مطالب تخصصی

جزوه تحلیلی رفتارهای طیفی در پردازش تصاویر ماهواره ای

نوشته شده توسط Amirhossein.Ahrari@Gmail.com

این جزوه آموزشی در ارتباط با آموزش تحلیل رفتارهای طیفی در سنجش از دور است. 

با استفاده از این جزوه شما قادر خواهید بود تا ویژگی ها و ساختارهای حاکم بر رفتارهای طیفی بسیاری از پدیده های مختلف سطح سیاره زمین را درک نمایید. 

این جزوه آموزشی برای تمامی متخصصین علاقمند به سنجش از دور طراحی شده که تجربه ای متفاوت را برای شما رقم میزند.

بخشی از متن این جزوه آموزشی را میتوانید در زیر مطالعه نمایید. 

توجه توجه : فایل PDF این نوشته بصورت کامل قابل دانلود است. 

در این مقاله علمی و آموزشی یکی از مهم ترین مباحث در سنجش از دور با عنوان رفتارهای طیفی مورد ارزیابی قرار گرفته است. دراین مقاله رفتارهای طیفی آب، خاک و پوشش گیاهی در وضعیت های مختلف تحلیل شده است. آگاهی از رفتارهای طیفی در زمینه طراحی شاخص های طیف و تحلیل وضعیت پوشش ها در شرابط گوناگون مورد استفاده قرار میگیرد. با آگاهی نسبت به رفتارهای طیفی میتوان تغییراتی در پدیده ها را مطالعه کرد که با استفاده از چشم غیر مسلح قابل مشاهده و استخراج نیست.

مقدمه

اساس و بنیان سنجش از دور بر برهمکنش طیفی بین پدیده های مختلف با امواج الکترومغناطیسی است. برهمکنش امواج با پدیده های مختلف در قالب نسبت جذب و بازتاب امواج قابل توصیف است. الگوی نسبت جذب و بازتاب امواج الکترومغاطیسی در محدوده های طیفی مختلف با عنوان رفتار طیفی شناخته میشود. رفتار طیفی پدیده ها با استفاده از نمودار طیفی قابل نمایش است. نمودار طیفی یک بردار دوبعدی است که از یک محور افقی و یک محور عمودی برخوردار است. محور افقی آن نشان دهنده طول موج و محور عمودی نشان دهنده شدت بازتاب است.

رفتار طیفی چیست ؟

به ساده ترین شکل، رفتار طیفی عبارت است از نسبت بازتاب امواج الکترومغناطیسی در محدوده های طیفی مختلف.

رفتار طیفی چه کاربردی دارد؟

آگاهی و شناخت رفتار طیفی به استخراج اطلاعات زیر کمک میکند:

  • درک چگونگی نمایش پدیده های مختلف در تصاویر ماهواره ای
  • انتخاب باند های بهینه در فرایند پردازش تصاویر ماهواره ای
  • درک عملکرد باند ها در شاخص های طیفی
  • طراحی شاخص های طیفی جدید
  • پیش بینی عملکرد شاخص های طیفی
تحلیل رفتار طیفی گیاه

رفتار طیفی هریک از پدیده ها از ویژگی های کلیدی برخوردار است که عبارت اند از :

  • گیاه از یک رفتار طیفی پرنوسان برخوردار است.
  • رفتار طیفی گیاه در مقایسه با سایر پدیده ها از نوسان بسیار بیشتری برخوردار است.
  • نسبت بازتاب محدوده مرئی گیاه در مقایسه با محدوده مادون قرمز بسیار کمتر است.
  • در بخش مرئی طیف،باند سبز از بیشترین بازتاب در مقایسه با محدوده های سبز و قرمز طیف الکترومغناطیس برخوردار است.
  • باند قرمز بخش زیادی از انرژی رسیده را جذب مینماید. از این محدوده با عنوان لبه قرمز یاد میشود.
  • باند مادون قرمز که دقیقا بعد از محدوده قرمز قرار گرفته، بشدت امواج رسیده را بازتاب میکند. بازه طیفی مادون قرمز نزدیک در رفتار طیفی گیاه با عنوان فلات قرمز نامیده میشود.
  • از محدوده مادو قرمز نزدیک به سمت مادون قرمز طول موج کوتاه میزان بازتاب کاهش پیدا میکند. دلیل کاهش بازتاب در مادون قرمز طول موج کوتاه، وجود رطوبت در گیاه است.
مهم ترین باند ها در رفتار طیفی گیاه

مهم ترین باند ها در رفتار طیفی گیاه باند های قرمز و مادون قرمز نزدیک است. باند قرمز از بیشترین جذب و باند مادون قرمز نزدیک از بیشترین بازتاب در رفتار طیفی گیاه برخوردار است. این دو باند اطلاعات کلیدی را در ارتباط با میزان سلامت گیاه در اختیار کاربران قرار میدهد. عموم شاخص های طیفی طراحی شده در زمینه مطالعه پوشش گیاهی با استفاده از باند های قرمز و مادون قرمز نزدیک صورت میگیرد.

