المبحث الثالث

تحليل صور الاستشعار عن بعد

تتمثل إحدى الصعوبات الفنية في مجال الاستشعار عن بعد في التعامل مع ناتج هذا الاستشعار، إذ إن حجم المعلومات، التي يتم جمعها هائل جداً، بحيث يستحيل تقريبا التعامل معه بشكل يدوي، ومن هنا كان لابد من تطوير برامج للحاسبات تستطيع التعامل مع هذه الصور الضوئية والرادارية، وتحويلها إلى معلومات مفهومة ومفيدة، ويتطلب ذلك تحليل الصور الجوية والفضائية وتفسيرها آلياً، وهو ما يدخل في مجال علم "الذكاء الاصطناعي" Artificial Intelligence (AI).

أولاً: صور "أبوللو"

حملت المركبة الفضائية "أبوللو ـ 9"، التي أطلقت 1969م، مجموعة من الكاميرات، التقطت صوراً للأرض، بعدة أطوال موجية، في وقت واحد، وأظهرت هذه الصور أن هذه التقنية، التي عُرفت باسم "التصوير متعدد الأطياف" Multispectral Imaging يمكن استخدامها في عدة تطبيقات مفيدة، كالتمييز بين الغطاء النباتي السليم والمصاب بالآفات، وفي عمل الخرائط الدقيقة، ومراقبة التلوث والتصحر، وغير ذلك.

ثانياً: تطور تقنيات التصوير

قد أدت الصور الفضائية دوراً مهماً في عمليات التجسس أثناء حقبة الحرب الباردة، ونتيجة لذلك حدث؛ تطور كبير في تقنيات التصوير، وكيفية التعامل مع الصور الفضائية. فقد بدأ التصوير باستخدام الفيلم، الذي كان يعاد إلى الأرض لتحميضه، ثم تكبر الصور.

وتلا ذلك التصوير باستخدام الدوائر الإلكترونية الحساسة، حيث تبث المعلومات على هيئة أرقام، يتم تجميعها آليا، باستخدام أجهزة الحاسب المتطورة، ثم طورت بعد ذلك تقنية جمع المعلومات في الأطياف المتعددة، والتي تسمح بالرؤية الليلية، أو بقراءة الاختلاف في الحرارة بين جسم وآخر، وكذلك التصوير الراداري، الذي يخترق السحب.

ثالثاً: صور مكوك الفضاء "إنديفور"

قد ذكرت وكالة الطيران والفضاء الأمريكية "ناسا" NASA أن الصور، التي رسمها مكوك الفضاء "إنديفور"، تُعد أفضل من تلك الصور الموجودة حالياً للأرض، وأن كان معظمها سيبقى سرياً، وسيكون استخدامها قاصراً على أجهزة الدفاع والاستخبارات الأمريكية.

وكان الرواد الستة على متن المكوك قد مدّوا صارية، في الفضاء بنجاح، وهي المرة الأولى التي تقام فيها بنية في محيط منعدم الجاذبية. وشكل مد الصارية، الذي انتهى بعد ست ساعات على وضع المكوك في مداره، أحد أهم مراحل هذه المهمة، التي تهدف إلى التقاط صورة طوبوغرافية، ثلاثية الأبعاد، للأرض بفضل جهاز مسح راداري شديد التطور.

وقد سمحت الصارية بالتقاط صورتين للأرض في الوقت نفسه، وذلك باستخدام تقنية تعرف بتقنية "تداخل حزم موجات الرادار". فالصورة الأولى تمت بواسطة هوائيات الرادار في المكوك، والأخرى بواسطة الهوائي المثبت في طرف الصارية.

وأمضى طاقم المكوك أياماً في الفضاء، يبثون خلالها إشارات رادارية إلى المدن، والحقول، والجبال، والغابات، وكل شىء تقريباً يدخل في تشكيل سطح الأرض فيما بين القطبين. ولدى ارتداد الإشارات إلى الفضاء، قامت الهوائيات المركبة على صارية المكوك بتجميعها للحصول على صور تماثل الأفلام السينمائية، أو الصور ثلاثية الأبعاد، لتكوين أفضل صورة طوبوغرافية للأرض، أمكن الحصول عليها حتى الآن.

