ข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียม TERRA/ASTER

การมีข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมหลายดวง ทำให้มีความหลากหลายในการเลือกใช้งานข้อมูล ให้เหมาะสมตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการ ไม่ว่าจะเป็น ช่วงเวลาของการถ่ายภาพที่รวดเร็ว ถ่่ายภาพได้ทุกสภาพอากาศ หลายช่วงคลื่น หลายรายละเอียดจุดภาพ หลายความกว้างในการถ่ายภาพ เป็นต้น แต่สุดท้ายแล้วก็สร้างความยุ่งยากให้กับผู้ใช้งานที่ต้องศึกษาข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมใหม่ๆ ที่ไม่เคยใช้งานมาก่อนในเรื่องของความสามารถและข้อจำกัด ซึ่งจะทำให้ตัดสินใจเลือกที่จะนำมาใช้งานหรือไม่

วันนี้มานำเสนอข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียม TERRA ระบบบันทึกข้อมูล (Sensor) ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) ซึ่งหลายคนอาจจะคุ้นเคยกับคำว่่า ASTER จนคิดว่าเป็นชื่อของดาวเทียม แต่จริงๆ ไม่ใช่ สำหรับการนำมาใช้ประโยชน์นั้น โดยส่วนตัวแล้วได้นำผลผลิตที่อยู่ในรูปแบบของ DEM มาใช้งานหรือที่เรียกว่า GDEM (Global Digital Elevation Model) ซึ่งมีให้ ดาวน์โหลด ฟรีบนอินเตอร์เน็ต

Concept

http://www.jspacesystems.or.jp/ersdac//GDEM/E/2.html

TERRA/ASTER มีทั้งหมด 15 ช่วงคลื่น ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่

Band + Resolution

1. Visible + Near Infrared (4 ช่วงคลื่น) มีรายละเอียดจุดภาพ (Resolution) 15 เมตร
ช่วงคลื่น Visible จะแบ่งย่อยออกเป็น 2 ช่วงคลื่น คือ ช่วงคลื่นสีเขียว (Green) และช่วงคลื่นสีแดง (Red) ซึ่งจะไม่มีช่วงคลื่นสีน้ำเงิน (Blue) คล้ายข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียม SPOT

ส่วนช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้ (Near Infrared) จะมีอยู่ 2 โหมดการถ่ายคือ การถ่ายแนวดิ่ง (Nadir View : 3N) และการถ่ายแนวเอียง (Backward Scan : 3B) ไว้ใช้สำหรับสร้าง DEM ที่เป็นภาพคู่แบบ Stereo ซึ่งก็จะนำมาใช้ในการดัดแก้ภาพถ่ายแบบออร์โทได้

Visible + Near Infrared

2. Short Wave Infrared (6 ช่วงคลื่น) มีรายละเอียดจุดภาพ (Resolution) 30 เมตร
กลุ่มช่วงคลื่นนี้ จะเป็นประโยชน์มากในการใช้จำแนกชนิดของพืชพรรณต่างๆ แต่ Sensor ในกลุ่มนี้เสียทั้งหมด ทำให้ไม่สามารถใช้งานข้อมูลได้ทั้ง 6 ช่วงคลื่น

Short Wave Infrared

3. Thermal Infrared (5 ช่วงคลื่น) มีรายละเอียดจุดภาพ (Resolution) 90 เมตร
กลุ่มช่วงคลื่นนี้ ใช้ดูความร้อนพื้นผิวดิน สามารถที่จะใช้จำแนกพื้นผิวที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน เช่น พื้นที่การเกิดไฟป่า ความร้อนของตัวเมือง เป็นต้น

Thermal Infrared

ต่อไปจะมาดูในเรื่องของผลิตภัณฑ์กันบ้าง (ไฟล์ที่ได้รับในแต่ละผลิตภัณฑ์จะเป็น *.dat ซึ่งจะรวมข้อมูลทุกอย่างอยู่ในนี้ ปกติจะเปิดกับโปรแกรม ENVI หรือ ERDAS)

TERRA/ASTER ที่มีทั้งหมด 15 ช่วงคลื่น จะแบ่งผลิตภัณฑ์ให้เหมาะสมต่อการเลือกใช้งานได้เป็น 3 แบบ ได้แก่

1. ผลิตภัณฑ์ในระดับ (Level) 1A เหมาะสำหรับการนำไปสร้างข้อมูลภาพถ่ายแบบออร์โท ซึ่งผลิตภัณฑ์มีลักษณะข้อมูลดังนี้

1.1 ผ่านการปรับแก้เชิงคลื่น (Radiometric Correction)

1.2 ยังไม่มีการปรับแก้เชิงเรขาคณิต (Geometric Correction) ทำให้ข้อมูลไม่มีระบบพิกัด (coordinate reference system) เป็นเพียงพิกัดของรูปภาพทั่วไป (Cartesian coordinate system)

