تويت
الصور الجوية (تحليل ـ)
تحليل الصور الجوية هو العمليات اللازمة لإعادة هذه الصور إلى الوضع الهندسي والطيفي الصحيح، لتصبح جاهزة لقياس وقراءة ما تحويه من معلومات هندسية ووصفية وتفسيرها.
استخدمت الصور الجوية منذ بداية القرن العشرين على نحو واسع، وكانت في البداية تطبع على ورق خاص، وتستخدم لأغراض عسكرية وتفسيرية، وقد تبين أنها يمكن أن تكون دقيقة جداً وقياسية إلى حد إمكانية استنباط معلومات منها وإجراء مسوحات بوساطتها. كما رافق ذلك تطور هائل في علم الفوتوغرامتريPhotogrammetry، الذي هو علم القياس، باستخدام الصور وما رافقه من تقدم في تفسير الصور إلى حد شمل العديد من التطبيقات الصناعية والمدنية إضافة إلى التطبيقات العسكرية.
تحليل الصور الجوية:
يتم التعامل مع الصور الجوية وفقاً لنوعها، وقد طرأ حديثاً تغير جذري في التعامل مع هذه الصور بعد انتقالها من الشكل التقليدي إلى الشكل الرقمي digital، ودخلت بذلك طرائق جديدة خاصة بتحليل الصور الرقمية. وعموماً يقسم تحليل الصور الجوية إلى:
1ـ التحليل الطيفي للصور: ويطّبق على الصور التي تحتوي على معلومات طيفية؛ إذ يتم التقاط الصورة باستخدام مرشحات تمرر مجالاً محدداً من الطيف الكهرمغنطيسي. ويمكن بهذا الأسلوب الحصول على أكثر من صورة للموقع الجغرافي نفسه، ويكون لكل صورة مرشح يتحسس جزءاً من حزمة الطيف الكهرمغنطيسي وبذلك يمكن الحصول على معلومات جديدة تتغير بحسب طبيعة الجسم الذي تم تصويره. وهذه التقانة معروفة جيداً في الاستشعار عن بعد[ر]، لامتلاك كل مادة أوجسم في الطبيعة بصمة طيفية خاصة.
2ـ التحليل الهندسي: تختلف عمليات تحليل الصور الجوية بحسب نوع الصورة، وقد تكون على شكل:
1ـ صور جوية تقليدية ورقية أومطبوعة على لوح زجاجي خاص: وتتغير طريقة معاملتها وفقاً لمراحل إنشائها، وتبدأ بالتطوير والمعالجة الكيمياوية الخاصة بإظهار الصورة، لكي تبدوالمعالم والسمات التي تحويها واضحة وبقدرة فصل عالية. ومن هذه الإجراءات ذات الطابع الهندسي:
أـ انتقاء نقاط شبكة الصورة والتي تسمى واسمات الصورة الجوية residual marks، الغرض منها استخراج معاملات التوجيه الداخلي للكاميرا Internal Orientationلمعرفة المركز الهندسي الحقيقي لها.
ب ـ انتقاء نقاط علاّم تظهر على الصورة ولها ما يقابلها على الأرض، غايتها إجراء ما يسمى بالتوجيه النسبي والمطلق relative and absolute orientations.
ج ـ تطبيق معاملات تشوه الكاميرا الجوية لحساب مواقع النقاط بعد تصحيح التشوهات الناجمة عن العدسة ومعرفة مواقع خيال النقاط الصحيحة.
د ـ إجراء عمليات القياس والتفسير.
2ـ صور جوية رقمية محصلة عن طريق الكاميرات الجوية الرقمية الحديثة: وتبدأ بعمليات تحسين الصورة image enhancement، وإزالة الضجيج الحاصل فيها، وذلك باستخدام مرشحات رياضية للقضاء ما أمكن على ضجيج الصورة، ويتم على مستوى عنصر الصورة pixel.
من هذه المرشحات المشهو رة وأكثرها استخداماً المرشح الوسطي mean filter، وفي هذه الحالة يؤخذ عنصر الصورة وتدرس العناصر الثمانية المجاورة له، وتؤخذ القيمة الوسطية لعاكسية هذه العناصر فتصير مخصصة له، أما في المرشح المتوسطmedian filter فتؤخذ القيمة التي تتوسط قيم العاكسية للعناصر المجاورة. ويستخدم أيضاً مرشح المنطقة المحلي local region filter في بعض الحالات، ولكن له محاسن ومساوئ يجب الانتباه إليها عند تطبيقه. وهنالك بعض المرشحات الإحصائية الصالحة في حالات خاصة.
