บทที่ 2 ระบบเซนเซอร์ตอน1

2. ระบบเซนเซอร์ (sensor)

1

2. ระบบเซนเซอร์

2.1 ชนิดของเซนเซอร์ 2.2 คุณลักษณะของ opitcal sensors 2.3 การกระจัดกระจายของพลังงาน 2.4 spectroscopic filter 2.5 กลไกการกวาดภาพของระบบออปติคลั 2.6 การกวาดภาพแบบ pushbroom 2.7 เซนเซอร์ บรรยากาศ 2.8 โซนา 2.9 เลเซอร์ เรด้ าร์ 2.10 ลักษณะการกวาดภาพ 2.11 รู ปแบบของข้ อมูล 2.12 คุณลักษณะของ image

2

บทนํา สํ าหรับอุปกรณ์ เซนเซอร์ ในรีโมท เซนซิงจะเกียI วข้ องกับ ระยะทางระหว่ างวัตถุเป้าหมายกับพาหนะหรือดาวเทียมทีตI ดิ ตัMง ระบบเซนเซอร์ เป็ นเรืIองสํ าคัญเพือI การบันทึกรายละเอียดข้ อมูล ถ้ าหากว่ าอุปกรณ์ เซนเซอร์ อยู่ไกลจากวัตถุนMันมาก ภาพทีไI ด้ จะ เป็ นภาพในระดับกว้ างและหยาบ ไม่ เห็นความละเอียดของวัตถุ เช่ นนักบินอวกาศเมือI มองมายังโลก จะเห็นขอบเขตประเทศ แต่ จําแนกหลังคาบ้ านไม่ ได้ แต่ ถ้าหากเราบินอยู่เหนือเมือง ก็จะเห็น หลังคาบ้ านแต่ ละหลังได้ นีคM อื ความแตกต่ างระหว่ างเซนเซอร์ ของภาพดาวเทียม (satellite images) กับภาพถ่ ายทางอากาศ (air photos) 3

รายละเอียดในแต่ ละภาพเรียกว่ า spatial resolution ของ sensors และอ้ างอิงกับขนาดตามคุณลักษณะทีเI ล็กทีสI ุ ดทีI ตรวจจับสั ญญาณได้ ในระบบ passive sensors ขึนM อยู่กบั สนามมุมมองหรือ IFOV = Instantaneous Field of View ซึIงเซนเซอร์ (A) จะทํามุมแนวตัMงฉากกับวัตถุ พืนM ผิวทีมI องเห็น (B) ขนาดของพืนM ทีกI าํ หนดจาก ระยะทางระหว่ างพืนM ดินกับเซนเซอร์ ( C)

4

Low resolution

IFOV High resolution 5

ดังนัMนถ้ าวัตถุนMันมีขนาดเท่ าหรือใหญ่ กว่ า resolution cell ในพืนM ทีจI ริงจะให้ ค่า resolution cell เป็ นค่ าความละเอียดทีI ระบบเซนเซอร์ กาํ หนดให้ สูงสุ ด แต่ ถ้าหากวัตถุนMันมีขนาดเล็ก กว่ านัMน ค่ าทีตI รวจวัดได้ จะทําการเฉลียI ค่ าสะท้ อนของทุกวัตถุ ในเซลนัMนออกมาแล้ วบันทึกเป็ นค่ าเฉลียI ไว้ ค่ าความสว่ างทีตI รวจวัดได้ จะเก็บไว้ ในรู ปเมตริก (metrix of picture elements หรือ pixels ) ซึIงเป็ นหน่ วยทีเI ล็ก ทีสI ุ ดของภาพ เช่ นระบบเซนเซอร์ ทมีI คี วามละเอียดพืนM ทีI หรือ spatial resolution ทีI 20 เมตร หมายถึง ในหนึIง pixel จะเก็บ ค่ าเป็ น 20X20 เมตรของพืนM ทีจI ริง 6

ค่ าทีปI รากฏในแต่ ละเซลเรียกว่ าค่ า Digital Number หรือ ค่ า DN ซึIงอยู่ในเลขฐาน 2 ยกกําลัง 8 ในช่ วง 0-255

Pixel ในภาพดาวเทียมการเก็บค่ าอยู่ในแบบ Gray scale

7

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp6/6-2-2.gif

8

ระดับความสู งของ ยานพาหนะในรีโมทเซนซิง

9

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp6/6-7-2.gif

ยานสํารวจ

ระดับความสูง

ลักษณะการสํารวจ

ดาวเทียมค้ างฟ้า

500 - 36,000 กม. สํารวจแบบประจํา มีจุดสํารวจคงที%

ดาวเทียมโคจรรอบโลก

500 – 3000 กม. สํารวจแบบประจํา ครอบคลุมพืน+ ที% กว้ าง 240 – 350 กม. สํารวจตามภารกิจ

ยานอวกาศ เครื% องบินไอพ่ น เครื% องบิน

10 – 12 กม.

500 – 8,000 ม.

บัลลูน

< 800 ม.

เครื% องบินบังคับด้ วยวิทยุ

< 500 ม.

พืน+ ที%สาํ รวจกว้ างมาก ต้ องการ รายละเอียดปานกลาง พืน+ ที%สาํ รวจกว้ าง ต้ องการ รายละเอียดมาก พืน+ ที%สาํ รวจไม่ กว้ าง ต้ องการ รายละเอียดมาก พืน+ ที%สาํ รวจไม่ กว้ าง 10

เสาสูง ยอดตึก ภูเขา

< 300 ม.

