Khai thác thông tin tư liệu SPOT phục vụ thành lập bản đồ lớp phủ khu vực thành phố Hòa Bình

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1.Tính cấp thiết 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 1 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Tài liệu để thực hiện luận văn 2 6. Bố cục đồ án 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 3 1.1 Định nghĩa về viễn thám 3 1.2 lich sử phát triển của viễn thám 4 1.3 Nguyên lí cơ bản của viễn thám 8 1.4 Phân loại viễn thám 9 1.4.1 Phân loại theo nguồn năng lượng 9 1.4.2 Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng 10 1.4.3 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo 11 1.5 một số tư liệu viễn thám 12 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THÔNG TIN VIỄN THÁM 13 2.1 Phân tích ảnh bằng mắt 13 2.1.1 Khái niệm 13 2.1.2 Các dấu hiệu giải đoán ảnh (signatures) 13 2.1.3 Chìa khoá giải đoán ảnh (interpretated key ) 18 2.2 Kĩ thuật xử lí ảnh số (Digital image Processing) 19 2.2.1 Tiền xử lý 20 2.2.2 Tăng cường chất lượng ảnh (Image Enhancement) 24 2.2.3 Chuyển đổi ảnh 25 2.2.4 Phân loại ảnh 28 2.2.4.1 Khái niệm 28 2.2.4.2 Nguyên lý cơ bản 28 2.2.4.3 Phân loại không giám định 29 2.2.4.4 Phân loại có giám định 31 CHƯƠNG 3: KHAI THÁC THÔNG TIN TƯ LIỆU SPOT PHỤC VỤ THÀNH LẬP BẢN DỒ LỚP PHỦ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÒA BÌNH 34 3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu 34 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 35 3.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 35 3.2 Tư liệu sử dụng 38 3.3 Sơ đồ các bước thực hiện 39 3.3.1 Xử lí ảnh trên phần mềm ENVI 39 3.3.1.1 Ảnh vệ tinh 40 3.3.1.2 Nắn ảnh, tổ hợp màu 40 3.3.1.3 Phân loại 41 3.3.1.4 Xử lí sau phân loại 42 3.3.2 Biên tập bản đồ lớp phủ bằng phần mềm ARCGIS 10 45 3.4 Kết quả 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 1. KẾT LUẬN 47 2. KIẾN NGHỊ 47

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường được sự chỉ đạo giảng dạycủa các thầy cô trong trường cũng như các thầy cô trong khoa Trắc Địa - Bản Đồtrường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội Em xin gửi lời cảm ơn chân thànhđến các thầy cô đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em nghiên cứu và hoàn thành đồ án

Bằng sự nỗ lực, cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáocủa Th.S Bùi Thị Thúy Đào giảng viên bộ môn Ảnh Bản Đồ, em đã hoàn thành đồ ánđúng thời hạn Do thời gian làm đồ án có hạn và vốn kiến thức còn hạn chế nên khôngthể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cácthầy cô cũng như các bạn sinh viên để bài đồ án của em có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Bùi Thị Thúy Đào cùng các thầy cô trongkhoa Trắc Địa - Bản Đồ trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã tạođiều kiện giúp đỡ em trong thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Tài liệu để thực hiện luận văn 2

6 Bố cục đồ án 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 3

1.1 Định nghĩa về viễn thám 3

1.2 lich sử phát triển của viễn thám 4

1.3 Nguyên lí cơ bản của viễn thám 8

1.4 Phân loại viễn thám 9

1.4.1 Phân loại theo nguồn năng lượng 9

1.4.2 Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng 10

1.4.3 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo 11

1.5 một số tư liệu viễn thám12 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THÔNG TIN VIỄN THÁM 13 2.1 Phân tích ảnh bằng mắt 13 2.1.1 Khái niệm 13

2.1.2 Các dấu hiệu giải đoán ảnh (signatures) 13

2.1.3 Chìa khoá giải đoán ảnh (interpretated key ) 18

2.2 Kĩ thuật xử lí ảnh số (Digital image Processing) 19 2.2.1 Tiền xử lý 20

2.2.2 Tăng cường chất lượng ảnh (Image Enhancement) 24

2.2.3 Chuyển đổi ảnh 25

2.2.4 Phân loại ảnh 28 2.2.4.1 Khái niệm 28

2.2.4.2 Nguyên lý cơ bản 28

2.2.4.3 Phân loại không giám định 29

2.2.4.4 Phân loại có giám định 31

CHƯƠNG 3: KHAI THÁC THÔNG TIN TƯ LIỆU SPOT PHỤC VỤ THÀNH LẬP BẢN DỒ LỚP PHỦ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÒA BÌNH 34

3.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 34

3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 35

3.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 35

3.2 Tư liệu sử dụng 38 3.3 Sơ đồ các bước thực hiện39 3.3.1 Xử lí ảnh trên phần mềm ENVI 39

3.3.1.1 Ảnh vệ tinh 40

3.3.1.2 Nắn ảnh, tổ hợp màu 40

3.3.1.3 Phân loại 41

3.3.1.4 Xử lí sau phân loại 42

3.3.2 Biên tập bản đồ lớp phủ bằng phần mềm ARCGIS 10 45 3.4 Kết quả 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

