หลักการผลิตภาพถ่ายดาวเทียม

คุณลักษณะข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียม
ภาพจากดาวเทียมสารวจทรัพยากรที่บันทึกด้วยระบบกล้องหลายช่วงคลื่น มีคุณสมบัติพิเศษแตกต่างจากกล้องถ่ายภาพธรรมดา คือ
1. เป็นข้อมูลเชิงเลข ที่มีความละเอียดของค่าการสะท้อนช่วงคลื่นแสง เป็นระดับความเข้มสีเทา จานวน
256 ระดับ ซึ่งสามารถนาข้อมูลที่มีปริมาณมากเหล่านี้ไปผลิตเป็นภาพขาวดาและสีผสม ตลอดจนนำมาวิเคาระห์ด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ ทาให้มีความถูกต้องยิ่งขึ้น และยังสามารถนาไปบูรณาการในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ได้สะดวกและมีประสิทธิภาพ
2. ข้อมูลที่บันทึกสามารถส่งมายังสถานีรับภาคพื้นดินได้ทันที (Real time) ทาให้ได้ข้อมูลที่ทันสมัย
3. การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง (Synoptic View) ภาพจากดาวเทียมภาพหนึ่งครอบคลุมพื้นที่กว้าง
ทาให้ได้ข้อมูลในลักษณะต่อเนื่องในระยะเวลาบันทึกภาพสั้นๆซึ่งจะช่วยให้สามารถศึกษาสภาพแวดล้อม ต่างๆ ในบริเวณกว้างต่อเนื่องในเวลาเดียวกันทั้งภาพ
4. การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น ดาวเทียมสารวจทรัพยากรมีระบบกล้องที่บันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่นในบริเวณเดียวกัน ทาให้แยกวัตถุต่างบนพื้นโลกได้อย่างชัดเจน ดาวเทียม LANDSAT 1,2,3 ระบบ MMS(Multispectral Electron Self-Scanning Radiometer) มี 4 ช่วงคลื่น ดาวเทียม LANDSAT 4,5 ระบบ TM(Thematic Mapper) มี 7 ช่วงคลื่น เป็นต้น
5. การบันทึกภาพซ้าบริเวณเดิม (Repetitive coverage) ดาวเทียมสารวจทรัพยากรมีวงโคจรจากเหนือ
ลงใต้ (Polar orbit) และกลับมายังจุดเดิมในเวลาท้องถิ่นอย่างสม่าเสมอ และในช่วงเวลาที่แน่นอน อาทิ ดาวเทียมLANDSAT จะถ่ายภาพซ้าทุกๆ 16 วัน MOS ทุกๆ 17 วัน และ SPOT ทุกๆ 26 วัน ทาให้ได้ข้อมูลบริเวณเดียวกันหลายๆช่วงเวลา สามารถเปรียบเทียบและติดตามการเปลี่ยนแปลงต่างๆบนพื้นผิวโลกได้เป็นอย่างดี
6. ภาพจากดาวเทียมให้ความละเอียดหลายระดับ มีผลดีในการเลือกนาไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาด้าน
ต่างๆตามวัตถุประสงค์ เช่น ภาพในระบบ Panchromatic ของดาวเทียม IRS ความละเอียดภาพ 5.8 เมตร
สามารถศึกษาตัวเมือง เส้นทางคมนาคมระดับหมู่บ้าน ภาพในระบบกวาดภาพหลายช่วงคลื่นของดาวเทียม SPOTให้ความละเอียดภาพ 20 เมตร ใช้ศึกษาการบุกรุกพื้นที่ป่าไม้เฉพาะจุดเล็กๆและแหล่งน้าขนาดเล็ก ภาพจากดาวเทียม LANDSAT 5 และ 7 ความละเอียดภาพ 30 เมตร ศึกษาสภาพการใช้ดินระดับจังหวัด เป็นต้น
      การทาภาพสีผสมด้วยภาพจากดาวเทียมที่บันทึกในหลายช่วงคลื่นสามารถนามาซ้อนทับกันได้ โดยใช้ 3 สีหลักคือ สีน้าเงิน (Blue) สีเขียว (Green) และสีแดง(RED) ซึ่งเป็นช่วงคลื่นตามองเห็น เมื่อนามาซ้อนทับกันทาให้เกิดสีผสมปรากฏสีต่างๆ ซึ่งเป็นไปตามทฤษฏีสี คือการซ้อนทับของแม่สีบวกแต่ละคู่จะให้แม่สีลบ (Subtractive primary color) คือ สีเหลือง (Yellow) สีม่วงแดง (Magenta) และสีฟ้า(Cyan)

