Bài giảng viễn thám phần 1 ths nguyễn đình tiến

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM, ĐẠI HỌC HUẾ KHOA TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ MÔI TRƯỜNG NÔNG NGHIỆP - - BÀI GIẢNG MÔN: VIỄN THÁM Người biên soạn: Ths Nguyễn Đình Tiến Huế, 2020 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma MỤC LỤC PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG TỔNG QUAN VIỄN THÁM 1.1 Định nghĩa 1.2 Lịch sử phát triển viễn thám 1.3 Nguyên lý viễn thám 1.4 Phân loại viễn thám 1.5 Phân loại cảm 1.5.1 Khái niệm chung cảm 1.5.2 Phân loại cảm 1.6 Vật mang quỹ đạo bay 1.6.1 Phân loại vật mang 1.6.2 Quỹ đạo bay thông số 1.7 Các tài liệu tham khảo cho việc xử lý tư liệu viễn thám 10 1.7.1 Ảnh tương tự 10 1.7.2 Ảnh số 10 1.7.3 Số liệu mặt đất 12 1.7.4 Số liệu định vị mặt đất 13 1.7.5 Bản đồ số liệu địa hình 13 1.8 Truyền thu số liệu vệ tinh 13 1.9 Giới thiệu số ảnh vệ tinh 15 1.9.1 Vệ tinh ASTER 15 1.9.2 Vệ tinh ALOS-2 16 1.9.3 Vệ tinh LANDSAT 17 1.9.4 Vệ tinh SPOT 21 1.9.5 Vệ tinh SENTINEL 24 CHƯƠNG CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA VIỄN THÁM 27 2.1 Các nguồn lượng nguyên lý xạ 27 2.2 Tính chất hạt truyền lượng ánh sáng 29 2.3 Tương tác lượng khí 31 2.4 Các cửa sổ khí 33 2.5 Sự tương tác lượng với đối tượng mặt đất 34 2.6 Phổ phản xạ số đối tượng tự nhiên 36 2.7 Một số yếu tố ảnh hưởng đến phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 37 2.7.1 Ảnh hưởng yếu tố không gian 37 2.7.2 Ảnh hưởng yếu tố thời gian 38 2.7.3 Ảnh hưởng khí 38 3.1.1 Khái niệm chung 42 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma 3.1.2 Các kênh phổ sử dụng radar 42 3.1.3 Các ứng dụng radar 43 3.3.1 Độ phân giải không gian hệ thông thu ảnh radar 46 3.3.2 Những đặc điểm méo hình học ảnh radar 48 3.3.3 Bóng ảnh radar (Shadown) 49 3.3.4 Độ nhám bề mặt ảnh radar 49 3.3.5 Hiệu ứng phản xạ góc (coner reflect) 51 3.3.6 Khả tạo ảnh lập thể ảnh radar 51 CHƯƠNG GIẢI ĐOÁN ẢNH VIỄN THÁM 56 4.1 Khái niệm 56 4.2 Hiệu chỉnh ảnh 57 4.2.1 Hiệu chỉnh xạ 57 4.2.2 Hiệu chỉnh khí 58 4.2.3 Hiệu chỉnh hình học ảnh 58 4.3 Biến đổi ảnh 59 4.3.1 Tăng cường chất lượng ảnh chiết tách đặc tính 59 4.3.2 Biến đổi cấp độ xám 60 4.3.3 Thể màu tự liệu ảnh vệ tinh 60 4.3.4 Các phép biến đổi ảnh 61 4.3.5 Phân tích cấu trúc 62 4.4 Giải đoán ảnh viễn thám 63 4.4.1 Giải đoán ảnh mắt 63 4.4.2 Giải đoán ảnh theo phương pháp số 67 4.5 Giai đoạn đưa kết 73 CHƯƠNG ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG 75 5.1 Giới thiệu chung 75 5.2 Viễn thám nghiên cứu sử dụng đất lớp phủ bề mặt 76 5.3 Viễn thám điều tra thành lập đồ chuyên đề (bản thổ nhưỡng/ đồ khô hạn/ đồ lũ lụt/ đồ cháy rừng) 81 PHẦN THỰC HÀNH 92 Bài GIỚI THIỆU CÁCH TẢI ẢNH VỆ TINH VÀ PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH 92 Bài LÀM QUEN VỚI PHẦN MỀM ENVI 93 Bài NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH 99 Bài PHÂN LOẠI ẢNH .103 Bài CÁC KỸ THUẬT SAU PHÂN LOẠI 110 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG TỔNG QUAN VIỄN THÁM 1.1 Định nghĩa Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) hiểu khoa học nghệ thuật để thu nhận thông tin đối tượng, khu vực tượng thơng qua việc phân tích tư liệu thu nhận phương tiện Những phương tiện khơng có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực với tượng nghiên cứu Thực cơng việc thực viễn thám - hay hiểu đơn giản; Viễn thám thăm dò từ xa đối tượng tượng mà khơng có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng tượng Mặc dù có nhiều định nghĩa khác viễn thám, định nghĩa có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám khoa học thu nhận từ xa thông tin đối tượng, tượng trái đất" Ngồi ra, tham khảo thêm số định nghĩa tác giả đây: Viễn thám nghệ thuật, khoa học, nói nhiều vật không cần phải chạm vào vật (Ficher nnk, 1976) Viển thám quan sát đối tượng phương tiện cách xa vật khoáng cách định (Barret Curtis, 1976) Viễn thám khoa học lấy thông tin từ đối tượng, đo từ khoảng cách cách xa vật khơng cần tiếp xúc với Năng lượng đo hệ viễn thám lượng điện từ phát từ vật quan tâm (D A Land Grete, 1978) Viễn thám ứng dụng vào việc lấy thông tin vê' mặt đất mặt nước trái đất, việc sử dụng ảnh thu từ đầu chụp ảnh sử dụng xạ phổ điện từ, đơn kênh đa phổ, xạ phản xạ từ bề mặt trái đất (Janes B Capbell, 1996) Viễn thám "khoa học nghệ thuật thu nhận thông tin vật thể, vùng, tượng, qua phân tích liệu thu phương tiện khơng tiếp xúc với vật, vùng, tượng khảo sát".