1 KẾT LUẬN 47

2 KIẾN NGHỊ 47

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện 4

Bảng 3.1: Mô tả phân loại không kiểm định K - Mean 42

Bảng 3.2: Bảng thống kê kết quả 43

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 : Nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám 8

Hình 1.2: Phân loại theo nguồn năng lượng 10

Hình 1.3: Các bước sóng sử dụng trong viễn thám 11

Hình 2.1: Một số khoá giải đoán trên ảnh vệ tinh sport19 Hình 2.2: Ảnh vệ tinh phân loại theo phương pháp K - Mean 30

Hình 2.3: Ảnh vệ tinh phân loại theo phương pháp ISODATA 30

Hình 3.1: Thành phố Hòa Bình 34

Hình 3.2: Ảnh SPOT khu vực nghiên cứu 40

Hình 3.3: Nhập ảnh khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined. Hình 3.4: Xây dựng ảnh tổ hợp màu bằng phần mềm ENVI 40

Hình 3.5: Một phần của ảnh sau khi hiệu chỉnh độ tương phản 41

Hình 3.6: Ảnh vệ tinh phân loại không kiểm định K-mean 42

Hình 3.7: Ảnh vệ tinh sau khi chỉnh sửa 43

Hình 3.8:Bản đồ sau khi chạy nền chất lượng 45

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết

Công nghệ thông tin đã và đang phát triển mạnh mẽ, thâm nhập hầu hết cácngành khoa học, các hoạt động thực tiễn và nghiên cứu Các thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến của công nghệ điện tử, viễn thông và tin học đã tạo ra những bước đột phá mới trong công nghệ viễn thám Ảnh vệ tinh với hàm lượng thông tin lớn, đượcthu nhận trên nhiều dải sóng đang là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp chocác nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất một cách hiệu quả

Công nghệ xử lý, phân tích và suy giải các đối tượng địa lý nhất là lớp phủ

bề mặt đã có nhiều tiến bộ Vì thế phương pháp xây dựng thành lập bản đồ lớp phủbằng công nghệ viễn thám là một phương pháp hiện đại, có nhiều ưu thế vượt trội sovới các phương pháp truyền thống cũng như tiết kiệm kinh phú, thời gian, sức lực laođộng và đảm bảo độ chính xác cao Nó trở thành một nhu cầu thiết yếu trongcông tác nghiên cứu khoa học, đặc biệt là nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên và xãhội Trong đó, các loại tài nguyên đất, nước và các vấn đề môi trường là một trongnhững hướng được quan tâm nhiều Việc xây dựng bản đồ lớp phủ sẽ là cơ sở chocông tác quy hoạch tổng thể kinh tế xã hội của địa phương

Từ các lợi thế nêu trên của ảnh viễn thám trong công tác thành lập bản đồ nóiriêng và giám sát tài nguyên thiên nhiên nói chung, đề tài “Khai thác thông tin tư liệuSPOT phục vụ thành lập bản đồ lớp phủ khu vực thành phố Hòa Bình ” có ý nghĩakhoa học và thực tiễn phục vụ công tác quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hộicủa thành phố Hòa Bình

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác lập cơ sở khoa học cho việc thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễnthám lấy ví dụ sử dụng ảnh vệ tinh SPOT cho việc thành lập bản đồ lớp phủ thành phốHòa Bình

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về bản đồ lớp phủ, ảnh vệ tinh

- Nghiên cứu về công nghệ viễn thám trong công tác thành lập bản đồ lớp phủ

- Xây dựng quy trình thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám vàảnh vệ tinh SPOT.

- Thực nghiệm thành lập bản đồ lớp phủ thành phố Hòa Bình

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp khảo sát, điều tra tổng hợp

- Phương pháp bản đồ viễn thám

- Phương pháp điều tranh ảnh

5 Tài liệu để thực hiện luận văn

- Bản đồ địa hình thành phố Hòa Bình

- Ảnh vệ tinh SPOT 5

6 Bố cục đồ án

Gồm 3 chương chính sau:

- Chương 1: Tổng quan về viễn thám

- Chương 2: Phân tích thông tin viễn thám

- Chương 3: Khai thác thông tin tư liệu SPOT thành lập bản đồ lớp phủ thànhphố Hòa Bình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM

1.1 Định nghĩa về viễn thám

Viễn thám (Remote sensing) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu

nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việcphân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không

có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu

Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không

có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó

Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa

đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất" Dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo

quan niệm của các tác giả khác nhau

1 Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cầnphải chạm vào vật đó (Ficher và nnk, 1976)

1 Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vậttrên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976)

2 Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ mộtkhoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó Năng lượng được đo trong các hệviễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm (D A Land Grete,1978)

