دانلود پایان نامه ارزیابی اقدامات استتاری بر اساس ویژگیهای طیفی در محدوده طول موج مرئی و مادون قرمز :: مرکز دانلود پروژه ها و رساله های دانشجویی ایران

دانلود پایان نامه ارزیابی اقدامات استتاری بر اساس ویژگیهای طیفی در محدوده طول موج مرئی و مادون قرمز

يكشنبه, ۲۷ تیر ۱۳۹۵، ۰۲:۰۶ ق.ظ

دانلود پایان نامه ارزیابی اقدامات استتاری بر اساس ویژگیهای طیفی در محدوده طول موج مرئی و مادون قرمز نزدیک فایل ورد (word) دارای 141 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد دانلود پایان نامه ارزیابی اقدامات استتاری بر اساس ویژگیهای طیفی در محدوده طول موج مرئی و مادون قرمز نزدیک فایل ورد (word) کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه دانلود پایان نامه ارزیابی اقدامات استتاری بر اساس ویژگیهای طیفی در محدوده طول موج مرئی و مادون قرمز نزدیک فایل ورد (word)

1    فصل اول: کلیات تحقیق
1-1 مقدمه
1-2 بیان مسأله
1-3 ضرورت تحقیق
1-4 اهداف
1-5 سابقه تحقیق
1-6 داده های مورد استفاده
1-7 سازماندهی پایان نامه
2    فصل دوم: مبانی نظری الگوی ارزیابی طیفی استتار
2-1 مقدمه
2-2 استتار
2-2-1 عوامل شناسایی
2-2-2 سکوها و سیستم های شناسایی
2-2-3 پوششهای استتار
2-2-4 ارزیابی اقدامات استتاری
2-3 سنجش از دور ابرطیفی
2-3-1 سنجش از دور
2-3-2 مفهوم طیف و طیفسنجی
2-3-3 سنجنده ها و تصاویر سنجش از دور
2-3-4 ابرطیفی
2-4 طیف سنجی
2-4-1 طیف سنج آزمایشگاهی LAMBDA 950
2-4-2 سنجنده میدانی AVIRIS
2-5 استخراج اطلاعات تصویر سنجش از دور
2-5-1 طبقهبندی
2-5-1-1طبقهبندی کننده سخت و نرم
2-5-1-2 طبقه بندی با نظارت، بدون نظارت و نیمه نظارت شده
2-5-1-3     طبقهبندی کننده پارامتریک و غیرپارامتریک
2-5-1-4       طبقهبندی با نظارت پارامتریک
2-5-2 تجزیه طیفی
2-5-2-1 مدل های ترکیب
2-5-2-2   کاهش بعد
2-5-2-3    تعیین اعضاء اصلی
2-5-2-4وارون سازی
2-6کتابخانه طیفی….
2-6-1پایگاه داده ASTER
2-6-2پایگاه داده و کتابخانه طیفی USGS
2-6-3کتابخانه طیفی JPL
2-6-4کتابخانه طیفی JHU
2-6-5کتابخانه طیفی IGCP
2-6-6طیف سنج های کتابخانه طیفی IGCP
2-7ارزیابی استتار طیفی
2-7-1بلوک دیاگرام الگوی پیشنهادی
3     فصل سوم: تشریح عملکرد الگوی ارزیابی طیفی استتار (آشکارسازی استتار)
3-1مقدمه………….
3-2الگوی ارزیابی پیشنهادی
3-2-1پیش پردازش و آماده سازی دادهها
3-2-2 آشکارسازی تغییرات بدون درنظر گرفتن عامل زمان
3-2-2-1 آشکارسازی ناهنجاری طیفی………………………..
3-2-2-2 آشکارسازی مواد دست ساز بشر…………………….
3-2-2-3    آشکارسازی پیکسلهای خالص……………………
3-2-3 آشکارسازی تغییرات با درنظر گرفتن عامل زمان
3-2-3-1 آشکارسازی تغییرات طیفی…………………………..
3-2-3-2 آشکارسازی تغییرات محتوایی………………………
3-2-4 جمعبندی پردازشها و ارائه نتیجه نهایی
3-3 پیش پردازش و آماده سازی دادهها
3-3-1 اعوجاجات و تصحیحات رادیومتریک
3-3-2 نمونهبرداری طیفی
3-4 پردازشهای استخراج اطلاعات طیفی
3-4-1 ابزارهای طبقهبندی تصاویر ابرطیفی
3-4-1-1 الگوریتمهای طبقهبندی با نظارت…………………..
3-4-1-2 الگوریتمهای طبقهبندی بدون نظارت………………
3-4-2ابزارهای تجزیه طیفی
3-4-2-1   الگوریتمهای کاهش بعد…………………………….
3-4-2-2   الگوریتمهای تعیین اعضاء اصلی……………………
3-4-2-3    الگوریتمهای تعیین اعضاء اصلی و وارونسازی…..
3-5 ابزارهای مقایسه (ارزیابی) داده
3-5-1الگوریتمهای مقایسه طیفی
3-5-1-1فاصله طیفی…………………………………………….
3-5-1-2شباهت طیفی…………………………………………
3-5-1-3نگاشت زاویه طیفی SAM
3-5-2ابزارهای آشکارسازی ناهنجاری
3-5-2-1الگوریتم RX
3-5-2-2الگوریتم LPD
3-5-2-3الگوریتم UTD
3-5-2-4الگوریتم (RX-UTD)
3-5-3ابزارهای فیلتر منطبق (آشکارسازی هدف)
3-5-3-1الگوریتمCEM
3-5-3-2الگوریتم ACE
3-5-3-3الگوریتم   GLRT
4     فصل چهارم: پیاده سازی نرم افزاری………………………..
4-1تولید کتابخانه طیفی جامع
4-2مشخصات داده واقعی
4-3تست و انتخاب الگوریتم های بهینه
4-3-1تولید داده آزمایشی………………………………………….
4-3-2 پیاده سازی و مقایسه الگوریتم های تجزیه طیفی VCA، MVSA و SISAL توسط داده واقعی
4-4 پیادهسازی نرمافزاری الگوی ارزیابی طیفی استتار پیشنهاد شده
4-4-1مبانی تصمیم گیری و ارائه نتیجه…………………….
4-4-2 تشریح، پیادهسازی نرمافزاری و تست الگوی ارزیابی طیفی استتار بر روی تلفیقی از دادههای آزمایشی و واقعی   ;
4-4-2-1 سناریوی تست برپایه تولید داده آزمایشی و شبیهسازی استتار
4-4-2-2پیشپردازش و آمادهسازی دادهها
4-4-2-3آشکارسازی ناهنجاری طیفی
4-4-2-4آشکارسازی مواد انسان ساخت
4-4-2-5آشکارسازی پیکسلهای خالص
4-4-2-6آشکارسازی تغییرات محتوایی
4-4-2-7آشکارسازی تغییرات طیفی
4-4-2-8جمعبندی پردازشها و ارائه نتیجه نهایی
4-4-3 پیادهسازی نرمافزاری الگوی ارزیابی طیفی استتار بر روی داده واقعی
5    فصل پنجم: جمعبندی و پیشنهاد
5-1جمعبندی
5-2پیشنهادات