(Lillesand Kiefer, 1986) Phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng lượng diện từ ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn phương tiện dể điều tra đo dạc đặc tính đối tượng (Theo Floy Sabin 1987) Định nghĩa loại trừ quan trắc điện, từ trọng lực quan trắc thuộc lĩnh vực địa vật lý, sư dụng đổ đo trường lực nhiều đo xạ điện từ 1.2 Lịch sử phát triển viễn thám Viễn thám khoa học, thực phát triển mạnh mẽ qua ba thập kỷ gần đây, mà công nghệ vũ trụ cho ảnh số, bắt đầu thu nhận từ vệ tinh quĩ đạo trái đất vào năm 1960 Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triển lâu đời, bắt đầu việc chụp ảnh sử dụng phim giấy ảnh Từ kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đưa báo cáo cơng trình nghiên cứu hóa ảnh, khởi đầu cho PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu, thực vào năm 1858 Gaspard Felix Tournachon - nhà nhiếp ánh người Pháp Tác giả sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m, chụp ảnh vùng Bievre, Pháp Một ảnh liếp theo chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu ảnh vùng Bostom tác giả James Wallace Black, 1860 Việc đời ngành hàng không thúc đẩy nhanh phát triển mạnh mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim giấy ảnh, nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo) Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất ảnh chụp chồng phủ kế liếp cho khả nhìn ảnh nổi(stereo) Khả giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thơng tin từ ảnh có hiệu cao Một ngành chụp ảnh, thực phương tiện hàng không máy bay, khinh khí cầu tàu lượn phương tiện không khác, gọi ngành chụp ảnh hàng không Các ảnh thu từ ngành chụp ảnh hàng không gọi không ảnh Bức ảnh chụp từ máy bay, thực vào năm 1910, Wilbur Wright, nhà nhiếp ảnh người Ý, việc thu nhận ảnh di động vùng gần Centoccli thuộc nước Ý (bảng 1.1) Bảng 1.1 Tóm tắt phát triển viễn thám qua kiện Thời gian Sự kiện (Năm) 1800 1839 Phát tia hồng ngoại Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng 1847 Phát dải phổ hồng ngoại phổ nhìn thấy 1850-1860 Chụp ảnh từ kinh khí cầu 1873 Xây dựng học thuyết phổ điện từ 1909 Chụp ảnh từ máy bay 1910-1920 Giải đốn từ khơng trung 1920-1930 Phát triển ngành chụp đo ảnh hàng không 1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar ( Đức, Mỹ, Anh) 1940 Phân tích ứng dụng ảnh chụp từ máy bay 1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến khơng nhìn thấy 1950-1960 Nghiên cứu sâu ảnh cho mục đích qn 12-4-1961 Liên xơ phóng thành cơng tàu vũ trụ có người lái chụp ảnh trái đất từ vũ trụ 1960-1970 Lần sử dụng thuật ngữ viễn thám 1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1 1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số 1980-1990 Mỹ phát triển hệ vệ linh Landsat PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma Thời gian Sự kiện (Năm) 1986 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo 1990 đến Phát triển cảm thu đa phổ, tăng dải phổ số lượng kênh phổ, tăng độ phân giải cua cảm Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý Trong nghiên cứu mơi trường khí hậu trái đất, ảnh vệ tinh NOAA có độ phủ lớn có lặp lại hàng ngày, cho phép nghiên cứu tượng khí hậu xảy khí nhiệt độ, áp suất nhiệt đới dự báo bão Sự phát triển lĩnh vực nghiên cứu trái đất viễn thám mạnh áp dụng tiến khoa học kỹ thuật với việc sử dụng ảnh radar Viễn thám