ข้อมูลดาวเทียมสำหรับการทำ Remote sensing

  ข้อมูลดาวเทียมสำหรับการทำรีโมทเซนซิง

รีโมตเซนซิง หรือการรับรู้ระยะไกล เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการบันทึกคุณลักษณะของวัตถุต่าง ๆ ในการสะท้อน หรือการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โดยปราศจากการสัมผัสโดยตรง

จากภาพข้างบนนี้ มีหลอดไฟฟ้าเป็นแหล่งกำเนิดแสง โดยจะปลดปล่อยโฟตอน (Photons) ออกมา จากแถบสเปคตรัมของแสงทางซ้ายมือจะพบว่าแสงจากหลอดไฟประกอบด้วยช่วงคลื่นต่างๆ ซึ่งสังเกตได้จากแถบสีที่ต่อเนื่องกัน และเส้นกราฟสีฟ้าเหนือแถบสีซึ่งแสดงระดับความเข้มของสีต่างๆ แสงที่เดินทางไปทางขวามือของหลอดไฟเดินทางผ่านก้อนเมฆ ซึ่งประกอบไปด้วยอะตอมและโมเลกุล เมื่อสังเกตแถบสเปคตรัมของแสงทางขวามือของภาพจะพบว่าช่วงแสงบางสีถูกดูดกลืนโดยก้อนเมฆ ซึ่งปรากฏเป็นเส้นสีดำบนแถบสีและเส้นกราฟจะขาดหายเป็นช่วงๆ ในขณะเดียวกันพลังงานบางส่วนของแสงที่ผ่านก้อนเมฆมีผลทำให้อะตอมและโมเลกุลในก้อนเมฆถูกกระตุ้นและปล่อยพลังงานแสงบางสีออกมาซึ่งปรากฏในแถบสเปคตรัมด้านล่าง และเป็นเส้นกราฟไม่ต่อเนื่องกัน

ในทางปฏิบัติวัสดุชนิดต่างๆ เช่น ใบไม้ พื้นดิน ก้อนหิน อาคาร ฯลฯ จะสะท้อนหรือเปล่งแสงในช่วงแถบสีต่างๆ ที่มีลักษณะเฉพาะตัว ข้อมูลของรีโมตเซนซิงจะมาจากการรับและวัดค่าแสงสะท้อนและ/หรือแสงที่เปล่งออกมาในช่วงต่างๆ ของสเปคตรัม ช่วงของสเปคตรัมที่นิยมนำมาใช้ได้แก่ อัลตราไวโอเลต, แสงตาที่มองเห็น, อินฟราเรด, อินฟราเรดความร้อน และคลื่นไมโครเวฟ ในระบบหลายช่วงคลื่น (Multispectral) จะมีการแบ่งสเปคตรัมออกเป็นช่วงแคบๆ จำนวนมากแต่ละช่วงจะแรียกว่าแบนด์ (band) หรือช่อง (channel) ซึ่งจะเรียกตามสี (ในกรณีที่มองเห็นได้) หรือชื่อของช่วงแสงนั้น (เช่น อินฟราเรด) หรือช่วงของความยาวคลื่น ข้อมูลนี้จะถูกประมวลผลโดยเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อสร้างภาพหรือใช้เป็นข้อมูลสำหรับโปรแกรมวิเคราะห์ภาพ

จากภาพนี้ พื้นที่เป้าหมายเป็นพื้นที่เกษตรกรรม ซึ่งมีส่วนประกอบคือ พืช ดิน ความชื้น ซึ่งพื้นที่ดังกล่าวจะมีลักษณะการสะท้อนของแสงแสดงด้วยเส้นกราฟสีแดงด้านล่าง ซึ่งเส้นกราฟนี้เป็นลักษณะเฉพาะในการสะท้อนแสง (Spectral Signature) ของพื้นที่ประเภทนี้ เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ตกกระทบพื้นที่เป้าหมายและสะท้อนกลับไปยังอุปกรณ์รับรู้ (Sensor) ซึ่งติดตั้งอยู่บนเครื่องบินหรือดาวเทียม อุปกรณ์รับรู้จะแสดงเส้นกราฟในลักษณะเฉพาะเดียวกันกับตัวอย่างข้างต้น โดยอุปกรณ์รับรู้จะประกอบด้วย แผ่นกรองแสงสีต่างๆ เพื่อแยกแสงสะท้อนที่ตรวจจับได้ออกเป็นช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ซึ่งประกอบกันเป็นส่วนของสเปคตรัม เมื่อโฟตอนของแสงมากระทบอุปกรณ์รับรู้ โฟตอนจะถูกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าเนื่องมาจากผลของ photoelectric effect ซึ่งแต่ละแบนด์จะมีระดับสัญญาณไฟฟ้าต่างๆ (ซึ่งแสดงบนหน้าปัดของเครื่องวัดดังในภาพ) ถ้าเครื่องวัดเหล่านี้ถูกปรับแต่งอย่างเหมาะสมค่าที่วัดได้จะแสดงถึงการสะท้อนแสงจากพื้นที่เป้าหมายสำหรับช่วงคลื่นต่างๆ ซึ่งค่าต่างๆ เหล่านี้จะเป็นการประมาณค่าอย่างหยาบๆ ของเส้นกราฟที่แสดงลักษณะเฉพาะในการสะท้อนแสงของพื้นที่นี้ อุปกรณ์รับรู้ที่แบ่งช่วงคลื่นอย่างหยาบๆ ก็พอเพียงที่จะบอกให้ทราบถึงชนิดของพื้นที่เป้าหมาย อย่างไรก็ตาม ถ้าแบ่งช่วงคลื่นให้มีความละเอียดมากยิ่งขึ้นก็จะสามารถบอกถึงความแตกต่างของพื้นที่แต่ละประเภทได้ดียิ่งขึ้น