การเกิดภาพสีผสมของข้อมูลดาวเทียม

สีแดง(R) + สีเขียว(G) = สีเหลือง(Y)

สีแดง(R) + สีน้าเงิน(B) = สีม่วงแดง(R)

สีน้าเงิน(B) + สีเขียว(G) = สีฟ้า(C)

สีน้าเงิน(B) + สีเขียว(G)+สีแดง(R) = สีขาว(W)

สีเหลือง(Y) + สีม่วงแดง(M) + สีฟ้า (C)= สีดำ

       ในกรณีที่ต้องการให้ได้ภาพสีผสมธรรมชาติ (Natural color composite) เราต้องใช้ข้อมูลช่วงคลื่น สีน้าเงิน สีเขียว และแดงตามลาดับ ในกรณีที่ใช้การผสมภาพจากข้อมูลช่วงคลื่นที่แตกต่างไปจากนี้ภาพที่ได้จะเรียกว่าภาพสีผสมเท็จ (False color composite) เช่น ข้อมูลช่วงคลื่นสีเขียว สีแดง และอินฟราเรดใกล้ ตามลาดับจะให้ข้อมูลพืชพรรณเป็นสีแดง เนื่องจากพืชสามารถสะท้อนช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้ได้ดี เป็นต้น จากหลักการดังกล่าวนี้ ทาให้เราสามารถ

ตีความแบ่งแยกชนิดวัตถุตามสีที่ปรากฏได้

      คำว่า “Image” ให้ความหมายได้หลายทาง คานี้ไม่ใช่หมายถึงรูปภาพธรรมดา แต่เป็นข้อมูลตัวเลข 2 มิติแต่ละตัวแทนค่าความสว่าง (Brightness Value) หรือค่าสะท้อนพลังงานของพื้นที่ขนาดเล็กในภาพ ตัวเลขที่เป็นตัวแทนของภาพทำให้สามารถนามาวิเคราะห์ได้ โดยใช้คอมพิวเตอร์และเทคนิคการวิเคราะห์ ทาให้ได้ตัวเลขชุดใหม่ที่เป็นตัวแทนในการปรับปรุงภาพหรือผ่านการจาแนกข้อมูลแล้ว