چکیده

امروزه، پدافند غیرعامل به‌عنوان یکی از مهم‌ترین راهبردهای حفظ سرمایه‌های ملی کشورها، توجه جهانی را به خود معطوف کرده است. به موازات آن پیشرفت های روز افزون در سنجش از دور به عنوان یکی از چالش‌های عمده فرآروی این حوزه مطرح است. یکی از بخش‌های مهم پدافند غیرعامل که به این دلیل به‌صورت جدی مورد تهدید قرار گرفته، اقدامات استتاری است. سنجش از دور ابرطیفی از جمله تهدیداتی است که امکان کشف اقدامات استتاری متداول را بویژه از منظر ویژگی‌های طیفی‌شان فراهم آورده است. ارزیابی اقدامات استتاری یکی از راهکارهای پیشگیرانه مؤثری است که می تواند احتمال موفقیت این چنین اقداماتی را افزایش دهد. بر همین اساس، در پایان‌نامه پیش‌روی، طراحی یک الگوی جامع ارزیابی اقدامات استتاری براساس ویژگی‌های طیفی به‌عنوان یک اقدام عملیاتی مرثر در این راستا هدف‌گذاری گردید

اولین گام در طراحی الگویی برای ارزیابی اقدامات استتاری، شناخت کامل از استتار و سپس تهدیدات فناورانه‌ای است که آن را با چالش مواجه می سازد. به‌همین جهت در این پایان‌نامه پس از معرفی اجمالی استتار، حوزه‌های مختلف سنجش از دور ابرطیفی بویژه طیف سنجی، سنجنده‌ها، استخراج اطلاعات و کتابخانه طیفی مورد مطالعه و بررسی دقیق قرار گرفتند. در بخش کتابخانه طیفی، به‌علت نیازی که حس می‌شد، با تهیه و تنظیم داده‌های مورد نیاز، کتابخانه جامعی با 1723 امضای طیفی تولید شد

در ادامه به پشتوانه مطالعات علمی انجام شده الگوی ارزیابی طیفی استتار پیشنهادی معرفی گردیده، شاخه‌های مختلف آن تشریح شد. برای هر یک از شاخه‌های پردازشی یادشده نیز، الگوریتم‌های مختلفی ارائه و به تفصیل هریک مورد بحث و بررسی قرار گرفت

به جهت تعیین میزان صحت و اعتبار الگوی پیشنهادی، در بخش پایانی سناریویی برای تست الگو طراحی و داده‌های آزمایشی مورد نیاز آن تولید گردید. سپس الگوی پیشنهادی براساس سناریوی طرح شده، پیاده سازی نرم‌افزاری و نتایج آن ارائه شد. در نهایت براساس نتایج استخراج شده اعتبار بخش‌های مختلف الگوی پیشنهادی به‌صورت تقریبی تعیین و برای مجموعه الگو صحت 80 درصدی تخمین زده شد. با پشتوانه این میزان صحت، در پایان الگو بر روی داده واقعی نیز پیاده‌سازی نرم‌افزاری گردید

