الجهزة و البرمجيات لمعالجة الصورة الرقمية
محتوى المحاضرة المقدمة خصائص بيانات الصورة الرقمية 1. 2.
البيانات الرقمية Digital data شكل البيانات format Data المعالجة الولية لمعطيات التستشعار عن بعد
المقدمة
1. 2.
الصور الرقمية مؤلفة من اعداد صحيحة ممثلة من32 ،24-16 ،8 بت و اصبحت متوفرة بشكل واسع .تتطلب اجهزة العرض المستخدمة في معظم الحواسب و محطات التشغيل الحالية اللون الحمر و الخضر و الزرق التي تتكون منها لصورة و كل منها يخزنها على شكل 8بيت. 8بيت لللوان غير الحقيقية ويتم تخزينها في ملف بيانات بقيم لونية .256 24بيت لللوان الحقيقية في ثل ث طبقات لونية هي RGBهي اللوان الرئيسية وهناك 256مستوى لوني لكل لون وينتج 16800000لون
البيانات الرقمية Digital data الصور الرقمية هي سلسلة )مصفوفة( من الرقام أي هي تمثيل منطقي للمصفوفة من السطور و العمدة .و سلسة بيانات الصورة متضمنة في فئات عامة للبيانات المساحية وهذا يعني ان قيمة البيانات المفردة ليست مرتبطة بشكل محدد وواضح بموقع معين من الرض. موقع قيمة أي من البيانات ) يفسر بالبيكسل( ويتم فهمة من خلل موقعه في المصفوفة .اذا عرفنا احداثيات بيانات الخلية اليسرى العليا في السلسلة أو البيانات المساحية و مساحة الخلية بالمتر و بعد ذلك نستطيع ان نحسب موقع أي خلية في الصورة المساحية .قيم الرقام مخزنة بعناصر السلسلة في نطاق محدد .على نحو مشترك )-0 (255الذي يتطابق مع مجال الضاءة لللوان المرتبطة بسلسلة الصورة ,القيمة ) (0تشير الى نقص في اللون المرتبط به ) الحمر الخضر الزرق(. انظر الشكل التالي
مفهوم البياانت المتساحية .اصل نظام الحداثيات )تسطر ,صف ,عمود( هي الزاوية اليتسرى العليا من الشبكة في الخلية ) -1عمود .(1حجم الخلية )البيكتسل( بالشبكة عادة يعبر عنها بوحدات المتسافة الرضية مثل المتار .موقع أي بيكتسل يمكن ان يحتسب اذا كانت متسافة النقطة الفقية و العمودية معروفة .و مخطط شبكة الحداثيات لي نقطة يمكن ان يشتق اذا عرفت خريطة الحداثيات للنقطة -1 . 1لحظ ان النقاط يشار اليها بالمصطلح الحداثيات )صف , ,عمود( .لذلك النقطة ) (6-5تتوضع عند ملتقى التسطر 5و العمود. 6متسافة النقطة العمودية و الفقية تتتساوى في اغلب صور و لكن ليس الكل .لصور التستشعار عن بعد
صورة رقمية لعين بشرية ,تظهر التطابق بين المتستويات الرمادية التي عملتها بيكتسلت الصورة و التمثيل العددي للبيكتسل بالمتستوى الرمادي في ذاكرة المخططات البيانية للكمبيوتر.
القيم المخزنة في الخليا تشكل صورة رقمية) أو كثافة البيكسل ( تتمثل الكترونيا بسلسلة من الرقام الثنائية و التي يمكن ان تعتبر كمفتاح التشغيل و الطفاء أو نقط و خطوط في رمز مورس .و في القاعدة الثانية يتشكل الرقم العشري 0.1.2.3مكتوبة على الشكل ..... 0.1.10.11مع كل عمود على اليسار يمثل بالتوالي القيمة العلى من الثنان ,على غرار العشرة في النظام العشري المعتاد. واذا استعملت الرقام الثمانية الثنائية لتسجل القيمة المخزونة لكل بيكسل. و يعد ذلك ان 0و 255تكتب على الشكل التالي )(00000000 و) (11111111هكذا مطلوب المجموع من الرقام الثمانية الثنائية ) البيت ( لتمثل الرقام 256في النطاق من .255-0مدى كثافات البيكسل يعتبر النطاق الديناميكي للصورة .
