• ภาษาไทย
  • English

ข้อมูลการรับรู้ระยะไกล

ข้อมูลการรับรู้ระยะไกล

ภาพและโครงสร้างของภาพ

          ข้อมูลจากดาวเทียมประกอบด้วยสี่เหลี่ยมเล็กๆ จำนวนมากที่มีขนาดเท่ากัน และจัดเรียงกันเป็นแถวสี่เหลี่ยมเล็กนี้เรียกว่า จุดภาพ แต่ละจุดภาพถูกกำหนดโดยตำแหน่งพิกัดในแนวนอนและแนวตั้ง และค่าตัวเลขเรียกว่าค่าของจุดภาพ หรือจำนวนตัวเลข ค่าของจุดภาพเป็นค่าที่บันทึกความเข้มของพลังงานที่สะท้อนจากวัตถุบนพื้นโลกไปยังเครื่องรับรู้ ซึ่งแสดงค่าความเข้มแตกต่างกัน ตั้งแต่สีดำซึ่งมีค่าความเข้มน้อยไปจนถึงสีขาวซึ่งมีค่าความเข้มมากระดับความเข้มนี้ เรียกว่า ค่าระดับสีเทา สามารถแบ่งได้หลายระดับขึ้นอยู่กับความละเอียดเชิงแสง ซึ่งถูกจัดเก็บในระบบเลขฐานสอง

ตารางแสดงข้อมูลภาพตามระดับสีเทา และข้อมูลจากดาวเทียม

ตารางแสดงข้อมูลภาพตามระดับสีเทา และข้อมูลจากดาวเทียม

 

การเก็บบันทึกข้อมูลจากดาวเทียม (Satellite data storage)

          การบันทึกข้อมูลภาพเชิงเลขที่ใช้ในการวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ในอดีตบันทึกลงบนแถบเทปแม่เหล็ก(Computer Compatible Tape : CCT) แต่ปัจจุบันนิยมบันทึกลงบนแผ่นซีดีรอม หรือแผ่นดีวีดีแทน ในกรณีของข้อมูลจากดาวเทียมซึ่งบันทึกค่าสะท้อนของพลังงานในพื้นที่เดียวกันและเวลาเดียวกันแต่หลายช่วงคลื่น ถือได้ว่ามีหลายมิติที่จุดหนึ่งๆ หรือที่ตำแหน่งใดๆ จะมีค่าของจุดภาพตามจำนวนช่วงคลื่นที่ใช้บันทึก เช่น ค่าของจุดภาพ 1 ตำแหน่งของดาวเทียม LANDSAT ระบบ TM ถือได้ว่าเป็น 1 เวกเตอร์ หรือสมมติให้เป็นเวกเตอร์ X จะมีค่า (X1 X2 X3 X4 X5 X6 และ X7) ตามลำดับ หรืออาจจะพิจารณาได้ว่าข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ในระบบ TM มีช่วงคลื่นเป็น 7 แบนด์ หรือเป็นภาพขนานกันเป็น P x L x 7 แมทริกซ์ โดย P เป็นจำนวนจุดภาพ L เป็นจำนวนเส้น ตามลำดับ การเก็บบันทึกข้อมูลจากดาวเทียมมี 3 วิธีด้วยกัน

1. แบบแบนด์แทรกสลับโดยจุดภาพ (Band Interleaved by Pixel : BIP) แต่ละแถวมีค่าของจุดภาพของแต่ละแบนด์สลับกันไป ซึ่งข้อมูลในแต่ละแถวมีค่าของจุดภาพครบทุกแบนด์
2. แบบแบนด์แทรกสลับโดยเส้น (Band Interleaved by Line : BIL) แต่ละแถวมีค่าของแบนด์เดียวเท่านั้น โดยแถวต่อไปบันทึกค่าของแบนด์ถัดไปจนครบทุกแบนด์
3. แบบเรียงลำดับแบนด์ (Band Sequential : BSQ) แต่ละแบนด์ถูกบันทึกเรียงลำดับตามแบนด์หนึ่งทั้งภาพแล้วจึงเริ่มแบนด์ต่อไป

ภาพแสดงการจัดเรียงข้อมูลตำแหน่งของจุดภาพในรูปแบบต่างๆ

ภาพแสดงการจัดเรียงข้อมูลตำแหน่งของจุดภาพในรูปแบบต่างๆ

 

แผนภูมิภาพ (Image histogram)