تجري للصور الجوية الرقمية معالجات فوتوغرامترية photogrammetric، كالتي تتم على الصور الجوية العادّية (التقليدية) ومن بينها، استخراج معاملات التوجيه الداخلي والتي تمثل العلاقة الهندسية بين الكاميرا وبنائها الهندسي وبين المستوي البؤري. وقد تحتاج إلى معرفة معاملات التوجيه النسبي للصور الجوية في حالة الرؤية ثلاثية الأبعاد من الصور الجوية المتداخلة overlapped.
تسمى عملية الربط بين الصور الجوية وجملة الإحداثيات الأرضية بالتوجيه المطلق. ومن الصعوبات التي كانت تواجه مستخدمي الصور الجوية تعرُّف النقاط المشتركة بين صورتين أوأكثر، غير أن تطور الطرائق الرقمية فسحت المجال أمام إجراء هذه العملية آلياً وسريعاً، بعد أن يقوم الحاسب بدراسة قيم العاكسية لعناصر الصورتين وإظهار النتائج. (الشكل 3ـ أ).
إن استقراء التضاريس من الصور الجوية أمر بالغ الأهمية، ويتم ذلك ببناء ما يسمى النموذج الرقمي للتضاريس (DTM)، الذي يمكن بوساطته معرفة إحداثيات كل عنصر من الصورة بما فيها البعد الثالث (منسوب النقطة فوق سطح البحر). (الشكل 3ـ ب).
3 ـ تصحيح الصورة الجوية Aerial Photo Rectification: السمات والبيانات التي تحويها الصور الجوية، هي تمثيل لتضاريس الأرض غير المنتظمة. وقد اصطلح على اعتماد سطح رياضي قريب فراغياً من شكل الأرض يسمى المجسم الأرضي ellipsoid. تتم الإستعانة به لصعوبة التعامل مع الأشكال الفراغية، ولذلك تستخدم إسقاطات (مرتسمات) رياضية معينة في عمليات تصحيح الصورة هندسياً.
ومن أشهر الطرائق المستخدمة في التصحيح، طريقة هلمرت Helmert بالأبعاد الثلاثة والمخصصة للتعامل مع الأبعاد فراغياً، أوكثيرات حدود من سلاسل رياضية، وهي شائعة الاستخدام في المساحة ونظم المعلومات الجغرافية، وكذلك طريقة الصحيفة المطاطية rubber sheeting، التي تقوم بامتطاط الصورة بشكل يتوافق مع توضع معين. وأخيراً تستخدم أيضاً طريقة النقل الخطي (انتقل+ دوران+ مقياس) وهي أكثر الطرائق استعمالاً وبساطة، ويٌعبَّر عن طريقة هلمرت بالمعادلة المصفوفية الآتية:
حيث: 
هي جملة الإحداثيات الجديدة.
(x,y.z) هي جملة الإحداثيات القديمة.
s عامل المقياس بين الجملتين.
M مصفوفة الدوران في الفراغ وهي ممثلة بزوايا الدوران: κ, ω, ϕ
(ex,ey.ez) هو مقدار الإنزياح في الفراغ بين مبدأ الجملة القديمة للإحداثيات والجملة الجديدة.
وينتج من تصحيح الصور الجوية صور جديدة مرجعة جغرافياً georeferencedأوصور متعامدة تسمى orthorectified لإزالة تأثير التضاريس واختلاف مقياس الصورة وميل الكاميرا الجوية أثناء التصوير.
4ـ تفسير الصور الجوية Aerial Photo Interpretation: تحوي الصور الجوية بأنواعها المختلفة (أبيض وأسود أوالملونة) معلومات مخفية أحياناً أوغير ظاهرة بوضوح. ووظيفة تفسير الصورة هو تعرّف هذه المعالم، ويقسم تفسير الصورة الجوية إلى:
أ ـ التفسير البصري :Visual Interpretationالذي يعتمد على الحجم والشكل والظلال والموقع الجغرافي ودرجة العاكسية وغيرها، وذلك لمعرفة المزيد من معلومات تحويها الصورة الجوية. وقد أدرك الجيولوجيون والزراعيون أهمية ذلك فاستخدموا هذا النوع من التفسير لمعرفة أنواع الصخور والتربة السطحية والغطاء النباتي. أما في التطبيقات العسكرية فقد اعتمد التفسير البصري في الاستطلاع أوالسطع الجوي، ويكون نوع الصور غالباً أبيض وأسود أو تحت الأحمر القريب (الشكل4).
ب ـ التفسير الطيفي الآلي: ويتم استناداً إلى صور تمثل جزءاً أو أجزاءً من حزم الطيف الكهرمغنطيسي، وذلك في المجال المحصور بين تحت الأحمر القريب وفوق البنفسجي، بما فيها حزمة الطيف المرئي. تجري عمليات جمع آلية أو دمج للصور التي تغطي الحيز الجغرافي ذاته للحصول على صور جديدة، بحيث تعطي معلومات تفسيرية جديدة، ويعتمد نجاح التفسير على خبرة المفسِّر وعلى طبيعة المعلومات المتوقع الحصول عليها.
