अध्याय 06 रिमोट सेंसिंग का परिचय
मानव आँखें और फ़ोटोग्राफ़िक प्रणालियाँ दोनों ही कुल प्राप्त ऊर्जा के एक अत्यंत सूक्ष्म भाग पर प्रकाश की प्रतिक्रिया देती हैं जो वस्तुओं की सतह से प्राप्त होता है। आज के दूर संवेदी उपकरण, दूसरी ओर, 0 केल्विन ($-273 \mathrm{C}$) से ऊपर तापमान वाली सभी वस्तुओं की सतहों द्वारा परावर्तित/उत्सर्जित, अवशोषित और संचारित विकिरणों की अपेक्षाकृत बहुत विस्तृत श्रेणी पर प्रतिक्रिया करते हैं।
दूर संवेदन (remote sensing) शब्द का प्रयोग सर्वप्रथम 1960 के दशक के आरंभ में किया गया था। बाद में इसे उन समस्त प्रक्रियाओं के रूप में परिभाषित किया गया जिनका उपयोग किसी वस्तु या घटना के किसी गुण की सूचना प्राप्त करने और मापने के लिए किया जाता है एक ऐसे रिकॉर्डिंग उपकरण (संवेदक) द्वारा जो अध्ययन में ली जा रही वस्तुओं और घटनाओं से भौतिक संपर्क में नहीं होता है। उपरोक्त परिभाषा से यह स्पष्ट है कि दूर संवेदन मुख्यतः एक वस्तु की सतह, रिकॉर्डिंग उपकरण और सूचना वहन करने वाली ऊर्जा तरंगों को सम्मिलित करता है (चित्र 6.1)।
चित्र 6.1 दूर संवेदन की संकल्पनात्मक संरचना
शब्दावली
अवशोषणांक: किसी पदार्थ द्वारा अवशोषित विकिरण ऊर्जा और उसे प्राप्त ऊर्जा का अनुपात।
बैंड: वैद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में विशिष्ट तरंगदैर्ध्य अंतराल।
डिजिटल छवि: पंक्तियों और स्तंभों में व्यवस्थित डिजिटल संख्याओं (DN) की एक सरणी, जिसमें तीव्रता मान और उनके स्थानों का गुण होता है।
डिजिटल संख्या: डिजिटल छवि में एक पिक्सेल का तीव्रता मान।
डिजिटल छवि प्रसंस्करण: सतह पर मौजूद घटनाओं के बारे में सूचना निकालने के उद्देश्य से DN मानों का संख्यात्मक हेरफेर।
वैद्युत चुम्बकीय विकिरण (EMR): प्रकाश की गति से अंतरिक्ष या माध्यम में फैलने वाली ऊर्जा।
वैद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम: EMR का वह सतत क्रम जो छोटी तरंग उच्च आवृत्ति की ब्रह्मांडीय किरणों से लेकर लंबी तरंग निम्न आवृत्ति की रेडियो तरंगों तक फैला होता है।
झूठा रंग संयोजन (FCC): एक कृत्रिम रूप से उत्पन्न रंग छवि जिसमें नीले, हरे और लाल रंगों को उन तरंगदैर्ध्य क्षेत्रों को दिए जाते हैं जिनसे वे प्राकृतिक रूप से संबद्ध नहीं होते। उदाहरण के लिए, मानक झूठे रंग संयोजन में नीले रंग को हरे विकिरण (0.5 से $0.6 \mu\mathrm{m}$) को, हरे रंग को लाल विकिरण $(0.6$ से $0.7 \mu\mathrm{m}$) को और लाल रंग को निकट अवरक्त विकिरण (0.7 से $0.8 \mu\mathrm{m}$) को दिया जाता है।
ग्रे स्केल: छवि की चमक में विचरणों को अंकित करने का एक माध्यम जो काले से सफेद तक मध्यवर्ती ग्रे मानों के साथ होता है।
छवि: प्राकृतिक और मानव निर्मित विशेषताओं और गतिविधियों वाले दृश्य का स्थायी अभिलेख, जो फोटोग्राफिक और गैर-फोटोग्राफिक साधनों द्वारा उत्पन्न किया जाता है।
दृश्य: एक छवि या फोटोग्राफ द्वारा आच्छादित भूभाग।
संवेदक: कोई भी इमेजिंग या गैर-इमेजिंग उपकरण जो EMR प्राप्त करता है और उसे एक ऐसे संकेत में बदलता है जिसे फोटोग्राफिक या डिजिटल छवि के रूप में अभिलेखित और प्रदर्शित किया जा सकता है।
परावर्तनांक: किसी पदार्थ द्वारा परावर्तित विकिरण ऊर्जा और उसे प्राप्त ऊर्जा का अनुपात।
स्पेक्ट्रल बैंड: सतत स्पेक्ट्रम में तरंगदैर्ध्यों की सीमा जैसे हरा बैंड 0.5 से $.6 \mu$ तक और NIR बैंड की सीमा 0.7 से $1.1 \mu$ तक।
दूर संवेदन में चरण
चित्र 6.2 दूर संवेदन आंकड़ा अर्जन में प्रयुक्त प्रक्रियाओं को दर्शाता है। पृथ्वी सतह की वस्तुओं और घटनाओं के गुणों के बारे में सूचना संग्रह में सहायक ये मूलभूत प्रक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
(a) ऊर्जा का स्रोत (सूर्य/स्व-उत्सर्जन);
(b) ऊर्जा का स्रोत से पृथ्वी की सतह तक संचरण;
(c) ऊर्जा का पृथ्वी की सतह के साथ अन्योन्यक्रिया;
(d) परावर्तित/उत्सर्जित ऊर्जा का वायुमंडल के माध्यम से प्रसार;
(e) परावर्तित/उत्सर्जित ऊर्जा का संवेदक द्वारा संसूचन;
(f) प्राप्त ऊर्जा को फोटोग्राफिक/डिजिटल आंकड़ा रूप में रूपांतरण;
(g) आंकड़ा उत्पादों से सूचना सामग्री निष्कर्षण; और
(h) सूचना को मानचित्र/सारणी रूप में रूपांतरण।
चित्र 6.2 दूर संवेदन आंकड़ा अर्जन में चरण