رابعاً: الحصول على الصور

من المعروف أن عملية التصوير تنتج صوراً للملامح من خلال تسجيل انعكاس الضوء المرئي للعين عنها، ولكن مجسات الأقمار الصناعية الماسحة لا "ترى" فقط الضوء المرئي، ولكنها "تحس" بالإشعاع في منطقة الطيف الكهرومغناطيسي، الذي يقع وراء اللون الأحمر، وبالتالي وراء الإدراك المحدود للعين، وهو ما يسمى "المنطقة القريبة من دون الحمراء". ومن هنا كانت قدرة القمر الصناعي على "الرؤية" المتعددة الأطياف، والإمكانية غير العادية على إعطاء المعلومات.

وحيث إن الأشياء المختلفة، كالحيوان والنبات، والمعادن، تعكس ضوء الشمس بطرق مختلفة، فإن كلاً منها يقال: إن له "بصمة طيفية"، فالحجر الرملي يعكس الضوء في المنطقة دون الحمراء بشكل يختلف عن عكس الطفلة، والتربة المبتلة تختلف عن الجافة.

كما تختلف الانعكاسات في الذرة عنها في القمح، وهكذا. ومثل هذه البصمات تصبح قابلة للتمييز عقب التحليل الدقيق للمعلومات المصورة، ويعالجها الحاسب الآلي على الأرض. وفي هذه المعالجة، يصبح ما هو خفي بالضرورة مرئياً من خلال استعمال ألوان "كاذبة" تعطي هذه الصور مظهراً غير مألوف.

خامساً: الأساليب الحديثة لالتقاط الصور ومعالجتها

وفي تجربة للأسلوب الجديد في النظر إلى الأرض عن بعد، أبرز نظام التصوير بالرادار، الذي تحمله الأقمار الصناعية، مقاطع كبيرة من الأرض، محققاً نتائج باهرة. وهكذا أدت التكنولوجيات الحديثة، والمعالجة الإلكترونية للبيانات إلى تغيير ثورى في علم التصوير الفضائي وفنه. وقد شارك في إحداث هذه الثورة الأقمار الصناعية وأجهزة الحاسب الآلي، التي جعلت الصور الجديدة أكثر قدرة على فهم العالم. وربما أكثر قدرة على إدارته، فالصور تسعى إلى تبسيط العالم إلى مقاييس تسمح للإنسان بفهمه.

ودرجة التفريق Resolution لأنظمة التصوير في الأقمار الحديثة تستطيع أن تلاحظ تغيرات أدق في شدة الضوء المنعكس عن سطح الأرض. بمعنى إن كل مستشعر يستجيب للتغير في شدة الإضاءة، ويختزن النتائج في صورة رقمية، وكل رقم يمثل عنصراً من عناصر الصورة، ويتم تجميع عناصر الصورة من خلال معالجة الحاسب لتكوين الصور.

سادساً: راسمات الصور الموضوعية

تستخدم الأقمار الصناعية الحديثة "راسمات الصور الموضوعية". فإضافة إلى قدرتها التحليلية وحساسيتها الفائقة للتباينات الضوئية، فإن هذه المستشعرات تستطع أن "ترى" أكثر، لأنها تقيس الضوء المنعكس في ستة أطوال موجية؛ أربعة منها في المنطقة دون الحمراء، وكذلك قناة حرارية لالتقاط درجات حرارة السطوح.

ويراد للصور أن تخدم غرضاً محدداً، أو أن توضح موضوعاً معيناً، قد يكون التربة أو توزيع الغطاء الخضري، أو التدفق الجليدي،أو الغطاء الثلجي، أو الصدوع الجيولوجية، أو أنماط استخدام الأرض. وكل هذه تمثل أدوات صناعة رسم الصور بواسطة القمر الصناعي.

وقد تطورت تكنولوجيا الحصول على صور الاستشعار عن بعد، من حيث الوضوح والدقة. وتعددت وسائل التصوير، ومنها:

1. التصوير التليفزيوني

ويتم بواسطة كاميرتين، تكون الزاوية بين عدستيهما صغيرة؛ ما يزيد من مجال الرؤية للعدستين، وأثناء تحليق القمر يقع في مجال رؤيتهما شريط من سطح الأرض، يبلغ عرضه ألف كم أو أكثر، وتسجل الصورة الناتجة على شريط مغناطيسي، ثم تنتقل إلى الأرض، عندما يمر القمر فوق أحد مراكز استقبال المعلومات، وتستطيع الكاميرا تصوير الأماكن المكشوفة فقط، بينما يعوق عملها الظلام والسحاب.

