رزلوشن لنز و روش‌های پردازش تصویر در سامانه‌های تصویر برداری فضایی

سردار جعفر آبادی در بخشی از این مصاحبه گفت: “اگر بخواهیم یک ماهواره سنجشی با دقت نیم متر داشته باشیم، قطر لنزش باید ۸۰ سانتی‌متر باشد یا طولش ۱ تا ۲ متر باشد که در حال حاضر امکان ساخت دوربینش در کشور وجود ندارد، اما مثلا می‌توانیم ۴ تا ماهواره یک متر داشته باشیم که دقت تصاویر آن را با پردازش تصویری به نیم متر برسانیم.”

نکته ای که سردار جعفر آبادی به آن به درستی اشاره کردند مربوط به محدودیت رزلوشن لنزهای سامانه های اپتیکی است. برای محاسبه قطر لنز دوربین مورد نیاز برای یک ماهواره از رابطه زیر استفاده می‌کنیم:
tan^-1(resolution/altitude)(π/۱۸۰)=۱.۲۲(wavelength/Lens Diameter)
Resolution=رزلوشن یا دقت تصویر برداری، واحد: متر
Altitude=ارتفاع ماهواره، واحد: متر
Wavelength = طول موج، واحد: متر، برای طیف مرئی بین ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر
lens Diameter = قطر لنز، واحد: متر

به عنوان مثال برای یک ماهواره در ارتفاع ۴۷۰ کیلومتری و با دقت تصویر برداری نیم متر بر پیکسل در طیف مرئی قطر لنز مورد نیاز ۸۰ سانتی متر است .
tan^-1(0.5/470000)π/۱۸۰=۱.۲۲(۷۱۰^-۷/LensDiameter) => LensDiameter=0.8027(m)

با توجه به اینکه ساخت چنین لنز با این ابعاد در کشور فعلا میسر نیست (به دلیل تجهیزات مورد نیاز برای فرآیندهای رشد کریستال ، پرس ایزو استاتیک، لپینگ و… مورد نیاز در ابعاد بالا ) یک راه حل جایگزین برای این موضوع وجود دارد که با ترکیب تصاویر چند ماهواره با دقت ۱ متری و پردازش تصویر آن به یک تصویر با دقت نیم متر برسیم.

روش پردازش تصویر مد نظر “سوپر رزولوشن” (Super Resolution) نام دارد. از این تکنیک پردازش تصویر در بهبود تصاویر گوشی های هوشمند با چند سنسور دوربین یا در دستگاه سی تی اسکن برای افزایش کیفیت تصویر استفاده می‌شود. نمونه عملکرد این روش را در تصاویر زیر مشاهده میکند:

با توجه به امکان پذیر بودن استفاده از روش‌های مدرن پردازش تصویر در بهبود تصاویر ماهواره ای برای یک ماهواره با دقت یک متر و ارتفاع ۲۵۰ کیلومتری قطر لنز حداکثر ۲۰ سانتی متر خواهد بود که فرآیند تولید آن در کشور در دسترس است.
محاسبات مربوط به این مثال به این صورت است: tan^-1(1/250000)π/۱۸۰=۱.۲۲(۷۱۰^-۷/LensDiameter)
=> LensDiameter=0.2135(m)

البته این اولین بار نیست که در صنایع نظامی کشور از ترکیب چند دوربین و پردازش تصویر برای افزایش برد و رزلوشن یک سامانه اپتیکی استفاده می‌شود. در سامانه کشف الکترواپتیک اپتیکی زیر با ترکیب چهار دوربین فروسرخ در حوزه کشف پرنده های پنهانکار بصورت پسیو بکار می‌رود.