a. ऊर्जा का स्रोत: सूर्य दूर संवेदन में प्रयुक्त ऊर्जा का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत है। ऊर्जा कृत्रिम रूप से भी उत्पन्न की जा सकती है और वस्तुओं व घटनाओं के बारे में सूचना एकत्र करने हेतु प्रयोग की जाती है, जैसे फ्लैशगन या रडार (रेडियो संसूचन और परिसीमा) में प्रयुक्त ऊर्जा किरणें।
b. स्रोत से पृथ्वी की सतह तक ऊर्जा का संचरण: स्रोत से निकलने वाली ऊर्जा स्रोत और वस्तु की सतह के बीच प्रकाश की गति से $(300,000 \mathrm{~km}$ प्रति सेकंड) ऊर्जा की तरंगों के रूप में फैलती है। इस प्रकार की ऊर्जा का प्रसार विद्युतचुंबकीय विकिरण (EMR) कहलाता है। ऊर्जा की तरंगें आकार और आवृत्ति में भिन्न होती हैं। इन विभिन्नताओं को चित्रित करने को विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम (चित्र 6.3) कहा जाता है। तरंगों के आकार और आवृत्ति के आधार पर ऊर्जा की तरंगों को गामा, एक्स-रे, पराबैंगनी किरणें, दृश्य किरणें, अवरक्त किरणें, माइक्रोवेव और रेडियो तरंगों में वर्गीकृत किया गया है। स्पेक्ट्रम के इन व्यापक क्षेत्रों में से प्रत्येक का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है। हालांकि, दूरस्थ संवेदन में ऊर्जा के दृश्य, अवरक्त और माइक्रोवेव क्षेत्रों का उपयोग किया जाता है।
चित्र 6.3 विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम
c. पृथ्वी की सतह के साथ ऊर्जा की अन्योन्यक्रिया: प्रसारित होती हुई ऊर्जा अंततः पृथ्वी की सतह की वस्तुओं से टकराती है। इससे वस्तुओं द्वारा ऊर्जा का अवशोषण, संचरण, परावर्तन या उत्सर्जन होता है। हम सभी जानते हैं कि सभी वस्तुओं की संरचना, दिखावट और अन्य गुण भिन्न-भिन्न होते हैं। इसलिए, वस्तुओं द्वारा प्राप्त ऊर्जा के प्रति प्रतिक्रिया भी एकसमान नहीं होती। इसके अतिरिक्त, एक ही वस्तु स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में प्राप्त ऊर्जा के प्रति भिन्न-भिन्न प्रतिक्रिया भी देती है (चित्र 6.5)। उदाहरण के लिए, एक स्वच्छ जल निकाय स्पेक्ट्रम के लाल और अवरक्त क्षेत्रों में अधिक ऊर्जा अवशोषित करता है और उपग्रह चित्र में गहरा/काला प्रतीत होता है, जबकि एक दूधिया जल निकाय नीले और हरे क्षेत्रों में अधिक परावर्तन करता है और हल्के स्वर में प्रतीत होता है (चित्र 6.4)।
चित्र 6.4 मिट्टी, वनस्पति और जल की स्पेक्ट्रल हस्ताक्षर
चित्र 6.5 राजस्थान के सांभर झील के आईआरएस 1 सी बैंड 1 हरा (बाएँ) और बैंड 4 आईआर चित्र
d. वायुमंडल के माध्यम से परावर्तित/उत्सर्जित ऊर्जा का प्रसार: जब ऊर्जा पृथ्वी की सतह की वस्तुओं से परावर्तित होती है, तो यह पुनः वायुमंडल में प्रवेश करती है। आप इस तथ्य से अवगत होंगे कि वायुमंडल गैसों, जल अणुओं और धूल कणों से बना होता है। वस्तुओं से परावर्तित ऊर्जा वायुमंडलीय घटकों के संपर्क में आती है और मूल ऊर्जा के गुण परिवर्तित हो जाते हैं। जहाँ कार्बन डाइऑक्साइड $\left(\mathrm{CO}_{2}\right)$, हाइड्रोजन $(\mathrm{H})$ और जल अणु मध्य इन्फ्रारेड क्षेत्र में ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, वहीं धूल कण नीली ऊर्जा को प्रकीर्णित करते हैं। इस प्रकार, वायुमंडलीय घटकों द्वारा या तो अवशोषित या प्रकीर्णित ऊर्जा उपग्रह पर स्थित संवेदक तक कभी नहीं पहुँचती और ऐसी ऊर्जा तरंगों द्वारा वहन किए गए वस्तुओं के गुण अनदर्जित रह जाते हैं।
e. संवेदक द्वारा परावर्तित/उत्सर्जित ऊर्जा का पता लगाना: जिन संवेदकों द्वारा प्राप्त होने वाली ऊर्जा को अभिलेखित किया जाता है, उन्हें लगभग ध्रुवीय सूर्य-समकालिक कक्षा (near-polar sun synchronous orbit) में 700-900 किमी की ऊँचाई पर स्थापित किया जाता है। इन उपग्रहों को सुदूर संवेदी उपग्रह (remote sensing satellites) कहा जाता है (जैसे भारतीय सुदूर संवेदी श्रृंखला)। इन उपग्रहों के विपरीत, मौसम निगरानी और दूरसंचार उपग्रहों को भू-स्थिर (Geostationary) स्थिति में रखा जाता है (उपग्रह सदैव अपनी कक्षा में इस प्रकार स्थित रहता है कि वह पृथ्वी के घूर्णन की दिशा के साथ समकालिक होता है) और ये पृथ्वी के अक्ष पर घूर्णन की दिशा के अनुरूप लगभग 36,000 किमी की ऊँचाई पर परिक्रमा करते हैं (जैसे INSAT श्रृंखला के उपग्रह)। सुदूर संवेदी और मौसम निगरानी उपग्रहों की तुलना बॉक्स (6.1) में दी गई है। आकृति 6.6 क्रमशः सूर्य-समकालिक और भू-स्थिर उपग्रहों की कक्षाओं को दर्शाती है।
बॉक्स. 6.1 सूर्य-समकालिक और भू-स्थिर उपग्रहों की तुलना
| कक्षीय | सूर्य-समकालिक | भू-स्थिर |
