שיטות חדשות לשיפור ביצועי גילוי שינויים בהדמאות מולטי והיפרספקטרליות

ניטור כדור הארץ הוא אחד האתגרים החשובים ביותר של המין האנושי. היכולת, להתריע בפני אסונות, לסייע במקרה שקרו, לאתר גורמי התחממות גלובלית, מקורות זיהום, וכן לעקוב אחר פעילויות לא חוקיות כגון כרייה בלתי מורשת, מאפשרת למקבלי החלטות לפעול על מנת להקטינן ולמנוע נזקים עתידיים לדורות הבאים.

איתור שינויים עיתיים באמצעות חישה מרחוק, הינו היכולת לזהות שינויים המתרחשים באזור גיאוגרפי ספציפי באמצעות שתיים או יותר תמונות אשר צולמו בשניים או יותר זמנים שונים. בעשורים האחרונים שוגרו מספר רב של לוויינים המצויידים בחיישני תצפית ומתעדים באופן מחזורי את המתרחש על פני כדור הארץ. לווינים אלה הדגימו את היכולת לזהות סוגים שונים של שינויים כגון עקת צמחייה, ערכי pH , איכות מים, צמיחה עירונית ועוד.

בעקבות כמות הנתונים העצומה אשר נאספת בכל יום בעזרת חיישני חישה מרחוק המותקנים על גבי לווינים, נוצר צורך לפתח תהליכים אוטומטיים אשר יפיקו מפות המצביעות על שינויים עיתיים בכל מקום על פני כדור הארץ. בפועל, עד לרגע זה, מוצרי ניטור אמינים דורשים איסוף נתוני אמת על פני הקרקע. עובדה זאת מגבילה את אימוצה של טכנולוגיה זאת לאזורים ספציפיים, כאשר המידע מרוב שטח כדור הארץ נשאר לא מעובד, אם כי הנתונים קיימים וממשיכים להישמר בארכיון אך אינם בשימוש. בנוסף, סוכנויות חלל ממשלתיות ברחבי העולם מתכננות שיגורים נוספים של לוויינים אשר יהיו מצויידים בחיישנים מתקדמים, בעלי רזולוציה ספקטרלית ומרחבית גבוהה וכן כיסוי מחזורי תדיר יותר מכפי שקיים כיום.

מסיבה זו, התקדמות בשיטות לזיהוי שינויים ללא אינפורמציית למידה מוקדמת מוקדמת ובצורה אוטומטית הינה בעלת צורך הכרחי. שיטות אלה אינן דורשות מדידות של נתוני אמת בשטח, ולכן, יכולות להיות מיושמות על כל סוגי תמונות אשר צולמו בעבר ונמצאות בארכיון.

בתיזה זו אנו מציגים שיטות חדשות הקשורות לזיהוי שינוי עיתי ללא אינפורמציית למידה מוקדמת. לעבודת מחקר זו שתי תרומות עיקריות. הראשונה היא גישה חדשה לקביעת סף השינוי בין תמונות ללא אינפורמציית למידה מוקדמת. גישה זו מתמקדת בקביעת הסף אשר מבדיל בין פיקסלים  בתמונה אשר עברו שינוי ופיקסלים בתמונה אשר לא עברו שינוי. ההבדל בין פיקסלים בשתי תמונות יכול להיות קשור לשינויים אמיתיים או רעש. אנו מציעים להשתמש בשיטה אשר מחלקת את הסף לשני חלקים: 1) סף שמסביר את השגיאות הקשורות ליציבות החיישן, לתנאים אטמוספריים ולאופן בו הנתונים עברו עיבוד, 2) סף אשר קשור לשגיאות עיגון התמונות. אנו מדגימים גישה זאת באמצעות שתי תמונות Landsat מולטיספקטרליות, וכן תמונות היפרספקטרליות אוויריות אשר צולמו בעזרת חיישן HyMap. כמו כן, בחנו גישה זאת באמצעות סימולציה מעבדתית בה שינויים ספקטרלים קטנים בדגימות קרקע שונות נבדקו בתנאי מעבדה. התרומה השנייה היא שיטה חדשה להערכה של ספקטרום הפליטה באזור אורך הגל האינפרא אדום (LWIR) באמצעות מידע מאזור התחום הנראה (VIS) באמצעות מערכת למידה בין שני בסיסי מידע שנתקבלו מחישנים שונים בו זמנית. השיטה המוצעת מתאימה לשני תרחישים עיקריים של חוסר נתונים - תקלות חיישן ושוני בין זווית הראייה של חיישנים שונים על גבי אותה פלטפורמה לוויינית או אווירית. היתרונות והמגבלות של שיטה זאת מודגמים באמצעות  חיישן AHS, המודד הן את תחום ה VIS והן את תחום ה- LWIR.

אזור המכרות בסוקולוב הממוקם בחלק המערבי של צ'כיה משמש כמקרה מבחן לשיטות שהוצגו, כחלק מפרויקט הEO-Miners שמספרו 2442242 אשר ממומן ע"י האיחוד האירופאי במסגרת תוכנית ה FP7. חלק מהנתונים בעבודת מחקר זאת מומנו ע"י הEUFAR  תחת פרוייקט הDeMinTIR במסגרת תוכנית  הFP7 באיחוד האירופאי וכן ע"י Czech Science Foundation במענק מספר 205/09/1989.