1 فصل اول: کلیات تحقیقق

1-1 مقدمه

در دهه‌های اخیر، با شتاب گرفتن رشد فناوری‌های گوناگون در جهان، روز به روز نقش و اهمیت پدافند غیرعامل به عنوان یکی از مهمترین راهبرد‌های حفظ سرمایه‌های ملی کشورها بیشتر مورد توجه همگان قرار می‌گیرد. پدافند غیر عامل به مجموعه اقداماتی اطلاق می‌گردد، که مستلزم به کارگیری تسلیحات و جنگ افزار نبوده و اجرای آن سبب کاهش آسیب پذیری و افزایش مقاومت یک ملت در مقابل تهدیدات خارجی می‌شود. یکی از این تهدیدات، انجام مأموریت‌های شناسایی توسط نیروهای دشمن است. شناسایی، مجموعه عملیات‌هایی است که برای کسب اطلاعات از فعالیت‌ها، منابع، توانمندی و موقعیت نیروهای ما انجام می‌شود. بی شک یکی از حوزه‌های مهم در پدافند غیرعامل برای مقابله با بحث شناسایی، استتار است. مفهوم کلی استتار هم‌رنگ کردن و هم‌شکل کردن تأسیسات و تجهیزات با محیط اطراف است که از طریق روش‌های مختلفی همچون مخفی سازی، همگون سازی و بدل سازی انجام می‌شود

پیشرفت و توسعه روز افزون مراحل مختلف سنجش از دور در دهه‌های اخیر، موفقیت استتارهای متداول تأسیسات و تجهیزات را با چالش جدی مواجه ساخته است. سنجش از دور علم و فن دست‌یابی به اطلاعات از محیط پیرامون بدون تماس مستقیم با آن است. عکس‌برداری هوایی، تصویربرداری شناسایی و راداری از انواع مختلف داده‌های سنجش از دور می باشند. اطلاعات تصویری حاصل از تصاویر ماهواره ای و هوایی، جهت مأموریت های شناسایی به کار گرفته شده و منابع اطلاعاتی بسیار مهمی برای کاربردهای نظامی و دفاعی هستند. فن‌آوری تصویربرداری ابرطیفی و راداری به ویژه SAR[1] از جمله پیشرفت‌های سنجش از دور در بخش سنجنده‌ها هستند که در سال‌های اخیر نقش بزرگی در تضعیف اقدامات استتاری ایفا نموده‌اند. به عنوان نمونه پهپاد آمریکایی شکار طبس[2] که در منطقه طبس به دام جنگ الکترونیک نیروهای پدافند هوایی کشورمان افتاد، یکی از این سیستم‌های شناسایی سنجش از دور با کاربرد نظامی است. شکار طبس نمونه کاملی از پیشرفت‌های روز دنیا در حوزه‌ی سنجش از دور است که از فناوری‌های بالایی چون سنجنده‌های ابرطیفی و SAR بهره می‌برد

تمام آنچه گفته شد، ضرورت بیش از پیش ارزیابی اقدامات استتاری با توجه به توانمندی‌های به روز سنجش از دور را جهت افزایش کارایی اینگونه اقدامات آشکار می‌سازد. ارزیابی اقدامات استتاری براساس نوع عامل شناسایی مورد نظر، اعم از رنگ، شکل و; از جهات گوناگون صورت می‌گیرد. قطعا یکی از مهمترین این عوامل شناسایی، طیف است. پایان نامه حاضر، به دنبال آن است تا الگویی جامع برای ارزیابی اقدامات استتاری براساس ویژگی های طیفی ارائه دهد. به‌جهت آن‌که بررسی هربخش از طیف الکترومغناطیس ملزومات خاص خود را دارد و به‌جهت اهمیت و کاربرد بیشتر، در این تحقیق بر روی قسمت مرئی[3] و مادون قرمز نزدیک[4] این طیف تمرکز گردیده است

1-2 بیان مسأله

امروزه، فناوری سنجش از دور حجم گسترده‌ای از اطلاعات سطح زمین را در کمترین زمان و با سهولت بیشتر در دسترس انسان قرار داده است. داده های سنجش از دور عموماً از طریق ثبت تابش الکترومغناطیسی بازتاب یافته و یا گسیل شده از اشیاء در سطح یا زیر زمین به دست می آید. همانطور که می‌دانیم مواد و عناصر مختلف با توجه به ترکیب و ساختار مولکولی خود نسبت به بخش‌های مختلف طیف الکترومغناطیس عکس العمل‌های بازتابی متفاوتی دارند که مانند اثر انگشت انسان‌برای هر ماده منحصر به‌فرد است و به همین علت به‌عنوان امضای طیفی آن ماده شناخته می‌شود. این موضوع کلیدی، طیف الکترومغناطیس بازتابی را به ابزار مؤثری برای شناسایی پدیده‌های سطح زمین در فعالیت‌های مختلف سنجش از دور مبدل کرده است

