Ảnh vệ tinh quang học

Ảnh vệ tinh quang học tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh t...

Ảnh viễn thám vệ tinh trong công tác

giám sát tài nguyên và bảo vệ môi trường

Chuyên đề: Ảnh vệ tinh quang học

PHẦN II: XỬ LÝ ẢNH

Hà Nội, 12-2007

TSKH LƯƠNG CHÍNH KẾ

1

NỘI DUNG PHẦN II: XỬ LÝ ẢNH

1 Tái khôi phục cấu trúc ảnh/ Hiệu chỉnh ảnh

1.1 Tái cấu trúc ảnh (reconstruction) 1.2 Hiệu chỉnh bức xạ ảnh

1.3 Hiệu chỉnh hình học ảnh

2 Biến đổi ảnh (Image transformation)

2.1 Tăng cường chất lượng ảnh 2.2 Biến đổi không gian ảnh (spatial transformation) 2.3 Biến đổi hình học ảnh (geometric transformation)

3 Phân lớp ảnh

3.1 Phân vùng (segmentation) 3.2 Phân lớp ảnh (classification)

3.3 Giải đoán ảnh (image understanding)

2

F - lƣợng ánh sáng đi ra khỏi âm bản;

F o - Lƣợng ánh sáng đi vào âm bản

- Lớp độ xám quang học: l = 2 M

M - số bit, 8 bit = 1 byte

c/ Độ phân giải không gian:

- Độ lớn pixel thực địa = Độ dài mẫu thực địa GSD (m) = α.H = (1,22 λ /d).H

Độ phân giải không gian = (2 – 3) GSD

Khái niệm về độ phân giải ảnh

Ảnh số

Pixel ảnh

Pixel ảnh

Kích thước pixel và kích thước ảnh

Kích thước pixel và GSD

Độ phân giải phổ

Cấp độ sáng của các pixel ảnh

Tổ hợp mầu

Biến đổi độ tương phản

Biến đổi tuyến tính:

BVout = ((BVin – mink)/(maxk – mink))255

TVI

5 ,

0 )

5 , 0 (

5 ,

NDVI TVI

Ảnh tỷ số chỉ số thực vật:

Các chỉ số thực vật: NDVI = (BVij4 – BVij3) / (BVij4 + BVij3) (LandSat TM)

Tăng cường làm rõ nét mép bờ: sử dụng các loại phin lọc khác nhau

Thuật toán phân lớp

theo đối tượng xa nhất

Phân lớp theo giám định

ck ck ijk ck

ck s BV   s



ck ck

ijk ck

Phân lớp phi giám định

Phân lớp phi giám định

Khí quyển

Bộ cảm

quang

Bộ cảm quang- điện

Mờ

ảnh

Góc chiếu mặt trời

Chênh cao địa hình

Hấp thụ, tán xạ

Ảnh đơn Ảnh lập thể

Trực ảnh

Mô hình

Bản

đồ ảnh

DEM

BĐ đường nét

Các bước hiệu chỉnh bức xạ ảnh

Độ nhậy của bộ cảm biến

Góc chiếu mặt trời và địa hình Khí quyển

Hiệu chỉnh sai số bộ cảm biến

Đường cong đặc trưng y = a + bx

Tỷ số tín hiệu vào (S) / nhiễu (N): SNR = 20 X log10 (S/N)

Hiệu chỉnh bức xạ ảnh

Hiện tượng Hoa tiết

Hiệu chỉnh khí quyển

Các ảnh hưởng của khí quyển

Tia sáng không bị tán xạ Tia tới bị tán xạ

Bức xạ bầu trời

Phương trình truyền bức xạ trong khí quyển

Hiệu chỉnh khí quyển

P T

cos /

) (

) (

:

2 3

2 2

tán

d Rayleigh xa

tán

đó Trong

p m

CO O

O O

H a

LP - Lượng bức xạ do các loại tán xạ đi vào sensor

Ghi chú

E 0 - Bức xạ mặt trời tại lớp đỉnh của khí quyển,

E0λ - Bức xạ phổ mặt trời tại lớp đỉnh của khí quyển,

Ed - Bức xạ khuyếch tán của bầu trời,

Edλ - Bức xạ phổ khuyếch tán của bầu trời,

Tau - Bề dày quang học khí quyển theo phương pháp tuyến,

Tθ - Khả năng truyền bức xạ mặt trời của khí quyển,

θv - Góc lệch trục quang của sensor so với phương thiên đỉnh,

µ - cos θ,

R - Hệ số phản xạ trung bình của đối tượng,

quyển),

Ví dụ ảnh NOAA/AVHRR ( R G B )