|---|---|---|
| विशेषताएँ | उपग्रह | उपग्रह |
| ऊँचाई | $700-900 \mathrm{~km}$ | $@ 36,000 \mathrm{~km}$ |
| कवरेज | $81^{\circ}\mathrm{N}$ से $81^{\circ}\mathrm{S}$ | ग्लोब का $1 / 3^{\text {rd }}$ |
| कक्षीय अवधि | दिन में $@ 14$ चक्कर | 24 घंटे |
| रिज़ॉल्यूशन | सूक्ष्म | मोटा |
| $(182$ मीटर से 1 मीटर) | $(1 \mathrm{~km}\times 1 \mathrm{~km})$ | |
| उपयोग | पृथ्वी संसाधन | दूरसंचार |
| अनुप्रयोग | और मौसम निगरानी |
चित्र 6.6 सूर्य-समकालिक (बाएँ) और भू-स्थिर (दाएँ) उपग्रहों की कक्षा
दूरस्थ संवेदन उपग्रहों को ऐसे संवेदकों के साथ तैनात किया जाता है जो वस्तुओं द्वारा परावर्तित ईएमआर को एकत्र करने में सक्षम होते हैं। फोटोग्राफिक कैमरा एक्सपोज़र के क्षण में फोटोग्राफ प्राप्त करता है। हालाँकि, दूरस्थ संवेदन उपग्रहों में प्रयुक्त संवेदक सूचना को एकत्र करने और रिकॉर्ड करने में फोटोग्राफिक कैमरा से भिन्न तंत्र रखते हैं। अंतरिक्ष-आधारित संवेदकों द्वारा प्राप्त की गई छवियाँ डिजिटल प्रारूप में होती हैं, जबकि कैमरा-आधारित प्रणाली से प्राप्त छवियाँ फोटोग्राफिक प्रारूप में होती हैं।
f. ऊर्जा को फोटोग्राफिक/डिजिटल डेटा रूप में रूपांतरण: सेंसर द्वारा प्राप्त विकिरणों को इलेक्ट्रॉनिक रूप से डिजिटल छवि में बदला जाता है। इसमें डिजिटल संख्याएँ होती हैं जिन्हें पंक्तियों और स्तंभों में व्यवस्थित किया जाता है। इन संख्याओं को डेटा उत्पाद के एनालॉग (चित्र) रूप में भी रूपांतरित किया जा सकता है। पृथ्वी की कक्षा में घूमने वाले उपग्रह पर लगा सेंसर एकत्रित छवि डेटा को इलेक्ट्रॉनिक रूप से दुनिया के विभिन्न हिस्सों में स्थित अर्थ रिसीविंग स्टेशन को भेजता है। भारत में, एक ऐसा स्टेशन हैदराबाद के पास शादनगर में स्थित है।
g. डेटा उत्पादों से सूचना सामग्री निकालना: जब छवि डेटा अर्थ स्टेशन पर प्राप्त हो जाता है, तो इसे छवि डेटा संग्रह के दौरान हुई त्रुटियों को दूर करने के लिए संसाधित किया जाता है। एक बार छवि सुधार लेने के बाद, डिजिटल छवियों से डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग तकनीकों का उपयोग करके और डेटा उत्पादों के एनालॉग रूप से दृश्य व्याख्या विधियों को लागू करके सूचना निकाली जाती है।
h. सूचना को मानचित्र/सारणी रूप में रूपांतरण: व्याख्या की गई सूचना को अंत में रेखांकित किया जाता है और विभिन्न थीमेटिक मानचित्रों की परतों में बदला जाता है। इसके अलावा, सारणी डेटा उत्पन्न करने के लिए मात्रात्मक माप भी लिए जाते हैं।
सेंसर
एक सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो विद्युतचुंबकीय विकिरण एकत्र करता है, उसे एक सिग्नल में बदलता है और उसे एक ऐसे रूप में प्रस्तुत करता है जिससे अन्वेषण के अधीन वस्तुओं के बारे में सूचना प्राप्त करना सुविधाजनक हो। डेटा आउटपुट के रूप के आधार पर, सेंसरों को फोटोग्राफिक (एनालॉग) और गैर-फोटोग्राफिक (डिजिटल) सेंसरों में वर्गीकृत किया जाता है।
एक फोटोग्राफिक सेंसर (कैमरा) एक्सपोज़र के एक क्षण में वस्तुओं की छवियों को रिकॉर्ड करता है। दूसरी ओर, एक गैर-फोटोग्राफिक सेंसर वस्तुओं की छवियों को बिट-दर-बिट रूप में प्राप्त करता है। इन सेंसरों को स्कैनर कहा जाता है। वर्तमान अध्याय में, हम स्वयं को उपग्रह दूरस्थ संवेदन में प्रयुक्त होने वाले गैर-फोटोग्राफिक सेंसरों का वर्णन करने तक सीमित रखेंगे।
बहु-स्पेक्ट्रल स्कैनर: उपग्रहीय दूरसंवेदन में, बहु-स्पेक्ट्रल स्कैनर (MSS) सेंसर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। ये सेंसर दृश्य क्षेत्र में आगे बढ़ते समय वस्तुओं की छवियां प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। एक स्कैनर आमतौर पर एक दर्पण और डिटेक्टरों से बने रिसेप्शन सिस्टम से बना होता है। एक स्कैनिंग सेंसर दृश्य को स्कैन लाइनों की एक श्रृंखला रिकॉर्ड करके बनाता है। ऐसा करते समय, मोटर डिवाइस स्कैनिंग दर्पण को सेंसर के कोणीय दृश्य क्षेत्र में दोलन करती है, जो स्कैन लाइनों की लंबाई निर्धारित करता है और इसे स्वाथ कहा जाता है। ऐसे कारणों से, स्कैनर द्वारा छवियों के संग्रह की विधि को बिट-दर-बिट कहा जाता है। प्रत्येक दृश्य को सेलों से बना होता है जो छवि की स्थानिक रिज़ॉल्यूशन निर्धारित करते हैं। दृश्य के पार स्कैनिंग दर्पण का दोलन प्राप्त ऊर्जा को डिटेक्टरों की ओर निर्देशित करता है, जहां इसे विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जाता है। इन संकेतों को आगे संख्यात्मक मानों में परिवर्तित किया जाता है जिन्हें डिजिटल नंबर (DN मान) कहा जाता है और जिन्हें चुंबकीय टेप पर रिकॉर्ड किया जाता है।