مهم ترین عوامل کنترل کننده رفتار طیفی گیاه

مهم ترین عوامل موثر در رفتار طیفی گیاه در محدوده های طیفی گوناگون به شرح زیر است :

بخش مرئی : نسبت کلروفیل و کاروتن موجود در گیاه

هر چقدر گیاه سالم تر باشد میزان کلرفیل در آن بیشتر و در نتیجه میزان بازتاب باند سبز از سایر باند های مرئی بیشتر است. وجود کلروفیل در گیاه باعث میشود تا امواج قرمز و آبی توسط گیاه جذب شده و امواج سبز بازتاب شود. بر همین اساس در محدوده مرئی پوشش گیاهی توسط چشم انسان به رنگ سبز مشاهده میشود. جذب امواج رسیده در محدوده مرئی انرژی لازم گیاه برای انجام فوتوسنتز را فراهم مینماید.

در فصل پاییز و زمستان میزان کلروفیل در گیاه کاسته شده و میزان کاروتن افزوده میشود. افزایش میزان کاروتن باعث افزایش بازتاب دربخش قرمز طیف و کاهش بازتاب در بخش سبز طیف الکترومغناطیسی میگردد. بر همین اساس در فصل پاییز و زمستان پوشش گیاهی به رنگ نارنجی و قرمز دیده میشود.

بخش مادون قرمز نزدیک : میزان کلروفیل و ساختار برگ (مزوفیل اسفنجی)

کلروفیل نقش بسیار مهمی در نسبت بازتاب محدوده مادون قرمز نزدیک دارد. در شرایطی که گیاه سالم است و میزان کلروفیل به اندازه کافی وجود دارد، باند مادون قرمز نزدیک از بیشترین بازتاب برخوردار است.هرچقدر که میزان کلروفیل گیاه کاهش پیدا میکند نسبت بازتاب باند مادون قرمز نزدیک بصورت قابل توجهی کاسته میشود.

بخش مادون قرمز طول موج کوتاه : نسبت رطوبت موجود در گیاه

امواج مادون قرمز خصوصا مادون قرمز طول موج کوتاه از حساسیت بسیار بالایی نسبت به رطوبت و آب برخوردار هستند. آب و رطوبت به شدت جذب کننده امواج مادون قرمز طول موج کوتاه و حرارتی است. در نتیجه رطوبت موجود در گیاه باعث جذب امواج الکترمغناطیسی بخش مادون قرمز طول موج کوتاه میگردد. وجود رطوبت در کیاه باعث شده تا در محدوده مادون قرمز طول موج کوتاه کانون های جذبی قابل توجهی ایجاد شود.

آیا فقط ترکیبات شیمیایی گیاه در رفتار طیفی آن اثر کذار است؟

خیر. تنها ترکیبات شیمیایی گیاه بر رفتار طیفی آن اثر گذار نیست بلکه شرایط محیطی نیز تاثیر جدی بر آن میگذارد. به عنوان مثال خاک زمینی که گیاه در آن کاشته شده و نوع کانی های آن به همراه میزان رطوبت و مواد آلی موجود در آن در رفتار طیفی گیاه اثرگذار است. در برخی از مطالعات و تحقیقات دیده شده که با استفاده از تغییرات ایجاد شده در رفتار طیفی گیاه، وضعیت خاک منطقه را تعیین نمایند.

آیا رفتارهای طیفی گیاه در همه شرایط یکسان است؟

خیر. رفتار طیفی گیاه در وضعیت های مختلف متفاوت است. نوع، ترکیبات، ساختار درونی، میزان رطوبت، وضعیت خاک زیرین، روطوبت خاک و کانی هایی موجود در آن بر رفتار طیفی گیاه اثر گذار است.

تحلیل رفتار طیفی خاک

خاک در مقایسه با سایر پدیده ها از یک رفتار طیفی بدون نوسان و یا کم نوسان برخوردار است. رفتار طیفی خاک یه روند لگاریتمی را نشان میدهد که از طول موج کوتاه به سمت طول موج بلند بر میزان بازتاب های آن افزوده میشود. به عبارت دیگر هر چه از محدوده باند آبی به سمت باند مادون قرمز طول موج کوتاه حرکت میکنیم بر میزان بازتاب امواج افزوده میشود. این روند افزایشی با افزایش طول موج هم چنان ادامه دارد تا آنکه در محدوده مادون قرمز نزدیک یک کانون جذبی کوچک ایجاد میشود که ناشی از رطوبت موجود در آن است. پس از این کانون جذبی زوند افزایشی بازتاب با افزایش طول موج هم چنان ادامه پیدا میکند.

