ความหมายของ
รีโมตเซนซิง (Remote
Sensing) หรือการสำรวจข้อมูลระยะไกล (การรับรู้ระยะไกล)
เป็นศัพท์เทคนิคที่ใช้เป็นครั้งแรกในประเทศสหรัฐอเมริกาใน พ.ศ.2503 หมายถึง วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแขนงหนึ่ง ที่บันทึกคุณลักษณะของวัตถุ (Object)
หรือปรากฎการณ์ (Phenomena) ต่างๆ
จากการสะท้อนแสง/หรือ การแผ่รังสีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic
Energy) โดยเครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ
การใช้รีโมตเซนซิงเริ่มแพร่หลายนับตั้งแต่สหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียมสำรวจทรัพยากรดวงแรก
LANDSAT-1 ขึ้นใน พ.ศ.2515 เราสามารถหาคุณลักษณะของวัตถุได้จากลักษณะการสะท้อนหรือการแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุนั้น
ๆ คือ “วัตถุแต่ละชนิด
จะมีลักษณะการสะท้อนแสงหรือการแผ่รังสีที่เฉพาะตัวและแตกต่างกันไป
ถ้าวัตถุหรือสภาพแวดล้อมเป็นคนละประเภทกัน” คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อในการได้มาของข้อมูลใน
3 ลักษณะ คือ ช่วงคลื่น(Spectral) รูปทรงสัณฐานของวัตถุบนพื้นโลก
(Spatial) และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา (Temporal) รีโมตเซนซิงจึงเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการจำแนก
และเข้าใจวัตถุหรือสภาพแวดล้อมต่าง ๆ จากลักษณะเฉพาะตัวในการสะท้อนแสงหรือแผ่รังสี
ข้อมูลที่ได้จากการสำรวจระยะไกล ในที่นี้จะหมายถึง
ข้อมูลที่ได้จากการถ่ายภาพทางเครื่องบินในระดับต่ำ ที่เรียกว่า รูปถ่ายทางอากาศ (Aerial Photo) และข้อมูลที่ได้จากการบันทึกภาพจากดาวเทียมในระดับสูงกว่า
เรียกว่า ภาพถ่ายจากดาวเทียม (Satellite Image) องค์ประกอบที่สำคัญของการสำรวจข้อมูลระยะไกล คือ คลื่นแสง
ซึ่งเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า
ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติไม่ว่าเป็นพลังงานที่ได้จากดวงอาทิตย์
หรือเป็นพลังงานจาก ตัวเอง
ซึ่งระบบการสำรวจข้อมูลระยะไกลโดยอาศัยพลังงานแสงธรรมชาติ เรียกว่า Passive
Remote Sensing ส่วนระบบบันทึกที่มีแหล่งพลังงานที่สร้างขึ้นและส่งไปยัง
วัตถุเป้าหมาย เรียกว่า Active Remote Sensing เช่น
ระบบเรดาร์ เป็นต้น
ระบบการทำงาน
แบ่งตามแหล่งกำเนิดพลังงานที่ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
มี 2 กลุ่มใหญ่ คือ
1. Passive remote sensing หรือ แบบเฉื่อย เป็นระบบที่ใช้กันกว้างขวางตั้งแต่เริ่มแรกจนถึงปัจจุบัน
โดยมีแหล่ง พลังงานที่เกิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน
ระบบนี้จะรับและบันทึกข้อมูลได้ ส่วนใหญ่ในเวลากลางวัน
และมีข้อจำกัดด้านภาวะอากาศ ไม่สามารถรับข้อมูลได้ในฤดูฝน หรือเมื่อมีเมฆ หมอก ฝน
2. Active remote sensing หรือ แบบขยัน เป็นระบบที่แหล่งพลังงานเกิดจากการสร้างขึ้นในตัวของเครื่องมือสำรวจ
เช่น ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่สร้างในระบบเรดาห์
แล้วส่งพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เป้าหมาย ระบบนี้ สามารถทำการรับและบันทึกข้อมูล
