Issuu on Google+

‫الجهزة و البرمجيات لمعالجة‬ ‫الصورة الرقمية‬


‫محتوى المحاضرة‬ ‫المقدمة‬ ‫خصائص بيانات الصورة الرقمية‬ ‫‪1.‬‬ ‫‪2.‬‬

‫البيانات الرقمية ‪Digital data‬‬ ‫شكل البيانات ‪format Data‬‬ ‫المعالجة الولية لمعطيات التستشعار عن بعد‬


‫المقدمة‬

‫‪1.‬‬ ‫‪2.‬‬

‫الصور الرقمية مؤلفة من اعداد صحيحة ممثلة من‪32 ،24-16 ،8‬‬ ‫بت و اصبحت متوفرة بشكل واسع ‪ .‬تتطلب اجهزة العرض‬ ‫المستخدمة في معظم الحواسب و محطات التشغيل الحالية اللون‬ ‫الحمر و الخضر و الزرق التي تتكون منها لصورة و كل منها‬ ‫يخزنها على شكل ‪8‬بيت‪.‬‬ ‫‪ 8‬بيت لللوان غير الحقيقية ويتم تخزينها في ملف بيانات بقيم لونية‬ ‫‪.256‬‬ ‫‪ 24‬بيت لللوان الحقيقية في ثل ث طبقات لونية هي ‪ RGB‬هي‬ ‫اللوان الرئيسية وهناك ‪ 256‬مستوى لوني لكل لون وينتج‬ ‫‪ 16800000‬لون‬


‫البيانات الرقمية ‪Digital data‬‬ ‫الصور الرقمية هي سلسلة )مصفوفة( من الرقام أي هي تمثيل‬ ‫منطقي للمصفوفة من السطور و العمدة ‪.‬و سلسة بيانات الصورة‬ ‫متضمنة في فئات عامة للبيانات المساحية وهذا يعني ان قيمة البيانات‬ ‫المفردة ليست مرتبطة بشكل محدد وواضح بموقع معين من الرض‪.‬‬ ‫موقع قيمة أي من البيانات ) يفسر بالبيكسل( ويتم فهمة من خلل‬ ‫موقعه في المصفوفة ‪ .‬اذا عرفنا احداثيات بيانات الخلية اليسرى العليا‬ ‫في السلسلة أو البيانات المساحية و مساحة الخلية بالمتر و بعد ذلك‬ ‫نستطيع ان نحسب موقع أي خلية في الصورة المساحية‪ .‬قيم الرقام‬ ‫مخزنة بعناصر السلسلة في نطاق محدد‪ .‬على نحو مشترك )‪-0‬‬ ‫‪ (255‬الذي يتطابق مع مجال الضاءة لللوان المرتبطة بسلسلة‬ ‫الصورة ‪ ,‬القيمة )‪ (0‬تشير الى نقص في اللون المرتبط به ) الحمر‬ ‫الخضر الزرق(‪.‬‬ ‫انظر الشكل التالي‬


‫مفهوم البياانت المتساحية‪ .‬اصل‬ ‫نظام الحداثيات )تسطر‬ ‫‪,‬صف ‪,‬عمود( هي الزاوية‬ ‫اليتسرى العليا من الشبكة في‬ ‫الخلية )‪ -1‬عمود ‪ .(1‬حجم‬ ‫الخلية )البيكتسل( بالشبكة عادة‬ ‫يعبر عنها بوحدات المتسافة‬ ‫الرضية مثل المتار‪ .‬موقع أي‬ ‫بيكتسل يمكن ان يحتسب اذا كانت‬ ‫متسافة النقطة الفقية و‬ ‫العمودية معروفة‪ .‬و مخطط‬ ‫شبكة الحداثيات لي نقطة‬ ‫يمكن ان يشتق اذا عرفت‬ ‫خريطة الحداثيات للنقطة ‪-1‬‬ ‫‪ . 1‬لحظ ان النقاط يشار اليها‬ ‫بالمصطلح الحداثيات‬ ‫)صف ‪, ,‬عمود(‪ .‬لذلك النقطة‬ ‫)‪ (6-5‬تتوضع عند ملتقى‬ ‫التسطر ‪5‬و العمود‪. 6‬متسافة‬ ‫النقطة العمودية و الفقية‬ ‫تتتساوى في اغلب صور و لكن‬ ‫ليس الكل‪ .‬لصور التستشعار‬ ‫عن بعد‬