จุดสํารวจคงที% พืน+ ที%สาํ รวจเล็กๆ

11

วงโคจรของดาวเทียม 2 ลักษณะสําคัญคือ 1. วงโคจรแบบค้ างฟ้า (geostationary orbit) ดาวเทียมจะปรากฏเหมือนอยู่นิIงเมืIอสั มพัทธ์ กบั ตําแหน่ งบนพืนM โลก ดาวเทียม โคจรในทิศเดียวกับการหมุนรอบตัวเองของโลก มีระนาบการโคจรอยู่ในแนว เส้ นศูนย์ สูตร และมีความสู งประมาณ 36,000 กิโลเมตร ตําแหน่ งของดาวเทียมสั มพัทธ์ กบั ตําแหน่ งบนพืนM โลกจะเสมือนว่ าดาวเทียมอยู่ นิIงค้ างอยู่บนฟ้าตลอดเวลา จึงเรียกดาวเทียมทีมI ีลกั ษณะวงโคจรเช่ นนีวM ่ า ดาวเทียมค้ างฟ้า (geostationary satellite) ดาวเทียมด้ านอุตุนิยมวิทยาทีใI ช้ ศึกษา และสั งเกตการเปลียI นแปลงของสภาพ อากาศโดยดูจากรู ปทรงและการเคลือI นตัวของเมฆ จะใช้ วงโคจรลักษณะนีM ตัวอย่ างเช่ น ดาวเทียม GMS ของประเทศญีปI ุ่ น นอกจากนัMนดาวเทียมสืI อสาร จํานวนมาก เช่ น ดาวเทียมปาลาป้า ดาวเทียมของ StarTV รวมทัMง ดาวเทียม ไทยคม ของบริษัทชินวัตร ก็ใช้ วงโคจรแบบ geostationary เช่ นกัน 12

วงโคจรแบบค้ างฟ้ า (geostationary orbit)

http://www.ghcc.msfc.nasa.gov/images/lightning/gms.gif

13

http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/spacebrn.htm

http://www.cse.msu.edu/~partyka1/tableofcontents.php

14

ดาวเทียมค้ างฟ้ าของประเทศต่ างๆ

http://www.eduspace.esa.int/eduspace/subtopic/images/10-meteosat.gif

15

2. วงโคจรแบบใกล้ แกนหมุนของโลก (near polar orbit) ระนาบ ของวงโคจรของดาวเทียมจะอยูใ่ นทิศใกล้เคียงกับแนวแกน หมุนของโลก โดยดาวเทียมอาจอยูท่ ี@ระดับความสู งใดก็ได้ที@ ความเสี ยดทานของบรรยากาศมีนอ้ ยจนไม่สามารถทําให้ ความเร็ วของดาวเทียมลดลงดาวเทียมสํารวจส่ วนมากจะมีวง โคจรในลักษณะนีD โดยจะมีการกําหนดระดับความสู ง และมุม ของระนาบวงโคจรเทียบกับแนวเส้นศูนย์สูตร ที@เหมาะสม (โดยมากจะมีความสู งประมาณ 700-1000 กิโลเมตร และมีมุม เอียงประมาณ 95 – 100 องศา จากระนาบศูนย์สูตร) เช่น ดาวเทียม Landsat (สหรัฐอเมริ กา) SPOT (ฝรั@งเศส) ADEOS (ญี@ปุ่น) INSAT (อินเดีย) RADARSAT (แคนาดา) 16

โคจรแบบใกล้ แกนหมุนของโลก (near polar orbit)

17

http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/spacebrn.htm

http://www.newmediastudio.org/DataDiscovery/Hurr_ED_Center/Satellites_and_Se nsors/Polar_Orbits/Polar_Orbits.html 18

http://www.newmediastudio.org/DataDiscove ry/Hurr_ED_Center/Satellites_and_Sensors/ Polar_Orbits/Polar_Orbits.html

19

2.1 ประเภทเซนเซอร์

20

เครืIองมือวัด( Sensors) เครืIองมือวัดในเทคโนโลยีรีโมทเซนซิงคือเครืIองมือทีวI ดั พลังงานคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ า เครืIองมือซึIงเป็ นทีรI ้ ู จักกันดีคอื กล้ องถ่ ายรู ป กล้ องถ่ ายวีดโี อ และเรดาร์ โดยเครืIองมือวัดจะ ประกอบด้ วยส่ วนสํ าคัญสามส่ วนคือ 1. ส่ วนรับคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ า (receiver) เป็ นส่ วนทีทI าํ หน้ าทีรI ับ และขยายคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ าให้ มีความเข้ มเพียงพอทีจI ะทําให้ อุปกรณ์ วดั สามารถรับรู้ ได้ ตัวอย่ างของส่ วนเครืIองมือนีคM อื เลนส์ ของกล้ อง และส่ วนรับคลืนI วิทยุ (antenna) ซึIงอาจเป็ น เส้ นเหมือนเสาวิทยุ หรือเป็ นจานกลม (แบบจานรับสั ญญาณ ดาวเทียม) 21