radar tích cực, thu nhận ảnh việc phát sóng dài siêu tần thu tia phản hồi, cho phép thực nghiên cứu độc lập, không phụ thuộc vào mây Sóng radar có đặc tính xun qua mây, lớp đất móng thực vật nguồn sóng nhân tạo, nơn có khả hoạt động ngày đem, không phụ thuộc vào nguồn lượng mặt trời Các ảnh tạo nên hệ radar kiểu SLAR ghi nhận cảm Seasat Đặc tính sóng radar thu tia phản hồi từ nguồn phát với góc xiên đa dạng Sóng nhạy cảm với độ ghồ ghề bề mặt vật, chùm tia radar phát tới, ứng dụng cho nghiên cứu cấu trúc khu vực Cơng nghệ máy tính ngày phát triển mạnh mẽ với sản phẩm phần mềm chuyên dụng, tạo điều kiện cho phân tích ảnh vệ tinh dạng số ảnh radar Thời đại bùng nổ Internet, công nghệ tin học với kỹ thuật xử lý ảnh số, kết hợp với Hệ thống thông tin Địa lý (GIS), cho khả nghiên cứu Trái đất viễn thám ngày thuận lợi đạt hiệu cao 1.3 Nguyên lý viễn thám Viễn thám nghiên cứu đối tượng giải đốn tách lọc thơng tin từ liệu ảnh chụp hàng không, việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số Các liệu dạng ảnh chụp ảnh số thu nhận dựa việc ghi nhận lượng xạ (không ảnh ảnh vệ tinh) sóng phản hồi (ảnh radar) phát từ vật thể khảo sát Năng lượng phổ dạng sóng điện từ, nằm dải phổ khác nhau, cho thông tin vật thể từ nhiều góc độ góp phần giải đốn đối tượng cách xác (hình 1.2) PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma Hình 1.1 Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm (Theo Lillesand Kiefer, 1986) Nếu biết trước phổ phát xạ, phản xạ (emited/retlected) chuẩn vật thể phịng thí nghiệm, xác định máy đo phổ, ta giải đốn vật thể cách phân tích đường cong phổ thu từ ảnh vệ tinh Các phần mềm xử lý ảnh số phát triển, nhằm cho thông tin phố xạ vật thổ tượng xảy giới hạn diện phủ ảnh Xử lý ảnh số kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh tách lọc thông tin từ liệu ảnh số, dựa vào thơng tin chìa khóa phổ xạ phát Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý ảnh số thực phần mềm xử lý ảnh IDRISI, ERDAS (PC), ERDAS Imagine (UNIX), PCI, ERMAPER, DRAGON, ENVLILWIS, GLOBAL MAPPER, QGIS, ARCGIS, ENVI… Giải đốn, tách lọc thơng tin từ liệu ảnh viễn thám thực dựa cách tiếp cận khác nhau, kể đến là: Đa phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ dải phổ từ nhìn thấy đến sóng radar Đa nguồn liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ nguồn khác độ cao khác nhau, ảnh chụp mặt đất, chụp khinh khí cầu, chụp từ máy bay trực thăng phản lực đến ảnh vệ tinh có người điều khiển tự động Đa thời gian: Dữ liệu ảnh thu nhận vào thời gian khác Đa độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác không gian, phổ thời gian Đa phương pháp: Xử lý ảnh mắt số 1.4 Phân loại viễn thám Sự phân biệt loại viễn thám vào yếu tố sau: - Hình dạng quỹ đạo vệ tinh - Độ cao bay vệ tinh, thời gian lại quỹ đạo - Dải phổ thiết bị thu PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma - Loại nguồn phát tín hiệu thu nhận Có hai phương thức phân loại viễn thám là: • Phân loại theo nguồn tín hiệu Căn vào nguồn tia tới mà viễn thám chia làm hai loại: Chủ động Hình 1.2 Sơ đồ mô tả hai hệ thống viễn thám chủ động bị động - Chủ động (active) : nguồn tia tới tia sáng phát từ thiết bị nhân tạo, thường máy phát đặt thiết bị bay - Thụ động (hay bị động - passive): nguồn phát xạ mặt trời từ vật chất tự nhiên Hiện nay, việc ứng dụng phối hợp viễn thám công nghệ vũ trụ trở nên phổ biến phạm vi toàn cầu Các nước có cơng nghệ vũ trụ phát triển phóng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo, có mang nhiều thiết bị viễn thám khác Các trạm thu mặt đất phân bố toàn cầu có khả thu nhận nhiều loại tư liệu viễn thám vệ tinh truyền xuống • Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm viễn thám vệ tinh địa tĩnh viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) Hình 1.3: Vệ tinh địa tĩnh (trái) Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải) Căn vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, chia hai nhóm vệ tinh là: + Vệ tinh địa tĩnh vệ tinh có tốc độ góc quay tốc độ góc quay trái đất, nghĩa vị trí tương đối vệ tinh so với trái đất đứng yên PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma + Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vng góc gần vng góc so với mặt phẳng xích đạo Trái Đất Tốc độ quay vệ tinh khác với tốc độ quay trái đất thiết kế riêng cho thời gian thu ảnh vùng lãnh thổ mặt đất địa phương thời gian thu lặp lại cố định vệ tinh (ví dụ LANDSAT 18 ngày, SPOT 26 ngày, SENTINEL 14 ngày ) Trên hai nhóm vệ tinh nói áp dụng nhiều phương pháp thu nhận thông tin khác tùy theo thiết kế nơi chế tạo Có nguyên tắc thu nhận hình ảnh sau (chủ động, bị động, chụp khung, quét dọc, quét ngang, quét bên sườn, ) 1.5 Phân loại cảm 1.5.1 Khái niệm chung cảm Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận lượng xạ vật thể phản xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên(mặt trời) nhân tạo(do vệ tinh phát) Năng lượng chuyển thành tín hiệu số (biến đổi quang thành điện chuyển đối tín hiệu điện thành số nguyên hữu hạn gọi giá trị pixel) tương ứng với lượng xạ ứng với bước sóng cảm nhận dải phổ xác định Để hiểu rõ nguyên tắc hoạt động cảm, cách đơn giản xét khả phản xạ phổ thực vật sóng điện từ có bước sóng nằm vùng nhìn thấy Nhìn thấy hay cảm nhận xạ điện từ khả đặc biệt quan trọng khơng cảm mà cịn mắt người,nhờ hình ảnh vật thể màu sắc tạo từ việc thu lượng vật thể phản xạ từ nguồn cung cấp Trong giác quan người, mắt giác quan có cảm nhận tốt sóng điện từ; mắt người giữ chức giống cảm hệ thống viễn thám Ánh sáng vào mắt qua giác mạc hội tụ võng mạc (con người giữ vai trị thấu kính), tế bào thần kinh (hình que hình nón) võng mạc biến đổi lượng ánh sáng mạnh hay yếu ứng với bước sóng khác thành xung điện truyền não (bộ xử lý tín hiệu) Não người phân tích giá trị khác xung điện để cảm nhận màu sắc hình ảnh Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, sắc tố ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ nó, đặc biệt chất diệp lục (cịn số yếu tố khác ảnh hưởng đến lượng phản xạ phổ cây) hấp thụ ánh sáng có bước sóng xanh đỏ đồng thời phản xạ mạnh ánh sáng có bước sóng xanh tương ứng bước sóng 0,55µm Do đó, tươi tốt, mắt người cảm nhận có màu xanh; úa rụng bị bệnh hàm lượng diệp lục giảm dẫn đến phản xạ phổ bị thay đổi có màu vàng đỏ Đối với cảm, kính lọc phổ sử dụng để tách lượng xạ ứng với bước sóng khác nhau, lượng dẫn đến tế bào quang điện để biến đổi quang thành điện Tuỳ thuộc vào số bit dùng để ghi nhận thơng tin, việc chuyển đổi tín hiệu thành số nguyên hữu hạn thể thay đổi cường độ phản xạ sóng từ vật thể cảm xác định Trong viễn thám, lượng ứng với đơn vị nhỏ mặt đất tương ứng với pixel ảnh kỹ thuật phối hợp vận hành PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma vệ tinh cảm để tạo ảnh chiều bề mặt đất Tế bào quang điện thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện để biến đổi quang thành điện Độ lớn dòng điện tạo tỷ lệ thuận với với cường độ cuả sóng phản xạ từ vật thể, thay đổi cuả dịng điện sử dụng để đo lưòng thay đổi lượng ánh sáng mạnh hay yếu ứng với bước sóng khác Năng lượng sóng điện từ sau tới tế bào quang điện, chuyển thành tín hiệu có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian (số thực) để ghi nhận thơng tin, việc chuyển đổi tín hiệu điện liên tục thành số nguyên hữu hạn gọi số hoá Giá trị độ sáng ghi nhận phụ thuộc vào số bit dùng trình số hố tồn lượng sóng điện từ thu (tín hiệu nhập) chuyển sang tín hiệu số (tín hiệu xuất) sử dụng phần biến đổi tuyến tính cảm Bộ cảm thu nhận lượng sóng điện từ phản xạ hay xạ từ vật thể theo bước sóng xác định Năng lượng sóng điện từ sau tới cảm chuyển thành tín hiệu số (chuyển đổi tín hiệu điện thành số nguyên hữu hạn gọi giá trị pixel) tương ứng với lượng xạ ứng với bước sóng cảm nhận dải phổ xác định Máy quét