Tiểu luận cơ sở VIỄN THÁM

CƠ SỞ VIỄN THÁM 1.1 Mở Đầu Khái niệm viễn thámViễn thám thăm dò từ xa đối tượng tượng mà tiếp xúc trực tiếp với đối tượng tượng Phân loại viễn thám +Dựa vào yếu tố: - hình dạng quỹ đạo vệ tinh, - độ cao bay vệ tinh, thời gian lại quỹ đạo - dải phổ thiết bị thu - loại nguồn phát tín hiệu thu nhận +Có phương thức phân loại a) phân loại theo nguồn tín hiêu: viễn thám chủ động, viễn thám bị động b) phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: viễn thám vệ tinh địa tĩnh, viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực c) c Phân loại theo dải sóng thu nhận: + VT dải sóng nhìn thấy hồng ngoại + VT hồng ngoại nhiệt + VT siêu cao tần 1.2 Nguyên lý viễn thám Nguyên lý : thu nhận lượng phản hổi sóng điện từ chiếu tới vật thể thông qua cảm biến giá trị phản xạ phổ đc chuyển giá trị số Các thành phần hệ thống viễn thám Nguồn lượng (A): nguồn lượng để chiếu sáng hay cung cấp lượng điện từ tới đối tượng cần nghiên cứu Những tia phát xạ khí (B): xạ điện từ từ nguồn phát tới đối tượng nghiên cứu phải tương tác qua lại với khí nơi Sự tương tác với đối tượng (C): tương tác truyền qua, hấp thụ hay bị phản xạ lại khí Thu nhận lượng cảm biến (D): sau lượng đc phát bị phản xạ cầm có cảm biến để tập hợp lại thu nhận sóng điện từ Sự truyền tải, thu nhận xử lý (E): lượng đc thu nhận đến cảm chuyển đến trạm thu nhận liệu để xử lý sang dạng ảnh thô Phân loại phân tích ảnh (F): ảnh thô đc xử lý để sử dụng mục đích khác Ứng dụng (G): thành phần cuối hệ thống viễn thám đc thực ứng dụng thông tin nhận đc trình xử lý ảnh 1.3 Cơ sở vật lý viễn thám Khả xạ tương tác với bầu khí Năng lượng gồm thành phần -Sự tán xạ -Sự hấp thụ -Sự thấu qua Năng lượng xạ tương tác với đối tượng bề mặt đất -Sự tán xạ -Sự hấp thụ -Sự thấu qua CT: E0= Ep+Eanfa+E E0: lượng ban đầu xạ chiếu xuống Ep: lượng phản xạ Eanfa: lượng hấp phụ E: lượng thấu qua Khả phản xạ phổ đối tượng tự nhiên a) khả phản xạ phổ thực vật -thay đổi theo chiều dài bước sóng: chất sắc tố, cấu trúc tế bào lá, hàm lượng nước trọng b) khả phản xạ phổ đất -luôn tăng theo chiều dại bước sóng: thành phần giới, độ ẩm, cấu trúc đối tượng(độ nhám bề mặt) c)khả phản xạ phổ nước -luôn thay đổi theo chiều dài bước sóng: thành phần có nước, độ đục nước, trạng thái bề mặt nước Các yếu tố ảnh hưởng đến khả phản xạ phổ đối tượng tự nhiên -Yếu tố thời gian: trọng yếu tố quan trọng nhất, thay đổi thời gian đối tượng tự nhiên dẫn đến khả phản xạ phổ cungcx thay đổi theo., ví dụ lúa có màu khác theo thời vụ, rụng vào mùa đông khác nhiều vào mùa hè -Yếu tố không gian: gồm yếu tố không gian cục yếu tố không gian địa lý Không gian cục thể thiện chụp ảnh loại đối tượng, không qian địa lý thể loại đối tượng sinh trưởng