बहु-स्पेक्ट्रल स्कैनरों को निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किया गया है:
(i) व्हिस्कब्रूम स्कैनर
(ii) पुशब्रूम स्कैनर
(i) व्हिस्कब्रूम स्कैनर: व्हिस्कब्रूम स्कैनर एक घूर्णन दर्पण और एक एकल डिटेक्टर से बने होते हैं। दर्पण इस प्रकार उन्मुख होता है कि जब यह एक घूर्णन पूरा करता है, तो डिटेक्टर दृश्य क्षेत्र में आगे बढ़ता है
6.7 विस्कब्रूम स्कैनर
6.8 पुशब्रूम स्कैनर
90 और 120 के बीच स्पेक्ट्रम के दृश्य से मध्य इन्फ्रारेड क्षेत्रों तक संकीर्ण स्पेक्ट्रल बैंडों की एक बड़ी संख्या में छवियाँ प्राप्त करने के लिए। दोलनशील सेंसर की कुल सीमा को स्कैनर का कुल दृष्टि क्षेत्र (TFOV) कहा जाता है। संपूर्ण क्षेत्र को स्कैन करते समय, सेंसर का ऑप्टिकल हेड हमेशा एक विशेष आयाम पर रखा जाता है जिसे तात्कालिक दृष्टि क्षेत्र (IFOV) कहा जाता है। चित्र 6.7 विस्कब्रूम स्कैनर की स्कैनिंग तंत्र को दर्शाता है।
(i) पुशब्रूम स्कैनर: पुशब्रूम स्कैनरों में कई डिटेक्टर होते हैं, जिनकी संख्या सेंसर की स्वाथ को स्थानिक संकल्प के आकार से विभाजित करने पर प्राप्त संख्या के बराबर होती है (चित्र 6.8)। उदाहरण के लिए, फ्रेंच रिमोट सेंसिंग उपग्रह SPOT के हाई रेज़ोल्यूशन विज़िबल रेडियोमीटर - 1 (HRVR - 1) की स्वाथ $60 \mathrm{~km}$ है और स्थानिक संकल्प 20 मीटर है। यदि हम $60 \mathrm{~km}\times 1000$ मीटर $/ 20$ मीटर को विभाजित करें, तो हमें 3000 डिटेक्टरों की संख्या प्राप्त होती है जो SPOT HRV - 1 सेंसर में तैनात हैं। पुशब्रूम स्कैनर में, सभी डिटेक्टर रेखीय रूप से व्यवस्थित होते हैं और प्रत्येक डिटेक्टर 20 मीटर के भू-कोष्ठक (पिक्सेल) आयामों से परावर्तित ऊर्जा को नादिर दृष्टिकोण से एकत्र करता है।
उपग्रहों की संकल्पन शक्ति
उपग्रहीय सुदूर संवेदन में, सूर्य-समकालीन ध्रुवीय कक्षा पृथ्वी की एक ही सतह क्षेत्र पर पूर्वनिर्धारित आवर्ती अंतराल के बाद चित्रों के संग्रह को सक्षम बनाती है, जिसे अस्थायी संकल्प या पुनः भ्रमण समय कहा जाता है। चित्र 6.9 एक ही क्षेत्र के लिए दो विभिन्न समयावधियों में अधिग्रहित दो चित्रों को दर्शाता है जो हिमालय में वनस्पति के प्रकारों के संबंध में होने वाले परिवर्तनों का अध्ययन और अभिलेखन करने में सक्षम बनाता है। एक अन्य उदाहरण में, चित्र 6.10 (a और b) हिंद महासागर में सुनामी से पहले और बाद में अधिग्रहित चित्रों को दर्शाता है। जून 2004 में अधिग्रहित चित्र इंडोनेशिया के बांडा आचे की अबाधित स्थलाकृति को स्पष्ट रूप से दिखाता है, जबकि सुनामी के तुरंत बाद अधिग्रहित पश्चात्-सुनामी चित्र सुनामी द्वारा किए गए नुकसानों को प्रकट करता है।
चित्र 6.9 आईआरएस उपग्रह द्वारा मई (बाएं) और नवंबर (दाएं) में लिए गए हिमालय और उत्तरी भारतीय मैदान के चित्र वनस्पति के प्रकारों में अंतर दिखाते हैं। मई के चित्र में लाल धब्बे शंकुधारी वनस्पति को संदर्भित करते हैं। नवंबर के चित्र में अतिरिक्त लाल धब्बे पर्णपाती पौधों को संदर्भित करते हैं और हल्का लाल रंग फसलों से संबंधित है।
चित्र 6.10 (a) जून 2004 में अधिग्रहित पूर्व-सूनामी छवि
चित्र 6.10 (b) दिसंबर 2004 में अधिग्रहित सूनामी-पश्चात छवि
संवेदक संकल्प
दूरस्थ संवेदक स्थानिक, स्पेक्ट्रल और विकिरणमितीय संकल्पों द्वारा विशेषित होते हैं जो विभिन्न भू-भाग की स्थितियों से संबंधित उपयोगी सूचना निष्कर्षण सक्षम बनाते हैं।
(i) स्थानिक विभेदन क्षमता: आपने कुछ लोगों को किताब या अख़बार पढ़ते समय चश्मा पहने हुए अवश्य देखा होगा। क्या आपने कभी सोचा है कि वे ऐसा क्यों करते हैं? इसका कारण यह है कि उनकी आँखों की यह शक्ति कि एक शब्द में बहुत पास-पास रखे अक्षरों को दो भिन्न अक्षरों के रूप में पहचाने, कमज़ोर होती है। धनात्मक चश्मे का उपयोग कर वे अपनी दृष्टि तथा विभेदन क्षमता दोनों को सुधारने का प्रयास करते हैं। दूरसंवेदन में संवेदकों की स्थानिक विभेदन क्षमता भी इसी घटना से संबंधित है। यह संवेदक की योग्यता है कि वह बहुत पास-पास स्थित वस्तु-पृष्ठों को दो भिन्न वस्तु-पृष्ठों के रूप में पहचाने। एक नियम के तौर पर, विभेदन क्षमता बढ़ने के साथ-साथ और भी छोटे वस्तु-पृष्ठों की पहचान संभव हो जाती है।