          แผนภูมิของภาพแสดงการกระจายค่าของจุดภาพ และจำนวนจุดภาพในภาพหนึ่งๆ หรือในขอบเขตพื้นที่ที่กำหนด แผนภูมิของภาพใช้ประโยชน์ในการบอกลักษณะของพื้นที่อย่างกว้างๆ ผู้ทำการศึกษาจำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับการสะท้อนของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในแต่ละช่วงคลื่น

ภาพแผนภูมิภาพข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT 5 ช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้ พื้นที่ชายฝั่งทะเลภาคตะวันออก

ภาพแผนภูมิภาพข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT 5 ช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้ พื้นที่ชายฝั่งทะเลภาคตะวันออก

 

การแสดงภาพบนจอ (Image display)

          ความละเอียดของการแสดงภาพ (Display resolution) เป็นการแสดงภาพที่แตกต่างกันบนจอแสดงผลมาจากความจำทั้งมิติแนวนอนและแนวตั้ง ซึ่งแสดงจำนวนของจุดภาพที่สามารถเห็นบนจอภาพ เช่น ความละเอียดของการแสดงภาพที่ 1,152×900 1,280×1,024 และ 1,024×780 จุดภาพ เป็นต้น จำนวนบิตของแต่ละจุดภาพหรือความลึกของจุดภาพ (Pixel depth) บิตคือเลขฐานสอง การแสดงภาพสามารถบอกได้เป็นจำนวนบิต เช่น 8 บิต หรือ 24 บิตค่าบิตเหล่านี้จะเป็นตัวกำหนดค่าความสว่าง (Brightness value) หรือค่าของจุดภาพในการแสดงผลภาพ 24 บิตโดยทั่วไปจอแสดงผลแบบหลอดภาพซีอาร์ที (Cathode Ray Tube : CRT) มีลำแสงอิเล็กตรอนสี (Color gun) 3 ลำแสง ในแต่ละลำแสงอิเล็กตรอนจำนวนค่าความสว่างที่เป็นไปได้ 8 บิต ก็คือ 28 หรือ 256 คือตั้งแต่ 0-255

ดังนั้นแต่ละลำแสงอิเล็กตรอนของ 1 จุดภาพสามารถที่จะมีค่าใดๆ 1 ค่าในช่วง 0-255 ผลรวมของทั้งสามลำแสงอิเล็กตรอนจะมีค่า 2,563 หรือ 224 ซึ่งเท่ากับ 16,777,216 สี

ภาพแสดงภาพสีผสมที่เกิดจากข้อมูล 8 บิต ผ่านลำแสงอิเล็กตรอนสี

ภาพแสดงภาพสีผสมที่เกิดจากข้อมูล 8 บิต ผ่านลำแสงอิเล็กตรอนสี

 

สี (Color)

          มนุษย์รับรู้สีต่างๆ มาจากสัดส่วนของแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน เมื่อรวมกันในสัดส่วนต่างๆสามารถให้สีที่หลากหลาย เรียกว่า แม่สีบวก (Additive primary colors) สีบนจอภาพถูกสร้างขึ้นโดยผลรวมของสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน ซึ่งแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้แทนด้วยค่า 8 บิต จะได้ข้อมูล 24 บิต เพื่อสร้างสีซึ่งเกิดจากสีทั้งสามแผงสี (Color map) ถูกควบคุมโดยระบบหน้าต่าง (Window system) ถ้ามีการแสดงผลระดับ 8 บิต หมายความว่าสีจำนวน 256 สีสามารถแสดงพร้อมกันบนจอภาพ ถ้ามีระดับแสดงผล 24 บิต จะมีเซลล์สีสำหรับแต่ละสี ซึ่งให้สีจำนวน 16,777,216 สี (256 x 256 x 256) การศึกษาข้อมูลโดยพิจารณาทีละช่วงคลื่นมีความละเอียดของข้อมูลเฉพาะตามคุณสมบัติของช่วงคลื่นนั้นตามระดับค่าสีเทา ถ้าต้องการความละเอียดข้อมูลหลายด้านพร้อมกัน ต้องนำข้อมูลแต่ละช่วงคลื่นมาเปรียบเทียบกัน ซึ่งแต่ละช่วงคลื่นที่มีความละเอียดของข้อมูลแตกต่างกัน มาผสมรวมกันตามแม่สีของแสงจะได้รับภาพสีผสม ที่ช่วยเน้นความละเอียดของข้อมูลที่ได้มากกว่าการแสดงทีละช่วงคลื่น โดยใช้แม่สีของแสงสีน้ำเงินสีเขียว และสีแดง การทำภาพผสมสี ทำได้ 3 รูปแบบ คือ