http://www.sc.chula.ac.th/courseware/natsci/RSMainPage.htm

ทัMงนีรM ู ปแบบ ขนาด และวัสดุทใีI ช้ ของอุปกรณ์ ส่วนนีจM ะขึนM อยู่ กับช่ วงคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ าทีตI ้ องการตรวจวัด และ รายละเอียดของข้ อมูลของสิI งทีIต้องการสํ ารวจ เช่ นในช่ วง คลืนI แสง ส่ วนทีรI ับมักจะเป็ นเลนส์ ททีI าํ จากผลึก quartz โดยมีขนาดและรู ปทรงขึนM อยู่กบั ว่ าต้ องการกําลังขยาย ภาพเท่ าใด ในช่ วงคลืนI วิทยุ ส่ วนทีรI ับมักจะเป็ นจานวิทยุ หรือเสาวิทยุ โดยมีขนาดใหญ่ หรือเล็กขึนM อยู่กบั ว่ าสิI งทีเI ล็ก ทีสI ุ ดทีตI ้ องการให้ มองเห็นมีขนาดเท่ าใด

22

2. ส่ วนทีทI าํ การวัดพลังงานของคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ า (detector) เป็ นส่ วนที@แปลงพลังงานของคลื@นแม่เหล็กไฟฟ้ าที@ตอ้ งการวัด ให้อยูใ่ นรู ปแบบที@เครื@ องมือวัดจะเปรี ยบเทียบค่าได้ ซึ@ งการวัด พลังงานอาจใช้ (1) ปฏิกิริยาเคมี โดยการเคลือบสารที@ทาํ ปฏิกิริยากับแสง (เช่น silver nitrate) ลงบนแผ่นฟิ ล์ม ซึ@ งขนาดของปฏิกิริยาเคมี ที@เกิดกับสารที@เคลือบจะแปรผันตามความเข้มของแสงที@ตก กระทบ (2) การเปลี@ยนพลังงานเป็ นสัญญาณไฟฟ้ า โดยใช้อุปกรณ์ ประเภทสารกึ@งตัวนํา (semiconductor) ซึ@ งจะให้ความเข้มของ สัญญาณไฟฟ้ าแปรผันตามความเข้มแสงที@ตกกระทบ 23

นอกจากนัDนส่ วน detector อาจเป็ นแผ่นมีมิติกว้าง-ยาว เช่นแผ่นฟิ ล์ม ซึ@ งสามารถบันทึกภาพได้ทD งั ภาพใน ครัDงเดียว หรื ออาจเป็ น scanner ซึ@ งมักจะประกอบขึDน จากแถวของอุปกรณ์รับแสง ที@จะบันทึกภาพด้วยการ กวาดอุปกรณ์รับแสงนีDไปที@ละส่ วนของภาพ (คล้าย กับการทํางานของเครื@ องถ่ายเอกสาร ที@จะค่อยๆ กวาดภาพจากหัวกระดาษไปยังท้ายกระดาษจึงจะได้ ภาพทัDงภาพ) 24

3. ส่ วนทีทI าํ การบันทึกค่ าพลังงานทีวI ดั ได้ (recorder) อาจเป็ น ตัวแผ่นฟิ ล์มเองในกรณี การใช้แผ่นฟิ ล์มเป็ นส่ วนทําการวัด พลังงาน แต่ถา้ เป็ นการวัดโดยแปลงเป็ นสัญญาณไฟฟ้ า ส่ วนนีDอาจจะเป็ นแถบแม่เหล็ก (เช่นเดียวกับที@ใช้ในกล้อง ถ่ายวีดีโอ) หรื ออาจใช้หน่วยเก็บความจําอื@น เช่นฮาร์ดดิสก์ หรื อ RAM เช่นเดียวกับที@ใช้ในเครื@ องคอมพิวเตอร์

25

ประเภทเซนเซอร์ ระบบเซนเซอร์ ทตีI ดิ ตัMงในระบบดาวเทียม จําแนกเป็ น2 ประเภท คือ 1. Passive sensors ทีตI รวจวัดค่ าการสะท้ อนการแผ่ พลังงาน จากดวงอาทิตย์ เป็ นระบบทีเI ครืIองมือวัดเป็ นแหล่ งกําเนิดคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้าเองด้ วย ในระบบรีโมทเซนซิงทีวI ดั จากระยะไกลมาก คลืนI กําเนิดไฟฟ้าทีใI ช้ จะจํากัดอยู่ในช่ วงคลืนI วิทยุเท่ านัMน เนืIองจาก ปัญหาของแหล่ งพลังงาน 2. Active sensors ตรวจจับค่ าการสะท้ อนพลังงานของวัตถุจาก แหล่ งกําเนิดพลังงานเป็ นของตนเอง เช่ นคลืนI เรด้ าร์ เป็ นระบบทีอI าศัย คลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้าจากแหล่ งกําเนิดอืนI เช่ นใช้ แสงจากดวงอาทิตย์ หรือ คลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้าทีสI ิI งทีตI ้ องการสํ ารวจแผ่ รังสี ออกมาเอง (มักจะเป็ น ช่ วงอินฟราเรดความร้ อน) 26

ในกรณีทใีI ช้ แสงจากดวงอาทิตย์ เครืIองมือวัดจะทํางานได้ เฉพาะในเวลา กลางวันเท่ านัMน นอกจากการศึกษารู ปแบบของเมฆในทางอุตุนิยมวิทยา การตรวจวัดยังต้ องการท้ องฟ้าทีปI ลอดโปร่ ง ไม่ มีเมฆ หรือฝนในช่ วงทีI ทําการตรวจวัดด้ วย นอกจากนียM งั จําแนกเป็ น 2 ลักษณะ คือ Nonscanning และ Scanning systems

