บทที่ 8...

16
บทที8 การปรับปรุงภาพ การปรับปรุงภาพ (Image enhancement) เปนกระบวนการในการแปลงขอมูลภาพตัวเลข เพื่อที่จะสรางภาพที่เนนรายละเอียดที่ตองการ หรือปรับพิสัยของโทนแสงที่ตองการของภาพ เมื่อ เปรียบเทียบกับขอมูลหรือรายละเอียดอื่นๆ ของภาพ เมื่อทําการปรับภาพจะมีการเนนสารสนเทศใน ขอมูลบางสวน และอาจจะไปกดสารสนเทศในขอมูลอีกสวนหนึ่ง ผูใชอาจจะตองตัดสินใชวิธีการ ปรับปรุงภาพหลายๆ แบบในการทํางานครั้งหนึ่งๆ ซึ่งการปรับปรุงภาพแตละวิธี จะชวยในการแปล ภาพในแงมุมที่แตกตางกันในโครงการหนึ่งๆ ผูใชจําเปนตองรูลักษณะการสะทอนแสงของพื้นที่ที่ถายภาพ พอๆ กับที่ตองรูจักผลที่ไดจาก การใชวิธีตางๆ ในการปรับปรุงภาพ เพราะมิฉะนั้นจะทําใหการแปลความหมายผิดไป หรือไปกด สารสนเทศที่สําคัญ การปรับปรุงภาพโดยการเนนบางสวน และลดบางสวน จะชวยใหผูใชสามารถสกัด สารสนเทศที่สําคัญไดอยางประหยัด ถูกตองและแมนยํา แตเนื่องจากการมอง เปนผลทั้งจากสรีระและ จิตวิทยา ดังนั้นผูแปลแตละคนจะมีความชอบแตกตางกันไป การเลือกประเภทการแปลจะขึ้นอยูกับผู แปลเทานั้น ซึ่งมีวิธีการมากมาย อีกประการหนึ่ง คือ ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวิธีในการปรับภาพ ผูใช จะตองเรียนรูความหมายของสีที่แสดงออกมา ทางที่ดี คือ พยายามใชวิธีการที่มีอยูเทาที่จําเปน อยาใช หลายอยางปนกัน มิฉะนั้นขอมูลบางสวนอาจจะหายไป ที่สําคัญอีกประการ คือ ตองมีจอสีที่มี คุณภาพสูง เร็ว และราคาถูกในการแสดงผลภาพ เทคนิคที่ใชการปรับปรุงภาพโดยทั่วไปไดแก การปรับปรุงภาพเชิงรังสี (radiometric enhancement) เชิงชวงคลื่น (spectral enhancement) และเชิงพื้นที(spatial enhancement) โปรแกรมการปรับปรุงภาพที่มีอยูในระบบการประมวลผลภาพในเชิงพาณิชย จะมีโปรแกรม ยอยทั้งหมดดังกลาวนี้อยู ผูที่ใชโปรแกรมเหลานี้ไมจําเปนตองรูรายละเอียดทางดานหลักคณิตศาสตร และสถิติมาก ในบทนี้จะกลาวเพียงโปรแกรมหลักที่มักใชกันบอยในการโปรแกรมการประมวลผล การปรับภาพเชิงรังสี เปนการปรับภาพ โดยใชคาตัวเลขของจุดภาพเดี่ยวๆ ในแตละแบนด และปรับภาพทีละแบนด เปนอิสระตอกัน การปรับภาพเชิงรังสีที่ใชไดดีกับภาพแบนดหนึ่ง อาจจะใชกับแบนดอื่นไมได หลังการ ปรับภาพแตละแบนดแลว เราสามารถนํามาทําภาพสีผสมตามตองการได การปรับภาพเชิงรังสีนี้มักจะ ไมมีการเปลี่ยนขอมูลภาพอยางถาวร เพราะภาพจะแสดงผลลัพธทางหนาจอผานตารางคนดู (ดูบทที6) การปรับภาพเชิงรังสีใชในกรณีที่ตองการใหภาพมีความคมชัดขึ้นหรือตองการใหภาพดูเรียบขึ้น ตัวอยางเทคนิคการปรับภาพเชิงรังสี ไดแก การปรับระดับสีเทาของภาพ (contrast stretching) เปนการขยายความเขมของโทนสีใหอยูในพิสัยทีตองการ เทคนิคแบบที่ใช มีทั้งแบบสมการเสนตรง (linear) แบบไมเปนเสนตรง (nonlinear) หรือแบบ แตกสวน (piecewise) ดังแสดงเปนรูปกราฟ ในรูปที8.1

Upload: others

Post on 02-Jun-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ (Image enhancement) เปนกระบวนการในการแปลงขอมูลภาพตัวเลข เพ่ือที่จะสรางภาพที่เนนรายละเอียดที่ตองการ หรือปรับพิสัยของโทนแสงที่ตองการของภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับขอมูลหรือรายละเอียดอื่นๆ ของภาพ เมื่อทําการปรับภาพจะมีการเนนสารสนเทศในขอมูลบางสวน และอาจจะไปกดสารสนเทศในขอมูลอีกสวนหนึ่ง ผูใชอาจจะตองตัดสินใชวิธีการปรับปรุงภาพหลายๆ แบบในการทํางานครั้งหนึ่งๆ ซึ่งการปรับปรุงภาพแตละวิธี จะชวยในการแปลภาพในแงมุมที่แตกตางกันในโครงการหนึ่งๆ ผูใชจําเปนตองรูลักษณะการสะทอนแสงของพ้ืนที่ที่ถายภาพ พอๆ กับที่ตองรูจักผลที่ไดจากการใชวิธีตางๆ ในการปรับปรุงภาพ เพราะมิฉะนั้นจะทําใหการแปลความหมายผิดไป หรือไปกดสารสนเทศที่สําคัญ การปรับปรุงภาพโดยการเนนบางสวน และลดบางสวน จะชวยใหผูใชสามารถสกัดสารสนเทศที่สําคัญไดอยางประหยัด ถูกตองและแมนยํา แตเนื่องจากการมอง เปนผลทั้งจากสรีระและจิตวิทยา ดังนั้นผูแปลแตละคนจะมีความชอบแตกตางกันไป การเลือกประเภทการแปลจะขึ้นอยูกับผูแปลเทานั้น ซึ่งมีวิธีการมากมาย อีกประการหนึ่ง คือ ทุกครั้งที่มีการเปล่ียนวิธีในการปรับภาพ ผูใชจะตองเรียนรูความหมายของสีที่แสดงออกมา ทางที่ดี คือ พยายามใชวิธีการที่มีอยูเทาที่จําเปน อยาใชหลายอยางปนกัน มิฉะนั้นขอมูลบางสวนอาจจะหายไป ที่สําคัญอีกประการ คือ ตองมีจอสีที่มีคุณภาพสูง เร็ว และราคาถูกในการแสดงผลภาพ เทคนิคที่ใชการปรับปรุงภาพโดยทั่วไปไดแก การปรับปรุงภาพเชิงรังสี (radiometric enhancement) เชิงชวงคลื่น (spectral enhancement) และเชิงพื้นท่ี (spatial enhancement) โปรแกรมการปรับปรุงภาพที่มีอยูในระบบการประมวลผลภาพในเชิงพาณิชย จะมีโปรแกรมยอยทั้งหมดดังกลาวนี้อยู ผูที่ใชโปรแกรมเหลานี้ไมจําเปนตองรูรายละเอียดทางดานหลักคณิตศาสตรและสถิติมาก ในบทนี้จะกลาวเพียงโปรแกรมหลักที่มักใชกันบอยในการโปรแกรมการประมวลผล การปรับภาพเชิงรังสี เปนการปรับภาพ โดยใชคาตัวเลขของจุดภาพเดี่ยวๆ ในแตละแบนด และปรับภาพทีละแบนดเปนอิสระตอกัน การปรับภาพเชิงรังสีที่ใชไดดีกับภาพแบนดหนึ่ง อาจจะใชกบัแบนดอ่ืนไมได หลังการปรับภาพแตละแบนดแลว เราสามารถนํามาทําภาพสีผสมตามตองการได การปรับภาพเชิงรังสีนี้มักจะไมมีการเปล่ียนขอมูลภาพอยางถาวร เพราะภาพจะแสดงผลลัพธทางหนาจอผานตารางคนดู (ดูบทที่ 6) การปรับภาพเชิงรังสีใชในกรณีที่ตองการใหภาพมีความคมชัดขึ้นหรือตองการใหภาพดูเรียบขึ้น ตัวอยางเทคนิคการปรับภาพเชิงรังสี ไดแก การปรับระดับสีเทาของภาพ (contrast stretching) เปนการขยายความเขมของโทนสีใหอยูในพิสัยที่ตองการ เทคนิคแบบที่ใช มีทั้งแบบสมการเสนตรง (linear) แบบไมเปนเสนตรง (nonlinear) หรือแบบแตกสวน (piecewise) ดังแสดงเปนรูปกราฟ ในรูปท่ี 8.1