2. التصوير بالأشعة تحت الحمراء

تقوم أجهزة الأشعة تحت الحمراء بقياس الإشعاع الحراري المنبعث من سطح الأرض، وعن طريق الحصول على البصمة الحرارية لمنطقة ما يمكن تحديد نوع المكونات الصغرى للصورة، (اُنظر جدول العلاقة بين درجة حرارة الجسم ونوع الأشعة تحت الحمراء التي يشعها)،ويلعب الحاسب دورا كبيرا في تحديد شكل الصورة، (اُنظر صورة كميات المياه في الجو).

3. التصوير الضوئي

تم هذا التصوير باستخدام كاميرات ضوئية، ذات عدسات قوية، للحصول على تفاصيل دقيقة، ويتم هذا التصوير نهاراً، وفي الظروف الجوية الجيدة، وهذا هو أفضل أسلوب للحصول على معلومات مؤكدة وصورة ثلاثية الأبعاد.

4. التصوير باستخدام الأشعة السينية

هو أسلوب مستحدث للاستشعار عن بعد، ويستلزم أنواعا ضخمة من الكاميرات. وهذه الأشعة تستطيع اختراق المواقع بدرجات مختلفة لتحديد ما بداخلها، ويستخدم هذا الأسلوب في محطات الفضاء أو الأقمار الصناعية الضخمة التي تزن أكثر من طن.

سابعاً: مكونات الصورة

تركب صورة الاستشعار عن بعد من مساحات صغيرة متساوية، تدعى عناصر الصورة، "بكسل" Pixel، تكون مرئية في خطوط وأعمدة منتظمة. ونتخيل أن الصورة تتكون من كم هائل من هذه العناصر، كل منها يمثل مساحة أرضية، تختلف من قمر لآخر، فهي 57 × 79م في الجيل الأول من أقمار "لاندسات" الأمريكية، و10 × 10م أو
20 × 20م في حالة القمر الفرنسي "سبوت".

من هذه المساحة تصدر انبعاثات أو انعكاسات كهرومغناطيسية، تلتقطها أجهزة القمر، التي ترسلها إلى محطات الاستقبال الأرضية. ويتوقف عدد البيانات الرقمية لأي عنصر على عدد القنوات، التي تمثل الأطوال الموجية، التي تستقبل عليها الانبعاثات أو الانعكاسات الطيفية.

ثامناً: معالجة الصور

شير مفهوم معالجة الصورة إلى استخدام الحاسب الآلي لمعالجة بياناتها، المخزنة في هيئة رقمية. وتستهدف هذه المعالجات في مجملها زيادة إيضاح الصورة عن طريق زيادة التناقض Contrast أو تقسيمها إلى مجاميع، أو بغير ذلك من الطرق، ويعبر عنها بألوان مختلفة، وذلك للوصول إلى أكبر قدر من المعلومات عن الأشياء موضوع الدراسة.

تعد المعالجة الرقمية للصور من أهم التقنيات المستخدمة في مجال الاستشعار عن بعد، وقد ساعد في تطبيق هذه التقنية إمكان الحصول على المعطيات بشكل رقمي، ولأطوال موجية متعددة من جهة، ومن جهة أخرى التطور الكبير الذي تشهده أجهزة الحاسبات الآلية، من حيث سرعة معالجتها للبيانات، والإمكانية الكبيرة على تخزينها. ومن المزايا الأساسية لتقنية المعالجة الرقمية تنوعها، وإمكان تكرارها، ومحافظتها على دقة المعطيات الأصلية.

وترتبط الصور بالحاسب بعلاقتين أساسيتين هما: معالجة الصور، وتجميع الصور بواسطة الحاسب الآلي Computer Graphics. وتتم معالجة الصور بالحاسب الآلي في ثلاث مراحل أساسية:

1. إدخال الصورة المطلوب معالجتها إلى ذاكرة الحاسب.

2. معالجة الصورة.

3. إخراج الصورة بعد معالجتها.