پیشرفت های فزاینده در سنجش از دور، تمامی مراحل آن از تصویر برداری تا پردازش تصویر را در بر می‌گیرد. یکی از ابعاد توسعه در سنجش از دور، پیشرفت در فناوری سنجنده‌ها می‌باشد. این پیشرفت‌ها در تمامی شاخصه‌های توانمندی یک سنجنده اتفاق افتاده است. از جمله این شاخصه‌ها، توان تفکیک طیفی است. ابرطیفی واژه ای است که به سنجنده های الکترواپتیکی با توان تفکیک طیفی تا 10 نانومتر اطلاق می‌شود. این میزان توان تفکیک طیفی که می‌تواند بیش از 200 باند طیفی مجاور هم را در محدوده طیف الکترومغناطیسی مرئی و مادون قرمز نزدیک تعریف نماید، بهترین ابزار برای آشکارسازی و تمیز امضای طیفی مواد مختلف است. سنجنده‌های ابرطیفی با نصب بر روی سکوهای هوابرد و فضایی، هم توسط هواپیما و هم ماهواره برای پایش سطح زمین بکار گرفته می‌شوند. توان تفکیک مکانی سنجنده به ارتفاع سکوی پرواز و میدان دید لحظه‌ای[5] حسگرش بستگی دارد. سنجنده‌های ابرطیفی، با وجود داشتن بالاترین سطح توان تفکیک طیفی در بین سنجنده‌های الکترواپتیکی، دارای توان تفکیک مکانی پایینی هستند

یکی دیگر از مراحل سنجش از دور که در دهه‌های اخیر پیشرفت‌های چشمگیری به خود دیده است، مرحله پردازش و تفسیر تصاویر سنجش از دور است. پردازش و تفسیر خود بخش‌های گوناگونی از تصحیحات تا استخراج اطلاعات تصویر را شامل می‌شوند. طبقه‌بندی تصویر یکی از پایه‌ای‌ترین روش‌های استخراج اطلاعات به شمار می‌رود. با توسعه ابرطیفی، تجزیه طیفی نیر برای کمک به طبقه‌بندی بهتر تصاویر ابرطیفی مطرح شد. فرآیند طبقه بندی نگاشتی از فضای سطح روشنایی به فضای برچسب‌ها می‌باشد. برچسب‌های انتخاب شده نشان دهنده نوع پوشش‌های موجود در سطح می‌باشند که به هر کدام از آنها یک کلاس گفته می‌شود

الگوریتم‌های طبقه‌بندی تقسیم‌های گوناگونی به خود می‌گیرند. در یکی از این تقسیم بندی‌ها که مبتنی بر میزان خلوص پیکسل‌ها است، روش‌های طبقه‌بندی به دو دسته سخت و نرم تقسیم می‌گردند. طبقه‌بندی سخت به آن دسته از پیکسل‌هایی مربوط می‌شود که شامل امضای طیفی یک نوع پوشش زمینی غالب بوده و به نام پیکسل‌های خالص شناخته می‌شوند. طبقه‌بندی نرم نیز در مورد پیکسل‌های مخلوط که شامل مخلوطی از پوشش‌های زمینی در سطح خود هستند، انجام می‌گیرد. اولین و مهم‌ترین گام در طبقه‌بندی نرم، تجزیه طیفی پیکسل‌های مخلوط است. پیکسل‌های مخلوط مسئله‌ای است که بواسطه تفکیک مکانی پایین‌تر سنجنده‌های ابرطیفی ایجاد می‌شود. تجزیه طیفی نیز، فرآیندی است که بواسطه آن می‌توان به مؤلفه‌های طیفی تشکیل دهنده طیف پیکسل دست یافت. این مسئله سبب تسهیل در شناخت مواد موجود در سطح هر پیکسل شده و به طبقه‌بندی دقیق‌تر تصاویر برای شناخت فراوانی مواد سطح زمین کمک می نماید

با گسترش فناوری ابرطیفی و بدنبال آن پیدایش توانایی ثبت امضای طیفی مواد، تشکیل یک بانک اطلاعاتی امضای طیفی مواد ضروری به نظر می‌رسید. چنین بانک داده‌ای، نقش فناوری ابرطیفی در کاربردهای مختلف آن همانند برآورد دقیق محصولات کشاورزی، اکتشاف معادن و آشکارسازی اهداف نظامی را پررنگ‌تر می‌ساخت. به‌همین جهت برخی مراکز تحقیقاتی بزرگ همانند سازمان تحقیقات فضایی آمریکا[6] به کمک سنجنده‌های آزمایشگاهی و میدانی پیشرفته، طیف بسیاری از مواد را اندازه‌گیری و در مجموعه‌های بزرگی به نام کتابخانه طیفی گردآوری نموده اند. از کتابخانه‌های طیفی معروف می توان به USGS[7] و [8]ASTER اشاره کرد

کتابخانه‌های طیفی، وابستگی پردازش‌های طبقه‌بندی تصویر را به نمونه‌های آموزشی کمتر می‌سازند. این مسئله زمانی نمود بیشتری پیدا می‌کند که همانند کاربردهای نظامی، اطلاعات زیادی از پوشش‌های زمینی منطقه مورد نظر در دسترس نباشد. در این‌حال، تجزیه طیفی به کمک کتابخانه طیفی با تولید نمونه‌های آزمایشی لازم در یک فرآیند نیمه نظارت شده، شرایط را برای طبقه‌بندی نرم تصویر فراهم می‌آورند. به این ‌صورت‌که پس از استخراج مؤلفه‌های سطح پیکسل به کمک تجزیه طیفی، احتمال شناخت مواد موجود درون آن را با مقایسه طیف‌های استخراج شده با امضاهای طیفی موجود در کتابخانه افزایش می‌‌دهند. این مقایسه، توسط ابزارهای مختلف مقایسه طیفی انجام می‌پذیرد. فاصله طیفی، شباهت طیفی و نگاشت زاویه فضایی، برخی از این ابزارها هستند

