استخدام طريقة thresholding في تحليل صور تلوث الألواح الشمسية
استُخدمت طريقة thresholding بشكل شائع لتحديد الأوساخ المتراكمة على عينات الزجاج. حدّد باحثون بقيادة جامعة Sapienza University of Rome، 16 طريقة تلقائية لتحديد العتبات يمكن استخدامها لتحليل تلوث الألواح الكهروضوئية.
Image Source: Wiley Online Library
أجرى فريق دولي من العلماء بحثًا لتحديد طريقة thresholding الأكثر قوة وموثوقية في تحليل صور تلوث الألواح الكهروضوئية. ويُعد تحديد thresholding العملية التي تحول الصورة المجهرية إلى صورة ثنائية بالأبيض والأسود، تمثل الجزيئات والخلفية. ويتم ذلك من خلال تحديد عتبة لسطوع البكسلات.
وقال ليوناردو ميشيلي، الباحث الرئيسي في الدراسة، استُخدم تحليل الصور في كثير من الأحيان لتحديد الأوساخ المتراكمة على عينات الزجاج.
وأضاف جريج بي سميستاد، الباحث المشارك في الدراسة، ومع ذلك، يمكن أن تؤدي الخيارات المختلفة في منهجية تحليل الصور إلى نتائج مختلفة لنفس الصورة المجهرية، حتى إذا كان البرنامج هو نفسه. ويعود هذا جزئيًا إلى عدم وجود طريقة موحدة. لذلك، قررنا أن ننظر في عدم اليقين الذي يمكن أن تحدثه عملية تحليل الصور في تقديرات التلوث في الظروف الواقعية.
بحثت الدراسة في 16 منهجية ل thresholding، وكلها متاحة من خلال برنامج ImageJ، وهو برنامج معالجة صور قائم على Java تم تطويره في المعاهد الوطنية للصحة وجامعة ويسكونسن ومختبر الأدوات البصرية والحسابية (LOCI).
تُسمى هذه الطرق الافتراضي، هوانغ، الوسائط المتوسطة، IsoData، لي، MaxEntropy، المتوسط، MinError، الحد الأدنى، اللحظات، Otsu، النسبة المئوية، RenyiEntropy، Shanbhag، المثلث، وين. لإجراء التحليل، أنتج الباحثون 13200 صورة مجهرية لعينات زجاجية متسخة لمدة تتراوح بين 1 و 32 يومًا. وتم جمعها من الجزائر وأستراليا وتشيلي والأردن والرأس الأخضر والمغرب وقطر وإسبانيا والولايات المتحدة.
ثم تمت مقارنة نتائج مناهج thresholding المختلفة من حيث معامل التباين والانحراف النسبي عن المتوسط. بالإضافة إلى ذلك، أُجري استطلاع بين 18 خبيرًا في التلوث لتقييم موثوقية المناهج المختلفة بصريًا.
ووجدت المجموعة الأكاديمية، بشكل عام، تبدو طريقة ‘المثلث’ هي الخيار الأفضل بين المناهج التي تم التحقيق فيها لظروف التلوث التي تم تحليلها في هذه الدراسة. في الواقع، إنها تعيد الحد الأدنى من معامل التباين وانحراف متوسط أقرب إلى الصفر. كما أنها كانت واحدة من طريقتين تم اختيارهما كأفضل من قبل المشاركين في الاستطلاع.
وفقًا للباحثين، تحدد طريقة المثلث العتبة كنقطة أقصى مسافة بين توزيع شدة بيكسلات الصورة والخط بين ذروة التوزيع ونهاية التوزيع الأبعد. وأوضحوا، بسبب نهجها، فإن هذه الخوارزمية مناسبة بشكل خاص للصور ذات خلفية مهيمنة، كما هو الحال في هذه الحالات وفي معظم دراسات التلوث.
ثم باستخدام طريقة thresholding المثلث الممتازة، انتقل العلماء إلى التحقيق في تأثير التوزيع غير المنتظم للتلوث على عينات الزجاج. بما أن التلوث لا يتوزع بشكل موحد على لوح كهروضوئي، فإن الصور المجهرية المأخوذة في نقاط مختلفة على نفس العينة قد تعطي نتائج مختلفة.
واستنتج العلماء، وجدنا أنه من أجل الحفاظ على خطأ التقدير أقل من +/- 5٪، يجب أخذ أكثر من صورة مجهرية لكل عينة. ومن المتوقع أن يزداد العدد الموصى به للقياسات عادةً مع فقدان التلوث، وبالتالي يمكن توقعه أن يكون أعلى: 1) في المواقع ذات مستويات تلوث عالية، و 2) مع زيادة عدد أيام التعرض.
لقد تم عرض جميع النتائج في بحث بعنوان “الترسبات في أنظمة الطاقة الشمسية، دور طريقة thresholding في تحليل الصور، والذي نُشر في مجلة Solar RRL.
وشمل فريق البحث علماء من جامعة سابينزا في روما وجامعة البوليتكنيك في ميلانو بإيطاليا؛ ومؤسسة Sol Ideas Technology Development وجامعة كاليفورنيا، ريفرسايد في الولايات المتحدة الأمريكية؛ ومركز Fraunhofer للسيليكون الكهروضوئي CSP، ومعهد Fraunhofer لدقة بنية المواد والأنظمة IMWS، وجامعة أنهالت للعلوم التطبيقية، وجامعة لايبزيغ للعلوم التطبيقية في ألمانيا.
كما ضم الفريق أيضًا باحثين من مركز أبحاث الطاقة الخضراء في المغرب، وجامعة محمد الأول؛ وجامعة كوينزلاند للتكنولوجيا في أستراليا؛ والمركز النرويجي للبحوث (NORCE)؛ ومعهد قطر لبحوث البيئة والطاقة؛ والمعهد الهندي للتكنولوجيا في بومباي؛ وجامعة الشارقة بالإمارات العربية المتحدة؛ وجامعة ديربي بالمملكة المتحدة؛ وجامعة أنتوفاجاستا في تشيلي؛ والمركز الألماني للطيران والفضاء DLR.