ชุดข้อมูล *.dat เปิดด้วย ENVI

Level 1A

ตัวอย่างข้อมูล RGB : 321

RGB : NIR/RED/GREEN : 3N/2/1

ขยายภาพ

Zoom

 

2. ผลิตภัณฑ์ในระดับ (Level) 1B เหมาะสำหรับการจำแนกรายละเอียดข้อมูล ซึ่งผลิตภัณฑ์มีลักษณะข้อมูลดังนี้

2.1 ผ่านการปรับแก้เชิงคลื่น (Radiometric Correction)
2.2 ผ่านการปรับแก้เชิงเรขาคณิต (Geometric Correction) ในเบื้องต้น เป็นระบบพิกัด UTM WGS84
2.3 ทิศทางการหมุนของภาพเป็น Satellite Orientation
2.4 มีค่าความคลาดเคลื่อนเชิงตำแหน่ง ประมาณ 150 เมตร

ชุดข้อมูล *.dat เปิดด้วย ENVI

Level 1B

ตัวอย่างข้อมูล RGB : 321

RGB : NIR/RED/GREEN : 3N/2/1

ข้อมูลภาพถ่ายฯ ซ้อนทับกับถนน ที่มาตราส่วน 1:50,000

Zoom 1:50,000

 

3. ผลิตภัณฑ์ในระดับ (Level) 3A เหมาะสำหรับการทำแผนที่ ซึ่งผลิตภัณฑ์มีลักษณะข้อมูลดังนี้

3.1 ผ่านการปรับแก้เชิงคลื่น (Radiometric Correction)
3.2 ผ่านการปรับแก้เชิงเรขาคณิต (Geometric Correction) ในเบื้องต้น เป็นระบบพิกัด UTM WGS84
3.3 ทิศทางการหมุนของภาพเป็น Map North Orientation
3.4 มีค่าความคลาดเคลื่อนเชิงตำแหน่ง ประมาณ 30 เมตร
3.5 มีข้อมูล DEM 15, 30, และ 90 เมตร มาให้ด้วย

ชุดข้อมูล *.dat เปิดด้วย ENVI

Level 3A

ตัวอย่างข้อมูล RGB : 321

RGB : NIR/RED/GREEN : 3N/2/1

ข้อมูลภาพถ่ายฯ ซ้อนทับกับถนน ที่มาตราส่วน 1:50,000

Zoom 1:50,000

การตัดข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมจากค่า pixel ตอนที่ 2

ในตอนที่ 1 จะเป็นการตัดภาพๆ เดียวที่เป็นภาพ pan-sharpened (psp)อยู่แล้ว โดยใช้ค่า pixel แต่ในตอนที่ 2 นี้จะทำการตัดภาพ ms (ภาพสี) และภาพ pan (ขาว-ดำ) ให้มี pixel ตรงกัน คือจะทำการแยกตัดทีละภาพก่อน แล้วค่อยนำทั้ง 2 ภาพที่ได้หลังการตัด ไปทำ psp ในโปรแกรม highview ต่อไป

ในกรณีนี้จะเลือกใช้เมื่อต้องการข้อมูล psp ในพื้นที่เล็กๆ (ตามต้องการ) แต่ข้อมูลภาพต้นฉบับเป็นภาพที่มีขนาดใหญ่มากๆ การที่จะมาทำ psp ก่อนแล้วมาตัดภาพในภายหลังคงไม่ใช่วิธีที่ดีนัก เพราะจะต้องเสียเวลาในการประมวลผล psp หลายชั่วโมง หรือบางที่ก็เป็นวัน ดังนั้น เราควรตัดภาพให้เล็กลงก่อนและทำ psp จะดีที่สุด เพราะใช้เวลาไม่ถึง 30 นาทีก็เสร็จแล้ว

วิธีการนี้ก็ทำในโปรแกรม ENVI เหมือนเดิม

1. เปิดภาพที่เป็น til ของทั้ง pan และ ms ขึ้นมาก่อน

Pan & MS

2. ทำการคำนวณค่า pixel ให้ ms : pan เป็น 1 : 4 เช่น

ms 4257 x 54495

MS Pixel

pan 17028 x 217980

Pan Pixel

แสดงว่าเป็น 1 : 4 กัน คือ นำค่า 4257 x 4 = 17028 และ 54495 x 4 = 217980

3. ไปที่เมนูใหญ่สุดของ envi และเลือก File — Save File As — TIFF/GeoTIFF

4. เลือก Spatial Subset ของภาพ ms ก่อน โดยใช้วิธีแบบ Image และลากขอบเขตให้ได้พื้นที่ตามต้องการ

Spatial Subset

5. จดค่า Samples และ Lines ของ ms ไว้ทั้ง 6 ตัว และทำการ Subset ข้อมูล ms

MS Samples & Lines

6. นำค่า Samples และ Lines ของ ms ในข้อที่ 5 มาคำนวณค่า Samples และ Lines ของ pan เพื่อจะใช้ในการ Spatial Subset ของ pan (ให้มีค่า pixel ของ ms และ pan ที่ตรงกัน สำหรับการนำไปทำ psp ต่อไป)
 

ms (samples)             1065               3192               2128
ms (lines)                    41724            43000             1277

pan                               (4ms)-3          4ms                4ms
pan (samples)            (4×1065)-3    4×3192          4×2128
pan (samples)            4257               12768            8512

pan (lines)                   (4×41724)-3          4×43000          4×1277
pan (lines)                   166893                  172000             5108