ลักษณะของระบบเซนเซอร์ 1.ระบบเซนเซอร์ แบบ Passive แบบ 2 แบบ 1.1.Non – scanning 1.1.1 แบบ Non-imaging method ซึIงเป็ นลักษณะการบันทึกข้ อมูล ชนิดหนึIงทีไI ด้ จากการบันทึกด้ วยคลืนI ไมโครเวฟ ซึIงเป็ นคลืนI วิทยุ 27

1.1.2 แบบ Imaging method ซึIงเป็ นกล้ องเช่ น กล้ อง สํ ารวจภาพถ่ ายทางอากาศ หรือกล้ องสํ ารวจอวกาศ เช่ น กล้ องทีI ติดตัMงในดาวเทียม COSMOS ของรัสเซีย 1.2 Scanning and Imaging ยังจําแนกต่ อได้ อกี 2 ลักษณะคือ 1.2.1 Image plane scanning sensors เช่ น กล้ องใน ทีวี ซึIงอยู่ในสถานะของแข็ง 1.2.2 Object plan scanning sensors เช่ นจําพวก สแกนเนอร์ ทมีI ีหลายช่ วงคลืนI multispectral scanners ( optical –mechanical scanner) และ scanning microwave radiometers 28

2.ระบบเซนเซอร์ แบบ Active จําแนกเป็ น 2 ลักษณะ คือ 2.1 non-imaging sensors ซึIงบันทึกข้ อมูลด้ วย laser spectrometer และ laser altimeter ซึIงอยู่ในจําพวก กลุ่มเรด้ าร์ เช่ น ระบบ SAR= Synthetic aperture radar ซึIงมีรายละเอียดสู ง บันทึกได้ ทMงั กลางวันและกลางคืน ลด ปัญหาเรืIองเมฆหมอกปกคลุม อุปกรณ์ กล้ องทีตI ดิ ตัMงเป็ นจําพวก CCD = charge coupled device และเป็ นสแกนเนอร์ หลายช่ วง คลืนI multispectral scanner 29

การติดตัMงเซนเซอร์ เลเซอร์ ชนิดนีIเหมาะกับ การใช้ ตดิ ตามการเปลียI นแปลงมลพิษทางอากาศ ซึIงอยู ในช่ วงคลืนI laser spectrometers และตรวจวัดระยะทางด้ วย ความสู งของเลเซอร์ เซนเซอร์ ได้ เซนเซอร์ เหล่ านีใM ช้ เลนส์ ซึIง สามารถรับช่ วงคลืนI visible และ reflective infrared region เรียกว่ า ระบบเซนเซอร์ ใยแก้ ว (optical sensors) 2.2 Scanning-imaging sensors จําแนกเป็ น 2 ประเภทคือ 2.2.1 object plane scanning ได้ แก่ จําพวก RAR และ SAR 2.2.2 image plane scanning

30

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp2/2-1-1.gif

ประเภทเซนเซอร์ ในระบบดาวเทียม

31

1. ระบบ passive sensor

รีโมทเซนซิง มีเซนเซอร์ ทจีI ะรับ ค่ าการแผ่ รังสี จากพลังงานธรรมชาติ นัMนเอง ซึIงเรียกว่ า passive sensors และสามารถตรวจจับพลังงานได้ ในช่ วงกลางวันได้ เท่ านัMนเอง ส่ วน ในช่ วงกลางคืนไม่ มีแสงจากดวง อาทิตย์ จงึ รับค่ าการสะท้ อนพลังงาน ไม่ ได้ แต่ พลังงานอืนI ๆ เช่ นพลังงาน ความร้ อน (thermal infrared) ทีมI ี ตามธรรมชาตินMันก็สามารถตรวจจับ คลืนI ได้ ทMงั กลางวันและกลางคืน 32

2. ระบบ active sensor

หมายถึง มีแหล่ งพลังงานทีI สร้ างขึนM เอง โดยทีเI ซนเซอร์ จะส่ ง พลังงานออกไปและตรวจจับ พลังงานการสะท้ อนกลับมา ซึIง สามารถตรวจวัดได้ ตลอดเวลา ทุก ฤดูกาล ระบบ active sensor นีจM ึง เหมาะสมกับกับทุกสถานการณ์ โดย ไม่ ต้องพึงI พาแสงจากดวงอาทิตย์ เท่ านัMน ได้ แก่ ระบบเรด้ าร์ และ ระบบซาร์ (symthetic aperture radar =SAR) 33

2.2 คุณลักษณะของ optical sensor

34

คุณลักษณะทางเรขาคณิตเป็ นเรืIองสํ าคัญต่ อการทํามุม FOV (field of view) และ IFOV (instantaneous field of view) ซึIงกําหนดให้ ทาํ มุมให้ กบั พืนM ทีจI ริงน้ อยทีสI ุ ดเท่ าทีI เซนเซอร์ ชนิดสแกนเนอร์ หนึIงจะรับค่ าสะท้ อนวัตถุได้ เช่ น IFOV ทีI 2.5 milli radians พืนM ทีจI ริงจะเป็ น 2.5 x 2.5 เมตร และเซนเซอร์ อยู่ทรีI ะดับความสู ง 1000 เมตรด้ วย