عوامل شناسایی یا عناصر تفسیر، عواملی هستند که به مفسران تصاویر هوایی در تحلیل پدیده‌های موجود در تصویر کمک می‌کنند. این عوامل شناسایی بیشتر مرتبط با واقعیت‌های درون تصویر همانند تن، بافت، رنگ، اندازه، سایه و; است. اما همانطور که اشاره شد، طیف مواد نیز می‌تواند به‌عنوان یک عامل مؤثر در شناخت عناصر سطح زمین بکار گرفته شود. توسعه روزافزون صنعت ابرطیفی و عناصر مرتبط با آن تأثیرگذاری این عامل را درمباحث مربوط به شناسایی، شدت بخشیده است. سنجنده‌های ابرطیفی، پردازش‌های طبقه‌بندی و تجزیه طیفی، بانک اطلاعات کتابخانه طیفی و; همه ابزارهایی از سنجش دور ابرطیفی هستند که به همان اندازه که مطالعه و تحقیق انسان حول محیط پیرامونش را تسریع و تسهیل نموده‌اند، پنهان نمودن فعالیت های محرمانه یک ملت از دید دشمنانش را دشوار کرده‌اند. یکی از این روش‌های پنهان کاری که به چالش کشیده شده، اقدامات استتاری است

توان تفکیک طیفی بالا در فناوری ابرطیفی، موفقیت استتارهای متداول تاسیسات و تجهیزات را که پیش‌تر با توجه به مسئله همرنگی و با رویکرد تهدید از جانب حسگرهایی با توان تفکیک طیفی پایین همانند چشم انسان و یا حسگرهای اولیه صورت می‌گرفت، با ابهام مواجه ساخته است. دلیل عمده این مسئله آشکار شدن دقیق‌تر ویژگی‌های طیفی پوشش استتاری و صحنه پس زمینه به علت توان تفکیک طیفی بالا در فناوری ابرطیفی است. قطعا، در حالیکه این توان تفکیک، قدرت آشکارسازی کوچکترین اختلاف امضاهای طیفی تا 10 نانومتر را دارد، استتار به شیوه های سنتی نمی‌تواند جوابگوی نیازهای پدافندی یک کشور باشد. به همین جهت اقدامات استتاری نیز همگام با پیشرفت‌های فناورانه سنجش از دور باید دستخوش تغییر و تحول گردند. از آنجا که این پیشرفت در فناوری‌های استتار بدون ارزیابی دقیق و به ‌روز اقدامات استتاری ممکن نیست، پروژه حاضر به دنبال اینست با استفاده از ابزارهای فناوری ابرطیفی مورد اشاره، رهیافتی جهت ارزیابی اقدامات استتاری براساس ویژگی‌های طیفی با توجه به فناوری‌ها و تهدیدات کنونی آن ارائه نماید

1-3 ضرورت تحقیق

همانطور که پیش‌تر توضیح داده شد، در دهه‌های اخیر، توجه جهانی به پدافند غیر عامل به عنوان عامل مهمی در حفظ سرمایه‌های مادی و معنوی یک کشور بشدت افزایش پیدا کرده است. به تبع آن در کشور ما نیز در سال‌های اخیر جنبه‌های مختلف پدافند غیر عامل مورد توجه قرار گرفته است. استتار از جمله اقدامات پدافند غیر عاملی در بحث شناسایی است، که با پیشرفت‌های چشم‌گیر در سیستم‌های شناسایی سنجش از دوری با مخاطره مواجه شده است. رشد پرشتاب فناوری‌ابرطیفی از جمله این مخاطرات است. اولین سنجنده ابرطیفی فضایی به نام هایپریون[9] در تاریخ 21 نوامبر سال 2000 میلادی، با نصب بر روی ماهواره EO-1 توسط سازمان تحقیقات فضایی آمریکا در مدار قرار گرفت. از سوی دیگر، با افزایش استفاده از پهپاد‌های جاسوسی همانند شکار طبس در سال‌های اخیر ، بکارگیری سنجنده‌های ابرطیفی هوابرد بر روی آن‌ها یک تهدید مؤثر بر علیه امنیت ملی کشورها به‌شمار می‌آید

سنجنده‌های مختلف بکار گرفته در سنجش از دور بنا بر مأموریت خود، وظیفه ثبت طیف وسیعی از تابش الکترومغناطیس از امواج راداری تا فرابنفش را برعهده دارند. این گستردگی حوزه عملکرد در کنار توانمندی‌های تفکیکی بالا پنهان کردن تمامی مشخصه‌های طیف الکترومغناطیس مواد را تقریباً غیرممکن و ضرورت توجه به پیشرفت در فناوری‌های مرتبط با استتار را دوچندان نموده است. در نتیجه تحول در فناوری‌های مرتبط با استتار برای مخفی نگاه داشتن علائم شناسایی اهداف زمینی بسیار ضروری به‌نظر می‌رسد. ارزیابی اقدامات استتاری مرحله آغازین این تحول است که به ما کمک می‌کند تا شناخت بهتری نسبت به کارایی اقدامات استتاری کنونی و اقدامات استتاری مطلوب مورد نیاز در آینده داشته باشیم. بدین صورت که با آشکار کردن نقاط ضعف استتار سنتی کنونی در مقابل تهدیدات نوین سنجش از دور، افق جدیدی از روش‌های نوین استتار در برابر ما می‌گشاید