‫صورة رقمية لعين بشرية ‪,‬تظهر التطابق بين المتستويات الرمادية التي‬ ‫عملتها بيكتسلت الصورة و التمثيل العددي للبيكتسل بالمتستوى الرمادي‬ ‫في ذاكرة المخططات البيانية للكمبيوتر‪.‬‬


‫القيم المخزنة في الخليا تشكل صورة رقمية) أو كثافة البيكسل (‬ ‫تتمثل الكترونيا بسلسلة من الرقام الثنائية و التي يمكن ان تعتبر‬ ‫كمفتاح التشغيل و الطفاء أو نقط و خطوط في رمز مورس‪ .‬و في‬ ‫القاعدة الثانية يتشكل الرقم العشري ‪ 0.1.2.3‬مكتوبة على الشكل‬ ‫‪ ..... 0.1.10.11‬مع كل عمود على اليسار يمثل بالتوالي القيمة‬ ‫العلى من الثنان‪ ,‬على غرار العشرة في النظام العشري المعتاد‪.‬‬ ‫واذا استعملت الرقام الثمانية الثنائية لتسجل القيمة المخزونة لكل‬ ‫بيكسل‪.‬‬ ‫و يعد ذلك ان ‪ 0‬و ‪ 255‬تكتب على الشكل التالي )‪(00000000‬‬ ‫و)‪ (11111111‬هكذا مطلوب المجموع من الرقام الثمانية الثنائية )‬ ‫البيت ( لتمثل الرقام ‪ 256‬في النطاق من ‪ .255-0‬مدى كثافات‬ ‫البيكسل يعتبر النطاق الديناميكي للصورة ‪.‬‬


‫لن ثمانية اجزاء )بيت( محتاجة لتمثيل نطاق كل لون من اللوان الثل ث‬ ‫الساسية‪ .‬الصورة المنتجة تدعى صورة ال‪ 24‬بيت ‪ .‬طرق اخرى لتمثيل‬ ‫بيكسلت الصورة واضحة في الجدول ‪ 2.3‬على سبيل المثال ‪-10‬وحدة )بيت(‬ ‫منفردة –نطاق الصورة يزود ‪ 1024‬مستوى من الرمادي بينما الصورة ‪ 16‬بيت‬ ‫تستطع ان تمثل كل من البيانات الموجبة و السالبة او البيانات الموجبة فقط‬ ‫‪.‬معتمدا على أي تمثيل معلم او غير معلم قد استخدم ‪ .‬بيانات القيم الحقيقة‬ ‫تستخدم بشكل اعتيادي لتخزين القيم الفيزيائية و تعد مثبتة القيمة ‪ .‬على سبيل‬ ‫المثال‪ ,‬سعة و حالة صورة مخزنة كازواج من اعداد حقيقة من ‪ 32‬بيت ‪.‬‬ ‫معظم مراقبو الكمبيوترات يتطلبوا اشارة ادخال متناظرة )مختلفة بشكل مستمر(‪.‬‬ ‫و لذلك القيم الرقمية المخزنة في الذاكرة الصورية تتحول لشكل متناظر ‪.‬‬ ‫كالفولتات من رقمي لمحول تناظري ‪ DAS‬نظام جمع و ربط البيانات كما يبين‬ ‫الشكل التالي‪ :‬الظهار من ‪ DAS‬تغذي الدخال ببرنامج المراقبة‬


‫شكل يبين نطاقات ‪ SWIR‬و ‪Aster VNIR‬‬


‫يبين الجدول ‪.‬مزيج من اللوان التساتسية للضوء )الحمر الخضر الزرق( تندمج‬ ‫وتنتج الوان متوتسطة مثل الرجواني و البرتقالي ‪ .‬حيث ان القيم لللوان التساتسية‬ ‫متعادلة ‪,‬و النتيجة هي ظل للرمادي ما بين التسود و البيض و الكثافة الظاهرة‬ ‫تمثل ‪ 8‬بيت بمعنى آخر من التدرج ‪255-0‬‬


‫صورة ملونة منتجة على الشاشة متستخدمة ثلث مصفوفات مخزنة في الذاكرة الصورية‪ .‬و هذه المصفوفات الثلث‬ ‫تحمل الرقام و التي تظهر ظلل من الحمر بالعلى ‪,‬المصفوفة المتوتسطة تظهر توزيع ظلل الخضر و المصفوفة‬ ‫التسفلية يحمل الرقام المطابقة للظلل الزرق كل مصفوفة يحمل ارقام صحيحة في النطاق من ‪ )0‬التسود أو نقص‬ ‫اللون( الى ‪ ) 255‬ظل الاضاءة من الحمر و الخضر و الزرق (‪ .‬هذه القيم تتحول من الرقمي الى المتناظر من الى‬ ‫واحد من الثلث المحولت تسواء رقمي او متناظر ‪ DAS‬المركز قبل ان تظهر على الشاشة باليمنى‬