Page 2: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 98

รูปท่ี 8.1 กราฟการปรับภาพโดยการปรับความเขมของโทนแสงแบบตางๆ ที่มา : ERDAS Field Guide, 2003 การปรับภาพโดยการขยายความเขมของโทนแสงแบบเสนตรงและแบบไมเปนเสนตรง เปนการใชสมการเดี่ยวกับขอมูลภาพทั้งภาพ สวนการปรับภาพแบบแตกสวนจะใชสมการหลายเสนในการขยายความเขมของโทนแสง ในดีกรีที่แตกตางกันในชวงที่แตกตางกัน จากกราฟในรูปที่ 8.1 แสดงใหเห็นวา ถาคาขอมูลนําเขามีคา x เมื่อมีการปรับภาพโดยใชสมการตางกัน จะไดคาที่สงออกมาไมเหมือนกัน เชนถาใช สมการแบบเสนตรง แบบไมเปนเสนตรง และแบบแตกสวน จะไดคาออกมาเปน y1 y2 และ y3 ตามลําดับ การปรับภาพแบบเสนตรง (linear enhancement) เปนวิธีที่งายที่สุดในการปรับขอมูลสวนที่เลือกไวโดยการใชสมการเสนตรง (รูปท่ี 8.2) โดย

คาใหมจะ = A + B x คาเกา เมื่อ 0 ≤ ( A + B x คาเกา) ≤ M = 0 เมื่อ (A + B x คาเกา) < 0 = M เมื่อ (A + B x คาเกา) > M A เปนคาจุดตัดแกน y และ B เปนความลาดชันของกราฟ M คือ คาสูงสุดที่ขอมูลสามารถแปลงได (เชน 255)

ขอมูลภาพนําเขา

y1 y2 y3

ขอมูล

ภาพส

งออก

x

Page 3: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 99

รูปท่ี 8.2 การขยายขอมูลภาพแบบเสนตรง (a) กราฟแทงของเซทขอมูล (b) ไดอะแกรมความถี่สะสม (c) การขยายแบบเสนตรง (d) กราฟแทงของขอมูลที่ขยายแลว โดยขอมูลสวนมากอยูในแทงแรกและแทงสุดทาย ที่มา : McCloy, 1990 ในรูป 8.2 นี้แสดงการเลือกขยายโทนแสงเฉพาะสวนกลางของเซทขอมูลที่มีความถี่สูงหรือมีโทนสีใกลเคียงกัน ขอมูลที่มีคาต่ํากวาชวงขอมูลที่ตองการขยาย (x1) จะมีคาเปน 0 ทั้งหมด หรือแสดงเปนสีดําในภาพ และขอมูลที่มีคาสูงกวาชวงขอมูลที่ตองการขยาย (x2) ก็จะมีคาเทากับ 255 ทั้งหมดซึ่งจะแสดงเปนโทนแสงสีขาว มีเฉพาะขอมูลตรงกลางที่มีการขยายอยางชัดเจนทําใหภาพสวนใหญมีความแตกตางของโทนสีมากขึ้น คา A และ B ผูใชสามารถกําหนดไดเอง โดยพิจารณาจากไดอะแกรมความถี่สะสมของกราฟ หรือ ตามความประสงคของผูใช ความไดเปรียบของการขยายขอมูลภาพแบบเสนตรง คือ ผลที่ไดจะเห็นไดงาย และคาที่แปลงแลวจะมีความสัมพันธกับขอมูลเดิม การปรับภาพแบบไมเปนเสนตรง (non-linear enhancement) ในการปรับภาพแบบเสนตรงจะมีขอเสียเปรียบที่สําคัญ คือ ในกรณีที่ภาพเปนแบบมีคาฐานนิยมหลายคา โดย เฉพาะอยางยิ่งมีจุดสูงสุดที่ปลายทั้งสองขางของกราฟแทง ทําใหการใชการปรบัภาพแบบเสนตรงไมไหผลดี วิธีแก คือการใชการปรับแบบไมเปนเสนตรง ที่นิยมใช ไดแก การขยายแบบแตกสวน และการแบงกราฟใหเทากัน (histogram equalization) การขยายแบบแตกสวน เปนการลดความเสียเปรียบจากวิธีการขยายแบบเสนตรง โดยใชสมการเสนตรงหลายเสนในการแปลงขอมูลในหลายๆ ชวง วิธีการคํานวณแบบนี้ ใชการสรางกราฟความถี่สะสม เชนในรูปท่ี 8.3b แลวกําหนดจุดเบรกที่จุดเปล่ียนความลาดชันในกราฟ แลวฟตสมการ

a b

c d

Page 4: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 100

การแปลงแตละเสนสําหรับแตละสวน (รูปท่ี 8.3c) ซึ่งภาพท่ีถูกปรับแลวจะมีลักษณะกราฟแบบ รูปท่ี 8.3d หลังการแปลงจะเห็นวาทุกสวนของภาพไดรับการปรับปรุง