تاسعاً: معالجة الصور بالحاسب

وبذلك، فإن معالجة الصورة بالحاسب تشبه، من حيث المبدأ، والمراحل، معالجة المعلومات بالحاسب. بل هي في الواقع معالجة للمعلومات المرئية بالحاسب. والصور، كمعلومات مرئية، لا تتكون من وحدات منفصلة، كالأحرف والأرقام، التي يمكن إدخالها للحاسب عادة عن طريق وحدات الإدخال المتعارف عليها، مثل لوحة المفاتيح، بل إن أي صورة تمثل فيضاً من المعلومات المستمرة والممتدة في إطارها.

ومن جهة أخرى، فإن الحاسب يمكنه فقط التعامل مع البيانات المنفصلة، كالأحرف والأرقام، وفي تعامله مع هذه البيانات يقوم بتحويل كل بيان إلى رقم ثنائيBinary. ولهذا يطلق على معالجة الصور باستخدام الحاسب "المعالجة الرقمية للصور" Digital Image Processing.

عاشراً: عملية إدخال الصور

وتشتمل مرحلة إدخال الصورة لذاكرة الحاسب أساساً على عملية تحويل فيض المعلومات المستمرة، في داخل إطار الصورة، إلى معلومات رقمية متتابعة، هذه المرحلة يطلق عليها اسم "المسح والترقيم"، حيث تقسم الصورة إلى عناصر صغيرة تسمى Pixel. وفي المعالجة الرقمية للصور تقسم الصورة إلى عناصر متساوية الأحجام، وهنا يمكن تخيل أن الصورة مكونة من مربعات صغيرة.

وتمثل عملية المسح والترقيم إعطاء قيم لشدة الاستضاءة لكل عنصر من هذه العناصر. ويُوصف كل عنصر بقيمة تشير إلى شدة إضاءته. ففي حالة الصور الرمادية يمكن أن يوصف العنصر الأسود بالقيمة صفر، تم تزيد القيمة بزيادة شدة إضاءة العنصر. وإذا خصص لكل عنصر حرف واحد Byte لتمثيل شدة الإضاءة، فإنه يمكن تمثيل العناصر شديدة الاستضاءة البيضاء برقم أكبر من الصفر، وأن تمثل درجات اللون الرمادي بأرقام بين الصفر ورقم اللون الأبيض.

حادي عشر: مزج الصور

وعلى الرغم من إمكانية استخدام الصور المفردة للنطاقات الضيقة والمصححة في عمليات التفسير، إلا أن إمكانية المزج بين صور النطاقات المختلفة تعد أكثر ملاءمة للمحلل أو المفسر البصري في تحديد المعطيات الخاصة، وذلك حسب هدف الدراسة المراد تحقيقه. وتنتج الصور الملونة من طريق مزج ثلاثة أطوال موجية مختلفة، من خلال إسقاطها عبر منابع ضوئية للألوان الأزرق والأخضر والأحمر، حيث تفيد الصور الملونة في إمكانية التمييز الأفضل.

ويمكن تقسيم الصور إلى ثلاث مجموعات:

1. تشتمل المجموعة الأولى على الصور الرمادية، التي يمكن أن تراوح قيمة أي عنصر من عناصرها من قيمة السواد إلى القيمة المناظرة للون الأبيض. ويتكون جهاز إدخال الصور الرمادية للحاسب، عادة، من كاميرا فيديو متبوعة بمحول إشارات مستمرة، يحول الإشارات من كاميرا الفيديو إلى مصفوفة من الأرقام، يمكن إدخالها للذاكرة، التي يطلق عليها "ذاكرة الصورة". وإظهار الصور الرمادية العادية بشدة إضاءة وتفاصيل تحليلية مقبولة، يحتاج في العادة إلى 256× 256 عنصراً للصورة. وعلى ذلك فحجم الذاكرة المطلوب لتخزين صورة رمادية متوسطة هو 34 كيلوبايت[1] K. Byte.

2. أما المجموعة الثانية من الصور فيمكن توصيفها للحاسب بمجموعة من الإحداثيات والأشكال الهندسية البسيطة، مثل الخطوط المستقيمة وأقواس الدوائر. وتمثل، عادة، هذه الصور أشكالاً هندسية كخرائط المدن، والحقول، وأشكال المباني، والدوائر الكهربية، وغيرها.