35

36

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp6/6-2-1.gif

37

2.3 ลักษณะการกระจัดกระจายของพลังงาน

38

1. การกระจายคลืนI ด้ วย pirsm

ในระบบเซนเซอร์ นMันจะติดตัMงระบบการกระจายคลืนI เป็ น ช่ วงคลืนI ต่ างๆ เรียกว่ าการกระจาย spectrum ด้ วย prism and diffraction grating ซึ I ง มี ล ก ั ษณะแตกต่ า งกั น ดั ง นี M http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp2/2-4-4.gif 39

2. การกระจายคลืนI ด้ วย diffraction grating

40

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp2/2-4-5.gif

41

2.4 Spectroscopic Filter

42

Filter สามารถกรองความยาวช่ วงคลืนI มี 3 ประเภทคือ 1. long wave pass filters เหมาะสํ าหรับกระจกเย็นซึIง สะท้ อนคลืนI อินฟราเรดความร้ อนและคลืนI ทีสI ายตาม มองเห็น 2. short wave pass filters เหมาะสํ าหรับกระจกร้ อน ซึIง สะท้ อนคลืนI อินฟราเรดความร้ อนและส่ งผ่ านคลืนI มองเห็น 3. band pass filters 43

2.5 Opitcal Mechanical Scanner

44

ระบบสแกนเนอร์ ทีใI ช้ รับค่ าสะท้ อนพลังงานนัMนมีระบบอืนI ทีเI กียI วข้ องดังนีM 1. optical system 2. spectrographic system 3. scanning system 4. detector system 5. reference system ระบบสแกนเนอร์ ทีIติดตัMงไปบนดาวเทียมแลนด์ แซทซึIงโคจร เหนือขัMวโลก เป็ นระบบ Mss ( Multispectral scanner) และระบบ TM (Thematic Mapper) และระบบ AVHRR ( Advanced Very High Resolution Radiometer) ใน ดาวเทียม NOAA

45

ระบบ Optical mechanical scanner เป็ นระบบ mutilspectral radiometer ซึIงจะได้ ภาพ 2 มิตซิ ึIงเกิดจากการ เคลือI นตัวของดาวเทียมและการหมุนของกระจกสแกนไปใน ทิศทางการบิน สแกนเนอร์ แบบนีจM ะมีระบบ optical system , spectrographic system , scanning system, detector system และ reference system เช่ นระบบ MSS และ TM ในดาวเทียม Landsat และ AVHRR = Advanced Very High Resolution Radiometer ในดาวเทียม NOAA ก็ใช้ ระบบนีM มีระบบการ กวาดภาพแบบ Pushbroom scanner โดยมีมุมทีแI คบมาก ช่ วง คลืนI ทีบI ันทึกได้ มคี วามละเอียดสู ง ในขณะทีมI ขี ้ อเสี ยคือมี signal to noise ratio ( S/N) น้ อย 46

47

48

2.6 การกวาดภาพแบบ Pushbroom

49

50

51

การกวาดภาพแบบ Pushbroom จะมีอุปกรณ์ เซนเซอร์ แบบ CCD ( Charge Coupled Devices) บางครัMงเรียกว่ า เซนเซอร์ CCD หรือกล้ อง CCD เช่ นติดตัMงแบบ HRV ในดาวเทียม SPOT , MESSR ในดาวเทียม MOS-1 และ OPS ในดาวเทียม JERS-1 เป็ นต้ น ซึIงจะมี detector ประมาณ 5,000-10,000 ตัว

52

http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect21/Sect21_1.html

53

ความละเอียดของพืDนที@ (spatial resolution ) Low resolution systems (approx. 1 km or more) Medium resolution systems (approx. 100 m to 1 km) High resolution systems (approx. 5 m to 100 m) Very high resolution systems (approx. 5 m or less)

http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/spacebrn.htm

54

ขอบเขตของช่ วงคลืนI (spectral regions) Optical imaging systems (include visible, near infrared, and shortwave infrared systems) Thermal imaging systems Synthetic aperture radar (SAR) imaging systems

55

จํานวนช่วงคลื@นที@บนั ทึก( the number of spectral bands ) Monospectral or panchromatic (single wavelength band, "black-and-white", grey-scale image) systems Multispectral (several spectral bands) systems Superspectral (tens of spectral bands) systems Hyperspectral (hundreds of spectral bands) systems http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/spacebrn.htm

56

ระบบเรด้ าร์ (Synthetic aperture radar imaging systems ) Single frequency (L-band, or C-band, or X-band) Multiple frequency (Combination of two or more frequency bands) Single polarization (VV, or HH, or HV) Multiple polarization (Combination of two or more polarization modes) 57

ในดาวเทียม Landsat ระบบ MSS จะบันทึกภาพพร้ อมกัน 4 ช่ วงคลืนI ได้ แก่ คลืนI สี เขียว แดง อินฟราเรดใกล้ 2 คลืนI แต่ ละภาพจะครอบคลุมพืนM ทีI 185 x 185 ตร. กม. มีความละเอียดจุดภาพทีI 79 เมตร Landsat Landsat ช่ วงคลืนI ประเภท การใช้ ประโยชน์ 1-2-3 4-5 4 1 0.5-0.6µm Green ตะกอนความขุ่นของนําM ความแตกต่ าง 5

2

0.6-0.7 µm

Red

6 (N IR )