รูปท่ี 8.3 การขยายขอมูลภาพแบบแตกสวน (a) กราฟแทงของเซทขอมูล (b) ไดอะแกรมความถี่สะสม (c) การขยายโทนแสงแบบแตกสวน (d) กราฟแทงของขอมูลที่ขยายแลว ที่มา : McCloy, 1990 การแบงแบบ Histogram Equalization วัตถุประสงคของการใชวิธีนี้ เปนการสรางภาพที่มีจํานวนจุดภาพใกลเคียงกัน หรือ ขอมูลที่แปลงแลวจะมีการกระจายอยางสม่ําเสมอ วิธีการนี้ใชการกําหนดจํานวนจุดภาพที่เหมาะสมใหกับแตละคา จํานวนจุดภาพที่เหมาะสม = จํานวนจุดภาพทั้งหมด / จํานวนคาในขอมูล การคํานวณจะเริ่มจากคาที่นอยที่สุด โดยเริ่มบวกจํานวนจุดภาพเขาดวยกัน จนกระทั่งเกินจํานวนจุดภาพที่เหมาะสมที่คํานวณได ก็ใหคาจุดภาพเหลานั้นเปนคาคาแรก และใชคาถัดไปเปนคาใหมที่สอง จุดภาพที่มีจํานวนเกินที่คํานวณไดก็จะคงจํานวนเดิมไว แตถาเกินมากกวา 1 เทา ก็ยังคงคาเดิมไว แตจํานวนจุดภาพของคาความเขมของแสงคาถัดไปจะไมม ี ผลกราฟที่ไดหลังจากการขยาย จะคลายกราฟแทงที่แบนราบกวาเดิม ตามรูปท่ี 8.4b จะเห็นไดวา บริเวณภาพที่มีคา หรือมีจุดภาพที่มีคาใกลเคียงกัน จะถูกขยายออกใหมีความแตกตางของคาเพ่ิมขึ้น (บริเวณกราฟที่มีความถี่สูงจะถูกขยายออก) ในขณะที่สวนนอยของภาพที่มีคาแตกตางกัน (สวนหางของกราฟ) จะมีการตางกันของคาลดลง หรือมีชวงหางของความเขมของแสงลดลง

Page 5: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 101

รูปท่ี 8.4 การขยายขอมูลแบบ Histogram Equalization ซึ่งสรางจากขอมูลเดียวกับ รูปที่ 8.3 ที่มา : McCloy, 1990 การปรับภาพเชิงพื้นท่ี ในขณะที่การปรับภาพเชิงรังสีเปนการแปลงคาจุดภาพเดี่ยว แตการปรับภาพเชิงพ้ืนที่เปนการเนนภาพที่ใช คาจากจุดภาพที่อยูรอบๆ จุดภาพนั้นมาคํานวณดวย การปรับภาพเชิงพ้ืนที่จะเกี่ยวของกบั “ความถี่เชิงพ้ืนที่” ซึ่งหมายถึง ความแตกตางระหวางคาสูงสุดและต่ําสุดของกลุมจุดภาพที่อยูติดกันหรืออยูใกลเคียงกัน หรือจํานวนการเปลี่ยนแปลงคาความสวางตอหนวยระยะทางในสวนหน่ึงของภาพ รูปท่ี 8.5 แสดงความถี่เชิงพ้ืนที่แบบงายๆ เชน ความถี่เชิงพ้ืนที่เปนศูนย เปนภาพเรียบๆ ทุกจุดภาพมคีาเทากัน ความถี่เชิงพ้ืนที่ตํ่า เปนภาพที่คอยๆ มีการเปล่ียนแปลงของคาหรือโทนสี ความถี่เชิงพ้ืนที่สูง เปนภาพที่มีการตัดกันของโทนสีขาวดําอยางชัดเจน หรือมีการเปล่ียนโทนสีอยางฉับพลัน

รูปท่ี 8.5 ความถี่เชิงพ้ืนที่ของจุดภาพ ในภาพพ้ืนที่หนึ่ง ที่มา : ERDAS Field Guide, 2003 การปรับภาพเชิงพ้ืนที่มักจะใชเทคนิคการกรองภาพ (filtering) ซึ่งหมายถึงการแปลงขอมูลเพ่ือลดสัญญาณรบกวน หรือปรับลักษณะบางอยางของภาพโดยการเนน หรือลดความถี่ขอมูลเชิงพ้ืนที่

ความถี่เชิงพ้ืนที่เปนศูนย ความถี่เชิงพ้ืนที่ตํ่า ความถี่เชิงพ้ืนที่สูง

(a) (b)

Page 6: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 102

บางครั้งเปนการปรับภาพเพื่อการสกัดลักษณะเดน (feature extraction) ใหเห็นชัดขึ้น ผลจากการใชเทคนิคนี้ชวยทําใหการแปลภาพดวยสายตาดีขึ้น และมักจะเปล่ียนคาขอมูลดั้งเดิมอยางถาวร ดังนั้น การใชเทคนิคการกรองภาพจะใชในกรณีที่ ขอมูลดั้งเดิมไมใชส่ิงสําคัญในการเอาไปใชตอในการคํานวณ Convolution filtering การกรองภาพจะใชวิธีการทางคณิตศาสตรที่เรียกวา Convolution filtering ซึ่งเปนกระบวนการ การเฉลี่ยคาของจุดภาพภายในเซทเล็กหนึ่งๆ และกระทําตลอดทั่วทั้งภาพ วิธี convolution มี 2 องคประกอบ คือ (รูปท่ี 8.6)

1) หนาตางเคลื่อนที่ (moving window) จะทําหนาที่คลายเปนแมพิมพ (matrix) ซึ่งไดจากคาสัมประสิทธิ์ (coefficients) หรือปจจัยน้ําหนัก (weighting factors) ที่ใชเปนตัวถวงน้ําหนัก ทําหนาที่เหมือนตะแกรงที่มีชองขนาดตางๆ หนาตางเคลื่อนที่นี้ตามภาษาคณิตศาสตร เรียกวา kernel หนาตางเคลื่อนที่จะเปนตารางสี่เหล่ียมของจุดภาพจํานวนคี่ เชน 3 x 3 หรือ 5 x 5 หรือ 7 x 7 จุดภาพ

2) หนาตางเคลื่อนที่จะเคล่ือนที่ผานทีละจุดภาพตลอดทั่วทั้งภาพดั้งเดิม และคาตัวเลขที่อยูจุดภาพตรงกลางของหนาตางเคลื่อนที่ จะถูกคํานวณเพ่ือเอาไปใสในภาพใหมตรงตําแหนงเดิม โดยวิธีการ คูณสัมประสิทธิ์แตละตัวในหนาตางเคลื่อนที่ ดวยคาตัวเลขของภาพดั้งเดิมที่ทาบโดยหนาตางเคลื่อนที่ แลวเอาผลคูณทั้งหมดมาบวกกัน การคํานวณนี้จะทําทีละจุดภาพในภาพดั้งเดิม

รูปท่ี 8.6 การเคลื่อนที่ของหนาตางเคลื่อนที่ (a) หนาตางเคลื่อนที่ ขนาด 3 x 3 จุดภาพ เคล่ือนที่ไปบน

