ابرطیفی

یکی از پرکاربردترین روش های طبقه بندی نظارت شده، روش بیشترین احتمال است که در آن، به منظور طبقه بندی از پارامترهایی آماری مانند ماتریس واریانس کوواریانس استفاده می شود. در تصاویر ماهواره ای ابرطیفی، به علت محدودیت نمونه های آموزشی و ابعاد بالای طیفی (زیاد بودن تعداد باندها)، احتمال یکتا شدن ماتریس های برآورد شده و یا کاهش دقت طبقه بندی وجود دارد. به منظور حل این مشکل از روش های مختلفی همچون کاهش تعداد ویژگی ها (کاهش تعداد باندهای استفاده شده) و یا ترکیب طبقه بندی کننده ها استفاده می گردد. در این پژوهش از تلفیق این دو روش استفاده شده است، بدین ترتیب که برای کاهش ابعاد، روش استخراج ویژگی غیرپارامتریک وزن دار به علت مزایای متعدد آن به کار رفته است؛ و در مورد ترکیب طبقه بندی کننده ها برای ایجاد ترکیبات مناسب از طبقه بندی کننده ها، از روش تغییر ویژگی های ورودی و روش استخراج ویژگی بر مبنای کلاس استفاده شده است. همچنین در ترکیب خروجی طبقه بندی کننده ها، از روش های سطح اندازه گیری استفاده شده است. تصویر ابرطیفی مورد استفاده در این پژوهش، تصویر سنجنده AVIRIS مربوط به منطقه ای جنگلی / کشاورزی در شمال ایالت ایندیانا در امریکاست. پس از پیاده سازی روش استخراج ویژگی غیرپارامتریک وزن دار، دقت طبقه بندی کلی 67/85 درصد حاصل گردید. در ترکیب طبقه بندی کننده ها، دقت طبقه بندی کلی 26/89 درصد و در روش پیشنهادی دقت طبقه بندی کلی 34/89 درصد به دست آمد، که در قیاس با دو روش تشکیل دهنده آن، دقت طبقه بندی بهبود یافته است. به رغم کم بودن میزان بهبود دقت، به علت کاهش پیچیدگی محاسبات و همچنین امکان انجام محاسبات موازی، روش پیشنهادی در این پژوهش مناسب تر به نظر می رسد.

پیدایش و گسترش ابزارهای پیشرفته سنجش از دور و ژئوفیزیک در زمینه اکتشاف منابع معدنی در دهه های اخیر، نشان دهنده اهمیت این صنعت است. در این پژوهش، از سنجنده هایETM + ، ASTER، داده های هایپریون EO-1 و داده های مغناطیس سنجی هوابرد به صورت همزمان به منظور پتانسیل یابی منابع معدنی، پهنه بندی نواحی دگرسانی و شناسایی بخش های پنهان کانی زایی معدنی از شمال شرقی مشکین شهر تا نواحی شمال غربی شهرستان سراب استفاده شده است. با استفاده از داده های مغناطیسی هوابرد، نقشه برگردان به قطب شده، نقشه مشتق قائم، نقشه زاویه کجی، نقشه گرادیان افقی کل، نقشه سیگنال تحلیلی و نقشه ادامه فراسو تا ارتفاع 1000 متری از سطح زمین برای منطقه مورد مطالعه تهیه شده است. همچنین با استفاده از داده های دورسنجی روش های نقشه برداری زاویه طیفی، آنالیز مولفه اصلی به ترتیب به عنوان روش های طیف مبنا و آمار پایه و روش فیلتر تطبیقی ترکیبی تعدیل شده برای منطقه مورد مطالعه تهیه و مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به شواهد زمین شناسی و نتایج حاصل از این پژوهش، اعم از چشمه های آب گرم، گسل های فعال و فراوان و گنبدهای ولکانیکی، دگرسانی ها و مناطق مستعد که دارای پتانسیل بالایی از منابع معدنی هستند، شناسایی و ارزیابی شدند. دگرسانی های سیلیسی و کائولینیتی در شمال مشکین شهر، در نیمه شمال غربی سبلان (دره موئیل) و در شمال غربی سراب از مهم ترین آنومالی های معدنی در این منطقه محسوب می شوند که با معادن فعال سیلیس، کائولن، سرب و مس در منطقه مورد مطالعه انطباق کامل دارند در نهایت از تمامی محدوده های پتانسیل یابی در منطقه مورد مطالعه، نمونه و آنالیز XRD تهیه شد که نتایج روش ها با یکدیگر همخوانی و مطابقت کاملی دارند. به همین دلیل استفاده از روش های یاد شده برای دسترسی به نتایج مناسب تر، برای انطباق نتایج داده ها با هم ضروری به نظر می رسد.