3. وتوصف المجموعة الثالثة من الصور على أنها ثنائية: أبيض وأسود. وعلى الرغم من أن هذه الصور الثنائية يمكن تمثيلها في حجم ذاكرة صغيرة، إذا مثل كل عنصر برقم ثنائي، وبالتالي يمكن أن تمثل كل 8 عناصر في مكان حرف واحد. وهذه الطريقة لا تستخدم، عادة، وذلك لأن أجهزة الحاسب لا تتيح عادة التعامل مع رقم ثنائي واحد بطريقة مباشرة. وعلى ذلك، فإن كل عنصر من هذه العناصر، إما أن تخزن قيمته في مكان حرف، وإما أن يلزم بناء دوائر خاصة بإدخال هذه الصور الثنائية.

ثاني عشر: جهاز ماسح الصور

ويسمى هذا الجهاز Scanner، ويحدد ثمنه قدرته، التي توصف بسرعة مسح وثيقة واحدة، وكذلك بقدرته التحليلية. فالماسح المتوسط يقوم بمسح الوثيقة 8 × 12 بوصة في زمن أقل من الدقيقة، وبقدرة تحليلية تصل إلى 255 عنصراً في البوصة الطولية. أي أن الوثيقة التي أبعادها 8 × 12 بوصة ترفع على أنها ما يقرب من 4 ملايين عنصر.

وعند إمكانية تجميع كل 8 عناصر في مكان حرف واحد، يكون حجم الذاكرة المطلوبة نصف مليون حرف. من هذا يتضح أن الاحتياجات لأحجام ذاكرة كبيرة، في مجال المعالجة العددية للصور، هو من الأمور المطروقة.

ثالث عشر: أهداف المعالجة الرقمية للصور

وترتبط أساليب المعالجة الرقمية للصور بالهدف من هذه المعالجة، وتتمثل هذه الأهداف في:

1. تحسين الصور أو تعديلها؛ لإظهارها وإظهار المعلومات ذات الأهمية الخاصة بطريقة أفضل.

2. عمل قياسات على الصور، والقيام بعملية التلاؤم بين عناصر الصورة.

3. تعرّف أجزاء من الصورة.

والمعالجة هنا تقوم على أساس معرفة مبدئية بمكونات الصورة، ويكون الهدف، عادة، عمليات تصنيف للصورة من طريق بيانات عناصرها، لمعرفة محتوياتها.

رابع عشر: أساليب المعالجة الرقمية للصور

وتتم المعالجة الرقمية للصور بإحدى الأساليب الثلاثة الآتية:

1. أسلوب معالجة النقطة، وفيه يعالج كل عنصر من عناصر الصورة على حدة، ودون اعتبار للعناصر الأخرى.

2. أسلوب معالجة المساحة، ويستخدم للحصول على حدود أوضح لأجزاء الصورة.

3. أسلوب معالجة الإطار، وهنا تكون المعالجة لصورتين متتابعتين على الأقل، لإظهار الفروق بينهما. ويستخدم هذا الأسلوب في عمليات المراقبة لتعرّف الأجزاء المتحركة. ولذلك، ومع اعتبار كمية البيانات الخاصة بكل صورة، يتضح الاحتياج الدائم لوسيلة معالجة أسرع.

خامس عشر: مميزات صور الاستشعار الحديثة

تتميز الصور الحديثة للاستشعار عن بعد بأنها بيانات ذات نوعية عالية المستوى لأنها، تمتلك الخواص التالية:

1. ارتفاع درجة التفريق، حيث انتقلت من 57 × 79م في جيل الأقمار MSS إلى 30 × 30م في جيل الأقمار TM، و20 × 20م أو 10 × 10م في حالة القمر الفرنسي "سبوت"، ثم جاءت طفرة الجيل الثالث ليقدم دقة إيضاحية عالية للصورة الفضائية، وذلك بتصغير المساحة الأرضية، التي تمثل النقطة الأساسية Pixel، حيث بلغت هذه المساحة
3 × 3 أمتار في الأقمار Early Birds ثم 1 × 1 متر، و4 × 4 أمتار في الأقمار Quick Birds.