‫يبين الجدول ‪ :‬نطاقات ديناميكية مختلفة تتستخدم لتمثل بيانات الصورة للتستشعار عن بعد عدد من الرقام‬ ‫الثنائية المتستعملة في الترميز متناتسبة مع عدد متستويات الرمادي أو اللوان التساتسية التي يمكن ان تكون‬ ‫مخزنة في مصفوفة الصورة‪ .‬لحظ ان البيانات الصحيحة يمكن ان ترمز بـ )‪( _,+‬او ل ترمز‪ .‬بمعنى اخر‬ ‫افترض ان تكون اعداد صحيحة غير تسالبة ممثلة في القاعدة الثانية بخيط من الرقام الثنائية) بيت ( ‪ .‬بينما‬ ‫الرقام الحقيقة مخزنة في ذاكرة الكمبيونر كجزء عشري من اللوغاريتم ‪ M‬واتسس ‪ e‬قوى عشرية اتسية‬ ‫فصيغة العدد الحقيقي= ‪ 2e×m‬نطاق العدد الحقيقي يعتمد على الكميوتر المعين بينما التمثيل العدد الصحيح‬ ‫هو شائع لجميع الكمبيوترات‬


‫شكل البيانات‬

‫‪format Data‬‬

‫بنية البيانات تصف الطريقة التي كتبت بها البيانات للتخزين الوسطي مثل ‪CD‬‬ ‫تتوضع بيانات النطاق السابع مثل لندسات ‪ ETM‬و يمكن ان تخزن ببنية واحدة‬ ‫كما يلي‬ ‫‪ -1‬ملف واحد يضم مجموعة من التوصيفات العددية و النصية للبيانات مثل ارقام‬ ‫مسح البيكسلت لكل خط في الصورة امتداد المخطط و خطوط العرض و خطوط‬ ‫الطول لمركز الصورة‬ ‫‪-2‬ملف ثاني يضم قيم البيكسلت في نطاقات ‪ ETM 1-7‬مرتبة نطاق بنطاق(‪.‬‬ ‫لكل نطاق قيم البيكسل لول خط ممسوح تكتب بترتيب )يسارالى يمين(‬ ‫كمجموعة مفردة او مسجلة‪ ,‬مع السجل الثاني متضمن لقيم البيكسل للخط‬ ‫الممسوح ‪ 2‬و هكذا الشكل ‪3.8a‬‬ ‫الشكل التالي ‪:‬‬ ‫مثال للتوضيح ‪ a‬نطاق تعاقبي ‪ BSQ‬و ‪ b‬نطاق الفترات الزمنية بواتسطة بنية‬ ‫الخط ‪ BIL‬لتخزين بيانات الصورة المحتسوتسة عن بعد ‪ .‬الخراج في ‪b‬‬ ‫نفترض صورة ذات تسبع نطاقات ‪.‬‬


‫الول من هذه الملفات يتضمن مواصفات البيانات‬ ‫المخزنة في الملف الثاني‪ .‬يمكن ان تخزن بيانات‬ ‫الصورة كمجموعات من الخطوط الممتسوحة لجميع‬ ‫النطاقات‬


‫نماذج من اشكال البيانات المخزنة‬ ‫صورة سبوت تزود البيانات ببنية خاصة تدعى ‪ CAP‬بطاقة برنامج التجميع‬ ‫لندسات ‪ ETM 7‬و يمكن الحصول عليها من ملف ‪TIFF GEO‬عام‪ .‬و‬ ‫‪ HDF‬خاص أو لندسات ‪7A‬السريع البنى )خاصة(‪.‬‬ ‫البنية التي تعمدها ناسا لنظام مراقبة الرض برنامج ‪ EOS‬هو البنية الهرمية‬ ‫‪ (HDF ( Hierachical Data Format‬التي يمكن ان تخزن كل من‬ ‫العنوان و معلومات الصورة بملف منفرد‪ .‬على سبيل المثال البيانات من مشعر‬ ‫استر الياباني تحمل بواسطة قمر تيرا مخزنة في ملف ‪ HDF‬مفرد و الذي يضم‬ ‫كل من البيانات المتحولة و بيانات الصورة‪ .‬البنية التي تزودنا بها البيانات‬ ‫الستشعار عن بعد يمكن ان تعتبر في اجهزة التحسس حي ث كل واحد يحصل‬ ‫على البيانات من شركة خاصة مزودة ببيانات بنفس البنية ‪.‬‬ ‫منتجي برامج معالجة الصورة يحدودون ايضا شكل البيانات الخاصة بهم‪ .‬على‬ ‫سبيل المثال ‪ ENVI‬نظام معالجة الصورة‪ ,‬يسوق بواسطة انظمة البح ث ‪INC‬‬ ‫المحاكي الداخلي يتطلب ملفان لكل مجموعة بيانات الصورة‬