Ảnh trước khi hiệu chỉnh Ảnh sau khi hiệu chỉnh

Hiệu chỉnh bức xạ do ảnh hưởng góc chiếu mặt trời và địa hình

LT – trị trung bình của các pixel,

Phương pháp hiệu chỉnh C (Teillet):

LH = LT ((cos θo + C)/(cos i +C))

Trong đó: C = b/m

Hiệu chỉnh hình học ảnh

Biến dạng hình học ảnh Biến dạng trong Biến dạng ngòai

Sai số hình học

sensor Sai số các nguyên tố định hướng

ngoài và điểm trắc địa ảnh

Biến dạng do sensor

Biến dạng ngoài

Điểm kiểm tra GCPs

1 Các hệ tọa độ đo ảnh

Kolumna Wiersz

YS

ZS

X

Środek ciężkosci satelity

Kierunek skanowania

Kierunek

do obiektu terenowego

Orbita

a/ Hệ tọa độ vệ tinh

b/ Hệ tọa độ địa tâm

Y Z

X

Południk początkowy Płaszczyzna równika

Liczba kolumn

Liczba wierszy

d/ Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh

e/ Hệ tọa độ đường ảnh

2 Mô hình hình học ảnh

II 2.1a Mô hình đa thức 3D

 Mô hình RPC (Rational Polynomial Coefficients) và các mô hình tương tự

Địa hình

RPC

Mặt phẳng chiếu

3 0

1 0

2 0

3 0 4

3 1

0

2 0

3 0

1 0

2 0

3 0 2

1

) , , (

) , ,

(

; )

, , (

) , ,

Z Y X d

Z Y X c Z

Y X P

Z Y X

P y

Z Y X b

Z Y X a Z

Y X P

Z Y X

P

x

Mô hình RPC mở rộng

y B x

B

B Z

Y X P

Z Y X

P y

y A x

A

A Z

Y X P

Z Y X

P

4

3 2

1 0

2

1

) , , (

) , ,

(

; )

, , (

) , ,



Ai; Bi (i = 1, 2, 3) – Các tham số phụ

IKONOS 5/26 0,39 0,39 RPC firmy 4/6 1,14 1,06 1,29 RPC firmy

30 o ,22

QuickBird 7/24

11/24

0,78 0,31

1,00 0,30

RPC firmy

RPC z fotop

4/6 0,55 0,59 0,82 RPC firmy

61 o ,64

2.1b Các mô hình đa thức 3D khác

2 Mô hình biến đổi trực tiếp DLT mở rộng

Z c Y

c X

c

Z b Y

b X

b

b y

Z c Y

c X

c

Z a Y

a X

a

a x

3 2

1

3 2

1 0

3 2

1

3 2

1 0

2 1

3 2

1 0

4 3

2 1

3 2

1 0

1

1

Y

b Z

c Y

c X

c

Z b Y

b X

b

b y

XY

a Z

c Y

c X

c

Z a Y

a X

a

a x

Các mô hình đa thức 3D khác (tiếp):

5 Biến đổi Affine – động mở rộng (tự kiểm định)

So sánh độ chính xác nắn chỉnh hình học bằng các mô hình đa thức

1 – Mô hình RPC mở rộng

2 – Mô hình ĐH tổng hợp kỹ thuật Hanover (Đức)

3 – Mô hình tính chuyển afine 3D

4 – Mô hình tính chuyển DLT

Stereo-Quickbird

Mô hình (3)

(GCP)

mX (m)

mY (m)

mH (m)

mX (m)

mY (m)

mH (m)

2.1c Mô hình phép chiếu song song

Dạng tổng quát:

5

4 3

2 1

) tan(

) /

1 (

A Z

A Y

A X

A y

A Z

A Y

A X

A x

Độ chính xác mô hình hình chiếu song song:

o

(pixel)

Số điểm GCP

mX (m)

mY (m)

mZ (m)

Số điểm ICP

mX (m)

mY (m)

mZ (m) Khối 15 ảnh

2.2 Mô hình tham số (vật lý)

γ – Điểm xuân phân

λ o – Kinh tuyến gốc Greenwich

K – Điểm thăng thiên

π – Điểm cận

Λ – Độ dài địa tâm

Φ – Độ rộng địa tâm

i – Góc nghiêng quỹ đạo

Ω – Độ dài thiên văn

OX L Y L Z L – Hệ tọa độ trắc địa khu vực

OXYZ – Hệ tọa độ địa tâm

U(t) = F(α, φ(t), ω(t), χ(t), u(t), Ω (t), i(t))

và φ(t), ω(t), κ(t); u(t), Ω (t), i(t); Xc(t), Yc(t), Zc(t) – hàm bậc hai thời

gian; α – góc nghiêng trục quang theo hướng vuông góc hoặc dọc theo hướng bay

b.1 Quét vuông góc với quỹ đạo

)) ( (

)) ( )(

( ))