1-4 اهداف

هدف اصلی در این پایان نامه همان‌گونه که از نام آن پیداست، ارائه الگویی جامع برای ارزیابی کارایی اقدامات استتاری براساس ویژگی‌های طیفی در ناحیه مرئی و مادون قرمز نزدیک است. برای رسیدن به این هدف، ابتدا دستیابی به اهداف کوچکتری متصور است که در ادامه می‌آید

ایجاد یک کتابخانه طیفی با گرد‌آوری مشخصه‌های طیفی مواد گوناگون از منابع موجود، جهت دسترسی سریع و آسان به امضاهای طیفی مواد
پیاده سازی و تست روش‌های پردازش تجزیه طیفی، جهت انتخاب یک الگوریتم بهینه و بکارگیری آن در فرآیند الگوی ارزیابی پوشش‌های استتاری پیشنهادی
پیاده سازی و تست روش‌های مقایسه طیفی، جهت انتخاب یک الگوریتم بهینه و بکارگیری آن در فرآیند الگوی ارزیابی پوشش‌های استتاری پیشنهادی
پیاده سازی و تست روش‌های آشکارسازی اهداف، جهت انتخاب یک الگوریتم بهینه و بکارگیری آن در فرآیند الگوی ارزیابی پوشش‌های استتاری پیشنهادی
ارائه الگویی جامع جهت ارزیابی کارایی طرح‌های استتاری از دید مشخصه‌های طیفی
پیاده سازی و تست الگوی پیشنهادی با استفاده از داده‌های آزمایشی و واقعی

1-5 سابقه تحقیق

در سال 2000 میلادی و پس از قرار گرفتن اولین سنجنده ابرطیفی فضابرد به نام هایپریون در مدار، برای اولین بار تهدید از جانب سنجنده‌های ابرطیفی به‌خوبی حس گردید. نصب این سنجنده بر روی ماهواره EO1، به کشور سازنده این امکان را می‌داد تا بدون هیچ محدودیتی، تصاویر با تفکیک طیفی بالا را از هر نقطه جهان در اختیار داشته باشد. بی‌شک این توان تفکیک بالا، روش‌های استتار سنتی را با چالش مواجه می‌ساخت. پس از سال 2001 و با به خدمت گرفتن پهپادهای جاسوسی توسط کشورهای پیشرفته، علاقه‌مندی برای بکارگیری سنجنده های ابرطیفی بر روی این سکوهای هوابرد شدت گرفت. مزیت این نوع سکوها نسبت به نوع فضابرد آن، تفکیک مکانی پایین‌تر تصاویر سنجنده‌های آن است. جدول ‏11 حاوی اطلاعاتی در مورد برخی از این سنجنده‌های ابرطیفی هوابرد است که بیشتر بر روی پرنده‌های بدون سرنشین همانند پریداتور[10]، گلوبال هاوک[11] و شکار طبس بکار گرفته می‌شوند. قطعا برای شناخت بیشتر تهدیدات فناوری ابرطیفی، در ابتدا باید به تاریخچه سنجش از دور، به عنوان ریشه و بستر اولیه آن توجه کرد

جدول ‏11: اطلاعات برخی از سنجنده‌های ابرطیفی هوابرد

نام سنجنده

کشور سازنده

تعداد باند طیفی

محدوده طیفی

IFOV (میلی رادیان)

ARES

آمریکا

3/6-

APEX

اتحادیه اروپا

5/2-4/

AVIRIS

آمریکا

45/2-4/

CASI

کانادا

87/.-43/

COMPASS

آمریکا

5/2-4/

DAIS

آلمان

12-4/

HYDICE

آمریکا

5/2-4/

HyMap

استرالیا

5/2-4/

IRIS

آمریکا

15-

ISM

فرانسه

2/3-8/

MEIS

کانادا

9/.-35/

25/

MIVIS

ایتالیا

7/12-43/

MUSIC

آمریکا

5/14-5/

توسعه و پیشرفت سنجش از دور به عنوان یک شاخه از علم بشدت به توسعه عکسبرداری وابسته است. اولین عکس‌‌ها توسط Daguerre و Niepce در سال 1839 گزارش شده است. در سال1849، Colonel Aime Laussedat، یک برنامع جامع را برای استفاده عکس در نقشه‌‌های توپوگرافی آغاز کرد. در سال 1858، بالون‌‌ها برای عکسبرداری از یک سطح وسیع استفاده می‌شدند. در ادامه و در دهه 1880 از کایت برای حمل دوربین‌‌ها تا ارتفاع چندصد متر استفاده می‌شد. با ظهور هواپیما عکاسی هوایی یک ابزار مناسب شناخته شد، زیرا موجب امکانپذیری جمع‌‌آوری اطلاعات از سطح‌‌های خاص و تحت شرایط کنترلی شد. اولین عکس‌‌های هوایی گرفته شده از یک هواپیما توسط Wilbur Wright و در سال 1909 و از Centocelli واقع در ایتالیا گرفته شد