với trường nhìn khơng đổi (góc nhìn khơng gian tương ứng pixel với đơn vị chia mẫu mặt đất) sử dụng để tạo ảnh chiều bề mặt đất dựa phối hợp chuyển động vật mang hệ thống qt vng góc với hướng bay Lượng thông tin lượng xạ ghi IFOV cảm đổi thành giá trị pixel Hệ thống quét sử dụng để ghi nhận lượng xạ ứng với bước sóng khác dải tần xác định (từ cực tím đến hồng ngoại) gọi hệ thống quét đa phổ 1.5.2 Phân loại cảm a Định nghĩa Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ xạ từ vật thể gọi viễn cảm, thường gọi tắt cảm Máy chụp ảnh máy quét viễn cảm b Phân loại cảm Việc phân loại cảm có nhiều cách khác nhau, theo dải sóng thu nhận, theo kết cấu Các cảm chủ động thu nhận lượng vật thể phản xạ từ nguồn lượng nhân tạo Các cảm bị động thu nhận xạ vật thể phản xạ phát xạ Mỗi loại cảm thuộc nhóm chủ động bị động chia thành hệ thống quét hệ thống không quét Sau chúng lại tiếp tục chia thành loại tạo ảnh không tạo ảnh Các loại máy chụp ảnh, máy quét quang cơ, máy quét điện tử cảm sử dụng rộng rãi viễn thám PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma Các cảm quang học đặc trưng tính chất phổ, đặc trưng hình học, đặc trưng xạ Tính chất phổ thể qua số lượng kênh phổ bề rộng kênh Các thiết bị dùng phim đặc trưng độ nhạy phim, khả lọc kính lọc phổ, tính chất quang học hệ thống thấu kính Các đặc trưng hình học thể qua thơng số trường nhìn, trường nhìn không đổi, độ trùng khớp kênh, biến dạng hình học Các đặc trưng xạ xác định dựa theo thay đổi xạ điện từ trước sau qua hệ thống quang học Vùng ánh sáng bố trí theo thứ tự bước sóng gọi phổ Chùm ánh sáng trắng tách thành phổ thông qua thiết bị quang học lăng kính, hệ thống lăng kính Ngồi việc sử dụng lăng kính để tách phổ, người ta cịn dùng kính lọc phổ Có loại kính lọc phổ kính lọc sóng dài, kính lọc sóng ngắn, kính lọc đơn phổ 1.6 Vật mang quỹ đạo bay 1.6.1 Phân loại vật mang Một phương tiện dùng để mang cảm gọi vật mang Vệ tinh, máy bay vật mang Có nhiều loại vật mang có độ cao hoạt động từ vài chục mét trở lên Vật mang chia nhóm sau đây: + Vệ tinh địa tĩnh + Vệ tinh tài nguyên + Vật mang quĩ đạo thấp + Vật mang tầng máy bay + Vật mang tầng thấp Khi vật mang chuyển động vệ tinh, khí chịu nhiều tác động mơi trường xung quanh Đó tác động áp suất, mật độ khơng khí nhiệt độ Những tác động dẫn đến ổn định vật mang chuyển động quĩ đạo Bảng 1.2 Phân loại vật mang theo độ cao Vật mang Chiều cao Hình thức quan sát Vệ tinh địa tĩnh 36.000km Quan sát từ điểm cố định Vệ tinh quĩ đạo tròn 500km - 1000km Quan sát đặn theo chu kỳ Tàu vệ tinh thoi 240km - 350km Quan sát không đều, theo thí nghiệm Bóng thám khơng 100m - 100km Ghi GMS LANDSAT Nghiên cứu nhiều đối tượng khác PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma Vật mang Chiều cao Hình thức quan sát Máy bay phản lực cao 10km - 12km tầng Nghiên cứu nhiều đối tượng khác Máy bay tầng thấp trung bình 500m-8000m Nghiên cứu nhiều đối tượng khác Máy bay lên thẳng 100m-2000m Nghiên cứu nhiều đối tượng khác Máy bay không người Dưới 500m lái điều khiển vô tuyến Nghiên cứu nhiều đối tượng khác Đo đạc mặt đất Thu thập số liệu thực địa - 30m Ghi 1.6.2 Quỹ đạo bay thông số Tập hợp thông số mô tả quỹ đạo chuyển động vật mang gọi phần tử quỹ đạo vệ tinh Vệ tinh chuyển động vũ trụ xác định thông số định luật Kepler áp dụng cho vật thể chuyển động vũ trụ Theo định luật vệ tinh coi vật thể quay xung quanh trái đất mặt phẳng quỹ đạo không bị tác động lực hấp dẫn mặt trăng mặt trời Thực tồn tương tác trường hấp dẫn trái đất, mặt trăng mặt trời Nhưng nhiều tốn thực tế ảnh hưởng mặt trăng mặt trời đến vệ tinh bỏ qua khơng đáng kể so với tác động trọng trường trái đất Như vậy, loại vệ tinh khác chuyển động xung quanh trái đất theo quỹ đạo xác định thiết kế theo sáu tham số quỹ đạo bản, là: - Bán trục lớn a quỹ đạo, - Độ dẹt quỹ đạo e (lệch tâm quỹ đạo), - Góc nghiêng i (so với mặt phẳng xích đạo), - Góc lên bên phải