آفاق مستقبلية
تغيرت معاملة الصور الفضائية من الأساليب التمثيلية أو اليدوية في الثمانينيات من القرن العشرين، إلى الشكل الرقمي، ويتوقع حدوث ذلك أيضاً للصور الجوية. ويعود ذلك إلى التقدم الهائل في علوم الإلكترونيات وتطبيقاتها ووسائط التخزين الرقمي وانتشار الحواسب انتشاراً واسعاً. ومن المتوقع مستقبلاً غياب الكاميرات الجوية الكلاسيكية كلياً وحلول الكاميرات والمواسح الضوئية بدلاً منها، وسيرافق ذلك تطور موازٍ للبرمجيات التي تقوم بحل المسائل المختلفة والمتعلقة بتحليل الصور والحصول على نتائج دقيقة بسرعة قياسية غير مسبوقة وجودة
رياض المصري
تحليل الصور الجوية هو العمليات اللازمة لإعادة هذه الصور إلى الوضع الهندسي والطيفي الصحيح، لتصبح جاهزة لقياس وقراءة ما تحويه من معلومات هندسية ووصفية وتفسيرها.
استخدمت الصور الجوية منذ بداية القرن العشرين على نحو واسع، وكانت في البداية تطبع على ورق خاص، وتستخدم لأغراض عسكرية وتفسيرية، وقد تبين أنها يمكن أن تكون دقيقة جداً وقياسية إلى حد إمكانية استنباط معلومات منها وإجراء مسوحات بوساطتها. كما رافق ذلك تطور هائل في علم الفوتوغرامتريPhotogrammetry، الذي هو علم القياس، باستخدام الصور وما رافقه من تقدم في تفسير الصور إلى حد شمل العديد من التطبيقات الصناعية والمدنية إضافة إلى التطبيقات العسكرية.
تحليل الصور الجوية:
 |
| الشكل (1) واسمات الصورة الجوية |
1ـ التحليل الطيفي للصور: ويطّبق على الصور التي تحتوي على معلومات طيفية؛ إذ يتم التقاط الصورة باستخدام مرشحات تمرر مجالاً محدداً من الطيف الكهرمغنطيسي. ويمكن بهذا الأسلوب الحصول على أكثر من صورة للموقع الجغرافي نفسه، ويكون لكل صورة مرشح يتحسس جزءاً من حزمة الطيف الكهرمغنطيسي وبذلك يمكن الحصول على معلومات جديدة تتغير بحسب طبيعة الجسم الذي تم تصويره. وهذه التقانة معروفة جيداً في الاستشعار عن بعد[ر]، لامتلاك كل مادة أوجسم في الطبيعة بصمة طيفية خاصة.
2ـ التحليل الهندسي: تختلف عمليات تحليل الصور الجوية بحسب نوع الصورة، وقد تكون على شكل:
1ـ صور جوية تقليدية ورقية أومطبوعة على لوح زجاجي خاص: وتتغير طريقة معاملتها وفقاً لمراحل إنشائها، وتبدأ بالتطوير والمعالجة الكيمياوية الخاصة بإظهار الصورة، لكي تبدوالمعالم والسمات التي تحويها واضحة وبقدرة فصل عالية. ومن هذه الإجراءات ذات الطابع الهندسي:
 |
| الشكل (2) عنصر الصورة (pixel) والجوار |
ب ـ انتقاء نقاط علاّم تظهر على الصورة ولها ما يقابلها على الأرض، غايتها إجراء ما يسمى بالتوجيه النسبي والمطلق relative and absolute orientations.
ج ـ تطبيق معاملات تشوه الكاميرا الجوية لحساب مواقع النقاط بعد تصحيح التشوهات الناجمة عن العدسة ومعرفة مواقع خيال النقاط الصحيحة.
د ـ إجراء عمليات القياس والتفسير.
2ـ صور جوية رقمية محصلة عن طريق الكاميرات الجوية الرقمية الحديثة: وتبدأ بعمليات تحسين الصورة image enhancement، وإزالة الضجيج الحاصل فيها، وذلك باستخدام مرشحات رياضية للقضاء ما أمكن على ضجيج الصورة، ويتم على مستوى عنصر الصورة pixel.