عکس‌برداری رنگی نیز در نیمه دهه 1930 امکان‌‌پذیر شد. در همان زمان تلاش‌‌ها برای گسترش فیلم‌‌های حساس به تابش نزدیک مادون قرمز ادامه یافت. عکسبرداری نزدیک مادون قرمز برای نفوذ در گرد و غبار مناسب است. در سال 1956، Colwell تعدادی آزمایش اولیه را برای استفاده تصویربرداری سطح در طبقه‌‌بندی و شناسایی انواع سبزی و آشکارسازی سبزی معیوب انجام داد. در نیمه دهه 1960، مطالعات زیادی بر روی کاربرد تصاویر چندطیفی و مادون قرمزِ رنگی با نظارت و حمایت سازمان تحقیقات فضایی آمریکا انجام شد که به راه‌‌اندازی تصویربردارهای چندطیفی روی ماهواره Landsat در دهه 1970 منجر شد

تصویربرداری ابرطیفی برای اولین بار به منظور جمع‌آوری داده‌های مناسب برای تهیه نقشه‌های زمین‌شناسی و اکتشاف معادن در اواخر دهه هفتاد میلادی در ایالات متحده آمریکا انجام شد و به سرعت توسعه و گسترش یافت. مهم‌ترین مرحله پیشرفت و تحول این فناوری، در سال 1989 و همزمان با ساخت سنجنده هوابردAVIRIS[12] توسط مرکز JPL[13] سازمان تحقیقات فضایی آمریکا صورت گرفت که قادر به نمونه‌برداری در 224 باند طیفی بود و پس از آن انواع سنجنده‌های ابر طیفی هوابرد و فضایی دیگر نیز طراحی و ساخته شدند

موازی با پیشرفت فن‌‌آوری تهیه تصاویر طیفی، بحث استخراج اطلاعات از این تصاویر آغاز شد. آقای ریچاردز در سال 1986 مبحث طبقه‌‌بندی تصاویر سنجش از دور را در کتاب خود تحت عنوان تحلیل تصاویر دیجیتالی سنجش از دور، به عنوان یکی از روش‌‌های استخراج اطلاعات از این تصاویر مطرح کرده است. پس از آن روش های مختلفی برای طبقه‌بندی تصاویر سنجش از دور ارائه شد. آقای بندیکتسون در سال 1990 با ارائه یک مقاله، استفاده از شبکه‌‌‌های عصبی را برای طبقه‌‌‌بندی تصاویر طیفی پیشنهاد داد. در ادامه طبقه‌‌‌بندی کننده‌های مختلفی چون حداقل فاصله اقلیدسی، حداقل فاصله ماهالانوبیس و حداکثر احتمال معرفی شدند. آقای واپینک در سال 1998 استفاده از روش SVM[14] را در طبقه‌‌‌بندی تصاویر مطرح کرد. در سال‌‌‌های اخیر تلاش‌‌‌های بسیاری در زمینه طبقه‌‌‌بندی تصاویر ابرطیفی با استفاده از طبقه‌‌‌بندی کننده‌‌‌ SVM انجام شده است. توسعه فناوری ابر طیفی گرچه دسترسی به تصاویری با توان تفکیک پذیری طیفی بسیار بالا را ممکن می‌ساخت. لیکن، توان تفکیک مکانی پایین‌تر این تصاویر (چند یا چند ده متر)، تلاش برای طبقه‌بندی تصاویر ابر طیفی را خیلی زود با مشکلی به نام پیکسل های مخلوط مواجه کرد. پس از آن بود که در سال‌آقای ‌Landgrebe، طبقه‌بندی پیکسل‌های خالص را به‌عنوان طبقه‌بندی سخت و در سال 2007 آقای Nachtegael و همکارانش، طبقه‌بندی پیکسل‌های مخلوط را به‌عنوان ظبقه‌بندی نرم مطرح ساختند

از آنجا که طبقه‌بندی نرم تصاویر ابرطیفی بدون استخراج مؤلفه های طیفی یک پیکسل مخلوط جهت دستیابی به نوع و میزان مواد تشکیل دهنده پیکسل ممکن نبود در ادامه، محققان پردازش تصاویر سنجش از دور، روش‌های پردازش تجزیه طیفی را برای حل این مشکل پیشنهاد کردند. برای تجزیه یک تصویر سنجش از دور، انتخاب مدل مناسبی که بیان کننده شرایط حاکم بر ایجاد تصویر باشد، مهم است. Charles Ichoku مدل ترکیب طیفی را به 5 دسته تقسیم کرده است (1996) که عبارتند از: مدل خطی، مدل احتمالی، مدل هندسی، مدل هندسی تصادفی و مدل فازی. در این میان مدل خطی به دلیل ساختار ساده و مفهوم فیزیکی روشن آن شناخته شده است و بسیاری از الگوریتم‌‌‌های تجزیه طیفی مبتنی بر مدل خطی ترکیب است. الگوریتم حداقل مربعات یکی از مرسوم‌‌‌ترین الگوریتم‌‌‌ها است. آقایZhu Shulong در سال 1995روش مربعات خطا را تجزیه طیفی به کمک مدل خطی ترکیب استفاده کرده است. آقایDaniel Reinz (1999-2001) مربعات خطای مقید را برای تجزیه طیفی ارائه کرد و مشکل فراوانی منفی را برطرف کرد. آقایان Celine Theysو Nicolas Dobigen روش گرادیان مدرج را برای تخمین فراوانی‌‌‌های ترکیب خطی ارائه کردند، که بصورت تکرار شونده و با استفاده از مشتقات جزئی کار می‌‌‌کند