( )(

(

)) ( (

)) ( )(

( ))

( )(

( sin

cos

sin cos

)) ( (

)) ( )(

( ))

( )(

(

)) ( (

)) ( (

)) ( )(

( 0

0 9

0 8

0 7

0 6

0 5

0 4

0 9

0 8

0 7

0 3

0 2

0 1

t Z Z a t

Y Y t a t

X X

t a

t Z Z a t

Y Y t a t

X X

t

a f y

Y Y t a t

X X

t a

t Z Z a t

Y Y a t

X X

t

a f

b.2 Quét dọc theo quỹ đạo

)) ( )(

( ))

( )(

( ))

( )(

(

)) ( )(

( ))

( )(

( ))

( )(

( cos

)) ( (

)) ( )(

( ))

( )(

(

)) ( (

)) ( )(

( ))

( )(

(

0 9

0 8

0 7

0 6

0 5

0 4

0 9

0 8

0 7

0 3

0 2

0 1

t Z Z

t a t

Y Y

t a t

X X

t a

t Z Z

t a t

Y Y

t a t

X X

t

a f y

t Z Z

a t

Y Y

t a t

X X

t a

t Z Z

a t

Y Y

t a t

X X

t

a f ftg

Mô hình 2 Kepler

Tham số trọng trường GM = 398 600,4415 km3 /s 2

2 / 3 2 0

2 0

2 0

2 0 0

2 / 3 2 0

2 0

2 0

2 0 0

2 / 3 2 0

2 0

2 0

2 0 0

) (

2

) (

) (

2

) (

) (

2

) (

Z Y

X

Z

GM v

Z t

Z

Z Y

X

Y

GM v

Y t

Y

Z Y

X

X

GM v

X t

X

z c

y c

x c

Mô hình Lamberta-Gaussa

(1) Cho ảnh trái

2 / 3 2 1

2 1

2 1

2 1 1

2 1

2 , 1 ,

1 1

) 1 (

2 / 3 2 1

2 1

2 1

2 1 1

2 1

2 , 1 ,

1 1

) 1 (

2 / 3 2 1

2 1

2 1

2 1 1

2 1

2 , 1 ,

1 1

) 1 (

) (

2 2

1 )

(

) (

2 2

1 )

(

) (

2 2

1 )

(

Z Y

X

t Z

GM t

g

Z f

Z Z

t a t

v Z

t Z

Z Y

X

t Y

GM t

g

Y f

Y Y

t a t

v Y

t Y

Z Y

X

t X

GM t

g

X f

X X

t a t

v X

t X

z z

c

y y

c

x x

2 2

2 2

2 2 1

2 2

2 , 2 ,

2 2

)

2

(

2 / 3 2 2

2 2

2 2

2 2 1

2 2

2 , 2 ,

2 2

)

2

(

2 / 3 2 2

2 2

2 2

2 2 1

2 2

2 , 2 ,

2 2

) 2

(

) (

2

' 2

1 )

(

) (

2

' 2

1 )

(

) (

2

' 2

1 )

(

Z Y

X

t Z

GM t

g

Z Z

g Z

t a t

v Z

t Z

Z Y

X

t Y

GM t

g

Y Y

g Y

t a t

v Y

t Y

Z Y

X

t X

GM t

g

X X

g X

t a t

v X

t X

z z

c

y y

c

x x

Mô hình kết hợp (chỉ dành cho 3 ảnh liền nhau)

Véc-tơ vận tốc dành cho ảnh giữa: vM = [vM ,x vM ,y vM, z ]T

2 3

2 1

, 2 ,

2

1 ,

3 ,

2 1

,

1 , ,

2

1 3

1 1

, 3 1

,

, 2

12 1

12 1

12 1

R R

GM dt

dt dt

R R

GM dt

dt

dt dt

R R

GM dt

dt

dt v

M M

M M

M M

M M

M

M M

ICP (21)

GCP (12)

ICP (21)

ICP (21)

±mX 5,80 12,18 5,72 11,10 12,21 12,57 13,27 5,69 11,99

± mY 7,25 18,90 9,46 10,76 13,78 19,93 26,36 9,65 11,36

± mZ 6,35 11,33 5,79 9,86 12,58 13,34 16,37 5,88 11,53

Độ chính xác hiệu chỉnh hình học ảnh bằng các mô hình tham số:

Tư liệu: SPOT 5/HRS, GSD=5m (Pan), 10m (Ms)

Ƣu điểm và nhƣợc điểm Mô hình đa thức 3D so với Mô hình tham số

Xin c¶m ¬n