3 Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của tráiđất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ điện

từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất (Janes B Capbell,1996)

4 Viễn thám là "khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể, mộtvùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi phương tiện không tiếpxúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát".( Lillesand và Kiefer, 1986)

5 Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng năng lượng điện từ như ánhsáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính

của đối tượng( Theo Floy Sabin 1987) Định nghĩa này loại trừ những quan trắc vềđiện, từ và trọng lực vì những quan trắc đó thuộc lĩnh vực địa vật lý, sử dụng để đonhững trường lực nhiều hơn là đo bức xạ điện từ

1.2 Lich sử phát triển của viễn thám

Sự phát triển của ngành viễn thám qua các thời gian được tóm tắt trong bảng1.1 Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷ gầnđây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu được thu nhận từ các vệtinh trên quỹ đạo của trái đất vào năm 1960 Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triểnlâu đời, bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh Từ thể kỷ XIX, vàonăm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đưa ra báo cáo công trình nghiên cứu vềhóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái đất từ khinhkhí cầu, được thực hiện vào năm 1858 do Gaspard Felix Tournachon - nhà nhiếp ảnhngười Pháp Tác giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m, chụp ảnh vùngBievre, Pháp Một trong những bức ảnh tiếp theo chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu

là ảnh vùng Bostom của tác giả James Wallace Black, 1860

Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các nguyên liệunhạy cảm với ánh sáng (photo) Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện chonghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho khả năng nhìnảnh nổi (stereo) Khả năng đó giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thông tin từảnh có hiệu quả cao Một ngành chụp ảnh, được thực hiện trên các phương tiện hàngkhông như máy bay, khinh khí cầu và tàu lượn hoặc một phương tiện trên không khác,gọi là ngành chụp ảnh hàng không Các ảnh thu được từ ngành chụp ảnh hàng khônggọi là không ảnh Bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay, được thực hiện vào năm 1910, doWilbur Wright, một nhà nhiếp ảnh người Ý, bằng việc thu nhận ảnh di động trên vùnggần Centoceli thuộc nước Ý

Bảng 1.1: Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện

Thời gian

1800 Phát hiện ra tia hồng ngoại

1839 Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng

1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy

1910-1920 Giải đoán từ không trung

1920-1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không

1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar ( Đức, Mỹ, Anh)

1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay

1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy

1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự

12-4-1961 Liên xô phóng thành công tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh trái đất

từ ngoài vũ trụ

Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám 1960-1970 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1

1972 Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số

1970-1980 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat

1980-1990 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quỹ đạo

1986 Phát triển bộ cảm thu đo phổ, tăng dải phổ và số lượng kênh phổ, tăng

độ phân giải của bộ cảm Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới

Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu củacông nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự Công nghệ chụp ảnh từ máybay đã kéo theo nhiều người hoạt động trong lĩnh vực này, đặc biệt trong việc làm ảnh

và đo đạc ảnh Những năm sau đó, các thiết kế khác nhau về các loại máy chụp ảnhđược phát triển mạnh mẽ Đồng thời, nghệ thuật giải đoán không ảnh và đo đạc từ ảnh

đã phát triển mạnh, là cơ sở hình thành một ngành khoa học mới là đo đạc ảnh(photogrametry) Đây là ngành ứng dụng thực tế trong việc đo đạc chính xác các đốitượng từ dữ liệu ảnh chụp Yêu cầu trên đòi hỏi việc phát triển các thiết bị chính xáccao, đáp ứng cho việc phân tích không ảnh Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939 -1945) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự Trong thời kỳ này, ngoàiviệc phát triển công nghệ radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổhồng ngoại Các bức ảnh thu được từ nguồn năng lượng nhân tạo là radar, đã được sửdụng rộng rãi trong quân sự Các ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại cho ra khả năngtriết lọc thông tin nhiều hơn.ảnh màu, chụp bằng máy ảnh, đã được dùng trong chiếntranh thế giới thứ hai Việc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên Xô cũ và Hoa Kỳ đã thúc

đẩy việc nghiên cứu trái đất bằng viễn thám với các phương tiện kỹ thuật hiện đại Cáctrung tâm nghiên cứu mặt đất được ra đời, như cơ quan vũ trụ châu Âu (AeropianRemote sensing Agebcy), chương trình vũ trụ NASA (Nationmal Aeromautics ànSpace Administration) Mỹ.

Ngoài các thống kê ở trên, có thể kể đến các chương trình nghiên cứu trái đấtbằng viễn thám tại các nước như Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ và Trung Quốc

Bức ảnh đầu tiên, chụp về trái đất từ vũ trụ, được cung cấp từ tàu Explorer-6vào năm 1959 Tiếp theo là chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho ra các sản phẩmảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích thước 70mm, đượcchụp từ một máy tự động Vệ tinh khí tượng đầu tiên (TIR0S-1), được phóng lên quỹđạo trái đất vào tháng 4 năm 1960, mở đầu cho việc quan sát và dự báo khí tượng Vệtinh khí tượng NOAA, đã hoạt động từ sau năm 1972, cho ra dữ liệu ảnh có độ phângiải thời gian cao nhất, đánh dấu cho việc nghiên cứu khí tượng trái đất từ vũ trụ mộtcách tổng thể và cập nhật từng ngày

Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu

vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và quyển khí Các ảnh chụpnổi (stereo), thực hiện theo phương đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini (1965),

đã thể hiện ưu thế của công việc nghiên cứu trái đất Tiếp theo, tầu Apolo cho ra sảnphẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thước ảnh 70mm, chụp về trái đất, đã cho racác thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất Ngành hàng không vũ trụ Nga

đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu trái đất từ vũ trụ Việc nghiên cứu tráiđất đã được thực hiện trên các con tàu vũ trụ có người như Soyuz, các tàu Meteor vàCosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng Salyut Sản phẩm thu được làcác ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải cao, như MSU-E (trên Meteor -priroda) Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau,với kích thước ảnh 18 x 18cm Ngoài ra, các ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140,MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6 kênh ảnh thuộc dải phổ 0.40 đến 0.89μm.m

Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x 20m

Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS(sau đổi tên là Landsat-1), là các vệtinh thế hệ mới hơn như Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và Landsat-5 Ngay từ đầu,ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm

RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau Ngoài các vệ tinh Landsat-2,Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM (1978) Từ 1982,các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4 và Landsat TM-5 với

7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt Điều này tạo nên một ưu thếmới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau Ngày nay, ảnh vệ tinhchuyên đề từ Landsat-7 đã được phổ biến với giá rẻ hơn các ảnh vệ tinh Landsat TM-

5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếp cận với phương pháp nghiêncứu môi trường qua các dữ liệu vệ tinh

Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệSPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5, đã đưa ra sản phẩm ảnh số thuộc haikiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10 x 10m đến 2,5 x2,5m, và đa kênh SPOT- XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc dảiphổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m Đặc tính của ảnh vệ tinhSPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tượng nổi (stereo) trongkhông gian ba chiều Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạt kết quảcao, nhất là trong việc phân tích các yếu tố địa hình Các ảnh vệ tinh của Nhật, nhưMOS-1, phục vụ cho quan sát biển (Marine Observation Satellite) Công nghệ thu ảnh

vệ tinh cũng được thực hiện trên các vệ tinh của ấn độ IRS-1A, tạo ra các ảnh vệ tinhnhư LISS thuộc nhiều hệ khác nhau

Trong nghiên cứu môi trường và khí hậu trái đất, các ảnh vệ tinh NOAA có độphủ lớn và có sự lặp lại hàng ngày, đã cho phép nghiên cứu các hiện tượng khí hậu xảy

ra trong quyển khí như nhiệt độ, áp suất nhiệt đới hoặc dự báo bão

Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám được đẩy mạnh

do áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh radar Viễn thámradar tích cực, thu nhận ảnh bằng việc phát sóng dài siêu tần và thu tia phản hồi, chophép thực hiện các nghiên cứu độc lập, không phụ thuộc vào mây Sóng radar có đặctính xuyên qua mây, lớp đất mỏng và thực vật và là nguồn sóng nhân tạo, nên nó cókhả năng hoạt động cả ngày và đêm, không phụ thuộc vào nguồn năng lượng mặt trời.Các bức ảnh tạo nên bởi hệ radar kiểu SLAR được ghi nhận đầu tiên trên bộ cảmSeasat Đặc tính của sóng radar là thu tia phản hồi từ nguồn phát với góc xiên rất đadạng Sóng này hết sức nhạy cảm với độ ghồ ghề của bề mặt vật, được chùm tia radar

phát tới, vì vậy nó được ứng dụng cho nghiên cứu cấu trúc một khu vực nào đó

Công nghệ máy tính ngày nay đã phát triển mạnh mẽ cùng với các sản phẩmphần mềm chuyên dụng, tạo điều kiện cho phân tích ảnh vệ tinh dạng số hoặc ảnhradar Thời đại bùng nổ của Internet, công nghệ tin học với kỹ thuật xử lý ảnh số, kếthợp với Hệ thông tin Địa lý (GIS), cho khả năng nghiên cứu trái đất bằng viễn thámngày càng thuận lợi và đạt hiệu quả cao hơn

1.3 Nguyên lí cơ bản của viễn thám

Nguồn năng lượng chính sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời Sóng điện

từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặctính của đối tượng Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng vớinăng lượng bức xạ ở từng bước sóng đã xác định Đo lường và phân tích năng lượngphản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách các thông tin hữu ích về từngloại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

Hình 1.1 : Nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám

1 Nguồn năng lượng hay là nguồn chiếu sáng (A) – Yêu cầu trước tiên đối với

một hệ thống viễn thám là phải có nguồn năng lượng để chiếu sáng, cung cấp nănglượng điện từ cho đối tượng trên mặt đất