 
7. ไปที่เมนูใหญ่สุดของ envi และเลือก File — Save File As — TIFF/GeoTIFF — เลือก Spatial Subset ของภาพ pan

8. ใส่ค่าที่คำนวณได้ลงไปทั้ง 6 ช่อง และทำการ Subset ข้อมูล pan

Pan Samples & Lines

9. ข้อมูล ms (ข้อ 5) และข้อมูล pan (ข้อ 8) จะมี pixel ตรงกันและเป็นสัดส่วน 1 : 4 สามารถที่จะนำไปทำ psp ในโปรแกรม highview ได้

PSP

การตัดข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมจากค่า pixel ตอนที่ 1

ในโปรแกรม ENVI มีวิธีการตัดข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมหลายวิธี ได้แก่ ตัดจากค่า Pixel ตัดจากค่าพิกัด ตัดจากภาพ และตัดจากข้อมูล Vector ต่างๆ ซึ่งปกติงานที่ทำจะนิยมตัดแบบภาพและตัด 1 – 2 ชิ้น เนื่องจากง่ายต่อการมองเห็นภาพและเลือกพื้นที่ติดด้านบนและด้านล่าง จะสร้างให้มี Overlap กันก็ได้แล้วแต่ต้องการ แต่ในบางกรณีที่ต้องการตัดภาพหลายๆ ชิ้น เพื่อให้สามารถเก็บบันทึกลงแผ่น DVD ได้ ยกตัวอย่างเช่น ไฟล์ภาพขนาด 22 GB ก็ต้องแบ่งออกเป็น 6 ชิ้นๆ ละ 3.67 GB ก็พอดีกับแผ่น DVD แต่ละแผ่น ถ้ามีข้อมูล Vector ก็สามารถเลือกและตัดได้ แต่ถ้าไม่มีก็คงต้องอาศัยการคำนวณตัดจากค่า Pixel ซึ่งก็ไม่ได้ยุ่งยากอะไร เพียงแต่ก็นำค่า Pixel ทั้งแนวกว้างและยาวมาคำนวณ + – กันนิดหน่อย

Pixel

Spatial Subset

Require Area

Configuration
จากการคำนวณตัดภาพ 6 ชิ้น แต่ละชิ้นสามารถมีค่า Pixel ดังนี้

A = 1 – 14057 = 14057
= 1 – 19122 = 19122

B = 14058 – 28114 = 14057
= 1 – 19122 = 19122

C = 1 – 14057 = 14057
= 19123 – 38244 = 19122

D = 14058 – 28114 = 14057
= 19123 – 38244 = 19122

E = 1 – 14057 = 14057
= 38245 – 57366 = 19122

F = 14058 – 28114 = 14057
= 38245 – 57366 = 19122

ภาพที่ตัดได้แต่ละชิ้นก็จะมี pixel ต่อกันพอดี

ซูม ภาพ A (ด้านขวา) จะต่อกับภาพ B (ด้านซ้าย) ภาพล่าง

Zoom Picture A

ซูม ภาพ B (ด้านซ้าย) จะต่อกับภาพ A (ด้านขวา) ภาพบน

Zoom Picture B

การตัดข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมด้วยเวคเตอร์ในโปรแกรม ENVI

1. เปิดข้อมูลภาพถ่ายตามปกติ
File — Open Image File — เลือกภาพ — จะปรากฏหน้าต่าง Available Bands List — เลือก RGB Color — Load RGB

Open File

2. เปิดเวคเตอร์ที่จะใช้ตัดภาพ
Overlay — Vectors — จะปรากฏหน้าต่าง Vector Parameters — File — Open Vector File — เลือกไฟล์เวคเตอร์ — จะปรากฏหน้าต่าง Import Vector Files Parameters จะทำการแปลงไฟล์ไปเป็น *.evf — OK

Vector File

3. ที่หน้าต่าง Vector Parameters — File — Export Active Layer to ROIs — เลือก Convert all records of an EVF layer to one ROI — OK

Convert

4. ไปที่หน้าต่าง Scroll — คลิกขวาบนภาพ — ROI Tool — จะปรากฏหน้าต่าง ROI Tool — File — Subset Data via ROIs — เลือกภาพที่จะตัด — OK

ROI Tool

5. หน้าต่าง Spatial Subset via ROI Parameter — เลือก Active ROIs — กดปุ่มลูกศรที่ Mask pixels outside of ROI เป็น Yes —กำหนดค่า Mask Backgroud Value เป็น 0 — กดปุ่ม Choose — เลือกที่จัดเก็บและตั้งชื่อภาพที่กำลังจะตัด — OK

Subset

Mask

Result