ภาพที่จะทําการประมวล (b) เล่ือนไปตามแถวจากจุดภาพหนึ่งไปยังอีกจุดภาพหนึ่งจนหมดแถว (c) เล่ือนหนาตางเคลื่อนที่จากแถวหนึ่งไปยังอีกแถวหนึ่ง

ที่มา : Lillesand and Kiefer, 1994 เพ่ือใหเขาใจวาจุดภาพหนึ่งจะถูกเปล่ียนไปโดยการกรองไดอยางไร รูปท่ี 8.7 แสดงการกรองภาพดวยหนาตางเคลื่อนที่แบบสี่เหล่ียมขนาด 3 x 3 จุดภาพ ซึ่งมีน้ําหนักของตัวเลขตรงกลางมากที่สุด เพ่ือใชกับจุดภาพในแถวที่ 3 และคอลัมนที่ 3 หรือจุดภาพที่อยูตรงกลางของหนาตางเคลื่อนที่ คาเลข 8 ของขอมลูเดิมหรือภาพเดิม จะถูกเปล่ียนไปเปนเลข 11 หลังจากมีการกรองแลว

a b c

หนาตางเคล่ือนที่

จุดภาพตรงกลาง

Page 7: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 103

รูปท่ี 8.7 การกรองโดยใชหนาตางเคลื่อนที่ ที่มา : ERDAS Field Guide, 2003 ตัวอยางการคํานวณ เปนดังนี้ แตละคาในหนาตางเคลื่อนที่จะคูณดวยคาของจุดภาพที่อยูในตําแหนงเดียวกัน แลวเอาผลคูณมาบวก ผลลัพธที่ไดเอามาหารดวยผลบวกของคาในหนาตางเคลื่อนที่ คาผลลัพธที่จุดภาพตําแหนงที่ 3,3 = เลขจํานวนเต็ม [(-1x 8) + (-1x 6) + (-1x 6) +(-1x 2) + (16x 8) + (-1x 6) + (-1x 2) + (-1x 2) + (-1x 8)] / ( -1 + -1 + -1 + -1+16 + -1+ -1 + -1+ -1) = (88/8) = int (11) = 11 หลังจากการคํานวณเสร็จหนึ่งจุดภาพ หนาตางเคลื่อนที่นี้จะเล่ือนไปทีละคอลัมน และคํานวณจุดภาพที่อยูตรงกลางหนาตางเคลื่อนที่ตําแหนงใหม เมื่อจบคอลัมนก็จะเล่ือนลงมาเร่ิมตนที่แถวใหม ทําอยางนี้จะหมดทั่วทั้งภาพ เทคนิคการกรองภาพในโปรแกรมประมวลผลภาพโดยทั่วไป มีดังนี้ เคร่ืองกรองผานความถี่ตํ่า (low-pass filter) เปนเทคนิคการกรองภาพที่ บริเวณที่มีความถี่เชิงพ้ืนที่ตํ่าสามารถผานไปได สวนบริเวณที่มีความถี่สูงกวาที่กําหนดโดยหนาตางเคลื่อนที่จะถูกกรองใหลดความถี่ลง การกรองเพื่อลดความถี่เชิงพ้ืนที่นี้ ทําใหภาพที่มีความถี่เชิงพ้ืนที่สูง มีความนุมนวลขึ้น มักใชในการลบหรือลดสัญญาณรบกวนท่ีเกิดในขณะที่ตรวจจับภาพ หรือในขณะที่บันทึกภาพ โดยทั่วไปการกรองดวยหนาตางเคลื่อนที่ในลักษณะนี้ จะใชกับขอมูลที่ไดจากภาพที่ถายดวยเรดาร ตัวอยางการกรองแบบนี้ ไดแก การเฉลี่ยคาจุดภาพในหนาตางเคลื่อนที่ 3 x 3 หรือ 5 x 5 แลวแทนที่จุดภาพตรงกลาง หรือ การใชคาฐานนิยม หรือคามัธยมฐาน แทนท่ีจุดภาพตรงกลางของหนาตางเคลื่อนที่ การกรองโดยใชคาฐานนิยมมักจะใชกับภาพที่มีการจําแนกแลว (post classification) เพ่ือจะกําจัดจุดภาพเล็กๆ ที่เกิดจากการจําแนกผิด สวนการกรองดวยคามัธยมฐาน ใชกับขอมูลที่ตัวเลขมีความหมาย หรือมีลําดับ การกรองดวยคาเฉล่ียใชกับขอมูลแบบตอเนื่องเชนเดียวกับขอมูลภาพดาวเทียม เพ่ือปรับภาพใหดูนุมนวลขึ้น ตัวอยางภาพที่ไดจากการกรองภาพดวยวิธีนี้ แสดงในรูปท่ี 8.8 ซึ่งภาพผลลัพธจะเบลอกวาภาพเดิม

ขนาดของหนาตางเคลื่อนที่ มีความสําคัญตอการกรองแบบนี้ ถาหนาตางเคลื่อนที่มีขนาดใหญขึ้น ภาพจะยิ่งเบลอมากขึ้น เพราะจุดภาพตรงกลางจะถูกคาดคะเนมาจากจุดภาพจํานวนมากขึ้นตาม

หนาตางเคล่ือนที่

ขอมูลภาพดั้งเดิม ขอมูลภาพที่ไดใหม

Page 8: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 104

ขนาดของหนาตางเคลื่อนที่ ตัวอยางการกรองแบบเครื่องกรองผานความถี่ตํ่า ผลรวมของตัวเลขในหนาตางเคลื่อนที่จะมีคาเปน 1

1/9 1/9 1/9 0 1/5 0 1/9 1/9 1/9 หรือ 1/5 1/5 1/5 1/9 1/9 1/9 0 1/5 0

รูปท่ี 8.8 การปรับภาพโดยใชการกรองดวยหนาตางเคลื่อนที่แบบตางๆ (ภาพบริเวณอาวปตตานี) เคร่ืองกรองผานความถี่สูง (high-pass filter) การกรองโดยวิธีนี้เปนวิธีการสกัดเอาองคประกอบที่มีความแปรปรวนเชิงพ้ืนที่สูง องคประกอบดังกลาวแสดงโดยความแปรปรวนอยางฉับพลันของคาของกลุมจุดภาพที่อยูขางเคียงซึ่งกันและกัน ลักษณะดังกลาวในภาพดาวเทียม ไดแกบริเวณที่เปนรอยตอของพ้ืนที่ที่แตกตางกัน หรือลักษณะที่เปนเสน รูปท่ี 8.9 แสดงขอบหรือรอยตอของคาของจุดภาพที่อยูขางเคียงแบบสมบูรณแบบ ซึ่งในขอมูลดาวเทียมคาขอมูลจริงมักจะไดขอบที่บิดเบ้ียว และมักจะไมมีขอบที่สมบูรณแบบนี้ การประยุกตใชเทคนิคการกรองภาพแบบเครื่องกรองผานความถี่สูงในการปรับภาพขอมูลดาวเทียม ไดแก การจับขอบ และเนนขอบ