vùng khác khả phản xạ khác -Yếu tố khí quyển: có ảnh hưởng lớn ảnh hưởng đến sô liệu viễn thám theo cách: tán xạ hấp thụ lượng CHƯƠNG 2.1 Những khái niệm chung cảm biến Bộ cám biến a) Khái niệm Giữ nhiệm vụ thu nhận lượng xạ vật thể phản xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên nhân tạo Năng lượng đc chuyển thành tín hiệu số tương ứng với lượng xạ đc truyền vầ tram thu mặt đất Trong cấu tạo cảm có kính lọc dùng để tách lượng điện từ thành bước sóng khác dẫn vào tế bào quang điện để chuyển quang thành điện b) Phân loại Việc phân loại cảm có nhiều cách khác nhau, kéo dài sóng thu nhận theo kết cấu Các cảm chủ động thu nhận lượng vật thể phản xạ từ nguồn lượng nhân tạo Mỗi loại cảm thuộc nhóm chủ động bị động đc chia thành hệ thống quét hệ thống ko quét Sau chúng tiếp tục chia thành loại tạo ảnh ko tạo ảnh 2.3 Vật mang quỹ đạo bay a) phân loại vật mang phương tiện để bố trí cảm bên nhằm thu thông tin từ mặt đất Vệ tinh máy bay vật mang bản, có nhiều loại vật mang ko -vệ tinh địa tĩnh -vệ tinh tài nguyên -vật mang quỹ đạo thấp -vật mang tầng máy bay -vật mang tầng thấp b)quỹ đạo bay thông số +Các phần tử quỹ đạo vệ tinh Tập hợp thông số mô tả quỹ đạo chuyển động vật mang đc gọi phần tử quỹ đạo vệ tinh Mỗi loại vệ tinh khác chuyển động quoanh trái đất theo quỹ đạp xác định đc thiết kế theo tham số -Bán trục lớn A quỹ đạo -độ dẹt quỹ đạo e -góc nghiêng i -góc lên bên phải h -điểm gần g -thời gian V qua điểm gần +Các dạng quỹ đạo vệ tinh -Quỹ đạo đồng với trái đất: quỹ đạo vệ tinh có chuyển động với vận tốc vận tốc trục quay trái đất mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh trùng với mặt phẳng xích đạo gọi vệ tinh địa tĩnh -Quỹ đạo đồng với quỹ đạo mặt trời: quỹ đạo chuyển động vệ tinh hướng Bắc-Nam kết hợp vs chuyển động hướng Đông – Tây trái đất tạo thành chuyển động đồng với quỹ đạo chuyển động mặt trời cho vệ tinh nhìn trái đất thời điểm có độ sáng ổn định 2.4 Vệ tinh giám sát tài nguyên Vệ tinh Landsat a)lịch sử: landsat1 1972, landsat 1975, landsat 1978 Landsat 1982, landsat 1984, landsat 1993, landsat 1999 b)quỹ đạo chuyển động vệ tinh landsat 4,5,7 độ cao 705km, độ nghiêng 98,2 độ, quỹ đạo đồng với mặt trời, thời điểm bay qua xích đạo 9h42p sáng Chù kỳ lặp lại 16 ngày Bề rộng tuyến chụp 185km Bộ cảm -Bộ cảm MSS, TM máy quét quang cơ, hệ thống landsat MSS hoạt động dải phổ nhìn thấy hồng ngoại -thông số kỹ thuật cảm MSS Độ rộng giải quét 185km Tín hiệu đc mã hóa thành 64 cấp độ sáng Góc quét từ tây sang đông: 11,6 độ Thời gian ghi nhận thông tin dò: 33mili giây Có kênh phổ -Thông số kỹ thuật cảm TM Độ rộng giải quét 185km Góc quét 14,8 độ Độ phân giải: 30M Có kênh phổ • Sự khác biệt cảm MSS TM - TM sử dụng kênh phổ vùn nhìn thất