32» به ما نشان می‌دهد که باند 8 با استفاده از رنگ قرمز به تصویر کشیده شده است، باند 3 با سبز و باند 2 با آبی!

_{وقتی که نور به یک گیاه برخورد می‌کند، گیاه نور قرمز و آبی را برای فوتوسنتز جذب می‌کند و بخش قابل ملاحظه‌ای از رنگ سبز را منعکس می‌کند و به شدت نور فروسرخ را منعکس می‌کند (فلش‌های سیاه). عکس متعلق به ویلیام دِدمن.}

_{ترکیب نوری طبیعی بحرین از دو باند فروسرخ (12 و 8) در کنار باند سبز مرئي (3) ترکیب رنگی آشنا اما اغراق‌شده را به وجود می‌آورد که تفاوت‌ها در پوشش سطح خشکی را نمایان می‌کند. سنتینل-۲ (12/8/3) عکس، متعلق به ESA.}

_{این ترکیب نوری دره بقاع در لبنان از ترکیب استاندارد رنگ کاذب استفاده کرده است تا پوشش گیاهی را به رنگ قرمز نشان دهد. در اینجا مناطق سبز بیابان بی‌آب و علف هستند. عکس سنتینل-۲ (8/4/3)، متعلق به ESA.}

_{این ترکیب نوری شهر بغداد از دو باند فروسرخ در ترکیبی استفاده می‌کند که به ویژه برای برجسته کردن مناطق شهری خوب است. عکس سنتینل-۲ (12/11/4)، متعلق به ESA.}

_{این ترکیب نوری بخشی از مرداب‌های جنوب عراق را نشان می‌دهد و از دو باند فروسرخ در ترکیبی استفاده می‌کند که به ویژه برای تمایز دادن بین خشکی، آب و پوشش گیاهی در مناطق باتلاقی کاربرد دارد. عکس سنتینل-۲ (8/11/4)، متعلق به ESA.}

_{این ترکیب نوری وادی الجزی در عمان ترکیبی از باند کوتاه فروسرخ با باندهای سبز و آبی است که برای تمیز دادن بین مناطق مختلف زمین‌شناسی یا پوشش خاک مناسب است. عکس سنتینل-۲ (11/3/2) متعلق به ESA.}

کدام یک از این ترکیب‌های باند برای منطقه مورد علاقه شما مناسب‌ترین است و چرا؟