یکی از مباحث مهم در تقسیم بندی الگوریتم های تجزیه طیفی مبتنی بر مدل خطی، بحث پیکسل های خالص است. به همین جهت برای استخراج اعضاء اصلی تصویر با پیش فرض وجود حداقل یک پیکسل خالص برای هر عضو اصلی در تصویر، الگوریتم های نگاشت به زیر فضای متعامد[15] ، N-FINDER[16] و تحلیل مؤلفه رأس[17] به ترتیب در سال‌های 1994، 1999 و 2005 ارائه شدند. همچنین با پیش فرض عدم وجود حداقل یک پیکسل خالص برای هر عضو اصلی الگوریتم های تحلیل حداقل حجم سیمپلکس[18] و شناسایی سیمپلکس از طریق تقسیم متغیر[19] به ترتیب در سال‌های 2008 و 2009 توسط Bioucas-Dias معرفی گردیدند

اما با پیشرفت صنعت ابرطیفی، قطعاً تحقیقات بسیاری در مورد کاربردهای نظامی آن نیز صورت پذیرفته که البته اطلاعات محدودی از آن در دسترس است. به عنوان مثال سازمان پروژه های تحقیقات پیشرفته دفاعی آمریکا[20] پروژه‌های مختلفی در شناسایی اهداف در تصاویر ابرطیفی به انجام رسانده است که از آن جمله می توان به آزمون‌های شناسایی یک سری خودروهای نظامی استتار شده با تور استتار، در محیط چمن‌زار، در یک تصویر ابرطیفی HYDICE با اندازه پیکسل زمینی 15 متر، معروف به تصویر Forest Radiance Image-I، در سال 1997 اشاره نمود. ردیابی خودروها با استفاده از داده‌های ابرطیفی بازتابی، نام پروژه دیگریست که در همین راستا در ایتالیا با همکاری انستیتو فناوری Rochester و دانشگاه Pisa انجام شده است. رژیم صهیونیستی نیز در سال 2012 توسط Yuval Cohen و همکارانش پروژه‌ای برای ارزیابی الگوریتم‌های آشکارسازی اهداف زیرپیکسلی به انجام رساند. عمده الگوریتم های استفاده شده در این پروژه‌ها الگوریتم های ACE[21]، CME[22]، GLRT[23] و ناهنجاری طیفی می‌باشند. همچنین، داده مورد استفاده در همگی آن‌ها تصویری ابرطیفی از سنجنده هوابرد Hymap (با 126 باند طیفی) مربوط به شهر Cooke آمریکاست. اما در زمینه اقدامات پدافندی آن‌، همانند ارزیابی اقدامات استتاری، مطالب قابل توجهی منتشر نشده است. در کشور ما نیز تا کنون اقدامات جدی در این زمینه انجام نشده است و پایان نامه پیش رو شاید جزء اولین‌ها در زمینه ارزیابی اقدامات استتاری براساس ویژگی‌های طیفی باشد. البته از میان کارهای مرتبط در چند سال اخیر، می‌توان به تلاش صفا خزائی در رابطه با شناسایی اهداف با استفاده از الگوریتم های اشاره شده و یا تلاش امین صداقت برای ارزیابی اقدامات استتاری بر مبنای دو روش تناظریابی الگو و الگوریتم استخراج عارضه [24]UR-SIFT، اشاره نمود

1-6 داده های مورد استفاده

پیاده‌سازی نرم افزاری و تست الگوی ارزیابی طیفی استتار پیشنهادی و الگوریتم‌های مختلف مرتبط با آن، نیازمند در اختیار داشتن داده‌های ابرطیفی اولیه است. این تصاویر و داده‌ها برحسب لزوم ممکن است واقعی باشند یا به‌صورت آزمایشی تولید شوند

اولین مجموعه داده‌ای که در این پایان‌نامه مورد استفاده قرار گرفت، امضاهای طیفی موجود در کتابخانه‌های طیفی در دسترس بود (شکل ‏11). این کتابخانه‌ها عبارتند از: USGS، [25]JHU، JPL و IGCP[26]. گردآوری و جمع‌بندی داده‌های یادشده، خود جهت تولید یک بانک جامع اطلاعات طیفی با 1723 امضای طیفی مورد استفاده قرار گرفت

برای ایجاد دادههای ابرطیفی آزمایشی نیاز به مجموعه‌ای از امضاهای طیفی مواد مختلف میباشد تا با ترکیب آنها دادههای آزمایشی تولید شوند. این دادههای اولیه از کتابخانه طیفی تشکیل شده استخراج گردید

[1]

[2] RQ

[3] Visible (Vis)

[4] Near interfera red (NIR)

[5] IFOV

[6] NASA

[7] U.S. Geological Survey

[8]

[9] Hyperion

[10] Predator

[11] Global Hawk

[12] Airborne visible/Infrared imaging spectrometer

[13] Jet Propulsion Laboratory

[14]

[15] OSP

[16]

[17] VCA

[18] MVSA

[19] SISAL

[20] DARPA

۰ ۰
۹۵/۰۴/۲۷

علی مح

مرکز دانلود پروژه ها و رساله های دانشجویی ایران

مرکز دانلود پروژه ها و رساله های دانشجویی ایران