کاهش اعوجاجات هندسی و رادیومتری تصاویر پهپاد مبنای سنجنده فراطیفی پوشبروم BaySpec OCI-Fبه کمک کالیبراسیون میدانی و پردازش تصاویر فریم همزمان

چکیده:

ضرورت دسترسی به کاربردهای وسیع تصاویر ابرطیفی سبب توسعه سامانه‌های تصویربرداری نوآورانه و اقتصادی در ثبت این تصاویر شده است. بدیهی است که کسب اطلاعات قابل‌اعتماد از داده‌های اخذشده توسط این دوربین‌ها در سایه اجرای کالیبراسیون‌های دقیق رادیومتریکی و طیفی محقق می‌گردد. این روش‌ها منجر به استخراج دقیق‌تر امضای طیفی عوارض از تصاویر می‌گردد. علاوه‌ بر آن، جهت استفاده از این تصاویر لازم است تا ارتباط هندسی دقیقی میان آن‌ها و فضای زمین برقرار گردد که این فرایند نیازمند نقاط کنترلی بسیاری است. این موضوع ضرورت توسعه‌ی راهکارهای اصلاح هندسی و رادیومتریکی منطبق با ساختار هر یک از این دوربین‌ها را بارز می‌سازد. سنجنده (nm 400-1000) BaySpec OCI-F یکی از سامانه‌های نوآورانه‌ای است که به اخذ تصاویر ابرطیفی با هندسه تصویربرداری پوش‌بروم می‌پردازد. این سنجنده طیف نور در محدوده 400 تا 1000 نانومتر را در قالب 1280 باند ذخیره‌سازی می‌کند که حسب نیاز و باهدف افزایش سیگنال به نویز می‌توان با میانگین‌گیری تعداد باندهای تصویربرداری را کاهش داد. این سنجنده علاوه بر یک سنسور پوش‌بروم، از یک سنسور فریم نیز بهره می‌برد که هم‌زمان با سنسور پوش‌بروم و با نرخ زمانی مشابه به اخذ تصویر می‌پردازد. در این تحقیق، دو روش جهت اصلاح هندسی و کالیبراسیون رادیومتریکی نسبی تصاویر پوش‌بروم این سنجنده ارائه‌شده است که هریک از آن‌ها از سه گام متوالی تشکیل شده است. در گام اول از روش اصلاح هندسی، با توجه به ساختار تصویربرداری دوربین، ارتباط هندسی میان آرایه خطی و سنسور فریم در قالب پارامترهای کالیبراسیونی مشخص می‌گردد. در گام دوم و سوم از این روش، به کمک برآورد ارتباط هندسی میان تصاویر فریم متوالی، پیکسل‌های تصویر پوش‌بروم در کنار یکدیگر چیده شده و تصویر اصلاح‌شده ازنظر هندسی تولید می‌گردد. در این روش، ارتباط هندسی میان هر جفت فریم متوالی با استفاده از دو مدل مختلف 1) مبتنی بر تناظریابی عارضه‌مبنا و 2) مبتنی بر تناظریابی ناحیه‌مبنا تعیین شده است. در گام اول از روش کالیبراسیون رادیومتریکی نسبی از صفحاتی با روشنایی ثابت تصویر اخذشده و درجات‌خاکستری ثبت‌شده از آن‌ها در قالب یک جدول ذخیره‌سازی می‌شود. سپس و در گام دوم، پارامترهای کالیبراسیون برای پیکسل‌های مختلف تصویر و در باندهای مختلف محاسبه می‌شود. در گام پایانی نیز، با استفاده از پارامترهای محاسبه‌شده در گام دوم، تصاویر خام اصلاح می‌گردند. شایان‌ذکر است که از تابع خطی موضعی برای اعمال کالیبراسیون رادیومتریکی استفاده‌شده است. نتایج به‌دست‌آمده از روش هندسی نشان می‌دهد مدل مبتنی بر تناظریابی عارضه‌مبنا و مدل مبتنی بر تناظریابی ناحیه‌مبنا توانسته‌اند تا به ترتیب 6/66% و 3/73% از اعوجاجات هندسی تصویر خام را کاهش دهند. این کاهش سبب شده است تا به‌طور متوسط دقت مدل‌های درونیاب عمومی که وظیفه انتقال از فضای تصویر به زمین را دارند، در مدل مبتنی بر تناظریابی عارضه‌مبنا 0/59% و در مدل مبتنی بر تناظریابی ناحیه‌مبنا 6/45% افزایش یابد. به دلیل برخی از مشکلات، مدل رادیومتریکی پیشنهادی تنها بر روی دوربین یک تلفن همراه اعمال و ارزیابی شده است. نتایج به‌دست‌آمده از بخش رادیومتریکی نشان می‌دهد که پس از اعمال کالیبراسیون رادیومتریکی، به طور متوسط انحراف‌معیار درجات‌خاکستری در باندهای مختلف 3/37% کاهش یافته است. همچنین، این روش با دقتی بیش از 5/%94 توانسته است تا درجات‌خاکستری را درونیابی کند. به عبارت بهتر، اختلاف درجات‌خاکستری مورد انتظار با درجات‌خاکستری اصلاح‌شده کمتر از 5/5% درصد بوده است.