บนดาวเทียม Landsats 4-7 มีอุปกรณ์รับรู้ที่เรียกว่า Thematic Mapper (TM) ซึ่งแบ่งการรับรู้ออกเป็น 7 แบนด์ ภาพที่จะแสดงต่อไปนี้แต่ละจุดในภาพจะใช้ค่าความเข้มของแสงที่วัดได้ซึ่งเรียกว่า Digital Numbers (DNs) ที่จะมีค่าสัมพันธ์กับความเข้มของแสงที่สะท้อนหรือเปล่งออกมาในแบนด์ของอุปกรณ์รับรู้นั้น ค่า DNs เป็นตัวเลขจำนวนเต็มซึ่งในที่นี้มีค่าระหว่าง 0-255 ระดับของสีเทาในภาพเริ่มตั้งแต่สีดำ (DN=0) ไปจนถึงสีขาว (DN=255) ซึ่งค่าของ DN ที่เพิ่มขึ้นจะแสดงด้วยสีเทาดำไปจนถึงสีเทาอ่อนจนเป็นสีขาวเมื่อ DN=255

       ภาพตัวอย่าง จำนวน 4 แบนด์ จากทั้งหมด 7 แบนด์

ภาพจากแบนด์ที่ 1 สำหรับสีฟ้า ซึ่งมีช่วงคลื่น 0.45 – 0.52 um


ภาพจากแบนด์ที่ 4 สำหรับคลื่นแสงใกล้อินฟราเรด ซึ่งมีช่วงคลื่น 0.76 – 0.90 um


ภาพจากแบนด์ที่ 6 สำหรับคลื่นอินฟราเรดความร้อน ซึ่งมีช่วงคลื่น 10.4 – 12.5 um


ภาพจากแบนด์ที่ 7 สำหรับอินฟราเรดคลื่นกลาง ซึ่งมีช่วงคลื่น 2.08 – 2.35 um

สำหรับแบนด์ 1, 4 และ 7 จุดที่แสดงด้วยสีเข้มหรือสีดำจะแสดงถึงพื้นที่ที่สะท้อนแสงในแบนด์ดังกล่าวได้น้อย และจุดที่มีสีเทาหรือสีขาวจะหมายถึงพื้นที่ที่สะท้อนแสงในแบนด์ดังกล่าวได้มาก ในแบนด์ 6 จะวัดถึงการเปล่งรังสีความร้อนของวัตถุหรือพื้นผิวดิน จุดที่แสดงเป็นสีขาวหรือสีเทาอ่อนจะหมายถึงมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดที่เป็นสีเข้มหรือสีดำ

การแสดงภาพถ่ายจากดาวเทียมจะเลือกมา 3 แบนด์จากทั้งหมด 7 แบนด์ในระบบ TM แล้วกำหนดแม่สีคือ สีน้ำเงิน, สีเขียว และสีแดง ให้กับแต่ละแบนด์ ทำให้ได้ภาพที่เรียกว่า ภาพสีผสม (Color Composite)

ภาพนี้กำหนดให้แบนด์ 2 เป็นสีน้ำเงิน แบนด์ 3 เป็นสีเขียวและแบนด์ 4 เป็นสีแดง ทำให้เกิดภาพสีผสมเท็จ (False Color Composite) ที่นิยมใช้งานกันทั่วไปเพราะสีแดงในภาพจะแสดงถึงพื้นที่เกษตรกรรม