1. สีผสมเชิงบวก (Additive color composite) คือ การผสมสีน้ำเงิน สีเขียว และสีแดง ในความเข้มสูงสุดและสัดส่วนเท่ากันทีละคู่ จะได้แม่สีลบ (Subtractive primary color) ได้แก่ สีเหลือง (Yellow) ม่วงแดง(Magenta) และน้ำเงินแกมเขียว (Cyan) หากนำแม่สีบวกทั้งหมดมาผสมรวมกันในความเข้มสูงสุดและสัดส่วนเท่ากันจะได้สีขาว การผสมสีลักษณะนี้เกิดขึ้นตามการรับรู้ของสายตามนุษย์ ใช้ในระบบการให้สีของจอโทรทัศน์ จอคอมพิวเตอร์ โดยการยิงลำแสงของแม่สีทั้งสามไปยังจอภาพพร้อมกัน แต่ละจุดภาพบนจอภาพก็จะปรากฏเป็นสีต่างๆ ในด้านการรับรู้จากระยะไกลใช้หลักการผสมสีแบบนี้

ภาพแสดงการผสมสีเชิงบวก

ภาพแสดงการผสมสีเชิงบวก

สีผสมเชิงบวก

แสงสีแดง (R)

แสงสีเขียว (G)

แสงสีน้ำเงิน (B)

R% + G% + B% = สีขาว(W)

2. สีผสมเชิงลบ (Subtractive color composite) คือ การผสมสีเหลือง สีม่วงแดง และสีน้ำเงิน แกมเขียว มาผสมกันในความเข้มสูงสุดและสัดส่วนเท่ากันทีละคู่ จะได้สีผสมกลับไปเป็นแม่สีบวก คือ สีน้ำเงิน สีเขียวและสีแดง เมื่อนำแม่สีลบทั้งหมดมาผสมรวมกันในความเข้มสูงสุดและสัดส่วนเท่ากันจะได้สีดำการผสมสีลักษณะนี้ นิยมใช้ในการพิมพ์สีตามโรงพิมพ์ สำหรับหนังสือ วารสาร โปสเตอร์ และหนังสือพิมพ์ ฯลฯ

ภาพแสดงการผสมสีเชิงลบ

ภาพแสดงการผสมสีเชิงลบ

สีผสมเชิงลบ

R% + G% = สีเหลือง (Y)

B%+ G% = สีน้ำเงินแกมเขียว (C)

B%+ R% = สีม่วงแดง (M)

Y% + C% + M% = สีดำ (BL)

3. การแสดงผลแบบสีเทียม (Pseudo color) การเน้นความละเอียดข้อมูลวิธีนี้ แตกต่างจากการผสมสี 2 วิธีที่กล่าวมาแล้ว โดยทั้งการผสมสีทั้งแบบแม่สีบวกและแบบแม่สีลบ ใช้ช่วงคลื่น 3 ช่วงคลื่น ผสมตามแม่สี 3 สี แต่การแสดงผลแบบสีเทียมใช้ช่วงคลื่นเพียง 1 ช่วงคลื่น แล้วให้สีตามลำดับ คือ สีน้ำเงิน สีเขียว สีเขียวเหลือง สีเหลือง สีส้ม สีแดง และสีม่วงแดง ค่าการสะท้อนของข้อมูลถูกแสดงออกตามช่วงสีจากค่าต่ำไปหาค่าสูง โดยช่วงระดับสีเทาของช่วงคลื่นนั้นถูกแบ่งเป็นช่วงย่อยๆ ที่นำมากำหนดให้สีแต่ละช่วงปรากฏเป็นสีต่างๆ ตามลำดับช่วงคลื่นตามองเห็น การกำหนดสีในลักษณะเช่นนี้ เรียกว่า การแสดงผลแบบสีเทียม ซึ่งสามารถแสดงวัตถุต่างๆ ได้ดี โดยเฉพาะกับวัตถุที่มีลักษณะต่อเนื่อง เช่น ระดับอุณหภูมิจากคลื่นอินฟราเรดความร้อน และช่วยให้แยกแยะวัตถุต่างๆ ออกจากกันได้โดยการนำสีเข้าไปแทนระดับสีเทา

 