(ii) वर्णक्रमीय विभेदन क्षमता: यह संवेदक की विभिन्न वैद्युत-चुंबकीय विकिरण (EMR) बैंडों में संवेदन और अभिलेखन क्षमता को दर्शाता है। बहु-वर्णक्रमीय प्रतिबिम्ब एक ऐसे यंत्र द्वारा प्राप्त किए जाते हैं जो संवेदक द्वारा प्राप्त विकिरण को विच्छुरित करता है और विशिष्ट वर्णक्रमीय परासों के प्रति संवेदी संसूचकों को लगाकर उसका अभिलेखन करता है। ऐसे प्रतिबिम्ब प्राप्त करने के सिद्धांत प्रकाश के प्राकृतिक विच्छुरण के विस्तार पर आधारित हैं, जिससे ‘इंद्रधनुष’ दिखाई देता है, और प्रयोगशाला में प्रिज़्म के उपयोग पर (Box 6.2)।
विभिन्न बैंडों में प्राप्त की गई छवियाँ वस्तुओं को अलग-अलग तरह से प्रतिक्रिया देते हुए दिखाती हैं, जैसा कि दूर संवेदी आंकड़ा अर्जन के चरणों के पैरा 3 में चर्चा की गई है। चित्र 6.11 विभिन्न स्पेक्ट्रल क्षेत्रों में अर्जित की गई छवियों को दर्शाता है, जो IRS P-6 (Resource sat - 1) द्वारा प्राप्त की गई हैं, जिसमें बैंड 4 (इन्फ्रारेड) में ताजे पानी की प्रबल अवशोषण विशेषताएँ और बैंड 2 (हरा) में शुष्क सतहों द्वारा मिश्रित प्रबल परावर्तन दिखाई दे रहे हैं (चित्र 6.11)।
(iii) रेडियोमेट्रिक रिज़ॉल्यूशन: यह सेंसर की दो लक्ष्यों के बीच भेद करने की क्षमता है। रेडियोमेट्रिक रिज़ॉल्यूशन जितना अधिक होगा, दो लक्ष्यों के बीच इतनी ही छोटी चमक अंतरों का पता लगाया जा सकेगा।
विश्व के कुछ दूर संवेदी उपग्रहों की स्थानिक, स्पेक्ट्रल और रेडियोमेट्रिक रिज़ॉल्यूशन को तालिका 6.1 में दिखाया गया है।
तालिका 6.1 लैंडसैट, IRS और SPOT सेंसरों की स्थानिक, स्पेक्ट्रल और रेडियोमेट्रिक रिज़ॉल्यूशन
| उपग्रह/सेंसर | स्थानिक रिज़ॉल्यूशन (मीटर में) |
बैंडों की संख्या |
रेडियोमेट्रिक सीमा (ग्रे स्तर विचरणों की संख्या) |
|---|---|---|---|
| Landsat MSS (USA) | $80.0 \times 80.0$ | 4 | $0-64$ |
| IRS LISS - I (India) | $72.5 \times 72.5$ | 4 | $0-127$ |
| IRS LISS - II (India) | $36.25 \times 36.25$ | 4 | $0-127$ |
| Landsat TM (USA) | $30.00 \times 30.00$ | 4 | $0-255$ |
| IRS LISS III (India) | $23.00 \times 23.00$ | 4 | $0-127$ |
| SPOT HRV - I (France) | $20.00 \times 20.00$ | 3 | $0-255$ |
| SPOT HRV - II (France) | $10.00 \times 10.00$ | 1 | $0-255$ |
| IRS PAN (India) | $5.80 \times 5.80$ | 1 | $0-127$ |
बॉक्स 6.2
इंद्रधनुष (प्रकाश का प्राकृतिक विच्छुरण)
प्रिज़्म (प्रकाश का कृत्रिम विच्छुरण)
प्रकाश का विच्छुरण (बहु-स्पेक्ट्रल छवियाँ प्राप्त करने में उपयोग होने वाला सिद्धांत) कई बैंडों में छवियाँ प्राप्त करने की समग्र प्रक्रिया प्रकाश के विच्छुरण के सिद्धांत से शक्ति प्राप्त करती है। आपने इंद्रधनुष तो देखा ही होगा। यह वायुमंडल में मौजूद जल कणों के माध्यम से प्रकाश किरणों के प्राकृतिक विच्छुरण की प्रक्रिया से बनता है। इसी घटना को प्रयोग द्वारा एक प्रिज़्म की एक ओर प्रकाश की किरण डालकर देखा जा सकता है। प्रिज़्म की दूसरी ओर आप ऊर्जा का सात रंगों में विच्छुरण देख सकते हैं जो श्वेत प्रकाश बनाते हैं।
आकृति 6.11 आईआरएस पी-6 (रिसोर्ससैट-1) छवियाँ नजफगढ़, दिल्ली के कुछ भागों की, 03 जून 2005
डेटा उत्पाद
हमने देखा है कि विद्युतचुंबकीय ऊर्जा को या तो फोटोग्राफिक रूप से या इलेक्ट्रॉनिक रूप से संसूचित किया जा सकता है। फोटोग्राफिक प्रक्रिया ऊर्जा के परिवर्तनों को संसूचित और अभिलेखित करने के लिए प्रकाश-संवेदनशील फिल्म का उपयोग करती है। दूसरी ओर, एक स्कैनिंग उपकरण डिजिटल मोड में छवियाँ प्राप्त करता है। शब्दों—छवियाँ और फोटोग्राफ—के बीच अंतर करना महत्वपूर्ण है। एक छवि चित्रात्मक प्रतिनिधित्व को संदर्भित करती है, बिना इस बात पर ध्यान दिए कि ऊर्जा के किस क्षेत्र का उपयोग इसे संसूचित और अभिलेखित करने के लिए किया गया है। एक फोटोग्राफ विशेष रूप से उन छवियों को संदर्भित करता है जिन्हें फोटोग्राफिक फिल्म पर अभिलेखित किया गया है। इसलिए यह कहा जा सकता है कि सभी फोटोग्राफ छवियाँ होती हैं, परंतु सभी छवियाँ फोटोग्राफ नहीं होतीं।
संसूचन और अभिलेखन में प्रयुक्त तंत्र के आधार पर, रिमोट सेंसिंग डेटा उत्पादों को मुख्यतः दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
-
फोटोग्राफिक छवियाँ