3

0.7-0.8µm

7 (N IR)

4

0.8-10.0µm

Near Infrared Near Infrared

ของพืชพรรณกับสิI งปกคลุมดิน ลักษณะ โครงสร้ างทางธรณี แยกความแตกต่ างระหว่ างกายาภาพและ สิI งก่ อสร้ าง แยกพืชออกจากสิI งปกคลุม อืนI แยกความแตกต่ างระหว่ างการใช้ ทดีI นิ ตรวจสอบปริมาณวัตถุสีเขียวในพืช แยกดินและนําM ออกจากกัน ความ 58 แตกต่ างระหว่ างพืชกับดินได้ ดี

ในดาวเทียม Landsat ระบบ TM ติดตัMงไปในดาวเทียม Landsat 4-5 ออกแบบให้ มีความสามารถบันทึกค่ าได้ ถงึ 7 ช่ วงคลืนI มีความละเอียด ทีI 30 เมตร ในทุกช่ วงคลืนI ยกเว้ นNIRจะมีความละเอียดทีI 120 เมตร ช่ วงคลืนI 1. Blue – green 2. Green

ความยาว

ประโยชน์

0.45-0.52 µm ผ่ านทะลุนํMา ดูความแตกต่ างของพืชสี เขียว แสดงความแตกต่ าง ระหว่ างป่ าผลัดใบกับป่ าสนซึIงไม่ ผลัดใบ

0.52-0.60 µm แยกประเภทพืช เพราะมีการสะท้ อนสู ง ประเมินความแข็งแรงของพืช

3. Red

0.63-0.69 µm มีการดูดกลืนคลอโรฟิ ลด์ สูง ใช้ แยกชนิดของพืช

4. N IR

0.76-0.90 µm แยกความแตกต่ างระหว่ างพืนM ดินและนํMา มีการสะท้ อนจากพืชสู งมาก

5. N MI

1.55-1.75 µm แยกปริมาณความชืMนของดิน แยกความแตกต่ างระหว่ างหิมะกับเมฆ

6. Thermal 10.4-12.5 µm แยกความเครียดของพืช เช่ นการขาดนํMา ถูกแมลงทําลาย หาแหล่ ง ความร้ อน จําแนกความชืMนในดิน IR 7. M IR 2.08-2.35 µm จําแนกหิน การทําแผนทีIแสดงแหล่ งความร้ อนใต้ ภิภพ 59

ระบบการกวาดภาพแบบ MSS ใช้ ในดาวเทียม Landsat-5 เป็ นครัMง แรก ซึIงมีอายุใช้ งานมากว่ า 31 ปี แล้ ว กระจกสแกนจะทํามุม ± 2.89 องศา เคลือI นทีไI ปข้ างหน้ า มุมองศาแบบ AFOV = Angular Field of View ใน ระดับความสู ง 917 กิโลเมตร ( ประมาณ 570 ไมล์ )จากพืนM โลก ช่ วงการ กวาดกว้ าง 185 กม.(115 ไมล์ ) ในระดับความเร็ว 16 ล้ านวินาทีใน 4 ช่ วง คลืนI MSS 4 = 0.5 - 0.6 µm (green), MSS 5 = 0.6 - 0.7 µm (red), MSS 6 = 0.7 - 0.8 µm (photo-IR), and MSS 7 = 0.8 - 1.1 µm (near-IR). เพราะ แบนด์ 1-3 ใช้ กบั ระบบเซนเซอร์ แบบ RBV แล้ ว ค่ าพลังงานทีรI ับได้ จะมี อุปกรณ์ Fillter จํานวน 6 ตัวทําหน้ าทีIตรวจวัดค่ า ( ได้ 24 คือ6 แถบ * 4 แบนด์ ) ในแต่ ละแถบกว้ าง 79 เมตร ( 259 ฟุต) อัตราการหมุนของกระจกทีI 6.8 m/µmsec อัตราเร่ งทีI 26,611 กม.ต่ อชัIวโมง กินพืนM ทีI 6 เส้ น ( 79*6 = 474 เมตร) ซึIงจะมีโอกาสซ้ อนทับกันของทัMง 6 เส้ น 60

3. ในระบบ MSS มี sensor รับช่ วงคลืนI ความร้ อนเรียกว่ า Thermal sensors ซึIง สามารถตรวจวัดค่ า พลังงานโปรตอน ของพืนM ผิววัตถุได้

61

http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_16.html

http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_16.html

62

MSS 4-5-6-7 แบนด์ 4 แบนด์ 5

แบนด์ 7 แบนด์ 6 http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_17.html

63

ภาพสี ผสม FCC ของ MSS 4-5-7 (BGR)

64

2.7 Atmospheric Sensor

65

เซนเซอร์ ทตีI รวจวัดสภาพบรรยากาศ ได้ แก่ อุณหภูมิ ไอนําM ความชืMนสั มพัทธ์ แกสต่ างๆ รวมไปถึงลม และรังสี จาก ดวงอาทิตย์ ล้ วนส่ งผลต่ อการเกิดแกสเรือนกระจก ชัMน โอโซน และฝนกรด เป็ นต้ น แต่ เนืIองด้ วยเทคนิครีโมทเซนซิง ไม่ สามารถตรวจวัดค่ า ความเข้ มข้ นทางกายภาพได้ แต่ ได้ จากการประเมินสิI ง ต่ างๆทีสI ะท้ อนค่ าการกระจัดกระจาย การดูดกลืนและการ ส่ งผ่ านพลังงานนัMนออกมาจึงสามารถประมาณค่ าการ ตรวจวัดได้ ทัMงเซนเซอร์ แบบ active และ passive 66