คุณลักษณะข้อมูลจากดาวเทียม

ข้อมูลจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่ถูกบันทึกด้วยเครื่องรับรู้หลายสเปกตรัม มีคุณสมบัติพิเศษแตกต่างจากกล้องถ่ายภาพธรรมดา คือ

1. ลักษณะข้อมูลเชิงเลข มีความละเอียดของค่าการสะท้อนช่วงคลื่นแสงเป็นค่าระดับสีเทา จำนวน 256 ระดับ (ในกรณี 8 บิต) ในแต่ละช่วงคลื่น สามารถนำข้อมูลไปผลิตเป็นภาพขาวดำและภาพสีผสม ตลอดจนนำมาวิเคราะห์ด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ได้สะดวกยิ่งขึ้น
2. ข้อมูลค่าสะท้อนจากดาวเทียมที่โคจรผ่านสถานีสามารถส่งมายังภาคพื้นดินได้ทันที
3. สามารถบันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นที่กล้องธรรมดาบันทึกไม่ได้ ตลอดจนข้อมูลที่ได้รับมีความละเอียดภาพหลายระดับ
4. การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง (Synoptic view) ความกว้างแนวถ่ายภาพครอบคลุมพื้นที่กว้างทำให้ได้ข้อมูลในลักษณะต่อเนื่อง สามารถศึกษาสภาพแวดล้อมต่างๆ ในบริเวณกว้างขวางต่อเนื่องในเวลาเดียวกันทั้งภาพ เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ระบบ MSS และระบบ TM หนึ่งภาพคลุมพื้นที่ 185×185 ตารางกิโลเมตร ส่วนข้อมูลจากดาวเทียม SPOT หนึ่งภาพคลุมพื้นที่ 60×60 ตารางกิโลเมตร
5. การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรมีทั้งกล้อง และระบบกราดภาพที่บันทึกข้อมูลได้หลายช่วงคลื่นในบริเวณเดียวกัน ทั้งในช่วงคลื่นสายตามองเห็นและช่วงคลื่นนอกเหนือสายตามนุษย์ทำให้แยกวัตถุต่างๆ บนพื้นผิวโลกได้ เช่น ระบบ MSS และระบบ MESSR มี 4 ช่วงคลื่น ระบบ TM มี 7 ช่วงคลื่น ระบบ HRV แพนโครมาติก และระบบหลายสเปกตรัมมี 1 และ 3 ช่วงคลื่น ตามลำดับ
6. การบันทึกข้อมูลซ้ำบริเวณ (Repetitive coverage) ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรมีวงโคจรจากทิศเหนือลงทิศใต้ และกลับมายังจุดเดิมในเวลาท้องถิ่นเดียวกันในช่วงเวลาที่แน่นอน กล่าวคือดาวเทียม LANDSAT ดาวเทียม MOS และดาวเทียม SPOT บันทึกข้อมูลซ้ำทุกๆ 16 วัน 17 วัน และ 26 วันตามลำดับ ส่วนดาวเทียม Thaichote จะบันทึกข้อมูลซ้ำทุกๆ 26 วัน ทำให้ได้ข้อมูลบริเวณเดียวกันหลายๆ ช่วงเวลาที่ทันสมัย สามารถเปรียบเทียบและติดตามการเปลี่ยนแปลงต่างๆ บนพื้นผิวโลกได้เป็นอย่างดี และมีโอกาสที่จะได้ข้อมูลไม่มีเมฆปิดบัง
7. การให้ความละเอียดภาพหลายระดับ (Multi-resolution) ข้อมูลจากดาวเทียมให้ความละเอียดภาพหลายระดับ มีผลดีในการเลือกนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาด้านต่างๆ ตามวัตถุประสงค์ เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ระบบ TM ความละเอียดภาพ 30 เมตร ข้อมูลจากดาวเทียม SPOT ความละเอียดภาพ 2.5 เมตร ข้อมูลจากดาวเทียม THEOS ความละเอียด 2 เมตร ข้อมูลจากดาวเทียม IKONOS ความละเอียดภาพ 1 เมตร และข้อมูลจากดาวเทียม QuickBird ความละเอียดภาพ 61 เซนติเมตร
8. การให้ภาพสีผสม (Color composite) ข้อมูลจากดาวเทียมสามารถสร้างภาพสีจากการผสมภาพ 3 ช่วงคลื่น จากช่วงคลื่นของดาวเทียมที่บันทึกภาพ