จับขอบแบบ Laplacien เนนขอบ เนนขอบแบบ crisp

TM 4 ภาพดั้งเดิม กรองความถี่ต่ํา จับขอบแบบ Sobel

Page 9: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 105

รูปท่ี 8.9 ภาพหนาตัดของคาตัวเลขจุดภาพมิติเดียว ที่แสดงขอบและเสนที่มีการเปล่ียนคาจุดภาพ ขางเคียงอยางฉับพลันถาเคลื่อนผานขอบหรือเสน a) ขอบที่มีความชัน 90 องศา b) ขอบที่มี ความลาดชัน c) เสนสมบูรณ d) เสนที่มีความกวางเกือบเปนศูนย ดัดแปลงจาก ERDAS Field Guide, 2003 และ Waerenburge, 1994 การจับขอบ (edge detection) เทคนิคนี้มีวัตถุประสงคเพ่ือแสดงถึงรอยตอเชิงพ้ืนที่ของวัตถุ ไมวาจะเปนจุด เสน หรือโซน การกรองนี้ใชกับปรากฏการณที่การกระจายเชิงพ้ืนที่ไมติดตอกัน วิธีการคํานวณที่ใชเรียกวา spatial gradient การคํานวณ spatial gradient สําหรับแตละจุดภาพ ใชการกรองแบบเครื่องกรองผานความถี่สูง ลักษณะเฉพาะของเครื่องกรองนี้ คือ ผลบวกของสัมประสิทธในหนาตางเคลื่อนที่มีคาเปนศูนย (zero-sum) ดังนั้นผลรวมของคาในหนาตางเคลื่อนที่ไมตองเอาไปหารคาที่คํานวณได เพราะการหารดวยศูนยหาคาไมได โดยทั่วไปผลลัพธที่ไดจากการใชหนาตางเคลื่อนที่แบบนี้ คือ

• พ้ืนที่ที่ขอมูลนําเขามีคาเทากัน ผลที่ไดจะมีคาเปน ศูนย

• พ้ืนที่ที่มีความถี่ตํ่า ผลที่ไดจะมีคาต่ํา

• พ้ืนที่ที่มีความถี่สูง คผลที่ไดจะมีคาสูงมาก ดังนั้น หนาตางเคลื่อนที่ zero-sum จึงทําใหบริเวณที่มีความถี่เชิงพ้ืนที่ตํ่า มีคาเปนศูนยหรือมี

คาต่ํา ในขณะเดียวกันทําใหบริเวณที่มีความถี่เชิงพ้ืนที่สูง มีคาแตกตางกันอยางชัดเจน เชน บริเวณท่ีเปนรอยตอของพื้นที่ ภาพผลลัพธที่ได คือ บริเวณที่เปนขอบจะเห็นชัดเจน ในขณะที่บริเวณกลุมจุดภาพที่มีความกลมกลืนกัน (homogenous)จะมีคาเปนศูนย หรือปรากฏเปนสีดํา

การจับขอบที่เรียงตัวในทิศทางใดๆ มักใชเครื่องกรองแบบทิศทางที่กําหนดขึ้น ตัวอยาง หนาตางเคลื่อนที่แบบ Zero-Sum ขนาด 3 x 3 จุดภาพ เปนแบบไมสมดุล และจับขอบที่มีทิศไปทางใต จะเปนดังนี้

-1 -1 -1 1 -2 1 1 1 1

a c

b d

ขอบ เสน

คา DN เปลี่ยน คา DN เปลี่ยน

คา DN เปลี่ยน

คา DN เปลี่ยน

Page 10: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 106

การจับขอบแบบน้ีจะทําใหจับขอบไดในทิศทางเดียว ดังนั้น การจับขอบในทุกทิศทาง หรือไมมีทิศทางจึงกระทําผานทางการกรองภาพแบบทิศทางที่ต้ังฉากกัน เชน ทั้งในแนวตั้งและแนวนอน ตัวอยาง หนาตางเคลื่อนที่ Zero-sum ที่ใชหนาตางเคลื่อนที่แบบตั้งฉาก 2 ตัวกระทํากับขอมูลดั้งเดิมแลวคอยเอามารวมกันแบบเวกเตอร ไดแก การกรองแบบ Sobel

ตัวอยางการใชการกรองแบบ Laplacien ที่ใชอนุพันธอันดับที่ 2 ในการจับขอบ เปนการใหความแตกตางระหวางจุดภาพตรงกลางกับจุดภาพรอบขางมาก ใชไดดีในกรณีที่ขอมูลที่มีขอบแบบความถี่เชิงพ้ืนที่มีความลาดชนั

ตัวอยางภาพที่ผานการกรองแบบนี้แสดงใน รูปที่ 8.8 การเนนขอบ (edge enhancement) เปนการเนนขอบโดยทําใหจุดภาพตรงรอยตอระหวางพ้ืนที่ที่มีกลุมจุดภาพที่มีเนื้อเดียวกัน มีคาเพ่ิมสูงขึ้นหรือลดลง ขึ้นอยูกับวามันอยูดานสวางหรือดานมืดของขอบ ถาไมมีการเปลี่ยนแปลงในเครื่องกรอง ภาพก็จะคงสภาพเดิม ภาพที่ไดจากการกรองลักษณะนี้จะดูคมชัดขึ้น ซึ่งตางจากการจับขอบซ่ึงจะเห็นเฉพาะขอบ แตสวนอื่นจะหายไป เทคนิคนี้มีประโยชนในการทําภาพพิมพ หรือตองการใหภาพบนหนาจอชัดขึ้น และไมจําเปนตองใชกับขอมูลที่เปนแผนที่

ตัวอยางการใชเครื่องกรองแบบนี้จะเนนที่จุดกลางของหนาตางเคลื่อนที่

-1 -1 -1 -1 16 -1 -1 -1 -1

ถาเราใชหนาตางเคลื่อนที่นี้กับกลุมของจุดภาพที่มีคาสูงลอมรอบจุดภาพตรงกลางที่มีคาต่ํา จุดภาพที่มีคาต่ํา (100) ก็จะมีคาต่ําลง (0) ดังตัวอยางตอไปนี้

-1 -2 -1 0 0 0 1 2 1

1 0 -1 2 0 -2 1 0 -1

แนวนอน แนวตั้ง

+ Sobel

0 -1 -0 -1 4 -1 0 -1 0

-1 -1 -1 -1 8 -1 -1 -1 -1

หรือ Laplacien

Page 11: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 107

กอนกรอง หลังกรอง 204 200 197 204 200 197 201 100 209 201 0 209 198 200 210 198 200 210

แตถาเราใชหนาตางเคลื่อนที่นี้กับกลุมของจุดภาพที่มีคาต่ํา ลอมรอบจุดภาพตรงกลางที่มีคาสูง จุดภาพที่มีคาสูง (125) ก็จะมีคาสูงขึ้น (187) ดังตัวอยางตอไปนี้ กอนกรอง หลังกรอง