2 Sự bức xạ và khí quyển (B) – Khi sóng điện từ phát ra từ nguồn năng lượng

đi tới đối tượng, sóng điện từ sẽ tương tác với khí quyển Sự tương tác này diễn rangay cả khi năng lượng điện từ phản xạ từ đối tượng trở lại Sensor

3 Tương tác với các đối tượng trên mặt đất (C) – Ngoài sự tương tác với khí

quyển, sóng điện từ còn tương tác với các đối tượng trên mặt đất Sự tương tác nàyphụ thuộc vào đặc tính của đối tượng cũng như đặc tính của sóng điện từ

4 Thu nhận năng lượng bởi các bộ cảm biến (Sensor) (D) – Thiết bị dùng để

cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến (Sensor)

Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét Sau khi năng lượng điện từ bịtán xạ hoặc hấp thụ bởi đối tượng, đòi hỏi phải có một Sensor để thu nhận phần nănglượng mà đối tượng phản xạ trở lại

5 Truyền, thu và xử lý dữ liệu (E) – Năng lượng thu bởi Sensor sẽ được truyền

tới trạm thu và xử lý để nhận được ảnh

6 Giải đoán và phân tích (F) - Ảnh được giải đoán và phân tích bằng mắt hoặc

kỹ thuật số, chiết tách thông tin về đối tượng

7 Ứng dụng (G) – Nguồn thông tin phong phú về đối tượng được chiết tách từ

ảnh được ứng dụng vào nhiều mục đích, giúp giải quyết các vấn đề thực tế

1.4 Phân loại viễn thám

Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau:

- Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh

- Độ cao bay của vệ tinh

- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận

- Dải phổ của các thiết bị thu

1.4.1 Phân loại theo nguồn năng lượng

- Viễn thám bị động: Sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng do vật thểbức xạ (ở điều kiện nhiệt độ thường, các vật thể tự phát ra bức xạ hồng ngoại)

Hình 1.2: Phân loại theo nguồn năng lượng

- Viễn thám chủ động: Thiết bị thu nhận phát ra nguồn năng lượng tới vật thểrồi thu nhận tín hiệu phản xạ lại

1.4.2 Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng

Theo dải phổ của các thiết bị thu, viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơbản:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: nguồn năng lượng

sử dụng là bức xạ mặt trời, ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượngvùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất Ảnh

thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh quang học.

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do

chính vật thể sản sinh ra Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần: Trong viễn thám siêu cao tần hai kỹ thuật chủ động và

bị động đều được áp dụng Viễn thám bị động thu lại sóng vô tuyến cao tần với bướcsóng lớn hơn 1mm mà được bức xạ tự nhiên hoặc phản xạ từ một số đối tượng Vì cóbước sóng dài nên năng lượng thu nhận được của kỹ thuật viễn thám siêu cao tần bịđộng thấp hơn viễn thám trong dải sóng nhìn thấy Đối với viễn thám siêu cao tần chủđộng (Radar), vệ tinh cung cấp năng lượng riêng và phát trực tiếp đến các vật thể, rồithu lại năng lượng do sóng phản xạ lại từ các vật thể Cường độ năng lượng phản xạđược đo lường để phân biệt giữa các đối tượng với nhau Ảnh thu được từ kỹ thuật

viễn thám này được gọi là ảnh Radar.

Hình 1.3: Các bước sóng sử dụng trong viễn thám

1.4.3 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo

Phân loại theo quỹ đạo: Có hai nhóm chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễnthám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực)

- Quỹ đạo đồng bộ trái đất: Là quỹ đạo mà vệ tinh chuyển động cùng một vận

tốc góc với trái đất, nghĩa là vệ tinh quay một vòng trên quỹ đạo mất thời gian là 24giờ Vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo đồng bộ trái đất và nếu mặt phẳng quỹ đạo có

góc nghiêng bằng 0 được gọi là quỹ đạo địa tĩnh Các vệ tinh địa tĩnh có độ cao

khoảng 36000km và luôn treo lơ lửng tại một điểm trên không trung (đứng yên so với

bề mặt trái đất) Do đó, vệ tinh địa tĩnh cho phép quan sát và thu thập thông tin liên tụctrên một vùng cụ thể và được sử dụng thích hợp vào mục đích quan sát khí tượng hoặctruyền tin…Vệ tinh Vinasat của Việt Nam là vệ tinh thông tin, có quỹ đạo địa tĩnh.Với độ cao lớn, các vệ tinh khí tượng địa tĩnh có thể giám sát thời tiết và dạng mâybao phủ trên toàn bộ bán cầu của trái đất