-
डिजिटल छवियाँ
फोटोग्राफिक छवियाँ: फोटोग्राफ विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के ऑप्टिकल क्षेत्रों में, अर्थात् $0.3-0.9 \mu\mathrm{m}$ में अधिग्रहित किए जाते हैं। फोटोग्राफ प्राप्त करने के लिए चार विभिन्न प्रकार की प्रकाश-संवेदनशील फिल्म इमल्शन आधार प्रयुक्त होते हैं। ये हैं—ब्लैक एंड व्हाइट, कलर, ब्लैक एंड व्हाइट इन्फ्रारेड और कलर इन्फ्रारेड। यद्यपि, एरियल फोटोग्राफी में सामान्यतः ब्लैक एंड व्हाइट फिल्म का उपयोग होता है। फोटोग्राफों को किसी भी सीमा तक बड़ा किया जा सकता है बिना सूचना-सामग्री या कॉन्ट्रास्ट खोए।
डिजिटल छवियाँ: एक डिजिटल छवि डिस्क्रिट पिक्चर एलिमेंट्स यानी पिक्सेल्स से बनी होती है। छवि में मौजूद प्रत्येक पिक्सेल की एक तीव्रता मान और दो-आयामी छवि स्थान में एक पता होता है। एक डिजिटल नंबर (DN) किसी पिक्सेल के औसत तीव्रता मान को दर्शाता है। यह सेंसर द्वारा प्राप्त विद्युतचुंबकीय ऊर्जा और उसकी सीमा वर्णन करने के लिए उपयोग किए गए तीव्रता स्तरों पर निर्भर करता है।
एक डिजिटल छवि में वस्तुओं की छवियों से संबंधित विवरणों की पुनरुत्पादन पिक्सेल के आकार से प्रभावित होता है। छोटे आकार का पिक्सेल आमतौर पर दृश्य विवरणों और डिजिटल प्रतिनिधित्व के संरक्षण में उपयोगी होता है। हालांकि, डिजिटल छवि को एक निश्चित सीमा से आगे ज़ूम करने पर सूचना की हानि होती है और केवल पिक्सेल ही दिखाई देते हैं। डिजिटल छवि प्रोसेसिंग एल्गोरिदम का उपयोग करके, छवि में उनकी तीव्रता स्तर को दर्शाने वाले डिजिटल नंबरों को प्रदर्शित किया जा सकता है (चित्र 6.12)।
चित्र 6.12 डिजिटल छवि (ऊपर) और उसका एक हिस्सा ज़ूम करके दिखाया गया, जिसमें पिक्सेल की चमक (बाएँ) और संबद्ध डिजिटल नंबर (दाएँ) दिखाए गए हैं
उपग्रह छवियों की व्याख्या
सेंसरों से प्राप्त आंकड़ों का उपयोग पृथ्वी की सतह के वस्तुओं और घटनाओं के रूपों और प्रतिरूपों से संबंधित सूचना निष्कर्षण के लिए किया जाता है। हमने देखा है कि विभिन्न सेंसर फोटोग्राफिक और डिजिटल आंकड़ा उत्पाद प्राप्त करते हैं। इसलिए, ऐसी विशेषताओं के गुणात्मक और मात्रात्मक गुणों का निष्कर्षण दृश्य व्याख्या विधियों या डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग तकनीकों में से किसी का भी उपयोग करके किया जा सकता है।
दृश्य व्याख्या एक मैनुअल अभ्यास है। इसमें वस्तुओं की छवियों को उनकी पहचान के उद्देश्य से पढ़ना शामिल है। दूसरी ओर, डिजिटल इमेजों से वांछित सूचना निष्कर्षण के लिए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर का संयोजन आवश्यक होता है। समय, उपकरणों और सहायक उपकरणों की सीमाओं के अंतर्गत डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग तकनीकों पर विचार करना संभव नहीं होगा। इसलिए, केवल दृश्य व्याख्या विधियों पर चर्चा की जाएगी।
दृश्य व्याख्या के तत्व
चाहे हम इसे जानते हों या नहीं, हम अपने दिन-प्रतिदिन के जीवन में वस्तुओं की पहचान करने के लिए उनके आकार, आकार, स्थान और आसपास की वस्तुओं के साथ उनके संबंधों का उपयोग करते हैं। वस्तुओं की ये विशेषताएं दृश्य व्याख्या के तत्वों के रूप में जानी जाती हैं। हम वस्तुओं की विशेषताओं को दो व्यापक श्रेणियों में और भी वर्गीकृत कर सकते हैं, अर्थात् छवि विशेषताएं और भू-भाग विशेषताएं। छवि विशेषताओं में वह स्वर या रंग शामिल होता है जिसमें वस्तुएं प्रकट होती हैं, उनका आकार, आकार, पैटर्न, बनावट और वे छाया जो वे डालती हैं। दूसरी ओर, स्थान और विभिन्न वस्तुओं का आसपास की वस्तुओं के साथ संबंध भू-भाग विशेषताओं का निर्माण करते हैं।
1. स्वर या रंग: हम जानते हैं कि सभी वस्तुएँ स्पेक्ट्रम के सभी क्षेत्रों में ऊर्जा ग्रहण करती हैं। वस्तु की सतह के साथ विद्युतचुंबकीय विकिरण (EMR) की अन्योन्य क्रिया ऊर्जा के अवशोषण, संचरण और परावर्तन को जन्म देती है। यह परावर्तित ऊर्जा की मात्रा है जिसे सेंसर ग्रे के स्वरों में, या काले-सफेद और रंगीन प्रतिबिंबों में क्रमशः रंगों के रूप में प्राप्त और अभिलेखित किया जाता है। स्वर या रंग में विभिन्नताएँ आने वाले विकिरण की दिशा, सतह के गुणधर्मों और वस्तुओं की संरचना पर निर्भर करती हैं। दूसरे शब्दों में, चिकनी और सूखी वस्तु सतहें खुरदरी और नम सतहों की तुलना में अधिक ऊर्जा परावर्तित करती हैं। इसके अतिरिक्त, वस्तुओं की प्रतिक्रिया स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में भी भिन्न होती है (देखें पैरा ‘C - रिमोट सेंसिंग डेटा अधिग्रहण के चरण’)। उदाहरण के लिए, स्वस्थ वनस्पति बहु-स्तरीय पत्ती संरचना के कारण अवरक्त क्षेत्र में प्रबल रूप से परावर्तित करती है और हल्के स्वर या उजले लाल रंग में प्रतीत होती है।