لن ثمانية اجزاء )بيت( محتاجة لتمثيل نطاق كل لون من اللوان الثل ث الساسية .الصورة المنتجة تدعى صورة ال 24بيت .طرق اخرى لتمثيل بيكسلت الصورة واضحة في الجدول 2.3على سبيل المثال -10وحدة )بيت( منفردة –نطاق الصورة يزود 1024مستوى من الرمادي بينما الصورة 16بيت تستطع ان تمثل كل من البيانات الموجبة و السالبة او البيانات الموجبة فقط .معتمدا على أي تمثيل معلم او غير معلم قد استخدم .بيانات القيم الحقيقة تستخدم بشكل اعتيادي لتخزين القيم الفيزيائية و تعد مثبتة القيمة .على سبيل المثال ,سعة و حالة صورة مخزنة كازواج من اعداد حقيقة من 32بيت . معظم مراقبو الكمبيوترات يتطلبوا اشارة ادخال متناظرة )مختلفة بشكل مستمر(. و لذلك القيم الرقمية المخزنة في الذاكرة الصورية تتحول لشكل متناظر . كالفولتات من رقمي لمحول تناظري DASنظام جمع و ربط البيانات كما يبين الشكل التالي :الظهار من DASتغذي الدخال ببرنامج المراقبة
شكل يبين نطاقات SWIRو Aster VNIR
يبين الجدول .مزيج من اللوان التساتسية للضوء )الحمر الخضر الزرق( تندمج وتنتج الوان متوتسطة مثل الرجواني و البرتقالي .حيث ان القيم لللوان التساتسية متعادلة ,و النتيجة هي ظل للرمادي ما بين التسود و البيض و الكثافة الظاهرة تمثل 8بيت بمعنى آخر من التدرج 255-0
صورة ملونة منتجة على الشاشة متستخدمة ثلث مصفوفات مخزنة في الذاكرة الصورية .و هذه المصفوفات الثلث تحمل الرقام و التي تظهر ظلل من الحمر بالعلى ,المصفوفة المتوتسطة تظهر توزيع ظلل الخضر و المصفوفة التسفلية يحمل الرقام المطابقة للظلل الزرق كل مصفوفة يحمل ارقام صحيحة في النطاق من )0التسود أو نقص اللون( الى ) 255ظل الاضاءة من الحمر و الخضر و الزرق ( .هذه القيم تتحول من الرقمي الى المتناظر من الى واحد من الثلث المحولت تسواء رقمي او متناظر DASالمركز قبل ان تظهر على الشاشة باليمنى
يبين الجدول :نطاقات ديناميكية مختلفة تتستخدم لتمثل بيانات الصورة للتستشعار عن بعد عدد من الرقام الثنائية المتستعملة في الترميز متناتسبة مع عدد متستويات الرمادي أو اللوان التساتسية التي يمكن ان تكون مخزنة في مصفوفة الصورة .لحظ ان البيانات الصحيحة يمكن ان ترمز بـ )( _,+او ل ترمز .بمعنى اخر افترض ان تكون اعداد صحيحة غير تسالبة ممثلة في القاعدة الثانية بخيط من الرقام الثنائية) بيت ( .بينما الرقام الحقيقة مخزنة في ذاكرة الكمبيونر كجزء عشري من اللوغاريتم Mواتسس eقوى عشرية اتسية فصيغة العدد الحقيقي= 2e×mنطاق العدد الحقيقي يعتمد على الكميوتر المعين بينما التمثيل العدد الصحيح هو شائع لجميع الكمبيوترات
شكل البيانات
format Data
بنية البيانات تصف الطريقة التي كتبت بها البيانات للتخزين الوسطي مثل CD تتوضع بيانات النطاق السابع مثل لندسات ETMو يمكن ان تخزن ببنية واحدة كما يلي -1ملف واحد يضم مجموعة من التوصيفات العددية و النصية للبيانات مثل ارقام مسح البيكسلت لكل خط في الصورة امتداد المخطط و خطوط العرض و خطوط الطول لمركز الصورة -2ملف ثاني يضم قيم البيكسلت في نطاقات ETM 1-7مرتبة نطاق بنطاق(. لكل نطاق قيم البيكسل لول خط ممسوح تكتب بترتيب )يسارالى يمين( كمجموعة مفردة او مسجلة ,مع السجل الثاني متضمن لقيم البيكسل للخط الممسوح 2و هكذا الشكل 3.8a الشكل التالي : مثال للتوضيح aنطاق تعاقبي BSQو bنطاق الفترات الزمنية بواتسطة بنية الخط BILلتخزين بيانات الصورة المحتسوتسة عن بعد .الخراج في b نفترض صورة ذات تسبع نطاقات .