cận hồn ngoại chung so với kênh MSS - TM ranh giới phổ bước sóng dựa vào hiểu biết đặc trưng phổ đối tượng tự nhiên vật thể tự nhiên thông thường đặc trưng truyền khí Điều trái ngược với rạnh giới phổ cảm MSS đc lựa chọn cách tùy tiện - MSS sử dụng gương quét theo pha tây sang đông TM chế hiệu chỉnh dòng quét bù cho biến thiên góc tạo kiểu quét vuông góc với đường bay, cho phép pha quét - Bộ cảm TM có độ phân giải ko giảm, phân giải phổ phân giải xạ cao MSS CHƯƠNG 4.1 Khái Niệm Về Ảnh Số 4.1.1 KN Ảnh kết hiển thị hình học chiều vật thể - Ảnh tương tự: ảnh lưu fim giấy ảnh, xem trực tiếp, có cấp độ xám màu thay đổi liên tục ảnh hàng không, ảnh chụp máy ảnh thông thường - Ảnh Số: dạng liệu ảnh lưu máy tính, chia thành nhiều phần tử ảnh, phần tử anh gọi pixel, pixel tương ứng với hàm tọa độ điểm ảnh vào giá trị độ xám 4.1.2:Ưu điểm - Dữ liệu ảnh số chứa thông tin gốc đối tượng tốt liệu ảnh chụp phim có độ phân giải - Dữ liệu ảnh số cho phép xử lý tự động phân loại nhanh - Dữ liệu ảnh số có dải phổ lớn nhiều kênh so với liệu ảnh chụp phim ảnh - Dữ liệu ảnh số phủ vùng rộng lớn khả ảnh chụp phim - Có thể lưu trữ gọn nhẹ máy tính - Truyền tải nhanh mạng - Ít khả hỏng phim 4.2 Độ Phân Giải Của Ảnh Vệ Tinh Độ phân giải thông số phản ánh chất lượng tính chất ảnh vệ tinh mà dựa vào ta xác định khả phân loại, nghiên cứu vật thể Độ phân giải ảnh vệ tinh bao gồm: Độ phân giản không gian, độ phân giản thời gian, độ phân giải phổ, độ phân giải xạ 4.2.1 Độ phân giản không gian Độ phân giản ko gian ảnh vệ tinh kích thước nhỏ đối tượng hay khoảng cách tối thiểu đối tượng liền kề có khả phân biệt đc ảnh ảnh có độ phân giải không gian cao có kích thước pixel nhỏ Độ phân giản không gian gọi độ phân giải mặt đất trình chiếu pixel tương ứng với đơn vị chia mẫu mặt đất Dựa vào độ phân giải ko gian, ảnh vệ tinh chia làm loại bản: ảnh vệ tinh có độ phân giản siêu cao, phân giản cao, trung bình, thấp 4.2.2 Độ phân giải xạ Là khả nhạy cảm thiết bị thu để phát khác nhỏ lượng sóng điện từ Phần lớn liệu ảnh viễn thám đc lưu trữ dạng bit, số ảnh vệt tinh phân giải cao lưu trữ dạng 16bit Ảnh vệ tinh đc lưu trữ dạng bit có 256 cấp độ xám, 16 bit có 65536 cấp độ xám 4.2.4 Độ phân giải phổ Là thể kích thước số kênh phổ, bề rộng phổ phân chia vùng phổ mà ảnh vệ tinh phân biệt xạ từ nhiều vùng phổ khác Độ phân giải phổ thể độ nhạy tuyến tính cảm biến khả phân biệt thay đổi nhỏ cường độ phản xạ sóng từ vật thể 4.2.4 Độ phân giản thời gian Là thời gian chụp ảnh lặp lại vị trí ảnh vệ tinh Độ phân giải thời gian cho biết số ngày mà hệ thống cảm biến vệ tinh quay lại để chụp vị trí định Do độ phân giản thời gian ko ảnh hưởng đến thiết bị ghi ảnh mà liên quan đến khả lặp lại vệt tinh 4.3 Khuôn Dạng Dữ Liệu Dữ liệu ảnh số thường lưu trữ theo khuôn dạng khác bào gồm: BSQ, BIL, BIP Đây phối hợp vị trí không gian giá trị độ xám để thu nhận, lưu trữ, thể phân tích ảnh Khuôn dạng liệu kiểu BSQ: tất liệu thuộc kênh ảnh đc lưu trữ riêng thành file Nếu ảnh số khu vực gồm nhiều kênh ảnh có nhiêu file liệu Ưu điểm: dễ đọc, cho phép chọn kênh thuận tiện xuất ảnh tổ hợp màu ảnh vệ tinh Khuôn dạng liệu kiểu BIL: cấu trúc xen đường băng phổ Giá trị kênh ghi nhận thứ tự từ dòng hết cho file liệu chung cho tất kênh ảnh Khuôn dạng liệu kiểu BIP: cấu trúc xen pixel băng phổ Trong khuôn dạng liệu BIP pixel ảnh lưu trữ theo kênh, nghĩa kênh phổ ghi theo hàng cột pixel Sau kết thúc tổ hợp phổ pixel lại chuyển sang tổ hợp phổ pixel khác Khuôn dạng liệu kiểu BIP dễ đọc, cho phép chọn kênh bất kỳ, thuận tiện xuất ảnh tổ hợp màu ảnh vệ tinh, sử dụng thuận lợi phân loại tự động đối tượng ảnh xử lý ảnh đa biến, 4.4 Các Phương Pháp Giải Đoán Ảnh KN: Giải đoán anh trình chiết tách thông tin, đặc tính, định lượng từ liệu ảnh, gồm giải đoán ảnh mắt (ảnh tương tự), giải đoán ảnh xử lý số (ảnh số) *)Ưu điểm giải đoán ảnh mắt: tận dụng kinh nghiệm, tận dụng tài liệu, sử dụng chuẩn giải đoán Nhược điểm: suất lao động không cao, kết giải đoán ko đồng nhất, ko sử dụng đc tính chất đa phổ *)Ưu điểm giải đoán ảnh xử lý số: suất lao động cao, kết giải đoán đồng nhất, sử dụng tính chất đa phổ Nhược điểm: ko tận dụng kinh nghiệm, ko tận dụng đc tài liệu, ko sử dụng đc chuẩn giải đoán(chỉ sử dụng chuẩn độ đen) 4.4.1 Giải Đoán Bằng Mắt KN: Là trình sử dụng mắt người với trí tuệ để tách triết thông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh Những yếu tố để phân loại ảnh mắt bao gồm kích thước, hình dạng, bóng râm, độ đậm nhạt – độ sáng, màu sắc, cấu trúc, hình mẫu, mối liên quan Khóa giải đoán ảnh: chuẩn giải đoán cho đối tượng định bao gồm tập hợp yếu tố dấu hiệu người giải đoán thiết lập, nhằm giúp cho công tác giải đoán nhanh đạt kết xác thống cho đối tượng từ nhiều người khác 4.4.2 Giải Đoán Bằng Xử Lý Số KN: pp sử dụng phần mềm chuyên dụng kết hợp với tư liệu ảnh lượng tử hóa thông tin hữu ích đối tượng ảnh, pp xử lý số gồm giai đoạn: 1: tiền xử lý ảnh 2: tăng cường chất lượng ảnh 3: chuyển đổi ảnh 4: phân loại ảnh 1) Tiền xử lý ảnh: nhằm hạn chế sai số ảnh, để sử dụng trường hợp cụ thể -Có loại sai số: +Sai số phổ: liên quan đến độ xám pixel, nguyên nhân độ nhạy cảm cảm , khí quyển, góc chói mặt trời, địa hình +Sai số hình học: liên quan đến hình dạng ảnh, yếu tố nội sai (do hệ thống cảm), yếu tố ngoại sai (các yếu tố hệ thống) Nguyên lý chung hiệu chỉnh hình học ảnh viến thám nắn chỉnh hình học ảnh viễn thám (đưa tọa độ ảnh tọa độ địa lý vùng chụp), gồm pp nắn: nắn theo điểm khống