กล่ าวได้ ว่าการสั งเกตบรรยากาศนัMน มาจากทิศทางทีสI ั งเกต ได้ แบบตรงหรือเฉียง แนวตัMงหรือแนวนอน ก็ตามเมือI นํามาเปรียบเทียบกันจะทําให้ มปี ระโยชน์ ต่อการติดตาม บรรยากาศชัMนโทรโปสเฟี ยร์ แต่ ไม่ เหมาะกับการติดตาม ชัMนสตราโตสเฟี ยร์ ซึIงมีความหนาแน่ นบรรยากาศตําI มาก

67

ตําแหน่ งการตรวจวัดบรรยากาศ มี 2 ลักษณะ

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp2/2-13-1.gif

68

1. แบบ Limb observation method ใช้ วดั ค่ าส่ วนหนึIง ของโลก ไม่ เพียงแค่ การปลดปล่ อยพลังงานเท่ านัMนแต่ ยงั รวมถึงการดูดกลืนพลังงานจากดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวต่ างๆด้ วย สามารถให้ ความละเอียดในแนวดิงI สู ง และวัดค่ าในชัMนบรรยากาศสตราโตสเฟี ยร์ ได้ สูงด้ วย การ ดูดกลืนค่ อนข้ างให้ ค่า S/N สู งด้ วยเช่ นกัน แต่ ทศิ ทางการ สั งเกตอยู่ในขอบเขตจํากัด 2. แบบ Nadir observation 69

2.8 Sonar

70

คลืนI โซน่ า หรือคลืนI เสี ยอุลตร้ าโซนิค ทีใI ช้ ในท้ อง ทะเลเพือI ติดตามลักษณะทางธรณีใต้ ทะเลหรือทะเลสาบ เพราะว่ าคลืนI วิทยุไม่ สามารถผ่ านในนําM ได้ คลืนI โซน่ าเป็ น คลืนI (longitudinal) มีคุณสมบัตยิ ดื หยุ่นกว่ าคลืนI วิทยุ แต่ อาจจะมีค่า S/N ratio (signal and Noise ratio) รบกวนบ้ าง เมือI รับสั ญญาณ

71

โดยทัวI ไป คลืนI เสี ยงทีสI ่ งผ่ านในนําM จะมีความละเอียด สู ง มีความถึIสูงด้ วยแต่ และจะลดลงไปตามระยะทาง คลืนI เสี ยงทีไI ด้ จึงถูกรบกวนได้ ง่าย รอบการส่ งผ่ านคลืนI เสี ยง ประมาณ 1,500 เมตรต่ อวินาทีและมีความผันผวนไปตาม อุณหภูมิ ความกดอากาศในนําM และความเค็มระดับปาน กลาง เป็ นต้ น มี 2 ลักษณะคือ side scan sonar และ multi-beam echo sounder จากใต้ ท้องทะเลและบันทึก เป็ น imaged ระบบเซนเซอร์ ทใีI ช้ จึงเป็ นประเภท active sensor 72

73

74

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp2/2-14-3.gif

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp2/2-14-1.gif

75

2.9 Laser Radar

76

Laser Radar อุปกรณ์ ซึIงใช้ ในการตรวจวัดค่ าลักษณะ ทางกายภาพ เช่ น ระยะทาง ความเข้ มข้ น อัตราความเร็ว รู ปร่ าง และอืนI ๆ โดยใช้ การกระจัดกระจาย เวลาย้ อนกลับของ ข้ อมูล ความเข้ มข้ น ความถีI และแสงขัMวโลก ซึIงรวมแล้ ว เรียกว่ า optical sensors โดยปกติจะใช้ laser radar หรือ lidar laser radar เป็ น active sensor เหมาะสํ าหรับใช้ ตรวจวัดมลพิษทางอากาศ ลักษณะทางกายภาพของ บรรยากาศชัMนสตราโตสเฟี ยร์ และการกระจายพืนM ทีI นอกจากนีM ยังเหมาะกับการตรวจวัดความหนาของชัMนนําM มันหรือความ สมบูรณ์ ของคลอโรฟิ ลล์ ในพืช ความลึกของนําM 77

78

2.9 microwave

79

ไมโครเวฟ เป็ นคลืนI ยาวประมาณ 1 ซม. เหมาะสํ าหรับ ศึกษาเงือI นไขสภาพอากาศชัดเจนจะทําให้ เห็นทิศทางลมทะเล และคลืนI ได้ ชัด ยิงI ไปกวานัMนคลืนI ไมโครเวฟยังแยกลักษณะ ความถีIต่างๆ ผลกระทบตามทฤษฎี Doppler , แม่ เหล็กขัMวโลก , การกระจัดกระจายของคลืนI ต่ างๆ เป็ นต้ น ทีIสายตาเรามองไม่ เห็นหรือคลืนI อิฟราเรดก็จับไม่ ได้