ได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเวลา หรือ ด้านสภาวะภูมิอากาศ คือสามารถรับส่งสัญญาณได้ทั้งกลางวันและกลางคืน
อีกทั้งยังสามารถทะลุผ่านกลุ่มเมฆ หมอก ฝนได้ในทุกฤดูกาล ในช่วงแรกระบบ passive
remote sensing ได้รับการพัฒนามาก่อน
และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนระบบ active remote sensing มีการพัฒนาจากวงการทหาร แล้วจึงเผยแพร่เทคโนโลยีนี้ต่อกิจการพลเรือนในช่วงหลังการสำรวจในด้านนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นโดยเฉพาะกับประเทศในเขตร้อนที่มีปัญหาเมฆ
หมอก ปกคลุมอยู่เป็นประจำ
หลักการของรีโมตเซนซิงประกอบด้วยกระบวนการ 2 กระบวนการ คือ
1. การได้รับข้อมูล (Data Acquisition) เริ่มตั้งแต่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดพลังงาน
เช่น ดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ, เกิดปฏิสัมพันธ์กับวัตถุบนพื้นผิวโลก
และเดินทางเข้าสู่เครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ (Platform)
ซึ่งโคจรผ่าน ข้อมูลวัตถุหรือปรากฏการณ์บนพื้นผิวโลกที่ถูกบันทึกถูกแปลงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ส่งลงสู่สถานีรับภาคพื้นดิน
(Receiving Station) และผลิตออกมาเป็นข้อมูลในรูปแบบของข้อมูลเชิงอนุมาน
(Analog Data) และข้อมูลเชิงตัวเลข(Digital Data) เพื่อนำไปนำวิเคราะห์ข้อมูลต่อไป
2. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analysis) วิธีการวิเคราะห์มีอยู่ 2
วิธี คือ
-
การวิเคราะห์ด้วยสายตา (Visual Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลออกมาในเชิงคุณภาพ
(Quantitative) ไม่สามารถ วัดออกมาเป็นค่าตัวเลขได้แน่นอน
- การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ (Digital Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลในเชิงปริมาณ (Quantitative) ที่สามารถแสดงผลการวิเคราะห์ออกมาเป็นค่าตัวเลขได้
การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูลต้องคำนึงถึงหลักการดังต่อไปนี้
1. Multispectral Approach คือ ข้อมูลพื้นที่และเวลาเดียวกันที่ถูกบันทึกในหลายช่วงคลื่น ซึ่งในแต่ละช่วงความยาวคลื่น (Band) ที่แตกต่างกันจะให้ค่าการสะท้อนพลังงานของวัตถุหรือพื้นผิวโลกที่แตกต่างกัน
- การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ (Digital Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลในเชิงปริมาณ (Quantitative) ที่สามารถแสดงผลการวิเคราะห์ออกมาเป็นค่าตัวเลขได้
การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูลต้องคำนึงถึงหลักการดังต่อไปนี้
1. Multispectral Approach คือ ข้อมูลพื้นที่และเวลาเดียวกันที่ถูกบันทึกในหลายช่วงคลื่น ซึ่งในแต่ละช่วงความยาวคลื่น (Band) ที่แตกต่างกันจะให้ค่าการสะท้อนพลังงานของวัตถุหรือพื้นผิวโลกที่แตกต่างกัน
2.
Multitemporal Approach คือ การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา
จำเป็นต้องใช้ข้อมูลหลายช่วงเวลา เพื่อนำมาเปรียบเทียบหาความแตกต่าง
3.