الول من هذه الملفات يتضمن مواصفات البيانات المخزنة في الملف الثاني .يمكن ان تخزن بيانات الصورة كمجموعات من الخطوط الممتسوحة لجميع النطاقات
نماذج من اشكال البيانات المخزنة صورة سبوت تزود البيانات ببنية خاصة تدعى CAPبطاقة برنامج التجميع لندسات ETM 7و يمكن الحصول عليها من ملف TIFF GEOعام .و HDFخاص أو لندسات 7Aالسريع البنى )خاصة(. البنية التي تعمدها ناسا لنظام مراقبة الرض برنامج EOSهو البنية الهرمية (HDF ( Hierachical Data Formatالتي يمكن ان تخزن كل من العنوان و معلومات الصورة بملف منفرد .على سبيل المثال البيانات من مشعر استر الياباني تحمل بواسطة قمر تيرا مخزنة في ملف HDFمفرد و الذي يضم كل من البيانات المتحولة و بيانات الصورة .البنية التي تزودنا بها البيانات الستشعار عن بعد يمكن ان تعتبر في اجهزة التحسس حي ث كل واحد يحصل على البيانات من شركة خاصة مزودة ببيانات بنفس البنية . منتجي برامج معالجة الصورة يحدودون ايضا شكل البيانات الخاصة بهم .على سبيل المثال ENVIنظام معالجة الصورة ,يسوق بواسطة انظمة البح ث INC المحاكي الداخلي يتطلب ملفان لكل مجموعة بيانات الصورة
المعالجة الولية لمعطيات الستشعار عن بعد Pre-processing of Remotely –Sensed Data
إن الحصول على بيانات الستشعار عن بعد في شكلها الخام ) الولي( يتضمن عادة عيوب او نقائص،و تصحيح النقائص و ازالة العيوب الظاهرة في البيانات يجب أن تنجز قبل المعالجة .بعض العمليات تنفذ قبل ان استعمال البيانات لغرض خاص .على الرغم من ان بعض التصحيحات تجري في محطة الستقبال الرضية .ل يزال هناك حاجة في قسم المستخدم لبعض العمليات قبل المعالجة الضافية .الموضوع المعتبر هنا على هذه الصورة من قبل طرق تحسين و تحليل الصورة .
ماهي العمليات الولية التي يجب القيام بها العمليات التجميلية Cosmetic operations تتضمن مايلي: الخطوط الممتسوحة مفقودة :تصحيح الصورة الرقمية التي تتضمن 1. اما خطوط ممسوحة مفقودة كليا او جزئيا .او اخطاء مماثلة يمكن ان تكون مستحقة للخطاء في عملية المسح أو اجهزة اخذ العينات .في الب ث أو التسجيل لبيانات الصورة. اعادة انتاج وسائل تخزين البيانات المتضمنة البيانات ,هذه الخطوط الممسوحة المفقودة مشاهدة بشكل عادي كخطوط افقية سوداء او بيضاء على الصورة .تمثيل تعاقب قيم البيكسل مثل 0او 255 .2طرق التخطيط de-striping method
تابع الخطوط الممتسوحة مفقودة 1.لمحاولة تقدير القيم المفقودة بالنظر الى قيم بيانات الصورة في الخطوط الممتسوحة اعلى و اتسفل القيم المفقودة . 2.مراقبة عدة ظواهر طبيعية معروضة مرتبطة ذاتيا و مكانيا يتم استخدامه كقاعدة لتقدير القيم المفقودة على خط ممسوح من قيم متجاورة. الطريقة البسط لتقدير قيم البيكسل المفقودة على طول خط الممسوح المسقط يشمل استبداله بالقيمة البيكسل المتناظرة على الخطوط الممسوحة السابقة الفورية . Missing scan lines
كمثال توضيحي للتأثير للخط الممتسوح المتسقط على صورة لندتسات 4نطاقات TM .و هذه التأثيرات للنطاق 16خط ممتسوح يمكن أن يرى فاتح اً في الماء و مناطق تسوداء انظر الشكل التالي
التأثيرات النطاقية الفقية يمكن مشاهدتها على صورة النطاق 1 لندتسات TM4لجزء من منطقة القارة العليا من يربيشر انكلترا.. هناك 16كاشفات لكل نطاق النموذج التجميعي الفقي يتكرر في كل 16خط ممتسوح.