تهیه تصاویر نخستین گام هر پروژه‌ی سنجش از دوری است و کیفیت همه‌ی خروجی‌های بعدی، از نقشه‌های موضوعی تا مدل‌های استخراج‌شده با هوش مصنوعی، به آن وابسته است. در این مرحله سنجنده، سکو، بازه‌ی زمانی و سطح پردازش بر پایه‌ی پرسش کاربردی پروژه انتخاب می‌شوند، نه بر پایه‌ی تازه‌ترین یا پرجزئیات‌ترین داده‌ی در دسترس. هدف آن است که تصویر نهایی از نظر مکانی به‌درستی زمین‌مرجع، از نظر رادیومتری قابل مقایسه با تصاویر دیگر همان مطالعه و از نظر پوشش ابری و شرایط فصلی مناسب تحلیل باشد. آنچه در پایان این گام تحویل داده می‌شود داده‌ی خام نیست، بلکه مجموعه‌ای از صحنه‌های تصحیح‌شده همراه با فراداده‌ی کامل و توضیح محدودیت‌های هر صحنه است.
انتخاب سنجنده و سکو
سنجنده‌های غیرفعال نوری، مانند سنجنده‌های چندطیفی ماهواره‌های لندست و سنتینل، انرژی بازتابیده‌ی سطح زمین را در باندهای مرئی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز کوتاه‌موج ثبت می‌کنند و برای پوشش گیاهی، آب، خاک و ساخت‌وساز شهری کاربرد دارند. سنجنده‌های فعال مانند رادار روزنه‌ی مصنوعی باند C در منظومه‌ی سنتینل۱ به‌دلیل روشنایی مصنوعی خود، مستقل از نور خورشید و تا حد زیادی مستقل از ابر کار می‌کنند و برای پایش ناپایداری زمین، رطوبت سطح و مطالعه‌ی مناطق پرابر مناسب‌ترند.
سکو نیز به همان اندازه مهم است: تصاویر ماهواره‌ای برای پوشش‌های وسیع و تکرار منظم، پهپاد برای جزئیات بسیار ریز در محدوده‌های کوچک، و آرشیو چنددهه‌ای برای مطالعات روند بلندمدت به کار می‌آیند. انتخاب میان این گزینه‌ها پیش از هر چیز از دامنه‌ی مکانی محدوده‌ی مطالعاتی و اندازه‌ی کوچک‌ترین عارضه‌ای که باید تفکیک شود ناشی می‌شود.
- پوشش مکانی گسترده با تکرار منظم و آرشیو بلندمدت: تصاویر ماهواره‌ای چندطیفی.
- عبور از ابر و ثبت در شب یا شرایط نوری نامناسب: سنجنده‌های فعال و راداری.
- تفکیک مکانی در حد سانتی‌متر در محدوده‌های کوچک: پهپاد و فتوگرامتری.
- نیاز همزمان به مدل رقومی ارتفاع و تصویر: جفت‌های استریوسکوپی یا داده‌های لیدار.
تفکیک‌پذیری و بده‌بستان‌های آن
چهار نوع تفکیک‌پذیری در تهیه تصویر همزمان مطرح می‌شوند و بهبود یکی معمولاً به هزینه‌ی دیگری تمام می‌شود. تفکیک‌پذیری مکانی اندازه‌ی کوچک‌ترین عارضه‌ی قابل تشخیص را تعیین می‌کند، تفکیک‌پذیری طیفی شمار و پهنای باندها را، تفکیک‌پذیری زمانی فاصله‌ی میان دو ثبت متوالی را، و تفکیک‌پذیری رادیومتری تعداد سطوح روشنایی قابل نمایش را.
افزایش تفکیک مکانی در سنجنده‌های نوری معمولاً با کاهش پهنای باند و در نتیجه افت تفکیک طیفی همراه است؛ در چنین حالتی اجرای شاخص‌های حساس‌تر مانند خانواده‌ی شاخص‌های اصلاح‌شده‌ی خاک دشوارتر می‌شود. از سوی دیگر، تفکیک زمانی کوتاه‌تر دسترسی بیشتری به تصویر بی‌ابر در پنجره‌ی کشت یا رخداد فراهم می‌کند، ولی حجم داده و بار پردازش را بالا می‌برد.