Multilevel Approach คือ
ระดับความละเอียดของข้อมูลในการจำแนกหรือวิเคราะห์ข้อมูล
ซึ่งขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน เช่น
การวิเคราะห์ในระดับภูมิภาคก็อาจใช้ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ที่มีรายละเอียดภาพปานกลาง (Medium Resolution) แต่ถ้าต้องการศึกษาวิเคราะห์ในระดับจุลภาค เช่น ผังเมือง
ก็ต้องใช้ข้อมูลดาวเทียมที่ให้รายละเอียดภาพสูง (High Resolution) เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม SPOT, IKONOS, หรือรูปถ่ายทางอากาศเป็นต้น
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum)
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานต่อเนื่องที่มีค่าความยาวของช่วงคลื่นหลายเมตรถึงเศษส่วนของพันล้านเมตร
(Nanometer; 10-9 ม) โดยดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกาเนิดพลังงานในรูปแม่เหล็กไฟฟ้าทางธรรมชาติที่สาคัญและเป็นหลักทางการสารวจข้อมูลจากระยะไกล
ซึ่งจะแผ่พลังงานไปตามทฤษฎีของคลื่น (Wave Theory) ที่มีการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิค
(Harmonic) มีช่วงซ้าและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งมีความเร็วเท่าแสง ระยะทางจากยอดคลื่นถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่าความยาวคลื่น และจานวนยอดคลื่น
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
แบ่งออกได้ตามความยาวของคลื่นที่เรียกว่า ช่วงคลื่น (Band)
ตั้งแต่ช่วงคลื่นที่มีความยาวสั้นที่สุด คือ รังสีคอสมิค
(Cosmic ray) มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 10-10 ไมครอน
จนถึงช่วงคลื่นวิทยุที่มีความยาวคลื่นหลายกิโลเมตร สาหรับคุณสมบัติของช่วงคลื่น ประกอบไปด้วยช่วงคลื่นตามลาดับของความยาวดังนี้
รังสีแกมม่า รังสีเอ็กซ์ อุลตราไวโอเล็ต ตามองเห็น อินฟราเรด ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุ
ช่วงคลื่น
(Band) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
โดยช่วงคลื่นที่ใช้ประกอบในการสารวจข้อมูลระยะไกล
แบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ
1. ช่วงคลื่นเชิงแสง (Optical Wavelength)
อยู่ระหว่าง 0.4 - 14 ไมครอน ซึ่งสามารถถ่ายภาพและบันทึกภาพด้วยฟิล์มถ่ายรูป
และอุปกรณ์บันทึกภาพ (Sensor) โดยประกอบไปด้วย ช่วงคลื่นที่มีผลตอบสนองต่อตาของมนุษย์
หรือช่วงคลื่นแสงสว่าง(Visible light) อยู่ระหว่าง
0.4 - 0.7 ไมครอน แบ่งเป็น 3 ช่วงคือ น้าเงิน เขียว
และแดง ถัดมาเป็นช่วงคลื่นอินฟราเรดช่วงใกล้ (Near Infrared) หรืออินฟราเรดสะท้อนแสงระหว่าง 0.7-3 ไมครอน และอินฟราเรดช่วงความร้อน
(Thermal Infrared) ระหว่าง 3-15 ไมครอน
2. ช่วงคลื่นไมโครเวฟ (Microwave Wavelength) อยู่ระหว่าง 1 มม. - 1 ม. โดยช่วงคลื่นในกลุ่มนี้ จะเรียกหน่วยนับเป็นหน่วยความถี่ ต่างจากกลุ่ม Optical ที่มีหน่วยเป็นความยาวคลื่น ที่รู้จักกันดีก็คือระบบเรดาร์ (RADAR) ซึ่งจะทาการบันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นความถี่ระหว่าง 3-12.5 GHz (ความยาวคลื่นระหว่าง 2.4-100 เซนติเมตร)
2. ช่วงคลื่นไมโครเวฟ (Microwave Wavelength) อยู่ระหว่าง 1 มม. - 1 ม. โดยช่วงคลื่นในกลุ่มนี้ จะเรียกหน่วยนับเป็นหน่วยความถี่ ต่างจากกลุ่ม Optical ที่มีหน่วยเป็นความยาวคลื่น ที่รู้จักกันดีก็คือระบบเรดาร์ (RADAR) ซึ่งจะทาการบันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นความถี่ระหว่าง 3-12.5 GHz (ความยาวคลื่นระหว่าง 2.4-100 เซนติเมตร)
ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานในชั้นบรรยากาศ (Energy Interaction in the
Atmosphere)
คลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ
แล้วสะท้อนกลับสู่บรรยากาศก่อนที่จะถูกบันทึกโดยอุปกรณ์สารวจ บรรยากาศของโลกจะทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของคลื่นพลังงานในด้านทิศทาง
ความเข้ม ตลอดจนความยาวและความถี่ของช่วงคลื่นเพราะชั้นบรรยากาศประกอบ ด้วยฝุ่นละออง
ไอน้า และก๊าซต่างๆ ทาให้เกิดปฏิกิริยากับคลื่นพลังงาน 3 กระบวนการคือ การกระจัดกระจาย (Scattering) การดูดซับ
(Absorption) และการหักเห (Refraction) ทาให้ปริมาณพลังงานตกกระทบผิวโลกน้อยลง
การสะท้อนช่วงคลื่น (Spectral Signature) ของพืชพรรณ
ดิน และน้า
พืช
ดินและน้า เป็นวัตถุปกคลุมผิวโลกเป็นส่วนใหญ่ การสะท้อนพลังงานที่ความยาวช่วงคลื่นต่างกันของพืช
ดินและน้า จะทาให้สามารถแยกประเภทของวัตถุชนิดต่างๆ ได้ โดยวัตถุทั้งสามชนิดหลักนี้
จะมีรูปแบบการตอบสนองต่อช่วงคลื่นต่างๆเฉพาะตัว เรียกว่า Spectral
Signature หรือ ลำยเซนต์เชิงคลื่น โดยที่ช่วงคลื่นเดียวกัน วัตถุต่างชนิด จะให้ค่าการสะท้อนพลังงานต่างกัน
ในขณะที่วัตถุชนิดเดียวกัน จะให้ค่าการสะท้อนช่วงคลื่นที่ต่างกัน แตกต่างกันออกไป ทำให้สามารถแยกแยะชนิดของวัตถุได้
คุณสมบัติภาพจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากร
1. การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง(Synopic View)
2. การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น
3. การบันทึกภาพบริเวณเดิม(Repetitive Coverage)
4. การให้รายละเอียดหลายระดับ ภาพจากดาวเทียมให้รายละเอียดหลายระดับ
5. การให้ภาพสีผสม(False Color Composite)
สีแดง(R) + สีเขียว(G) = สีเหลือง(Yellow)
สีแดง(R) + สีน้ำเงิน(B) = สีม่วงแดง(Magenta)
สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว(G) = สีฟ้า(Cyan)
สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว(G) + สีแดง(R) = สีขาว(White)
สีเหลือง(Y) + สีม่วงแดง(M)+สี ฟ้า(C) = สีดำ(Black)
การเน้นคุณภาพของภาพ(Image
Enhancement) มี 2 วิธี คือ การขยายค่าความเข้มระดับสีเทาให้กระจายจนเต็มช่วงเรียกว่า
Linear Contrast Stretch และ Non - Linear Contrast Stretch โดยให้มีการกระจายข้อมูลของภาพจากดาวเทียมในแต่ละค่าความเข้มให้มีจำนวนจุดภาพใกล้เคียงกัน
เรียกว่า Histogram Equalization Stretch
การผสมสี RGB
ย่อมาจาก
red, green และ blue คือ
กระบวนการผสมสีจากแม่สี 3 สี คือสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน การใช้สัดส่วนของสี 3 สีนี้ต่างกัน จะทำให้เกิดสีต่างๆ ได้อีกมากมาย
ระบบสี
RGB เป็นระบบสีที่เกิดจากการรวมกันของแสงสีแดง เขียว
และน้ำเงินโดยมีการรวมกันแบบ Additive ซึ่งโดยปกติจะนำไปใช้ในจอภาพแบบ CRT(Cathode ray tube) ในการใช้งานระบบสี RGB
ยังมีการสร้างมาตรฐานที่แตกต่างกันออกไปที่นิยมใช้งานได้แต่ RGBCIE
และ RGBNTSC
ภาพสีผสมแบบสีธรรมชาติ (Natural
Color Composite) NCC
ได้แก่ 3-2-1:
R-G-B
ภาพสีผสมแบบสีจริง(True
Color Composite) TCC
เช่น 3-4-1 , 3-4-6 , 7-4-3
ภาพสีผสมเท็จ(False
Color Composite) FCC
เช่น 4-5-3
, 4-1-7 , 5-3-2
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น