- Quỹ đạo đồng bộ mặt trời : Là quỹ đạo cho phép vệ tinh chuyển động theo

hướng Bắc – Nam kết hợp với chuyển động quay của trái đất (Tây - Đông) sao cho vệtinh luôn luôn nhìn bề mặt trái đất tại thời điểm có sự chiếu sáng tốt nhất của mặt trời.Như vậy góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo này gần với góc nghiêng của trục quaytrái đất(so với mặt phẳng xích đạo) nên còn được gọi là quỹ đạo gần cực Những vệtinh chuyển động theo quỹ đạo đồng bộ mặt trời sẽ thu thập thông tin trên vùng nào đócủa trái đất theo giờ địa phương nhất định và vị trí của vệ tinh sẽ thay đổi theo điềukiện chiếu sáng của mặt trời trong một năm Loại quỹ đạo này đảm bảo điều kiệnchiếu sáng của mặt trời là như nhau khi thu thập ảnh vệ tinh trên cùng khu vực cụ thểtheo các ngày và từng mùa khác nhau trong năm Các vệ tinh tài nguyên thường sửdụng quỹ đạo đồng bộ mặt trời vì có ưu điểm luôn tạo được một điều kiện chiếu sáng

ổn định Đây là yếu tố quan trọng cho vịêc giám sát sự thay đổi giá trị phổ giữa cácảnh mà không cần hiệu chỉnh do điều kiện chiếu sáng khác nhau

Quỹ đạo có chu kỳ lặp một ngày và nhiều ngày: Là những quỹ đạo mà cho phép

vệ tinh trở lại điểm đỉnh đầu trên khu vực chụp ảnh trong cùng một ngày hoặc saunhiều ngày

1.5 Một số tư liệu viễn thám

1 Bách khoa toàn thư www.wikipedia.org

2 Bộ Tài nguyên và Môi trường, http://www.rsc.gov.vn/

3 Nguyễn Ngọc Thạch (1997), Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên môitrường, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

4 Nguyễn Ngọc Thạch (2005), Cơ sở viễn thám, Nxb Nông Nghiệp, Hà Nội

5 Nguyễn Ngọc Thạch (2011), Những nguyên lí cơ bản về viễn thám, Hệ thôngtin địa lý và Hệ thống định vị toàn cầu, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội

6 Nguyễn Ngọc Thạch, hướng dẫn sử dụng phần mềm Envi

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THÔNG TIN VIỄN THÁM

2.1 Phân tích ảnh bằng mắt

2.1.1 Khái niệm

Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết cácthông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh Trong việc xử lý thông tin viễn thám thìgiải đoán bằng mắt (visual interpretaion) là công việc đầu tiên, phổ biến nhất và có thể

áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Việc phân tíchảnh bằng mắt có thể được trợ giúp bằng một số thiết bị quang học Phân tích hay giảiđoán bằng mắt là sử dụng mắt thường hoặc có sự trợ giúp của các dụng cụ quang họcnhư: kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màu, nhằm nâng cao khảnăng phân tích của mắt người Phân tích ảnh bằng mắt là công việc có thể áp dụng mộtcách dễ dàng trong mọi điều kiện và có thể phục vụ cho nhiều nội dung nghiên cứukhác nhau: nghiên cứu lớp phủ mặt đất, nghiên cứu rừng, thổ nhưỡng, địa chất, địamạo, thuỷ văn, sinh thái, môi trường

Cơ sở để giải đoán bằng mắt là dựa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp hoặcgián tiếp và chìa khoá giải đoán

Phân tích ảnh bằng mắt là công việc tổng hợp, kết hợp nhiều thông số của ảnh,bản đồ, tài liệu thực địa và kiến thức chuyên môn

2.1.2 Các dấu hiệu giải đoán ảnh (signatures)

Về nguyên tắc chung, các dấu hiệu giải đoán được xếp theo hai nhóm chính:dấu hiệu trực tiếp và gián tiếp

* Dấu hiệu trực tiếp (direct signatures)

a Hình dạng (shape): Là hình dáng, cấu trúc hoặc đường nét chung của một vậtthể riêng biệt, thông thường đó là hình ảnh hai chiều, đối với ảnh lập thể có thể nhìnthấy cả chiều cao của đối tượng Hình dạng có thể là dấu hiệu vô cùng quan trọng chocông tác điều vẽ Hình dạng đường thẳng và các ô điển hình mô tả các đối tượng làthành phố hoặc ruộng đồng, trong khi các yếu tố tự nhiên như bìa rừng thường có hìnhdạng không đều, trừ những nơi con người tạo ra hoặc phát quang Trang trại hoặc khuđất trồng có hệ thống tưới tiêu thường hiện trên ảnh dạng hình tròn

Hình dạng gồm có hình dạng xác định, không xác định, hình tuyến, vết, khối

b Hình mẫu (pattern): Là sự sắp xếp về mặt không gian của các vật thể có thểnhìn thấy rõ Sự lặp lại một cách điển hình và có thứ tự của các tông màu và cấu trúc

sẽ tạo nên mẫu đặc thù và cuối cùng có thể nhận dạng được Các vườn cây ăn quả vớicác cây được trồng cách xa đều nhau và các đường phố trong thành phố với nhữngngôi nhà cách đều nhau là những ví dụ điển hình về mẫu hình

c Kích thước (size): Là thông số về độ lớn, độ dài, độ rộng của đối tượng Kíchthước liên quan đến tỉ lệ của ảnh Về hình dạng có thể giống nhau nhưng kích thướckhác nhau thì có thể là hai đối tượng khác nhau Ðiều quan trọng là đánh giá kíchthước của đối tượng trong mối tương quan với các vật thể khác tại thực địa, cũng nhưkích thước chính xác để hỗ trợ cho việc điều vẽ đối tượng đó Việc ước lượng nhanhkích thước đối tượng có thể giúp quá trình điều vẽ có kết quả nhanh tương ứng