من هذه المرشحات المشهو رة وأكثرها استخداماً المرشح الوسطي mean filter، وفي هذه الحالة يؤخذ عنصر الصورة وتدرس العناصر الثمانية المجاورة له، وتؤخذ القيمة الوسطية لعاكسية هذه العناصر فتصير مخصصة له، أما في المرشح المتوسطmedian filter فتؤخذ القيمة التي تتوسط قيم العاكسية للعناصر المجاورة. ويستخدم أيضاً مرشح المنطقة المحلي local region filter في بعض الحالات، ولكن له محاسن ومساوئ يجب الانتباه إليها عند تطبيقه. وهنالك بعض المرشحات الإحصائية الصالحة في حالات خاصة.
 |
| الشكل (3أ) النموذج الرقمي للتضاريس |
تسمى عملية الربط بين الصور الجوية وجملة الإحداثيات الأرضية بالتوجيه المطلق. ومن الصعوبات التي كانت تواجه مستخدمي الصور الجوية تعرُّف النقاط المشتركة بين صورتين أوأكثر، غير أن تطور الطرائق الرقمية فسحت المجال أمام إجراء هذه العملية آلياً وسريعاً، بعد أن يقوم الحاسب بدراسة قيم العاكسية لعناصر الصورتين وإظهار النتائج. (الشكل 3ـ أ).
إن استقراء التضاريس من الصور الجوية أمر بالغ الأهمية، ويتم ذلك ببناء ما يسمى النموذج الرقمي للتضاريس (DTM)، الذي يمكن بوساطته معرفة إحداثيات كل عنصر من الصورة بما فيها البعد الثالث (منسوب النقطة فوق سطح البحر). (الشكل 3ـ ب).
3 ـ تصحيح الصورة الجوية Aerial Photo Rectification: السمات والبيانات التي تحويها الصور الجوية، هي تمثيل لتضاريس الأرض غير المنتظمة. وقد اصطلح على اعتماد سطح رياضي قريب فراغياً من شكل الأرض يسمى المجسم الأرضي ellipsoid. تتم الإستعانة به لصعوبة التعامل مع الأشكال الفراغية، ولذلك تستخدم إسقاطات (مرتسمات) رياضية معينة في عمليات تصحيح الصورة هندسياً.
 |
| الشكل (3ب) النموذج الرقمي للتضاريس |
 |
هي جملة الإحداثيات الجديدة.(x,y.z) هي جملة الإحداثيات القديمة.
s عامل المقياس بين الجملتين.
M مصفوفة الدوران في الفراغ وهي ممثلة بزوايا الدوران: κ, ω, ϕ
(ex,ey.ez) هو مقدار الإنزياح في الفراغ بين مبدأ الجملة القديمة للإحداثيات والجملة الجديدة.
وينتج من تصحيح الصور الجوية صور جديدة مرجعة جغرافياً georeferencedأوصور متعامدة تسمى orthorectified لإزالة تأثير التضاريس واختلاف مقياس الصورة وميل الكاميرا الجوية أثناء التصوير.
4ـ تفسير الصور الجوية Aerial Photo Interpretation: تحوي الصور الجوية بأنواعها المختلفة (أبيض وأسود أوالملونة) معلومات مخفية أحياناً أوغير ظاهرة بوضوح. ووظيفة تفسير الصورة هو تعرّف هذه المعالم، ويقسم تفسير الصورة الجوية إلى:
 |
| الشكل (4) صورة جوية في مجال تحت الأحمر القريب إذ يمثل اللون الأحمر النباتات |
ب ـ التفسير الطيفي الآلي: ويتم استناداً إلى صور تمثل جزءاً أو أجزاءً من حزم الطيف الكهرمغنطيسي، وذلك في المجال المحصور بين تحت الأحمر القريب وفوق البنفسجي، بما فيها حزمة الطيف المرئي. تجري عمليات جمع آلية أو دمج للصور التي تغطي الحيز الجغرافي ذاته للحصول على صور جديدة، بحيث تعطي معلومات تفسيرية جديدة، ويعتمد نجاح التفسير على خبرة المفسِّر وعلى طبيعة المعلومات المتوقع الحصول عليها.
آفاق مستقبلية
تغيرت معاملة الصور الفضائية من الأساليب التمثيلية أو اليدوية في الثمانينيات من القرن العشرين، إلى الشكل الرقمي، ويتوقع حدوث ذلك أيضاً للصور الجوية. ويعود ذلك إلى التقدم الهائل في علوم الإلكترونيات وتطبيقاتها ووسائط التخزين الرقمي وانتشار الحواسب انتشاراً واسعاً. ومن المتوقع مستقبلاً غياب الكاميرات الجوية الكلاسيكية كلياً وحلول الكاميرات والمواسح الضوئية بدلاً منها، وسيرافق ذلك تطور موازٍ للبرمجيات التي تقوم بحل المسائل المختلفة والمتعلقة بتحليل الصور والحصول على نتائج دقيقة بسرعة قياسية غير مسبوقة وجودة
رياض المصري