h, - Điểm gần g (góc cực cận điểm), - Thời gian V qua điểm gần nhấ t (cận điểm) Đặc trưng chuyển động vệ tinh theo quỹ đạo khơng phân biệt theo hình dạng góc nghiêng quỹ đạo mà cịn theo chu kỳ lặp lại vệ tinh vị trí quan sát Vì trái đất quay vịng quay trục 24 vệ tinh chuyển động với vận tốc định nên thời gian để vệ tinh hoàn tất quỹ đạo trở lại vị trí ban đầu xác đinh Nếu thiết kế quỹ đạo để vệ tinh trở lại điểm thiên đỉnh ngày gọi quỹ đạo có chu kỳ lặp ngày Ngược lại, sau khoảng thời gian cố định (nhiều ngày) vệ tinh trở lại điểm thiên đỉnh gọi quỹ đạo có chu kỳ lặp lại nhiều ngày Vệ tinh quan sát mặt đất thường sử dụng quỹ đạo có chu kỳ lặp lại nhiều ngày cho phép cảm biến nhìn bao phủ hầu hết phần mặt đất dựa kết hợp chuyển động quay tương PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma đối mặt đất vệ tinh Khi chọn liệu ảnh vệ tinh phục vụ cho công tác quan sát hay phân tích biến động cần phải xem xét vệ tinh có chu kỳ lặp (chụp ảnh) chu kỳ quỹ đạo thích hợp cho nhu cầu sử dụng Bảng 1.3 Thống kê chu kỳ lặp chu kỳ quỹ đạo vệ tinh Landsat, SPOT, ADEOS Chu kỳ 18 ngày (Landsat-1-3) 16 ngày (Landsat-4,5,7) lặp 26 ngày (SPOT-1-4) 41 ngày (ADEOS) Chu kỳ Khoảng 103 phút (Landsat -1-3) quỹ đạo Khoảng 99 phút (Landsat) Khoảng 101 phút Khoảng 101 phút (SPOT -1-4) (ADEOS) 1.7 Các tài liệu tham khảo cho việc xử lý tư liệu viễn thám 1.7.1 Ảnh tương tự Ảnh tương tự ảnh chụp sở lớp cảm quang halogen bạc, ảnh tương tự thu từ cảm tương tự dùng phim không sử dụng hệ thống quang điện tử Những tư liệu có độ phân giải khơng gian cao độ phân giải phổ Nói chung loại ảnh thường có độ méo hình lớn ảnh hưởng độ cong bề mặt trái đất Vệ tinh Cosmos Nga thường sử dụng loại cảm 1.7.2 Ảnh số Ảnh số dạng tư liệu ảnh khơng lưu giấy ảnh phim Nó chia thành nhiều phân tử nhỏ thường gọi pixel Mỗi pixel tương ứng với đơn vị không gian Quá trình chia ảnh tương tự thành pixel gọi chia mẫu (Sampling) trình chia độ xám liên tục thành số nguyên hữu hạn gọi lượng tử hóa Các pixel thường có dạng hình vng Mỗi pixel xác định tọa độ hàng cột Hệ tọa độ ảnh thường có điểm góc bên trái tăng dần từ trái sang phải số cột từ xuống số hàng Trong trường hợp chia mẫu ảnh tương tự thành ảnh số độ lớn pixel hay tần số chia mẫu phải chọn tối ưu Độ lớn pixel q lớn chất lượng ảnh tồi, cịn trường hợp ngược lại dung lượng thơng tin lại lớn Ảnh số đặc trưng số thơng số hình học xạ bao gồm: - Trường nhìn khơng đổi góc khơng gian tương ứng với đơn vị chia mẫu mặt đất Lượng thơng tin ghi trường nhìn khơng đổi tương ứng với giá trị pixel - Góc nhìn tối đa mà cảm thu sóng điện từ gọi trường nhìn Khoảng khơng gian mặt đất trường nhìn tạo nên bề rộng tuyến bay - Vùng bé mặt đất mà cảm nhận gọi độ phân giải mặt đất Đơi hình chiếu pixel lên mặt đất gọi độ phân giải Bởi ảnh số ghi lại theo dải phổ khác nên người ta gọi tư liệu đa phổ (hình 1.16) Năng lượng sóng điện từ sau tới dị chuyển thành tín hiệu điện sau lượng tử hóa trở thành ảnh số Trong tồn dải sóng tương tự thu có phần 10 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma biến đổi tuyến tính lượng tử hóa Hai phần biên tín hiệu khơng xét đến chúng chứa nhiều nhiễu khơng giữ quan hệ tuyến tính thơng tin tín hiệu Xác định ngưỡng nhiễu việc cẩn thận Chất lượng tư liệu đánh giá qua tỷ số tín hiệu/nhiễu Tỷ số tín hiệu/nhiễu định nghĩa thông qua biểu thức sau: S = 20*lg (S/N)[dB] Nratio Thông tin ghi theo đơn vị bit Trong xử lý số, đơn vị xử lý thường byte Do tư liệu có số bit nhỏ lưu dạng byte (vì byte bit) tư liệu số có số bit lớn lưu dạng byte hay từ Trong byte lưu 256 cấp độ xám, cịn từ lưu 65536 cấp độ xám Ngồi thơng tin ảnh, lần lưu trữ người ta phải lưu thêm nhiều thông tin bổ trợ khác : số hiệu ảnh, ngày, tháng, năm, tiêu chất lượng 11 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma c, Lượng tử hóa trường hợp tín hiệu có chứa nhiễu Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý