تصاویر SAR

آشکارسازی لبه ها از نکته های مهم مورد استفاده در سنجش از دور است. بسیاری از الگوریتم های کلاسیک آشکارسازی لبه که عملکرد مناسبی را بر روی تصاویر اپتیکی ارائه کرده اند، فاقد توان تشخیص لبه در تصاویر رادار با وزنة ترکیبی (SAR) اند. در این مقاله الگوریتمی برمبنای آنالیز فرکتالی و منطق فازی به منظور آشکارسازی لبه ها در تصاویر SAR پیشنهاد می شود. از جنبة نظری، چون سیگنال دریافت شده در سیستم SAR به عنوان پدیده ای آشوبی شناخته می شود، دارای قابلیت مدل سازی در سیستم های دینامیکی آشوبی است. پدیده های آشوبی در سیستم های دینامیکی می توانند با بعد فرکتالی توصیف گردند، که در هندسة فرکتالی به منظور توصیف پیچیدگی هندسی پدیده ها تعریف می شود و روش های مختلفی برای محاسبه آن وجود دارد. در این مقاله بعد فرکتالی براساس مفاهیم آنالیز موجک و حرکت نسبی براون تعیین شده است. بعد فرکتالی به دو روش سراسری و محلی تعیین می شود که در حالت محلی، موضوع مهم انتخاب پارامترهای روش مورد نظر مانند اندازة پنجرة محرک است. استفاده از پنجره های متفاوت دربردارندة نتایج متفاوتی نیز هست. بر این اساس، به منظور دستیابی به نتایج مطلوب تر، اندازة بهینة پنجرة محرک با استفاده از منطق فازی محاسبه شده است. نتایج الگوریتم پیشنهادی بر روی تصاویر سنجندة ALOS-PALSAR با روش های کلاسیکی چون فیلتر کنی مقایسه و ارزیابی شده است. مقایسة نتایج نشان می دهد که الگوریتم فرکتال ـ فازی به مراتب کمتر از روش های کلاسیک به نویز لکه ای حساس است و نتایج رضایت بخشی را ارائه کرده، به گونه ای که دقت الگوریتم پیشنهادی برابر با 21/74 درصد بوده است. این مقدار در مقایسه با دقت 44/29 درصد برای فیلترکنی نشان از کارایی الگوریتم ارائه شده دارد. همچنین نشان داده شده است که تعیین بعد فرکتالی با استفاده از منطق فازی، بیشتر و دقیق تر از تعیین آن با پنجره های دارای اندازة ثابت، باعث آشکارسازی لبه ها می شود.

وجود اسپکل در تصاویر رادار با روزنه مصنوعی به دلیل سیستم تصویربرداری همدوس، باعث ایجاد اثر دانه دانه ای در تصویر شده و برخی پردازش های شی گرا همانند قطعه بندی، خوشه بندی و یا شناسایی هدف را تحت تاثیر قرار می دهد. از اینرو روش های مختلفی جهت کاهش اثر اسپکل ارائه شده است.از یک نقطه نظر کلی اغلب الگوریتم های ارائه شده در یکی از روش های حوزه مکان، روش های مبتنی بر تبدیل و نیز روش های بهینه سازی طبقه بندی شده و البته محدود نمی گردند. از جمله محدودیت های موجود در روش های مورد استفاده اغلب می توان به عدم حفظ بافت و ساختار تصویر و نیز وابستگی اجرای الگوریتم به یک یا چند پارامتر تنظیم کننده اشاره نمود، که همین موضوع استفاده از این روش ها را در کاربردهای عملی با چالش رو به رو می سازد. از اینرو در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن رفتار فرکانسی تصاویر SAR، روشی بر مبنای فیلترینگ تطبیقی طیف اندازه در حوزه فرکانس ارائه شده است که ضمن حفظ بافت های ظریف تصویر، به طور قابل ملاحظه ای اثر اسپکل را کاهش می دهد. علاوه بر آن الگوریتم پیشنهادی به صورت خودکار اجرا شده و نیازی به برآورد پارامترهای تنظیمی ندارد. همچنین در تصاویر با پیچیدگی بافت زیاد و در روش های کانوولوشن مکانی که نیاز به تنظیم ابعاد کرنل دارد، مرتبه محاسباتی پایین تری خواهد داشت. نتایج ارزیابی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با فیلترهای مکانی تطبیقی، ضمن بهبود 50 درصدی شاخص تعداد منظرهای معادل در تصاویر SAR، مقدار شاخص حفظ لبه را نیز به طور میانگین برای تصاویر SAR و شبیه سازی SAR حدوداً 50 و 30 درصد بهبود می بخشد.

مناطق مرزی به عنوان یکی از مهم ترین گلوگاه های امنیتی هر کشوری محسوب می شوند. نظارت و پایش مداوم این نواحی به عنوان یکی از اولویت های اصلی نیروهای مرزبانی و یکی از مؤلفه های اصلی تأمین امنیت این نواحی است. با پیشرفت های به وجود آمده در فناوری های تصویربرداری فضایی و هوایی، عملیات پایش مرزها با سرعت و دقت بیشتری انجام گرفته است. کشور ایران به دلیل گستردگی خطوط مرزی و همچنین وجود گروه های تروریستی متعدد در اطراف مرزهای خود، به عنوان یکی از کشورهای مخاطره پذیر مرزی شناخته می شود که شناسایی و دفع این خطرات بالقوه و بالفعل نیاز به اشراف اطلاعاتی نسبت به وقایع تهدیدکننده در این نواحی دارد. بر اساس نیازهای نیروهای مرزبانی به منظور شناسایی مسیرهای عبور و مرور اشرار و گروه های تروریستی، در این تحقیق، روشی به منظور کشف و شناسایی رد عبور وسایل نقلیه با استفاده از تصاویر SAR چند زمانه ارائه گردیده است. ابتدا تصاویر مورداستفاده به لحاظ پیش پردازش های موردنیاز و وجود خطاهای ذاتی تصاویر SAR اصلاح گردیدند و در مرحله بعد با استفاده از اطلاعات فاز و الگوریتم Coherence Change Detection(CCD)، رد عبور خودرو در تصاویر شناسایی گردید. به منظور ارزیابی قابلیت روش پیشنهادی، روش های معمول آشکارسازی تغییرات نیز بر روی تصاویر اعمال شد. نتایج تحقیق نشان دهنده قابلیت بالای روش پیشنهادی در شناسایی کریدورهای عبور و مرور غیرمجاز مرزی است. نتایج این تحقیق می تواند به عنوان یکی از مؤلفه های تأمین امنیت در مرزهای کشور مورداستفاده قرار گیرد.