Ví dụ, nếu một người điều vẽ phải phân biệt các khu vực sử dụng đất, và đãnhận dạng một vùng với rất nhiều toà nhà trong đó, những khu nhà lớn như nhà máyhoặc nhà kho sẽ làm liên tưởng đến cơ sở kinh doanh, trong khi những khu nhà nhỏ sẽcho thấy khu dân cư

d Sắc ảnh (tone): Là tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ từ bề mặt đốitượng, là dấu hiệu hết sức quan trọng để xác định đối tượng Tone ảnh được chia ranhiều cấp khác nhau, trong giải đoán bằng mắt thường có 10-12 cấp Sự khác biệt củatone ảnh phụ thuộc vào nhiều tính chất khác nhau của đối tượng.

e Nền màu (colour): Màu của đối tượng trên ảnh màu giả (FCC) giúp chongười giải đoán có thể phân biệt được nhiều đối tượng có đặc điểm tone ảnh tương tựnhư nhau trên ảnh đen trắng

Tổ hợp màu giả thông dụng trong ảnh Landsat là xanh lơ (blue), xanhlục(green) và đỏ (red), thể hiện các nhóm yếu tố cơ bản là : thực vật từ màu hồng đếnmàu đỏ, nước xanh lơ nhạt đến xanh lơ xẩm, đất trồng, đá lộ có màu trắng Ngoài ramột số đối tượng khác cũng có màu đặc biệt: đô thị màu xanh lơ, rừng ngập mặn màu

đỏ xẫm đến màu nâu xẩm, đất trồng màu cây vụ đông các loại có màu hồng đến màu

vàng, ngoài ba tổ hợp màu giả đã nêu trên, người ta có thể tạo nên rất nhiều tổ hợpảnh màu giả khác bằng phương pháp quang học (dùng các tấm lọc màu) hoặc bằng kỹthuật xử lý ảnh số Vì vậy khi giải đoán các đối tượng trên ảnh màu giả phải có nhữngđịnh hướng ngay từ đầu về tổ hợp màu giả, từ đó mới tránh được những sự nhầm lẫnngay từ đầu.

f Cấu trúc (texture): Là cách sắp xếp và tần số xuất hiện của mức độ thay đổi

về sắc thái trong các vùng cụ thể trên ảnh Cấu trúc gồ ghề gồm có sắc thái vằn khi cácmức độ của màu xám thay đổi đột ngột trong khu vực nhỏ, trong khi cấu trúc nhẵn córất ít sự thay đổi về tông màu Cấu trúc nhẵn thường là kết quả của việc đồng đều, bềmặt bằng phẳng như đồng ruộng, đường nhựa hoặc bãi cỏ Đối tượng có bề mặt gồ ghề

và cấu trúc không đều như tán rừng dẫn đến hình dáng cấu trúc gồ ghề trong ảnh Cấutrúc là một trong những yếu tố quan trọng nhất để phân biệt các đặc tính trong ảnh ra-

đa Ðây là sự khác nhau của bìa rừng được thể hiện qua cấu trúc Trong phần giữa,chúng ta có thể nhìn thấy cấu trúc nhẵn và đồng đều miêu tả rừng cây rụng lá sớm

g Bóng (shadow): Là phần bị che lấp, không có ánh sáng mặt trời chiếu tới(hoặc từ nguồn chủ động), do đó không có ánh sáng phản hồi tới thiết bị thu Bóngthường được thể hiện bằng tone ảnh đen trên ảnh đen trắng và màu xẫm đến đen trênảnh màu Bóng có thể phản ánh lên độ cao của đối tượng Bóng là yếu tố quan trọngtạo nên cấu trúc đặc trưng cho các đối tượng Tuy nhiên bóng cũng là phần mà thôngtin về đối tượng không có hoặc rất ít, vì vậy phải bổ xung lượng thông tin ở vùngbóng

* Dấu hiệu gián tiếp (indirect signatures)

a Vị trí (Site): Vị trí của đối tượng trong không gian địa lý của vùng nghiêncứu là thông số rất quan trọng giúp cho người giải đoán có thể phân biệt đối tượng Rấtnhiều trường hợp cùng một dấu hiệu ảnh, song ở vị trí khác nhau lại là các đối tượngkhác nhau (đặc biệt là khi giải đoán bằng mắt, mắt người không phân biệt được rõ cácmức khác nhau của yếu tố ảnh)

b Mối quan hệ tương hỗ

Những dấu hiệu gián tiếp cho phép chúng ta kết luận sự có mặt của vật thểhoặc một hiện tượng không nhìn thấy được qua những dấu vết chúng để lại trên địahình do vậy người ta còn coi nó như một dấu hiệu biểu hiện mối quan hệ tương hỗgiữa địa vật này với địa vật khác

Một vật thể có thể không nhìn thấy vì vật thể đó quá nhỏ, không tương phản,sáng mờ hoặc bị che khuất

Các dấu hiệu gián tiếp có thể phát hiện được các đối tượng như:

Vật thể có hình ảnh giống các vật xung quanh nhưng có thể nhìn thấy từ bóng

Đường ống dưới lòng đất có thể nhìn thấy trên mặt đất do biến đổi của vùng đấtcác dấu vết đào bới để lại.