6.13 (a) गंदा नदी
6.13 (b) स्वच्छ जल वाली नदी
मानक फ़ॉल्स कलर कम्पोज़िट में रंग और झाड़ियाँ धूसर लाल रंग में दिखाई देती हैं। इसी प्रकार, एक ताजा जल निकाय द्वारा प्राप्त अधिकांश विकिरणों को अवशोषित किया जाता है और यह गहरे स्वर या काले रंग में दिखाई देता है, जबकि एक धुंधला जल निकाय FCC में हल्के स्वर या हल्के नीले रंग में दिखाई देता है क्योंकि जल अणुओं और निलंबित रेत कणों द्वारा दिखाया गया मिश्रित प्रतिक्रिया होता है (आकृतियाँ $6.13 \mathrm{a}$ और b)।
पृथ्वी की सतह की विभिन्न विशेषताएँ जिन रंगों में रिमोट सेंसिंग छवियों में दर्ज की जाती हैं, वे सारणी 6.2 में दी गई हैं।
सारणी 6.2; पृथ्वी की सतह की विशेषताओं के मानक फ़ॉल्स कलर कम्पोज़िट पर रंग हस्ताक्षर
| क्र. सं. | पृथ्वी की सतह की विशेषता | रंग (मानक FCC में) |
|---|---|---|
| 1. | स्वस्थ वनस्पति और खेती वाले क्षेत्र सदाबहार पर्णपाती झाड़ियाँ फसल भूमि परती भूमि |
लाल से मैजेंटा भूरे से लाल भूरे रंग में लाल धब्बों के साथ चमकीला लाल हल्का नीला से सफेद |
| 2. | जल निकाय स्वच्छ जल धुंधला जल निकाय |
गहरा नीला से काला हल्का नीला |
| 3. | निर्मित क्षेत्र उच्च घनत्व निम्न घनत्व |
गहरा नीला से नीला हरा हल्का नीला |
| 4. | बंजर भूमि/चट्टानों के बाहर निकले हुए भाग चट्टानों के बाहर निकले हुए भाग रेतीले रेगिस्तान/नदी की रेत/ लवण प्रभावित गहरे खड्ड उथले खड्ड जल भरे हुए/आर्द्र भूमि |
हल्का भूरा हल्का नीला से सफेद गहरा हरा हल्का हरा धब्बेदार काला |
2. बनावट: बनावट का तात्पर्य स्लेटी रंगों या रंगों के रंगों में छोटे-छोटे बदलावों से है। ये बदलाव मुख्यतः छोटी इकाइयों के समूह के कारण होते हैं जिन्हें अलग-अलग नहीं पहचाना जा सकता, जैसे कि उच्च घनत्व और निम्न घनत्व वाले आवासीय क्षेत्र; झुग्गी-झोपड़ियाँ और अवैध बस्तियाँ; कूड़ा-कचरा और अन्य ठोस अपशिष्ट; और विभिन्न प्रकार की फसलें और पौधे। कुछ वस्तुओं की छवियों में बनावट के अंतर चिकनी से खुरदरी बनावट तक होते हैं (चित्र 6.14 a और b)। उदाहरण के लिए, एक बड़े शहर में घने आवासीय क्षेत्र चिकनी बनावट बनाते हैं क्योंकि मकान छोटे क्षेत्र में केंद्रित होते हैं और निम्न-घनत्व वाले आवासीय क्षेत्र खुरदरी बनावट उत्पन्न करते हैं। इसी प्रकार, उच्च संकल्प वाली छवियों में गन्ना या बाजरा के पौधे चावल या गेहूं के पौधों की तुलना में खुरदरी बनावट उत्पन्न करते हैं। झाड़ियों से भरी भूमि की छवियों में भी खुरदरी बनावट देखी जा सकती है यदि उसकी तुलना हरे-भरे सदाबहार वनों की चिकनी बनावट से की जाए।
चित्र 6.14 (a) मैंग्रोव की खुरदरी बनावट वाली छवि
चित्र 6.14 (b) फसल काटी गई भूमि की सूक्ष्म बनावट
3. आकार: किसी वस्तु का आकार, जिसे चित्र की स्पष्टता या पैमाने से पहचाना जाता है, व्यक्तिगत वस्तुओं की एक और महत्वपूर्ण विशेषता है। यह औद्योगिक और औद्योगिक परिसरों को आवासीय मकानों से अलग पहचानने (चित्र 6.15), शहर के मध्य में स्थित स्टेडियम को शहरी किनारे पर स्थित ईंट के भट्टों से, बस्तियों के आकार और पदानुक्रम आदि की पहचान करने में मदद करता है।
4. आकृति: किसी व्यक्तिगत वस्तु का सामान्य रूप और संरचना या रूपरेखा दूरस्थ संवेदी चित्रों की व्याख्या में महत्वपूर्ण संकेत प्रदान करती है। कुछ वस्तुओं की आकृति इतनी विशिष्ट होती है कि उन्हें पहचानना आसान हो जाता है। उदाहरण के लिए, संसद भवन की आकृति विशिष्ट रूप से अन्य कई निर्मित संरचनाओं से भिन्न होती है। इसी प्रकार, रेलवे लाइन को सड़क से आसानी से अलग किया जा सकता है क्योंकि इसकी लंबी, निरंतर रेखीय आकृति होती है और इसके मार्ग में धीरे-धीरे परिवर्तन होता है (चित्र 6.16)।
चित्र 6.15 संस्थागत भवनों और आवासीय क्षेत्रों के बीच आकार में भिन्नताएँ कोलकाता (क) और वाराणसी (ख) के भागों की छवियों में स्पष्ट रूप से पहचानी जा सकती हैं
चित्र 6.16 रेलवे ट्रैक की वक्ररेखीय आकृति तीव्र मोड़ वाली सड़कों से स्पष्ट रूप से भिन्न है।