ภาพนี้กำหนดให้แบนด์ 1 เป็นสีน้ำเงิน แบนด์ 2 เป็นสีเขียว และแบนด์ 3 เป็นสีแดง ทำให้เกิดภาพสีผสมธรรมชาติ (Natural Color Composite)

ตารางอุปกรณ์รับรู้ของดาวเทียมชุด Landsat

                                        ตารางอุปกรณ์รับรู้ของดาวเทียมชุด Landsat

อุปกรณ์รับรู้	แบนด์	ช่วงคลื่น	ความยาวคลื่น (ไมโครเมตร)	ความละเอียดภาพ (เมตร)
RBV (Returned Beam Vidicon) * เฉพาะ LANDSAT 3	1	น้ำเงินเขียว	0.475 – 0.575	80
	2	แดง	0.580 – 0.680	80
	3	อินฟราเรดใกล้	0.690 – 0.830	80
	1*		0.505 – 0.705	40
MSS (Multispectral Scanner System) LANDSAT 1, 2, 3	4	เขียว	0.50 – 0.60	80
	5	แดง	0.60 – 0.70	80
	6	อินฟราเรดใกล้	0.70 – 0.80	80
	7	อินฟราเรดใกล้	0.80 – 1.10	80
	8	อินฟราเรดความร้อน	10.8 – 12.4	240
TM (Thematic Mapper) LANDSAT 4, 5	1	น้ำเงิน	0.45 – 0.52	30
	2	เขียว	0.52 – 0.60	30
	3	แดง	0.63 – 0.69	30
	4	อินฟราเรดใกล้	0.76 – 0.90	30
	5	อินฟราเรดคลื่นสั้น	1.55 – 1.75	30
	6	อินฟราเรดความร้อน	10.4 – 12.5	120
EMT+ (Enhanced tjematic Mapper Plus) LANDSAT 7	1	น้ำเงิน	0.45 – 0.52	30
	2	เขียว	0.52 – 0.60	30
	3	แดง	0.63 – 0.69	30
	4	อินฟราเรดใกล้	0.76 – 0.90	30
	5	อินฟราเรดคลื่นสั้น	1.55 – 1.75	30
	6	อินฟราเรดความร้อน	10.4 – 12.5	60
	7	อินฟราเรดความร้อน	2.08 – 2.35	30
	PAN		0.52 – 0.90	15

ตารางอุปกรณ์รับรู้ของดาวเทียมชุด LANDSAT

 

ตารางแสดงช่วงคลื่นความถี่

แบนด์	ความยาวคลื่น (ไมโครเมตร)	ศักยภาพการใช้ประโยชน์
1	0.45 – 0.52 ( น้ำเงิน )	ใช้ตรวจสอบลักษณะน้ำตามชายฝั่งแสดงความแตกต่างหรือใช้แยกประเภทต้นไม้ชนิดผลัดใบและไม่ผลัดใบออกจากกันแสดงความแตกต่างหรือแยกดินจากพืชพรรณต่างๆ ที่มีความไวต่อการมีหรือไม่มีคลอโรฟิลล์
2	0.52 – 0.60 ( เขียว )	แสดงการสะท้อนพลังงานสีเขียวจากพืชพรรณที่เจริญเติบโตแล้ว
3	0.63 – 0.69 ( แดง )	แสดงความแตกต่างของการดูดกลืนคลอโรฟิลล์ในพืชพรรณชนิดต่างๆ กัน
4	0.76 – 0.90 ( อินฟราเรดใกล้ )	ใช้ตรวจวัดปริมาณมวลชีวะ แสดงความแตกต่างของน้ำและส่วนที่ไม่ใช้น้ำ
5	1.55 – 1.75 ( อินฟราเรดคลื่นสั้น )	ใช้ตรวจความชื้นในพืช แสดงความแตกต่างของหิมะกับเมฆ
6	10.4 – 12.5 ( อินฟราเรดความร้อน )	ใช้ตรวจการเหี่ยวเฉาอันเนื่องมาจากความร้อนในพืชแสดงความแตกต่างของความร้อนบริเวณที่ศึกษา แสดงความแตกต่างของความชื้นของดิน
7	2.08 – 2.35 ( อินฟราเรดสะท้อน )	ใช้ตรวจความร้อนในน้ำ ใช้แยกประเภทแร่ธาตุและหินชนิดต่างๆ
PAN	0.52 – 0.90	ใช้ประโยชน์ในด้านผังเมืองคล้ายกับรูปถ่ายทางอากาศ

ตารางศักยภาพการใช้ประโยชน์ของอุปกรณ์รับรู้ ETM* ของดาวเทียม LANDSAT 7

แหล่งที่มาข้อข้อมูล
http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=rssat