80

คลืนI ไมโครเวฟสามารถเป็ นได้ ทMงั active and passive sensors ได้ กล่ าวคือ ระบบ Active SAR =Synthetic Aperture Radar วัดค่ าการกระจัดกระจายคลืนI ได้ ดี ส่ วน แบบpassive นัMนจะรับค่ าการสะท้ อนของวัตถุจากพืนM ดิน ดังนัMนคลืนI วิทยุไมโครเวฟจึงเป็ นระบบเซนเซอร์ หนึIงทีI เป็ น passive microwave sensors

81

คลืนI ไมโครเวฟ ทัMง Active and Passive sensor

82

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp4/t4-1-1.gif

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp4/4-2-1.gif

83

2.10 ลักษณะการกวาดภาพ (Scanner)

84

ลักษณะการกวาดภาพ 1. แบบ Cross –Track Scanner เป็ นลักษณะการ กวาดภาพตามขวาง

85

2. แบบ Along-Track Scanner

86

Side-looking scanner ระบบเรด้ าร์

87

http://pubs.usgs.gov/fs/fs-051-00/images/fig2.jpeg

การกวาดภาพแบบ Multi-spectral scanner

http://www.ansp.org/museum/kye/tech_environment/images/kye52001pic5.jpg

88

การพัฒนาระบบเซนเซอร์ ในดาวเทียมของประเทศต่ างๆ

89

http://rst.gsfc.nasa.gov/Front/overview.html

http://marsprogram.jpl.nasa.gov/mro/gallery/artwork/MRO-multispectral-water-cycle.html

90

2.12 รู ปแบบของข้ อมูล

91

รู ปแบบการจัดเรียงข้ อมูลดาวเทียม มี 3 รู ปแบบ 1. BSQ ( Band Sequential) เป็ นการจัดเรียงข้ อมูลแบบแยก ทีละแบนด์ โดยหมายเลขจุดภาพและหมายเลขบรรทัด ของแต่ ละแบนด์ ถูกจัดเรียงแยกออกจากกัน 2. BIL ( Band Interleaved by Line) เป็ นการจัดเรียงข้ อมูล ทีละบรรทัดของภาพแต่ ละแบนด์ สลับกันไปใน แฟ้ มข้ อมูลเดียวกัน 3. BIP ( Band Interleaved by Pixel) เป็ นการจัดเรียงข้ อมูล หลายช่ วงคลืนI ตามจํานวนกลุ่มของจุดภาพเป็ นลําดับ ตามหมายเลขจุดภาพและบรรทัด 92

93

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp6/6-4-1.gif

ข้ อสั งเกตเพือI การนํามาใช้ 1. รู ปแบบ BSQ เหมาะสํ าหรับผลลัพธ์ ทเีI ป็ นสี ผสม เพราะว่ าใช้ จํานวนสามแบนด์ พร้ อมกันในการใส่ สี แดง เขียว นําM เงิน 2. ส่ วนแบบ BIP เหมาะกับการนํามาใช้ จําแนกประเภทข้ อมูลแบบ กํากับดูแล โดยใช้ กฎความน่ าจะเป็ นสู งสุ ด (Maximum Likelihood) เพราะว่ ากระบวนการประมวลผลใช้ หลายตัวแปร ต้ องการข้ อมูลช่ วงคลืนI จัดเรียงตามจุดภาพแต่ ละจุด 3. ส่ วนแบบ BIL เป็ นการจัดเรียงข้ อมูลทีผI สมผสานกันระหว่ าง BSQ และ BIP 94

2.11 คุณลักษณะของภาพ image

95

คลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ า เป็ นคลืนI ซึIงเป็ นค่ าการสะท้ อน ปฏิกริ ิยาทางเคมีของสิI งต่ างๆ บนพืนM โลกทําหน้ าทีเI ก็บพลังงาน และบันทึกไว้ ทMงั ในรู ปฟิ ล์ มทีไI วต่ อแสง หรือบันทึกในรู ปพลังงาน ทีหI ลากหลาย -image เป็ นภาพทีIตรวจจับและบันทึกค่ า การสะท้ อนคลืนI แม่ เหล็กไฟฟ้ า ค่ าทีบI ันทึกได้ จะเก็บไว้ ในรู ป ตัวเลข หรือดิจิตอลซึIงเป็ นช่ องเล็กๆทีมI ขี นาดเท่ าๆกันเรียกว่ า พิก เซล = pixel หรือ picture element ซึIงแสดงค่ าความสว่ างของใน แต่ ละพืนM ทีIเป็ นตัวเลขหรือทีเI รียกว่ าค่ า digital number ดังนัMน บางทีเรียกภาพดาวเทียมว่ า digital image ก็ได้ -photograph เป็ นภาพทีบI ันทึกและเก็บไว้ ในรู ปฟิ ล์ ม 96

97

http://science.hq.nasa.gov/oceans/system/water.html

98

http://www.gpa.uq.edu.au/CRSSIS/tools/rstoolkit/remotesensing.html

99

http://www.cas.sc.edu/geog/rslab/Rscc/mod1/emrpaths.gif

การกระจัดกระจายของพลังงาน เกิดขึนM ในกรอบของ พืนM ผิววัตถุระหว่ างความแตกต่ าง 2 สิI ง แต่ การรับค่ าสะท้ อน ต้ องเป็ นเนือM เดียวกัน ซึIงพบว่ าภาพดาวเทียมมีลกั ษณะการ กระจัดกระจายของคลืนI พลังงานไปตามลักษณะพืนM ผิวของ วัตถุ

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp3/3-4-1.gif

100

101