64 60 57 64 60 57 61 125 69 61 187 69 58 60 70 58 60 70

ตัวอยางภาพที่ไดจากการกรองแบบเนนขอบ แสดงในรูปที่ 8.8 เครื่องกรอง Crisp ที่ใชในโปรแกรมของ ERDAS เปนการเนนขอบอีกวิธีหนึ่งที่ทําใหความสองสวางทั้งภาพทั้งหมดคมชัดขึ้น การปรับภาพแบบนี้จะใชไดดีกับภาพที่เบลอมากอันเนื่องมาจากหมอกในบรรยากาศ หรือภาพไหว ขั้นตอนสําคัญในการกรองแบบนี้ คือ การแปลงแบบองคประกอบหลัก (principal component transformation, ดูหัวขอถัดไป) จากภาพนําเขาหลายแบนด ตอจากนั้นจะกรองภาพที่ไดจากองคประกอบหลักที่ 1 โดยใชเครื่องกรองผานความถี่สูง หลังจากนั้นจะเปล่ียนภาพที่กรองแลวกลับไปเปนภาพสี ตรรกะของวิธีการนี้ มีสมมุติฐานวา องคประกอบหลักที่ 1 ของภาพ ประกอบดวยความสองสวางของภาพทุกแบนด ดังนั้นการกรองเพียงองคประกอบหลักที่ 1 ของภาพก็นาจะเพียงพอแลว ตัวอยางภาพที่ไดจากการกรองแบบ Crisp แสดงในรูปที่ 8.8 การปรับภาพเชิงชวงคลื่น ความละเอียดเชิงชวงคล่ืนเปนการวัดจํานวนและขนาดของคลื่นแมเหล็กไฟฟา ที่สามารถบันทึกไดดวยเครื่องจับภาพ วัตถุประสงคของเทคนิคการปรับภาพเชิงชวงคล่ืน เปนการใชขอมูลในหลายๆ ชวงคล่ืน แลวแปลงเปนแบนดใหมเพ่ือจะเนนลักษณะที่เราสนใจ หรืออาจจะลดขนาดของขอมูลหรือความซ้ําซากของขอมูล ถาการแปลงนั้นเปนการจัดขอมูลใหม จํานวนของแบนดที่ไดใหมก็จะเทากับจํานวนแบนดของภาพเดิม แตถาเปนการสังเคราะหใหม (synthetic) ก็อาจจะไดแบนดใหมเพียงแบนดเดียว ตัวอยางของการสังเคราะหไดแก การใชดัชนีตางๆ (indices) ในขณะที่การวิเคราะหองคประกอบหลัก และTasseled Cap เปนการจัดขอมูลใหม แบนดใหมที่เกิดขึ้นอาจจะแสดงเปนภาพเดียว แบบขาว-ดํา หรืออาจจะใชรวมกับแบนดอ่ืนเพ่ือปรับใหภาพดีขึ้น หรือเพ่ือใชเปนขอมูลเพ่ิมเติมในการจําแนกภาพ ดัชนี โดยสวนใหญฟงกชั่นนี้จะใชเพียงแค 2 แบนดจากขมูลภาพดั้งเดิม ฟงกชั่นที่ใชมีต้ังแตฟงกชั่นคณิตศาสตรจนถึงสมการพหนุาม ในการประมวลผลภาพดาวเทียม ดัชนีเหลานี้จะเกี่ยวกับความสองสวางของพื้นดิน เชน ดัชนีพืช (vegetation index) ดัชนีดิน (soil brightness index) ในตระกูลดัชนีพืชสวนใหญจะแสดงถึงความ

Page 12: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 108

หนาแนนของมวลชีวภาพสีเขียว โดยใชการสะทอนคลื่นแสงในชวงอินฟราเรดและในชวงสีแดง เราจะพบดัชนีพืชต้ังแตแบบงายๆ โดยหาความแตกตางระหวางแบนดอินฟราเรดกับแบนดสีแดง จนถึงแบบที่ซับซอน เชน การแปลงแบบ Tasseled Cap ดัชนีพืช ใชในการเนนการตอบสนองของพืชสีเขียวและการคาดคะเนมวลพืชสีเขียว ทั้งการคาดคะเนมวลชีวภาพเหนือพ้ืนดิน และ ดชันีพ้ืนที่ใบ การคํานวณดัชนีตางๆ เหลานี้ไดมาจากความสัมพันธระหวางคาความสองสวางที่สะทอนจากพืช หรือ ดินในชวงคล่ืนอินฟราเรดกับในชวงคล่ืนสีแดง ดัชนีพืชบอกเปนปริมาณ โดยใชระยะทางจากเสนดิน ตรงไปยังจุดที่เปนพืชสีเขียว ดังแสดงในรูปท่ี 8.10 เนื่องจากปริมาณการปกคลุมดวยพืชสีเขียวเพ่ิมขึ้นในจุดภาพที่เริ่มตั้งแตจากบริเวณที่ไมมีส่ิงคลุมดิน ดังนั้นการตอบสนองของจุดภาพจะเคลื่อนที่จากเสนดินไปยังจุดของพืชสีเขียว ดวยเหตุนี้ระยะทางจากเสนดินไปยังกลุมของจุดพืชสีเขียวจึงมีความสัมพันธกับสีเขียวของทรงพุมดานบนของพืช ตัวอยางดัชนีพืชที่มักพบในการประมวลผลภาพดาวเทียม ไดแก

Ratio Vegetation Index , RVI = NIR / Red ถาคานี้เพ่ิมขึ้น แสดงถึง การเพิ่มขึ้นของสีเขียวที่ปกคลุมพ้ืนดิน เชน จุดภาพที่มีคาตาม RVI (2) มีคาสูงกวาจุดภาพตาม RVI (1) แสดงวาจุดภาพที่มีคาเทากับ RVI (2)ก็จะมีพืชปกคลุมมากกวาจุดภาพที่มีคาเทากบั RVI (1) อยางไรก็ตาม จุดภาพที่มีคา RVI สูง ไมไดหมายความวาพ้ืนที่นั้นจะมีพืชปกคลุมเสมอไป Normalized Difference Vegetation Index, NDVI = (NIR – Red) / (NIR +Red) แสดงความสัมพันธระหวาง การสะทอนแสงอินฟราเรดและการดูดยึดแสงสีแดงของพืชที่สมบูรณ คา NDVI สูง แสดงถึงมวลชีวภาพและความสมบูรณของพืชสูงดวย

รูปท่ี 8.10 คาการสะทอนแสงของสิ่งคลุมดินของ LANDSAT-MSS แบนด อินฟราเรดใกล และสีแดง ดัดแปลงจาก McCloy, 1990 และ Girard and Girard, 1989

ดินผิวเรียบ

ดินสีจาง

ความชื้นเพิ่ม

ดินขรุขระเพิ่มและเงาเพิ่ม

เสนดิน

RVI (1) RVI (2)