chế, nắn theo tài liệu đồ, nắn theo ảnh 2) Tăng cường chất lượng ảnh -Là thao tác nhằm làm bật đối tượng ảnh, cho người giải đoán dễ đọc, dễ nhận biết so với anh gốc -Các phương pháp tăng cường biến đổi cấp độ sáng , chuyển đổi histogrem, tổ hợp màu -Sau hiệu chỉnh xạ ảnh chưa đảm bảo tối ưu cho việc giải đoán việc hiệu chỉnh cường độ sáng , độ tương phản cần thiết tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể để phân tích đối tượng ảnh 4.5 Phân loại ko kiểm đinh có kiểm định a)Phân loại không kiểm định KN: phương pháp sử dụng túy thông tin ảnh, trình xử lý hoàn toàn tự động -là kỹ thuật phân loại áp dụng khu vực k có thông tin đối tượng cần phân loại -Trình tự thực hiện: 1: chọn ngẫu nhiên, gộp nhóm pixel 2: xác định loại ứng với nhóm ước tính tham số thống kê cho trình phân loại -pp phân loại phi giám định phương tiện để tìm hiểu sơ phân lớp khu vực khảo sát -Nếu có thông tin lớp phủ sử dụng pp kiểm định độ xác cao b) Phân loại có kiểm định -Là hình thức phân loại kết hợp phân loại tự động nhờ trợ giúp máy tính, kết điều tra thực địa trình độ người phân loại -Là hình thức phân loại mà tiêu đc thiết lập dựa vùng mẫu, thuật toán phân loại thích hợp để gán nhãn pixel ứng với vùng cụ thể -Các vùng mẫu khu vực ảnh tương ứng với loại mà mà người giải đoán biết đc đặc trưng phổ -Ưu điểm: Độ xác cao, mẫu phân loại dùng thời gian dài, tốc độ tính toán nhanh, Nhược điểm: độ xác kết phụ thuộc vào độ xác mẫn phân loại chũng trình độ người phân loại -Phân loại tự động kiểm định gồm: 1:chọn liệu mẫu 2:chọn pp phân loại 3:tiến hành phân loại 4:đánh giá kết -Các thuật toán phân loại: 1: thuật toán hình hộp 2: thuật khoảng cách ngắn 3: thuật xác xuất cực đại 4: thuật phân loại gần [...]... số về hình học: liên quan đến hình dạng ảnh, do yếu tố nội sai (do hệ thống bộ cảm), do yếu tố ngoại sai (các yếu tố ngoài hệ thống) Nguyên lý chung của hiệu chỉnh hình học ảnh viến thám là nắn chỉnh hình học ảnh viễn thám (đưa tọa độ ảnh về tọa độ địa lý của vùng chụp), gồm các pp nắn: nắn theo điểm khống chế, nắn theo tài liệu bản đồ, nắn theo ảnh 2) Tăng cường chất lượng ảnh -Là những thao tác nhằm ... dụng mục đích khác Ứng dụng (G): thành phần cuối hệ thống viễn thám đc thực ứng dụng thông tin nhận đc trình xử lý ảnh 1.3 Cơ sở vật lý viễn thám Khả xạ tương tác với bầu khí Năng lượng gồm thành... tố ngoại sai (các yếu tố hệ thống) Nguyên lý chung hiệu chỉnh hình học ảnh viến thám nắn chỉnh hình học ảnh viễn thám (đưa tọa độ ảnh tọa độ địa lý vùng chụp), gồm pp nắn: nắn theo điểm khống... phân giải xạ Là khả nhạy cảm thiết bị thu để phát khác nhỏ lượng sóng điện từ Phần lớn liệu ảnh viễn thám đc lưu trữ dạng bit, số ảnh vệt tinh phân giải cao lưu trữ dạng 16bit Ảnh vệ tinh đc lưu