- تفکیک مکانی ریز: تشخیص عارضه‌های کوچک، اما افت تفکیک طیفی و داده‌ی حجیم‌تر.
- تفکیک طیفی بالا: تفکیک بهتر پوشش‌ها، اما اندازه‌ی پیکسل درشت‌تر.
- تفکیک زمانی کوتاه: پایش رخداد‌های سریع، اما نیاز به ذخیره‌سازی و پردازش بیشتر.
- تفکیک رادیومتری بالا: تحلیل دقیق‌تر تغییرات روشنایی و مدل‌سازی کمّی بهتر.
جست‌وجو در آرشیو و سفارش‌گیری تصویر
دو مسیر برای دستیابی به تصویر وجود دارد: جست‌وجو در آرشیو موجود و سفارش‌گیری تصویر تازه. در جست‌وجوی آرشیوی، محدوده‌ی مورد نظر به‌صورت چندضلعی، بازه‌ی زمانی، سقف پوشش ابری، زاویه‌ی فرود سنجنده، زاویه‌ی ارتفاع خورشید و فهرست سنجنده‌های قابل قبول به‌عنوان معیار جست‌وجو تعیین می‌شوند.
در سفارش‌گیری تصویر تازه، پنجره‌ی زمانی ثبت با سرویس‌دهنده هماهنگ می‌شود و باید در نظر گرفت که درخواست‌ها معمولاً پیش از موعد بسته می‌شوند و شرایط جوی می‌تواند یک گذر را بی‌استفاده بگذارد. بنابراین سفارش‌گیری برای رخداد‌های زمان‌مند یا نیازهای ویژه‌ی هندسی معنا دارد، نه برای پایش بلندمدت که آرشیو پاسخ‌گوی آن است.
هنگام سفارش روشن می‌شود که داده‌ی سطح یک یا سطح دو تحویل شود، دامنه‌ی رادیومتری و پنجره‌ی تاریخ مورد قبول چیست، و در صورت نیاز، هندسه‌ی برداشت مانند جفت استریو یا زاویه‌ی خاص چگونه تنظیم شود. ثبت این تصمیم‌ها در صورت‌جلسه‌ی پروژه، مبنای داوری‌های بعدی درباره‌ی کفایت داده خواهد بود.
پوشش ابری، سایه و پنجره‌ی فصلی
پوشش ابری مهم‌ترین عامل حذف صحنه در مناطق مرطوب و کوهستانی است؛ حتی سایه‌ی ابر نیز پیکسل‌های سالم را نامعتبر می‌کند و بهتر است در قالب ماسک جداگانه تحویل شود. برای مطالعات چندزمانه، انتخاب همه‌ی صحنه‌ها از یک فصل و تا حد امکان از یک مرحله‌ی فنولوژیک، از تفسیر نادرست اختلاف پوشش گیاهی به‌عنوان تغییر جلوگیری می‌کند.
برف، گردوغبار، دود و بازتاب زیاد سطوح آب‌نما نیز بر کیفیت رادیومتری اثر می‌گذارند و در تحلیل‌های زمانی به خطا‌های سیستماتیک می‌انجامند. ثبت پنجره‌ی زمانی کشت، زمان برداشت یا پیش و پس از یک رخداد، بخشی از طراحی مطالعه است و باید پیش از سفارش تصویر تثبیت شده باشد.
- ستاندن ماسک ابر و سایه‌ی ابر همراه هر صحنه و شفاف‌سازی روش تولید آن.
- تعیین حد آستانه‌ی پوشش ابری بر پایه‌ی نیاز تحلیل، نه صرفاً کم‌ترین مقدار ممکن.
- یکسان‌سازی فصل و مرحله‌ی رشد گیاه در مقایسه‌های زمانی.
- بررسی جداگانه‌ی اثر برف و خاک‌های روشن بر تفکیک‌پذیری پوشش‌ها.