आकृति धार्मिक स्थलों जैसे मस्जिदों और मंदिरों की पहचान में निर्णायक भूमिका निभाती है क्योंकि ये स्पष्ट विशेषताएँ होती हैं।
5. छाया: किसी वस्तु की छाया सूर्य के प्रकाश कोण और वस्तु की ऊँचाई का एक कार्य होती है। कुछ वस्तुओं की आकृति इतनी विशिष्ट होती है कि उन्हें तभी पहचाना जा सकता है जब उनकी डाली गई छाया की लंबाई ज्ञात हो। उदाहरण के लिए, दिल्ली में स्थित कुतुब मीनार, मस्जिदों की मीनारें, ओवरहेड पानी की टंकियाँ, बिजली या टेलीफोन की तारें और इसी तरह की अन्य विशेषताओं को केवल उनकी छाया के आधार पर ही पहचाना जा सकता है। छाया शहर के केंद्रों में वस्तुओं की पहचान को प्रतिकूल रूप से भी प्रभावित करती है क्योंकि यह एक गहरे स्वर को उत्पन्न करती है, जो ऊँची इमारतों की छाया के नीचे पड़ी विशेषताओं के मूल स्वर या रंग को प्रभावित करता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि छवि व्याख्या के एक तत्व के रूप में छाया उपग्रह छवियों में कम उपयोगी है। हालाँकि, यह बड़े पैमाने वाली एरियल फोटोग्राफी में उपयोगी उद्देश्य सेवित करती है।
6. पैटर्न: कई प्राकृतिक और मानव निर्मित विशेषताओं की स्थानिक व्यवस्थाएँ रूपों और संबंधों की बार-बार दिखाई देने वाली उपस्थिति दिखाती हैं। इन व्यवस्थाओं को आसानी से चित्रों से पहचाना जा सकता है यदि उनके द्वारा बनाए गए पैटर्न का उपयोग किया जाए। उदाहरण के लिए, एक शहरी क्षेत्र में समान आकार और लेआउट योजना वाले आवासीय इकाइयों की योजनाबद्ध आवासीय क्षेत्रों को आसानी से पहचाना जा सकता है यदि उनके पैटर्न का अनुसरण किया जाए (चित्र 6.17)। इसी प्रकार, बागों और बागानों में समान प्रकार के पौधों की व्यवस्था होती है जिनके बीच की दूरी समान होती है। विभिन्न प्रकार की जल निकासी या बस्तियों के बीच भी अंतर किया जा सकता है यदि उनके पैटर्न को ठीक से अध्ययन और पहचाना जाए।
चित्र 6.17 योजनाबद्ध आवासीय क्षेत्रों को उनके द्वारा बनाए गए पैटर्न का उपयोग करके आसानी से पहचाना जा सकता है
7. संघ: संघ से तात्पर्य वस्तुओं और उनके परिवेश के बीच संबंध से है, साथ ही उनके भौगोलिक स्थान से भी। उदाहरण के लिए, कोई शैक्षणिक संस्था हमेशा अपना संघ खोजती है आवासीय क्षेत्र में या उसके निकट अपने स्थान के साथ-साथ उसी परिसर में स्थित खेल मैदान के स्थान से भी। इसी प्रकार, स्टेडियम, रेस कोर्स और गोल्फ कोर्स किसी बड़े शहर के लिए उपयुक्त माने जाते हैं, बढ़ते हुए शहर की परिधि पर राजमार्ग के किनारे औद्योगिक स्थल, और नालों और रेलवे लाइनों के किनारे बस्तियाँ।
अभ्यास
1. नीचे दी गई चार विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए
(i) वस्तुओं की दूरस्थ संवेदन विभिन्न साधनों से की जा सकती है जैसे A. दूरस्थ संवेदक, B. मानव आँखें और C. फोटोग्राफिक प्रणाली। निम्नलिखित में से कौन-सा उनके विकास का सही क्रम दर्शाता है।
(a) $\mathrm{ABC}$ (b) BCA (c) $\mathrm{CAB}$ (d) उपरोक्त में से कोई नहीं
(ii) निम्नलिखित में से कौन-सा विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम का क्षेत्र उपग्रह दूरस्थ संवेदन में प्रयुक्त नहीं होता है।
(a) माइक्रोवेव क्षेत्र (b) इन्फ्रारेड क्षेत्र (c) एक्स-रे (d) दृश्य क्षेत्र
(iii) निम्नलिखित में से कौन-सा दृश्य व्याख्या तकनीक में प्रयुक्त नहीं होता है?
(a) वस्तुओं की स्थानिक व्यवस्था (b) छवि पर स्वर परिवर्तन की आवृत्ति (c) अन्य वस्तुओं के सापेक्ष वस्तुओं का स्थान (d) डिजिटल छवि प्रसंस्करण
2. निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर लगभग 30 शब्दों में दीजिए।
(i) दूरस्थ संवेदन अन्य पारंपरिक तकनीकों से बेहतर तकनीक क्यों है?
(ii) आईआरएस और आईएनएसएटी श्रृंखला के उपग्रहों के बीच अंतर बताइए।
(iii) पुशब्रूम स्कैनर के कार्य को संक्षेप में वर्णन कीजिए।
3. निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर लगभग 125 शब्दों में दीजिए।
(i) व्हिस्कब्रूम स्कैनर के संचालन का वर्णन एक आरेख की सहायता से कीजिए। समझाइए कि यह पुशब्रूम स्कैनर से किस प्रकार भिन्न है।
(ii) हिमालय की वनस्पति में देखे जा सकने वाले परिवर्तनों की पहचान कर सूची बनाइए (चित्र 6.9)।
गतिविधि
नीचे दर्शाए गए आईआरएस आईसी लिस-III इमेजरी पर चिह्नित विभिन्न लक्षणों की पहचान कीजिए। इमेज व्याख्या के तत्वों के विवरण और मानक असत्य रंग संयोजन में विभिन्न वस्तुओं के दिखने वाले रंगों से संकेत लीजिए।
बीटा