chia mẫu lượng tử hóa Hình 1.5 Sơ đồ mơ tả mối tương quan khái niệm 1.7.3 Số liệu mặt đất Số liệu mặt đất tập hợp quan sát mô tả, đo đạc điều kiện thực tế mặt đất vật thể cần nghiên cứu nhằm xác định mối tương quan tín hiệu thu thân đối tượng Nói chung số liệu mặt đất cần phải thu thập đồng thời thời điểm với số liệu vệ tinh khoảng thời gian cho thay đổi đối tượng nghiên cứu thời gian khơng ảnh hưởng tới việc xác định mối quan hệ cần tìm Số liệu mặt đất sử dụng cho mục đích sau: - Thiết kế cảm 12 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma - Kiểm định thông số kỹ thuật cảm - Thu thập thơng tin bổ trợ cho q trình phân tích hiệu chỉnh số liệu Khi khảo sát thực địa ta cần thu thập số liệu: a Các thông tin tổng quan thông tin chi tiết đối tượng nghiên cứu chủng loại, trạng thái, tính chất phản xạ hấp thụ phổ, hình dáng bề mặt, nhiệt độ… b Các thông tin môi trường xung quanh, góc chiếu độ cao mặt trời, cường độ chiếu sáng, trạng thái khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, hướng tốc độ gió Do việc thu thập số liệu mặt đất công việc tốn thời gian kinh phí người ta thường thành lập khu vực thử nghiệm có đầy đủ đối tượng cần theo dõi đo đạc 1.7.4 Số liệu định vị mặt đất Để đạt độ xác q trình hiệu chỉnh hình học cần phải có điểm định vị mặt đất có tọa độ địa lý biết Những điểm thường bố trí nơi mà vị trí thấy dễ dàng ảnh đồ Hiện nay, người ta sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS vào mục đích 1.7.5 Bản đồ số liệu địa hình Để phục vụ cho cơng tác nghiên cứu viễn thám cần phải có tài liệu địa hình chuyên đề sau : - Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 1/50.000 Trên đồ địa hình lấy toạ độ kiểm tra phục vụ việc hiệu chỉnh hình học thơng số độ cao nhằm khơi phục lại mơ hình thực địa - Bản đồ chuyên đề Các đồ chuyên đề sử dụng đất, rừng, địa chất tỷ lệ khoảng 1/5.000 đến 1/25.000 cần cho việc nghiên cứu chuyên đề, chọn vùng mẫu phân loại Nếu đồ số hóa lưu máy tính sử dụng để xây dựng sở liệu hệ thông tin địa lý - Bản đồ kinh tế xã hội Các ranh giới hành chính, hệ thống giao thơng, số thống kê công nông nghiệp thông tin quan trọng khai thác viễn thám - Mơ hình số địa hình Bên cạnh dạng đồ truyền thống, viễn thám sử dụng dạng số liệu khác mơ hình số địa hình hay mơ hình số độ cao tạo từ đường bình độ, lưới số liệu độ cao phân bố đều, lưới số liệu độ cao phân bố ngẫu nhiên hay hàm mô tả bề mặt 1.8 Truyền thu số liệu vệ tinh Khác với phương pháp chụp ảnh hàng không, ảnh viễn thám truyền từ vệ tinh trạm thu mặt đất thơng qua việc sử dụng anten phát sóng điện từ có tần số 13 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma cao, từ vài GHz đến vài chục GHz để làm sóng tải (do liệu cần truyền lớn) chuyển ảnh thơng tin bổ trợ trạm thu (vì vệ tinh luôn chuyển động quỹ đạo đến kết thúc nhiệm vụ, khơng hạ xuống mặt đất để chuyển ảnh máy bay) Dữ liệu truyền từ vệ tinh không ảnh viễn thám đơn mà cịn chứa nhiều thơng tin bổ trợ khác (nhiệt độ, thông số kỹ thuật vệ tinh ) Tất liệu truyền dạng số PCM (Pulse Code Modulation- điều biến mã xung) nên có ưu hẳn phương pháp truyền khác cho phép loại bỏ nhiễu mà lượng tiêu thụ cho việc phát sóng nhỏ Thơng thường liệu truyền từ vệ tinh viễn thám nhận trực tiếp từ trạm thu mặt đất Tuy nhiên, việc thiết lập hệ thống truyền thu thông tin có nhược điểm thực trạm thu vệ tinh viễn thám nằm tầm nhìn Tùy theo loại vệ tinh, người ta sử dụng ba phương pháp để truyền tín hiệu lượng sóng điện từ sau tới cảm chuyển thành tín hiệu số anten vệ tinh tuyền trạm thu mặt đất Ảnh vệ tinh, sau xử lý trạm thu cung cấp cho người sử dụng nhiều cấp độ khác - Dữ liệu ảnh viễn thám truyền trực tiếp trạm thu mặt đất nằm tầm nhìn vệ tinh (A) - Trong trường hợp ngược lại, liệu vệ tinh lưu trữ phát trạm thu mặt đất vào thời điểm mà tầm nhìn vệ tinh trạm thu đảm bảo (B) Phương pháp truyền liệu viễn thám gọi MDR (Mission Data Recorder- truyền liệu