2. ارتفاع درجة الدقة الطيفية Spectral Resolution، ويقصد به ضيق المدى الطيفي، أو قصر الطول الموجي، الذي يتم خلاله التقاط الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من الأجسام الأرضية، حيث يتباين المدى الموجي من 90 إلى 110 نانومترات في القمر الفرنسي "سبوت"، ويتراوح هذا المدى في الجيل الثاني TM بين 70 نانومتراً في القمر TM-1 و250 نانومتراً بالنسبة للقمر TM-6. ثم جاء الجيل الثالث لينقلنا إلى مدى طيفي ونوعية فضائية وطيفية وتعدد طيفي آخر، وذلك عند استخدام أجهزة الاسبكترومتر، والتي تعرف باسم CASI، والتي تعتمد على ديناميكية المدى الطيفي للقنوات Spectral Band Range، وديناميكية درجة التفريق.

3. تعدد القنوات، أو الأطوال الموجية، التي يتم عليها التقاط انبعاثات الأجسام الأرضية، فبنظرة إلى بيانات صور القمر "سبوت"، نجد أنها تلتقط فقط على ثلاث موجات، بينما يعطي الجيل الأول من أقمار "لاندسات" بياناته على أربع قنوات، وقد زادت إلى سبع قنوات، في بيانات الجيل الثاني TM، وجاء الجيل الثالث، من بيانات الاستشعار السالب، ليقفز بعدد القنوات إلى 545 قناة.

4. بيانات الجيل الثالث لا تحتاج إلى إجراء تصحيحات هندسية، ولا تعاني الإزاحة الطبوغرافية.

5. إمكانية تغيير المساحة الأرضية، التي تمثلها النقطة الأساسية للصورة، وذلك بتغيير ارتفاع الطيران، وكذلك سهولة تغيير عدد القنوات وأطوال موجاتها، وبالتالي تعدد مجالات الاستخدام.

6. تتوافر الإحداثيات الجغرافية للبيانات الحديثة، وذلك بفضل وجود جهاز الملاحة الكونى GPS، المحمول على الأقمار الصناعية، وبذا، تصبح البيانات من النوعية المطلوبة، التي تمتلك إحداثيات أرضية.

سادس عشر: دقة استقراء النتائج وسهولته

وبطبيعة الحال، لا تتوافر المميزات أو القدرات السابقة مجتمعة في نظام واحد، حيث ينفرد كل نظام بميزة، أو بعدد من المميزات السابقة. فعلى الرغم من ارتفاع الدقة الطيفية، وتعدد القنوات لنظام أجهزة الإسبكترومتر CASI، إلا أنه يعاب على هذا النظام قلة عدد النقاط الأساسية، التي تتكون منها الصورة الواحدة.

   وعند مقارنة بيانات الجيل الحديث مع الجيلين السابقين، من حيث بيانات الاستشعار الفضائي السالب، يذكر تطور نوعية البيانات، والذي أنعكس على مفهوم معالجة البيانات الرقمية لبيانات الأقمار الصناعية والصور الجوية وأساليبها، التي يجرى لها مسح ضوئي.

   وهذا بدوره أدى إلى اتساع مجالات تطبيقات الاستشعار عن بعد، حيث ساعد التوصل إلى بيانات الجيل الثالث ذات التعدد العالي للقنوات، والارتفاع المتناهي في درجة التفريق، إلى تغيير أساس معالجة البيانات الرقمية للاستشعار عن بعد أو مفهومها.

سابع عشر: أسلوب قراءة الصورة في الأجيال المختلفة

ففي خلال الجيل الأول، استهدفت المعالجة التعرف على ماهية الأشياء الأرضية، من طريق مدى اختلاف مجاميع النقاط الأساسية Pixels وتشابهها،وبالتالي افتقد استقراء نتائج معالجة الصور وتفسيرها إلى كثير من الدقة، وزادت عمليات التحقق والتأكد الأرضي.

على العكس من ذلك، فإن بيانات الجيل الثالث، بمميزاتها المتعددة، قادت إلى مفهوم جيل جديد لمعالجة البيانات الرقمية، وهو مفهوم إمكانية البحث عن نقطة أساسية، أو البحث عن مجموعة صغيرة من النقاط الأساسية، التي تتساوى في قيم بياناتها الرقمية، أو على الأقل، تتشابه بدرجة عالية قريبة من التساوي، وبالتالي توفر الدقة والسهولة لاستقراء النتائج.

ثامن عشر: أساليب تحسين الصور

وتتضمن المعالجة الرقمية للصور عمليتين أساسيتين، هما: تحسين الصورة، والتصنيف الرقمي للصور. وتحسين الصور يهدف إلى إمكانية التوصل للعرض والإظهار الأفضل لمحتوى الصورة من المعلومات، بحيث تكون النتيجة أكثر ملاءمة من الصورة الأصلية لتطبيق محدد.