‫المعالجة الولية لمعطيات الستشعار عن بعد‬ ‫‪Pre-processing of Remotely –Sensed Data‬‬

‫إن الحصول على بيانات الستشعار عن بعد في شكلها الخام‬ ‫) الولي( يتضمن عادة عيوب او نقائص‪،‬و تصحيح النقائص‬ ‫و ازالة العيوب الظاهرة في البيانات يجب أن تنجز قبل‬ ‫المعالجة‪ .‬بعض العمليات تنفذ قبل ان استعمال البيانات‬ ‫لغرض خاص ‪ .‬على الرغم من ان بعض التصحيحات تجري‬ ‫في محطة الستقبال الرضية ‪ .‬ل يزال هناك حاجة في قسم‬ ‫المستخدم لبعض العمليات قبل المعالجة الضافية ‪ .‬الموضوع‬ ‫المعتبر هنا على هذه الصورة من قبل طرق تحسين و تحليل‬ ‫الصورة ‪.‬‬


‫ماهي العمليات الولية التي يجب القيام بها‬ ‫العمليات التجميلية ‪Cosmetic operations‬‬ ‫تتضمن مايلي‪:‬‬ ‫الخطوط الممتسوحة مفقودة‪ :‬تصحيح الصورة الرقمية التي تتضمن‬ ‫‪1.‬‬ ‫اما خطوط ممسوحة مفقودة كليا او جزئيا‪ .‬او اخطاء مماثلة يمكن‬ ‫ان تكون مستحقة للخطاء في عملية المسح أو اجهزة اخذ‬ ‫العينات ‪ .‬في الب ث أو التسجيل لبيانات الصورة‪.‬‬ ‫اعادة انتاج وسائل تخزين البيانات المتضمنة البيانات‪ ,‬هذه الخطوط‬ ‫الممسوحة المفقودة مشاهدة بشكل عادي كخطوط افقية سوداء او‬ ‫بيضاء على الصورة ‪ .‬تمثيل تعاقب قيم البيكسل مثل ‪0‬او ‪255‬‬ ‫‪ .2‬طرق التخطيط ‪de-striping method‬‬


‫تابع‬ ‫الخطوط الممتسوحة مفقودة‬ ‫‪ 1.‬لمحاولة تقدير القيم المفقودة بالنظر الى قيم بيانات‬ ‫الصورة في الخطوط الممتسوحة اعلى و اتسفل القيم‬ ‫المفقودة ‪.‬‬ ‫‪ 2.‬مراقبة عدة ظواهر طبيعية معروضة مرتبطة ذاتيا و‬ ‫مكانيا يتم استخدامه كقاعدة لتقدير القيم المفقودة على خط‬ ‫ممسوح من قيم متجاورة‪.‬‬ ‫الطريقة البسط لتقدير قيم البيكسل المفقودة على طول خط‬ ‫الممسوح المسقط يشمل استبداله بالقيمة البيكسل المتناظرة‬ ‫على الخطوط الممسوحة السابقة الفورية ‪.‬‬ ‫‪Missing scan lines‬‬


‫كمثال توضيحي للتأثير للخط الممتسوح المتسقط على صورة لندتسات ‪ 4‬نطاقات ‪ TM .‬و هذه التأثيرات‬ ‫للنطاق ‪ 16‬خط ممتسوح يمكن أن يرى فاتح اً في الماء و مناطق تسوداء انظر الشكل التالي‬


‫التأثيرات النطاقية الفقية يمكن‬ ‫مشاهدتها على صورة النطاق ‪1‬‬ ‫لندتسات ‪ TM4‬لجزء من منطقة‬ ‫القارة العليا من يربيشر انكلترا‪..‬‬ ‫هناك ‪ 16‬كاشفات لكل نطاق‬ ‫النموذج التجميعي الفقي يتكرر في‬ ‫كل ‪ 16‬خط ممتسوح‪.‬‬


الأجهزة و البرمجيات لمعالجة الصورة الرقمية