       ภาพดาวเทียมหรือภาพดิจิทัล ประกอบด้วย องค์ประกอบเล็กๆ ที่แยกออกจากกัน (Discrete Picture Elements) เรียกว่า จุดภาพ (Pixel) สิ่งที่มีอยู่ร่วมกับจุดภาพก็คือ ตัวเลขค่าสะท้อนพลังงานเฉลี่ย (Average Radiance) หรือค่าความสว่างของพื้นที่ขนาดเล็กในภาพ
       ขนาดของพื้นที่มีผลต่อความละเอียดของภาพ เมื่อขนาดของจุดภาพเล็กลงทาให้ภาพมีรายละเอียดมากขึ้นคล้ายกับภาพถ่ายทางอากาศที่สามารรถลดขนาดหรือขยายขนาดได้ ภาพดิจิทัลก็สามารถลดและขยายขนาดภาพได้เช่นเดียวกัน โดยใช้กระบวนการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์ที่เหมาะสม ขนาดของจุดภาพสามารถควบคุมมาตราส่วนของภาพดิจิทัลได้
       สำหรับภาพที่มีคุณภาพสูง ขนาดของจุดภาพปกติมีขนาดน้อยกว่า 0.1 มิลลิเมตร ดังนั้น แต่ละจุดภาพไม่สามารถแยกแยะออกมาให้เห็นเป็นแบบปกติได้ สาหรับการนาข้อมูลภาพมาทาแผนที่การจำแนกนั้น มักจะใช้จุดภาพที่มีขนาดใหญ่กว่า เพื่อให้ตรวจสอบข้อมูลในระดับจุดภาพได้
      ระบบสัมผัสระยะไกลที่ใช้ดาวเทียมเป็นยานสารวจนั้น การเก็บข้อมูลภาพต้องผ่านบรรยากาศของโลก ตัวอุปกรณ์ตรวจวัดไม่เพียงแต่จะวัดการแผ่รังสีสะท้อนจากพื้นโลกและส่งผ่านบรรยากาศ แต่การแผ่รังสีนั้นยังมีการกระจายโดยบรรยากาศด้วย ค่าของจุดภาพแต่ละจุดภาพเป็นตัวแทนของการสะท้อนพลังงานเข้าสู่อุปกรณ์ตรวจวัด(Sensor)
     พื้นที่ซึ่งเป็นพื้นดินมีจุดภาพเป็นตัวแทน และมีองค์ประกอบอื่นๆ ได้แก่ ความสูงของอุปกรณ์ตรวจวัด มุมมองของการถ่ายภาพแต่ละครั้ง (Instantaneous Field of View , IFOV) ซึ่งไอเอฟโอวี(IFOV) นี้เป็นมุมขนาดเล็กในเรขาคณิตของภาพความสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวโลก และอุปกรณ์ตรวจวัด เป็นค่ามุมที่เกิดจากอุปกรณ์เก็บข้อมูลตัวเดียวที่กระทากับพื้นผิวโลก มีวิธีการกวาดภาพหลายวิธีในการเคลื่อนที่ของไอเอฟโอวีของอุปกรณ์ให้ผ่านพื้นผิวโลก ผลจากการวาดภาพได้ภาพหรือแผนที่ของภาพที่มีค่าสะท้อน 2 มิติ ได้จุดภาพที่มีข้อมูล 2 มิติจานวนมาก ทาให้ได้ภาพดิจิทัลขนาดใหญ่
    ระยะทางระหว่างจุดภาพ คือ ขนาดของจุดภาพ ข้อมูลดิจิทัลใช้ตัวเลขของบิตเป็นตัวแทนข้อมูลการสะท้อนพลังงานที่ต่อเนื่องของภาพได้นามาทาให้เป็นปริมาณ (Quantized) ให้เป็นหน่วยที่ไม่ต่อเนื่อง (Discrete) เรียกว่า ค่าระดับสีเทา (Gray Levels) จุดภาพที่มีจานวนบิต 5 – 6 บิต ต่อจุดภาพ (32 ถึง 64 ระดับ) ก็สามารถแสดงภาพดิจิทัลได้ จานวนบิตต่อจุดภาพยิ่งมากยิ่งทาให้ได้ข้อมูลละเอียดขึ้น ถ้ามีจานวนของค่าระดับสีเทาลดลง ภาพจะสูญเสียรายละเอียดของพื้นที่
จุดภาพ (Pixel) มีลักษณะเชิงปริมาณ 3 ประการคือ
1. เป็นมิติเชิงเส้น (Linear Dimension) ของอุปกรณ์ตรวจวัดที่เก็บข้อมูลตรงลงมายังพื้นผิวโลกในรูป
ของไอเอฟโอวี
2. เป็นระยะทางระหว่างไอเอฟโอวีที่เรียงต่อกันบนพื้นผิวโลก
3. จานวนบิต (Bits) ที่เป็นตัวแทนของการวัดค่าสะท้อนพลังงาน

      จำนวนจุดภาพต่อภาพ (Scene) มีจานวนมาก เช่น ข้อมูลจากดาวเทียมระบบ MSS มี 28 ล้านจุดภาพต่อภาพ , ข้อมูลระบบ TM มี 231 ล้านต่อจุดภาพ ข้อมูลจากดาวเทียมสปอตขาวดาและสี มีข้อมูล 27 และ 36ล้านจุดภาพต่อภาพ ตามลาดับ
      ข้อมูลจานวนมากเช่นนี้ มีผลต่อเนื่องต่อการจัดกระทาในทุกเรื่อง เช่น การเก็บข้อมูล (Acquisition) การประมวลผล (Processing) การแสดงภาพและการจัดเก็บข้อมูล ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านคอมพิวเตอร์ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์และดิจิทัลอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้นที่จะสามารถทาการวิเคราะห์ข้อมูลจานวนมหาศาลนี้ได้
      ข้อมูลภาพดาวเทียม สามารถอธิบายได้ในรูปของคุณสมบัติพื้นฐานในเรื่องมาตราส่วน (Scale) ความส่องสว่าง (Brightness) ความคมชัด (Contrast) และรายละเอียดภาพ (Resolution) รวมทั้งเรื่องสีและโทนสี