ghi lại) MDR cho phép thu nhận thông tin vùng mà trạm thu mặt đất không bao phủ sau truyền lại thơng tin vệ tinh bay qua trạm thu Vệ tinh NOAA, SPOT có trang bị hệ thống MDR - Dữ liệu chuyển trực tiếp qua hệ thống vệ tinh TDRS (Tracking and Data Relay Satellite- hệ thống vệ tinh dẫn đường tiếp sóng liệu) để truyền mặt đất Vệ tinh (C) NASA phóng dùng để truyền liệu vệ tinh Landsat bao gồm số vệ tinh viễn thông vận hành quỹ đạo địa tĩnh, phương pháp cho phép chuyển liệu viễn thám từ vệ tinh sang vệ tinh khác thực việc truyền liệu đến trạm thu mặt đất thích hợp 14 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma Hình 1.6 Quy trình xử lý ảnh vệ tinh Dữ liệu thu nhận từ trạm thu mặt đất liệu số cần phải loại bỏ nhiễu, hiệu chỉnh khí quyển, biến dạng hình học chuyển đổi khuôn dạng chuẩn ảnh viễn thám Hình 1.6 thể quy trình xử lý ảnh vệ tinh trước cung cấp cho người giải đốn Sau ảnh vệ tinh ghi vào băng từ đĩa CD với tham số bổ trợ ảnh vệ tinh Ví dụ, ảnh Landsat cấp cho người dùng người ta cấp tham số bổ trợ sau: Satellite: SPOT- Obs Sensor : TM Date: 1997/09/24 Orbital direction: D Path-row: 112-28 Cloud coverage: 01 Processing level: BK Map projection: UTM Resampling methoth: CC Logical format: CEOS-BSQ Center latitude: N45.982 Center longitude: E135.733 Number of pixels: 6920 Number of lines: 5965 1.9 Giới thiệu số ảnh vệ tinh 1.9.1 Vệ tinh ASTER Tư liệu vệ tinh ASTER Trung tâm Phân tích Dữ liệu Viễn thám Trái đất – Nhật Bản (ERSDAC) nguồn tư liệu sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nghiên cứu địa chất, khí tượng học, nơng nghiệp, lâm nghiệp tài nguyên môi trường Với số lượng kênh phổ nhiều: 14 kênh, có kênh dải sóng nhìn thấy với độ phân giải 15m, kênh dải sóng hồng ngoại với độ phân giải 30m kênh 15 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma dải sóng hồng ngoại nhiệt với độ phân giải 90m, ảnh vệ tinh ASTER có khả cung cấp thông tin nhiều loại tư liệu vệ tinh khác Đồng thời cảm ASTER thu nhận ảnh lập thể dọc tuyến (Along track) nên việc xây dựng mơ hình DEM tốt Ảnh vệ tinh ASTER có độ trùm phủ giống ảnh vệ tinh SPOT 60 x 60 km ảnh vệ tinh ASTER lại có giá thảnh rẻ nhiều so với ảnh vệ tinh SPOT Hình 1.7 Ảnh vệ tinh ASTER Ảnh vệ tinh ASTER luôn cập nhật thời gian 2005, 2006… Đặc biệt chức định vị cảm ASTER cho phép quan sát vị trí bề mặt Trái đất vòng 3-5 ngày Tư liệu ASTER phục vụ tốt cho nghiên cứu tài nguyên môi trường, quy hoạch vùng lãnh thổ, thành lập đồ lớp phủ, đồ sử dụng đất, đặc biệt phục vụ tốt cho nghiên cứu địa chất khoáng sản… Ảnh vệ tinh ASTER cung cấp tới người sử dụng theo dạng: Đã lưu sở liệu đặt thu theo yêu cầu Người sử dụng đặt hàng trước yêu cầu tư liệu ảnh vệ tinh thời gian, địa điểm mức độ xử lý tư liệu Một ưu điểm bật tư liệu vệ tinh ASTER giá thành loại tư liệu rẻ nhiều so với loại tư liệu vệ tinh khác 1.9.2 Vệ tinh ALOS-2 ALOS tinh quan sát Trái đất Nhật Bản, phát triển JAXA ALOS phóng thành cơng vào ngày 24 tháng năm 2006 từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima ALOS có ba cơng cụ viễn thám, PRISM xạ toàn sắc với độ phân giải cao để có liệu địa hình bao gồm độ cao AVNIR-2 xạ nhìn thấy hồng ngoại gần để quan sát khu đất ven biển cung cấp cho độ phân giải không gian tốt PALSAR mảng pha loại L-band Radar độ tổng hợp, cảm biến vi sóng hoạt động cho điện tốn đám mây miễn phí quan sát ngày đêm đất 16 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma ... LỤC PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG TỔNG QUAN VIỄN THÁM 1. 1 Định nghĩa 1. 2 Lịch sử phát triển viễn thám 1. 3 Nguyên lý viễn thám 1. 4 Phân loại viễn. .. 1. 6.2 Quỹ đạo bay thông số 1. 7 Các tài liệu tham khảo cho việc xử lý tư liệu viễn thám 10 1. 7 .1 Ảnh tương tự 10 1. 7.2 Ảnh số 10 1. 7.3 Số... 12 1. 7.4 Số liệu định vị mặt đất 13 1. 7.5 Bản đồ số liệu địa hình 13 1. 8 Truyền thu số liệu vệ tinh 13 1. 9 Giới thiệu số ảnh vệ tinh 15 1. 9.1