چه عواملی بر رفتار طیفی خاک اثر گذار است؟

مهم ترین عوامل اثر گذار بر رفتار طیفی خاک عبارت اند از :

  • کانی های تشکیل دهنده خاک
  • رطوبت خاک
  • بافت خاک
  • مواد آلی موجود در خاک
  • رنگ خاک
  • زهکشی خاک
اثر کانی های تشکیل دهنده خاک بیشتر در کدام بخش طیفی قابل مشاهده است؟

اثر کانی های موجود در خاک عموما در بخش مادون قرمز طول موج کوتاه قابل مشاهده است. بر همین اساس بسیاری از سنجنده هایی که برای مطالعات کانی شناسی طراحی شده باندهای طیفی متعددی در بخش مادون قرمز طول موج کوتاه دارا است. بسیاری از کانی ها از رفتار طیفی مشابهی نسبت به یکدیگر برخوردار هستند اما اختلاف در کانون های جذبی آنها در محدوده مادون قرمز طول موج کوتاه دلیلی بر شناسایی و تفکیک آنها از یکدیگر است.

رطوبت خاک چه اثری بر رفتار طیفی خاک دارد؟

بصورت کلی رطوبت و آب جذب کننده امواج الکترومغناطیسی است. وجود آب و رطوبت در خاک باعث کاهش میزان بازتاب و افزایش جذب امواج الکترومغناطیسی میشود. هر چه میزان آب و رطوبت موجود در کیاه افزوده میشود نسبت بازتاب نیز در باند های مختلف کاسته میشود. البته بیشترین نسبت جذب با افزایش رطوبت در باند مادون قرمز طول موج کوتاه ایچاد میگردد.

مواد آلی چه اثری بر رفتار طیفی خاک دارد؟

وجود مواد آلی در خاک اثری به مانند رطوبت در خاک را ایجاد میکند. به ابن صورت که وجود ماده آلی در خاک نسبت بازتاب را میکاهد و با افزایش میزان ماده آلی در خاک بر میزان جذب امواج الکترومغناطیسی رسیده به خاک نیز افزوده میشود.

بافت خاک چه اثری بر رفتار طیفی خاک دارد؟

بصورت کلی بافت خاک را میتوان به دو دسته ریز بافت و درشت بافت تقسیم بندی کرد. هرچه میزان بافت خاک ریزتر باشد، در نتیجه نسبت بازتاب کاسته میشود و در مقابل با افزایش اندازه ذرات تشکیل دهنده خاک (درشت بافت) میزان بازتاب افزایش پیدا میکند.

تحلیل رفتار طیفی آب

همانطور که پیش تر به آن اشاره شد، آب بصورت کلی جذب کننده امواج است و نسبت بازتاب در آن در مقایسه با سایر پوشش های سطح زمین بسیار اندک است. بیشترین بازتاب آب در باند آبی طیف است و هرچه از باند آبی به سمت بخش مادون قرمز طول موج  کوتاه حرکت میکنیم نسبت بازتاب به شدت کاهش پیدا میکند تا آنکه در بازه مادون قرمز میانی میزان بازتاب آب به صفر میرسد. آب بیشتر از آنکه پدیده های مختلف را بازتاب کند جذب مینماید.

 

فایل PDF کامل این جزوه آموزشی را از طریق لینک زیر دریافت نمایید. 


۶ دیدگاه

  • با سلام
    این جزوه ای که زحمت کشیدید و ارائه کردید برای این سایت تخصصی شما بسیار مبتدی است. لطفا در مورد تصاویر ابر طیفی و قابلیت های آنها بیشتر بحث کنید.
    ممنونم

    • با سلام و احترام. بله درسته قطعا این فایل برای افراد حرفه ای طراحی نشده. این جزوه رو ما بر اساس نیاز های عموم کاربرانی که در کلاس ها و کارگاه ها مستقیما باهاشون در ارتباط بودیم طراحی کردیم. درسته که برای شما این مباحث سطح پایین هست اما افراد بسیاری هستند که حتی همین مباحث ساده رو هم تاکنون تجربه نکردن. اگر فایلی در سایت قرار داده میشه بر اساس درخواست ها و سوالاتی است که از طرف بسیاری از کاربران مطرح شده و به این صورت ما به این نتیجه میرسیم که یک موضوع خاص باید در سایت مطرح شده و در اختیار کاربران محترم قرار داده شود.
      حتما نکات آموزشی در ارتباط با داده های ابرطیفی رو در سایت قرار خواهیم داد.
      با سپاس از نقطه نظر شما. با احترام

دیدگاهتان را بنویسید