سطوح پردازش و تصحیحات لازم
داده‌ی خام سنجنده پیش از تحویل مراحل زنجیره‌ی پردازش را طی می‌کند: تصحیح رادیومتری برای تبدیل مقدار عددی به تابش یا بازتاب بالای جو، تصحیح هندسی برای انطباق با شبکه‌ی مبنا، و در سطح بالاتر تصحیح اتمسفری برای رسیدن به بازتاب سطحی.
برای مقایسه‌ی کمّی میان تاریخ‌ها و برای محاسبه‌ی شاخص‌های طیفی، بازتاب سطحی گزینه‌ی درست است؛ داده‌ی بالای جو به دلیل اثر پراکندگی جو و اختلاف زاویه‌ی خورشید میان تاریخ‌ها برای این کار مناسب نیست. زمین‌مرجع‌سازی با ضرایب مدل چندجمله‌ای منطقی همراه صحنه و در صورت نیاز با نقاط کنترل زمینی و نقاط اتصال مشترک انجام می‌شود.
- تصحیح رادیومتری و یکسان‌سازی ضرایب مقیاس و آفست در همه‌ی صحنه‌ها.
- تصحیح اتمسفری برای رسیدن به بازتاب سطحی در تحلیل‌های چندزمانه.
- تصحیح هندسی و بررسی جابه‌جایی باقی‌مانده با نقاط کنترل در محدوده‌ی مطالعه.
- ماسک‌گذاری پیکسل‌های نامعتبر شامل ابر، سایه‌ی ابر، برف و پیکسل‌های اشباع.
- یکسان‌سازی دامنه‌ی داده و برش به محدوده‌ی مطالعاتی.
قالب‌های تحویل و فراداده
تصاویر معمولاً به‌صورت GeoTIFF زمین‌مرجع تحویل می‌شوند و برای آرشیو و انتشار در سامانه‌ها، نسخه‌ی COG که خواندن تکه‌ای و کارآمد را ممکن می‌کند مناسب‌تر است. برخی محصولات تصویری فشرده و دارای محدودیت مجوز، در قالب JP2 تحویل داده می‌شوند که گشودن آن‌ها به کتابخانه‌ی پردازش مناسب نیاز دارد.
فراداده باید شامل محدوده‌ی مکانی صحنه، تاریخ و ساعت ثبت، زاویه‌ی خورشید و زاویه‌ی فرود سنجنده، ضرایب مقیاس و آفست، مقدار پیکسل بی‌اعتبار و ضرایب مدل هندسی باشد. در پروژه‌های سازمانی، توصیف فراداده بر پایه‌ی استانداردهای فراداده‌ی مکانی و همراه با شرح نسب و پردازش‌های انجام‌شده تحویل می‌شود تا داده در آینده قابل ردیابی بماند.
- GeoTIFF برای پردازش تحلیلی، COG برای انتشار و آرشیو، JP2 برای تحویل‌های فشرده.
- فایل ضرایب چندجمله‌ای منطقی یا گزارش مدل هندسی همراه هر صحنه.
- شرح سامانه‌ی مختصات و کد مرجع فضایی در فراداده و در نام‌گذاری فایل‌ها.
- گزارش گام‌به‌گام پردازش‌ها برای بازتولید نتایج.
جمع‌بندی
کیفیت یک پروژه‌ی سنجش از دوری بیش از آنکه به الگوریتم‌های انتهایی وابسته باشد، به درستی انتخاب و آماده‌سازی تصویر در همین گام بستگی دارد. تعیین روشن محدوده‌ی مطالعاتی، اندازه‌ی کوچک‌ترین عارضه‌ی هدف، بازه‌ی زمانی رخداد و سطح پردازش لازم، پیش از سفارش تصویر، از دوباره‌کاری پرهزینه جلوگیری می‌کند.
خروجی این مرحله مجموعه‌ای از صحنه‌های تصحیح‌شده، ماسک‌های معتبر، فراداده‌ی کامل و یادداشت محدودیت‌ها است که ورودی مستقیم مرحله‌ی آنالیز تصاویر به‌شمار می‌رود.