ชวงคล่ืนสีแดง

ชวงคลื่น

อินฟร

าเรด

Page 13: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 109

ดัชนีดิน มีปจจยัหลายอยางที่มีผลตอการสะทอนจากดิน ดังที่ไดอธิบายในบทที่ 2 จากรูปท่ี 8.10 แสดงความสัมพันธระหวางคาตัวเลขของแบนดอินฟราเรดและแบนดสีแดง พบวาเสนดินจะอยูในแนวเฉียงระหวางแบนดทั้งสอง ดินสีจาง แหง และมีผิวเรียบจะมีการสะทอนแสงสูงกวาดินสีเขม ชื้น และผิวขรุขระ ดัชนีดินที่ปรากฏในโปรแกรมทั่วไป ไดแก Brightness index = (NIR2+R2)1/2 Clay mineral = TM5 / TM7 ของ LANDSAT-TM Ferrous minerals = TM5 / TM4 ของ LANDSAT-TM Ferric minerals = TM5/TM7, TM5/TM4, TM3/TM1 ของ LANDSAT-TM การแปลงแบบเสนต้ังฉาก (Orthogonal transformation) ขอมูลภาพดาวเทียมที่ถายดวยจํานวน N ชวงคล่ืน ซึ่งหมายถึงจะมีขอมูลจํานวน N แบนด ซึ่งขอมูลทั้งหมดเหลานี้สามารถนํามาแปลงใหมไดโดยการหมุนรอบแกน (rotation) คาที่ไดจากการแปลงมีความสัมพันธกับแนวแกนใหม ซึ่งมีการพลิกตัวเฉพาะแบบกับแนวแกนดั้งเดิม การแปลงแบบเสนตั้งฉากที่ใชมากที่สุด คือ การวิเคราะหองคประกอบหลัก ซึ่งเปนการแปลงขอมูลเพ่ือสรางกลุมขอมูลใหมที่ไมมีความสัมพันธกัน การแปลงแบบองคประกอบหลัก (principal component transformation) การแปลงองคประกอบหลักของขอมูล จะใชการแปลงแบบหมุนแกน เพ่ือสรางขอมูลใหมที่มีแกนหลักอยูในทิศทางที่มีขอมูลกระจายมากที่สุด แกนตอมาจะตั้งฉากกับแกนแรกในทิศทางที่มีขอมูลที่เหลือกระจายมากที่สุด แกนถัดไปจะตั้งฉากกับสองแกนแรกในทิศทางที่มีขอมูลที่เหลือกระจายมากที่สุด จนกระทั่งครอบคลุมทุกมิติของขอมูลดั้งเดิม ถาพิจารณาใน รูปท่ี 8.11a ซึ่งแสดงการกระจายขอมูลของ 2 แบนด ที่มีลักษณะแบบวงรี และ มีระยะทางเทากับ 1 ความเบี่ยงเบนมาตรฐานจากคาเฉล่ีย ถาคา 2 แบนดนี้ถูกแปลงแบบองคประกอบหลัก ขอมูลที่ถูกแปลงจะตั้งอยูในแนวกึ่งแกนหลัก (semi-major) และกึ่งแกนรอง (semi-minor) ของขอมูล ขอมูลที่แปลงจะมีจํานวนองคประกอบเทากับขอมูลดั้งเดิม โดยชวงขอมูลที่กระจายมากที่สุดจะอยูในองคประกอบแรก (PC1) และมากรองลงมาจะอยูในองคประกอบที่ 2 (PC2) ตามลําดับ (รูปท่ี 8.11b)

Page 14: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 110

รูปท่ี 8.11 การกระจายขอมูลแบบวงรีของขอมูลระหวาง 2 แบนด ที่มีระยะทางเทากับ 1 ความเบี่ยง เบนมาตรฐาน (a) และ (b) แกนของขอมูลใหม ประกอบดวย องคประกอบหลักที่ 1 และ องคประกอบหลักที่ 2 ดัดแปลงจาก ERDAS field guide, 2003 และ McCloy, 1995 รูปที่ 8.11 แสดงการกระจายขอมูลระหวาง 2 แบนด และการหมุนแกนเปนองคประกอบหลักที่ 1 ตามความยาวและทิศทางของขอมูลที่มีความแปรปรวนระหวางแบนดมากที่สุด จะเห็นไดวาองคประกอบหลักที่ 1 มีชวงกวางของขอมูลเพ่ิมขึ้นจากขอมูลดั้งเดิม (เสนทะแยงมุม) แกนใหมนี้จะเปนแกนหลักในการกําหนดพิกัดเชิงชวงคล่ืนในพ้ืนที่ระหวางแบนดใหม องคประกอบหลักที่ 2 จะเปนแกนที่ต้ังฉากกับองคประกอบหลักแรก และในทํานองเดียวกันสําหรับองคประกอบในลําดับตอๆ ไป จนจํานวนขององคประกอบเทากับจํานวนแบนดของภาพดั้งเดิม ถึงแมวาจะมีแบนดใหมเกิดขึ้นจากการวิเคราะหองคประกอบหลักเทากับจํานวนแบนดเริ่มตน แตโดยทั่วไปเกือบ 100 % ของความแปรปรวนทั้งหมดจะอยูในภาพองคประกอบหลักตนเพียงไมกี่แบนด ดังนั้นการกระทํานี้จึงเปนการบีบอัดขอมูลหลายๆ แบนดใหมารวมอยูในแบนดจํานวนนอยลง (data compression) ขอมูลในแตละแบนดขององคประกอบหลักจะเปนอิสระและไมมีความสัมพันธกัน หลักการเดียวกันนี้ใชกับขอมูล N มิติของภาพดาวทียม ตัวอยางภาพในรูปท่ี 8.12 ที่แสดงภาพขอมูลแบบองคประกอบหลักที่ไดจากการแปลงขอมูลภาพดาวเทียม LANDSAT-TM_860516 (ภาพจากโปรแกรม ERDAS V. 8.5) จํานวน 7 แบนด โดยทั่วไปองคประกอบหลักที่ 1 จะแสดงองคประกอบของความสองสวางของทั้งภาพ (brightness component) ดังรูปท่ี 8.12PC1 องคประกอบหลักที่ 2 ซึ่งประกอบดวยปริมาณความแปรปรวนสูงอันดับ 2 (รูปท่ี 8.12 PC2) บริเวณสวนใหญที่เห็นสวางเปนบริเวณที่เปนพืชสีเขียวที่มีคาการสะทอนแสงสูง ในชวงคล่ืนอินฟราเรดใกล (แบนด 4) บริเวณที่เปนสีเทาจะมีความชื้นมากและบริเวณสีดําเขมเปนบริเวณที่มีดินแหงมาก องคประกอบหลักที่ 3 ยังแสดงขอมูลที่แตกตางกัน สวนองคประกอบในอันดับหลังๆ จะแสดงถึงขอมูลที่ไมอยูในองคประกอบหลักตนๆ หรือ “คล่ืนรบกวน” ซึ่งจะเห็นวามีขอมูลปรากฏอยูนอย สวนใหญของขอมูลจะอยูใน 3 องคประกอบหลักแรก เปนที่สังเกตวาภาพในองคประกอบหลักที่ 2 และองคประกอบหลักที่ 3 ในรูปที่ 8.12 แสดงใหเห็นลักษณะบางอยางที่ถูกบดบังโดยรูปแบบที่โดนเดนกวาที่แสดงในองคประกอบหลักที่ 1 ดังนั้นในบางครั้งองคประกอบหลักลําดับหลังๆ จะสามารถนําไปใชในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงได (change