وحسب أنواع الصور المستخدمة في المعالجة، يمكن تطبيق إمكانيات تحسين وترميم مختلفة. ويُعد تحسين الصور النقطة الأساسية من أجل التفسير البصري اللاحق، وكذلك التصنيف الرقمي للصور المحسنة. ومن إمكانيات التحسين المختلفة للصور:

1. التصحيح الهندسي

ويستخدم التصحيح الهندسي Geometric Corrections للصور الفضائية، التي بها تشوهات هندسية، نتيجة التغير في سرعة المسح، والتغيير في ارتفاع المركبة، التي تحمل أجهزة الاستشعار عن بعد، وسرعتها.

ويُعد هذا التصحيح مهماً عند إجراء مطابقة بين الصور الفضائية التابعة لأنظمة استشعار مختلفة. وتحسب رياضياً معاملات التحويل، والتي على أساسها يتم تصحيح الصورة من طريق إعادة ترتيب العناصر في مستوى الصورة، وذلك لكون الصورة الفضائية المعالجة هي صورة رقمية معروفة عند قيم إحداثيات صحيحة.

2. التصحيح الجوي

في حالة التصحيح الجوي Atmospheric Corrections، تطرأ على الأشعة الضوئية المرسلة من الشمس عمليات انتثار ضمن الغلاف الجوي، ويكون التناثر الجوي أكبر على الأشعة الضوئية ذات الأطوال الموجية الأقصر، كما في صور "لاندسات ".

وهذه الأشعة المنتثرة تضاف إلى الإشعاع المنعكس من سطح الأرض إلى المركبة الفضائية مما يسبب الإقلال من درجة التباين ضمن الصورة الفضائية. ويهدف هذا التصحيح إلى تعديل شدة الإضاءة من خلال حذف قيمة الأشعة المنتثرة من قيم عناصر الصورة.

3. تعزيز التباين

أما تعزيز التباين Contrast، فيفيد في زيادة التباين اللوني بين عناصر الصورة، خاصة تلك التي تملك درجات لونية متقاربة، وذلك من طريق نشر درجات الإضاءة للمشهد، بحيث يغطي كامل المجال اللوني من اللون الأسود وحتى اللون الأبيض.

4. تقطيع الكثافة

ويستفاد من تقطيع الكثافة Density Slicing في تقطيع مجال شدة اللون للصورة الفضائية إلى عدد من الشرائح، بحيث تحصر كل شريحة نطاقاً محدداً للدرجة اللونية، ويعطيها لوناً منفصلاً، وهذه الطريقة تساعد على معالجة الصورة بالتلوين.

5. الترشيح

والصور الفضائية تحتوي على إشارات ضجيج Noise تؤدي إلى تشوه الصورة. ويهدف استخدام المرشحات Filters إلى الإقلال من هذا الضجيج، مما يساعد على إمكانية التفسير الأفضل لمحتوى الصورة. وعند اختيار المرشح المناسب يؤخذ بالحسبان محتوى الصورة من المعلومات، ونسبة الضجيج فيها، والهدف من الدراسة، ودرجة التمييز الأرضية للنظام المراد استخدامه.

6. موزاييك الصورة[2]

ومن خلال عملية الموزاييك يتم ربط الصور المفردة المختارة من أجل الحصول على صورة واحدة، وذلك بعد إجراء عمليات تعزيز التباين والتصحيحات المختلفة لتكون جميع الصور ذات مظهر منتظم ولوني متقارب، وتتم عملية الربط باستخدام نقاط تمييز أرضية في مناطق التراكب بين الصور المتجاورة.

7. تناسب قنوات الصور

ويهدف تناسب قنوات الصور إلى الإقلال من، أو حذف، الفروق الطبوغرافية بين الصور بحيث تملك الأجسام المتشابهة النسبة نفسها، بغض النظر عن التغييرات في الإضاءة. وتعد هذه العملية مفيدة من أجل التمييز الأفضل لأنواع الصخور والتربة على الصور الفضائية. ولكن من مساوئها أنها تقلل من نسبة التباين بين عناصر الصورة، كما يمكن استخدام صور التناسب من أجل الحصول على صور ملونة بألوان مركبة.