سابقه و هدف: در سال های اخیر استفاده از تصاویر ابرطیفی به دلیل غنای بالای طیفی در زمینه های مختلف مطالعات زمین به خصوص در سنجش از دور بسیار افزایش یافته است. طبقه بندی این تصاویر به منظور استخراج اطلاعات از آنها همواره با چالش هایی مختلفی همچون چگونگی مدیرت ابعاد این داده ها و صحت کم طبقه بندی در هنگام وجود تعداد محدودی از نمونه های آموزشی همراه است. افرایش صحت طبقه بندی این تصاویر با هدف مطالعات دقیق پدیده ها و تغییرات سطح زمین همواره از موضوعات مورد مطالعه جامعه علمی سنجش از دور بوده است. در سال های اخیر استفاده از ویژگی های مکانی به منظور افزایش صحت طبقه بندی تصاویر ابرطیفی بسیار رایج شده است. تاکنون روش های مختلفی برای طبقه بندی طیفی-مکانی تصاویر ابرطیفی معرفی شده است و پژوهش های مربوطه در راستای معرفی روش هایی با ساختار ساده تر و صحت بالاتر نیز در جریان است. به دلیل وجود رابطه های پیچیده میان باندهای مختلف تصویر ابرطیفی با الهام از پژوهش های موجود در شاخه بینایی ماشین در این پژوهش روشی توسعه داده شده است که می تواند روابط پیچیده میان ویژگی های طیفی و مکانی در یک تصویر ابرطیفی را مدل سازی کند. هدف اصلی این مقاله ارائه روشی جدید و کارا مبتنی بر ترکیب ویژگی های مستخرج از ماتریس محلی کرنل وزن دار ویژگی های طیفی و فرکتالی به منظور تولید ویژگی برای طبقه بندی تصاویر ابرطیفی است. مواد و روش ها: به منظور طبقه بندی تصاویر ابرطیفی در پژوهش حاضر ابتدا یک مرحله کاهش بعد بر روی تصویر ابرطیفی انجام می شود. در مرحله بعد ویژگی های مکانی مبتنی بر بعد فرکتال جهت دار تولید می شوند و مجدداً این ویژگی ها کاهش بعد پیدا می کنند. در مرحله بعد ویژگی های مستخرج از ماتریس محلی کرنل وزن دار از هر دو دسته ویژگی های طیفی و فرکتالی تولید می شوند. این ویژگی های ثانویه وابستگی های محلی غیرخطی میان ویژگی های طیفی و فرکتالی را که در روش های پیشین طبقه بندی مورد توجه نبوده است، در فرایند تولید ویژگی لحاظ می کنند که در نهایت سبب افزایش صحت طبقه بندی می شوند. سپس این دو دسته بردار ویژگی جدید برای هر پیکسل با هم الصاق می شود و یک بردار غنی از اطلاعات طیفی– مکانی را تشکیل می دهد. در نهایت به منظور تعیین برچسب هر پیکسل، بردار ویژگی حاصل از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان طبقه بندی می شود. آزمایش های این پژوهش بر دو تصویر مرجع ابرطیفی واقعی ایندین پاین و دانشگاه پاویا انجام شده است. نتایج و بحث: تحلیل نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی با در نظر گرفتن ویژگی های مستخرج از ماتریس محلی کرنل وزن دار ویژگی های طیفی– فرکتالی موجب افزایش 20 و 18 درصدی صحت طبقه بندی در مقایسه با طبقه بندی با ویژگی های طیفی تنها به ترتیب در تصاویر ایندین پاین و دانشگاه پاویا شده است. این نتیجه تأیید می کند که در نظر گرفتن اطلاعات مکانی به طور مؤثر سبب افزایش چشمگیر صحت طبقه بندی حتی زمانی که نمونه های آموزشی اندکی در دسترس باشد، می شود. همچنین رویکرد پیشنهادی این پژوهش در مقایسه با چندین پژوهش دیگر در این حوزه به صحت های بالاتری رسیده است. نتیجه گیری: عملکرد بهتر روش پیشنهادی در مقایسه با دیگر روش های رقیب به دلیل در نظر گرفتن وابستگی های محلی غیرخطی میان ویژگی های طیفی و فرکتالی است که تاکنون در پژوهش های پیشین مورد توجه نبوده است. در پژوهش های آتی در نظر داریم که رویکرد پیشنهادی را درگام اول از نظر زمانی و در گام بعدی با در نظر گرفتن تعداد بیشتری از ویزگی های مبتنی بر هندسه فرکتال از نظر صحت بهبود دهیم.