องคประกอบหลักที่ 1องคป

ระกอ

บหลัก

ที่ 2

ก่ึงแกนหลัก

ก่ึงแกนรอง

ก่ึงกึ่งแกนรอง

ก่ึงแกนหลัก

(a (b)

Page 15: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การปรับปรุงภาพ 111

detection) เพราะองคประกอบหลักลําดับหลังๆ จะแสดงลักษณะที่ซอนเรนเนื่องจากลักษณะนั้นมีการแปรปรวนของขอมูลระหวางแบนดนอยที่สุด (Fung and Le Drew, 1987) ภาพองคประกอบหลักที่ไดจากการจัดขอมูลใหม สามารถนํามาทําเปนภาพสีผสม โดยนําไปผสมกับภาพดั้งเดิมเพ่ือใหภาพเดนชัดขึ้น ซึ่งจะชวยในการแปลภาพดวยสายตา และสามารถนําไปใชปใชเปนขอมูลใหมในการจําแนกภาพดวยการประมวลผล ความแปรปรวนระหวางตัวแปรรวมในขอมูลภาพ จะเปล่ียนแปลงไปแตละภาพ สวนใหญขึ้นอยูกับสภาพพ้ืนที่และสภาพบรรยากาศ ดังนั้นแตละองคประกอบหลักของแตละภาพจะแตกตางกัน ซึ่งหมายความวา องคประกอบหลักที่ไดจากแตละภาพจะหมายถึงส่ิงที่แตกตางกัน ผูแปลจะตองเรียนรูใหมตลอดเวลาจากแตละภาพวา อะไรคือความสําคัญของแตละองคประกอบหลักที่สัมพันธกับงานที่กําลังทําอยู ความพยายามอันหนึ่งที่จะแกขอจํากัดอันเนื่องมาจากความไมแนนอนของการแปลความหมายของภาพที่แปลงแบบองคประกอบหลัก คือ การแปลงขอมูลใหเปนแบบมาตรฐานที่ใกลเคียงกับการแปลงแบบองคประกอบหลัก เพ่ือที่จะใหการแปลงแบบนี้สรางภาพองคประกอบหลักที่ไมเปล่ียนแปลง ตัวอยางเวอรชั่นหนึ่งของการแปลงแบบคงที่ ไดแก Tasseled Cap transformatio

รูปท่ี 8.12 ภาพขอมูลขององคประกอบหลักที่ไดจากการแปลงขอมูลภาพดาวเทียม LANDSAT-TM จํานวน 7 แบนด ซึ่งจะไดภาพองคประกอบหลัก 7 องคประกอบ ที่มา : ERDAS Field Guide, 2003 Tasseled Cap transformation เปนวิธีการที่ใชในการนําขอมูลหลายๆ แบนดมาจัดขอมูลใหม ซึ่งใชในการศึกษาเกี่ยวกับพืช การจัดขอมูลใหมทําใหไดแกนขอมูลหลัก 3 แกนที่ใหสารสนเทศเกี่ยวกับองคประกอบพืช Crist และ Cicone 1984 ไดใชหลักการของ Kauth และ Thomas ศึกษาการสะทอนและการดูดยึดแสงจากวัตถุตางๆ จากขอมูล LANDSAT-TM จํานวน 6 แบนด และพบวามี

PC1 PC 2 PC 3

PC 4 PC 5 PC 7

Page 16: บทที่ 8 การปรับปรุงภาพnatres.psu.ac.th/Department/EarthScience/remote1/chapter8.pdf · บทที่ 8 การปรับปรุงภาพ

การสํารวจขอมูลระยะไกลและการแปลภาพถายทางอากาศ 112

ขอมูลใน 3 มิติ ที่แสดงถึงระนาบของ ดิน พืช และโซนเปล่ียนระหวางดินและพืชซึ่งแสดงความสัมพันธระหวางความชื้นของดิน และทรงพุมของพืช สัมประสิทธิ์ที่ใชในการสมการแปลงแบบ Tasseled Cap สําหรับ LANDSAT-4 เปนดังนี้ (ERDAS Field Guide, 2003) Brightness = 0.3037(TM1) + 0.2793(TM2) + 0.4743(TM3) + 0.5585(TM4) + 0.5082(TM5) + 0.1863(TM7) Greenness = - 0.2848(TM1) - 0.2435(TM2) - 0.5436 (TM3) + 0.7243(TM4) + 0.0840(TM5) - 0.1800(TM7) Wetness = 0.3037(TM1) + 0.2793(TM2) + 0.4743(TM3) + 0.5585(TM4) + 0.5082(TM5) + 0.1863(TM7)

ความสวาง (Brightness) ใหน้ําหนักรวมของทุกแบนด แสดงทิศทางการแปรปรวนหลักในการสะทอน จากดิน ความเขียว (Greenness) ต้ังฉากกับแกนความสวาง เปนความแตกตางระหวางชวงคล่ืน อินฟราเรดใกลกับชวงคล่ืนที่ตามองเห็น แกนนี้สัมพันธกับปริมาณพืชสีเขียวในภาพ ความชื้น (Wetness) สัมพันธกับทรงพุมของพืชและความชื้นของดิน การหมุนของแกนใหมถูกกําหนดตามขอมูลภาพ หรือขึ้นอยูกับเครื่องตรวจจับสัญญาณคลื่น แตหลังจากกําหนดเครื่องตรวจจับสัญญาณชนิดใดไดแลว สัมประสิทธิ์ในการแปลงคาจะถูกกําหนดและการหมุนแกนก็จะคงที่ การใช Tasseled Cap ในดาวเทียมแตละชนิดจะใชสมการตางกัน การทําภาพสีผสม (color composition) และการแปลงสี (color transformation) การทําภาพสีผสมมีความสําคัญตอการแปลภาพดวยสายตา เนื่องจากตามนุษยสามารถแยกภาพสีไดมากกวาโทนสีเทา การทําภาพสีผสมเปนพ้ืนฐานของการผสมแสงของแมสี 3 สี ดังที่อธิบายในบทที่ 6 การผสมภาพสีอาจจะใชภาพดั้งเดิม แลวผสมเปนสีตางๆ หรือใชแบนดที่สรางขึ้นใหมมาผสมดวย การอธิบายคุณสมบัติของสีของวัตถุหนึ่งในภาพ เราอาจใชสัดสวนองคประกอบ แดง เขียว น้ําเงิน หรือใชในรูปของ intensity hue และ saturation (H/I/S) ซึ่งอธิบายถึงความรูสึกทาง ความสวาง สี และ ความบริสุทธิ์ของสี ตามลําดับ การแปลงสีอาจชวยในการควบคุมการปรับปรุงภาพใหดีขึ้น