Các hiện tượng trong quá khứ hoặc các dấu vết của chu kỳ sống để lại trên vùngđất

2.1.3 Chìa khoá giải đoán ảnh (interpretated key )

Tập hợp các yếu tố giải đoán được gọi là chìa khoá giải đoán ảnh Là khái niệm

thể hiện sự sắp xếp của các yếu tố ảnh, các đặc điểm chi tiết của đối tượng tạo thànhmột tổng thể trong không gian vĩ mô Từ thông tin về tổ hợp, người giải đoán có thểphân vùng, kiểm chứng và khẳng định để nhận dạng các đối tượng hoặc nhóm đốitượng, từ đó có thể phân biệt các đơn vị địa hình, các đơn vị cảnh quan địa lý, các hệsinh thái

Trong quá trình giải đoán, ngoài việc phân tích các yếu tố riêng lẻ cũng xem xétđến sự tập hợp trong không gian của từng nhóm yếu tố Sự tập hợp đó có thể tạo nênmột dạng hay một kiểu địa hình, từ đó giúp cho người giải đoán có thể hiệu chỉnh, loại

bỏ những sai sót và nâng cao độ chính xác Như vậy, trong giải đoán bằng mắt phảinắm bắt và phân biệt được dấu hiệu giải đoán và chìa khoá giải đoán Công việc đóyêu cầu người giải đoán phải có kiến thức chuyên môn vững để có thể kết hợp nhuầnnhuyễn các kiến thức trong quá trình giải đoán ảnh và đưa ra kết quả chính xác

Các chìa khóa giải đoán được thiệt lập dựa vào kinh nghiệm, kiến thức vànhững nghiên cứu trên một tấm ảnh cụ thể của người phân tích Thông thường, 8 yếu

tố giải đoán (kích thước, hình dạng, bóng, tone, màu, cấu trúc, hình mẫu và tổ hợp mốiquan hệ) cũng như thời gian chụp ảnh, mùa, kiểu phim, tỷ lệ ảnh, sẽ được xem xét kỹ

để thiết lập nên chìa khóa giải đoán Chìa khóa thông thường bao gồm cả phần mô tả

và các thành phần của hình ảnh Thông qua việc hiểu rõ các chìa khóa giải đoán, ngườiphân tích có thể liên hệ mở rộng để phân tích các vùng khác

Đất nuôi trồng kết hợp trồng rừng Đất nuôi tôm kết hợp trồng lúa

Đất chuyên tôm Đất dừa nước

Hình 2.1: Một số khoá giải đoán trên ảnh vệ tinh SPOT

2.2 Kĩ thuật xử lí ảnh số (Digital image Processing)

Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong kỹ thuật viễn thám thường được lưudưới dạng ảnh số nên vấn đề xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trò quan trọng

Có 2 nguồn dữ liệu chính:

+ Ảnh tương tự do các máy chụp quang cơ cung cấp

+ Ảnh số do các máy quét đa phổ cung cấp

- Để xử lý ảnh số thì dữ liệu bắt buộc phải được lưu trong hình thức số sao cho

có thể lưu trữ vận hành và phân tích bởi máy tính

- Trường hợp ảnh số: dữ liệu được chuyển từ các băng từ lưu trữ mật độ caoHDDT (high density digital tape) vào các băng từ CCT (computer compatible tape)hay CD-ROM để cho phép bất kỳ máy tính nào cũng có thể đọc được số liệu

- Trường hợp ảnh tương tự phải được chuyển thành ảnh số thông qua các máyquét

Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong viễn thám thường dưới dạng số và được

xử lý bởi máy tính để tạo ảnh đã được giải đoán ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khácnhau

Có một số các phần mềm thương mại cũng như miễn phí dùng để xử lý ảnh sốcho nhiều mục đích khác nhau: ví dụ như Envi, Erdas, PCI, Ermapper…

Tiền xử lý ảnh số bao gồm hiệu chỉnh hình học và bức xạ, thường được thựchiện trên các máy tính lớn tại các trung tâm thu dữ liệu vệ tinh nhằm tạo ra một dữ liệuảnh lý tưởng cung cấp cho người sử dụng Thực tế cho thấy, khi đo các bức xạ và phản

xạ sóng từ mặt đất thu nhận bởi Sensor đặt trên các vật mang, người ta thấy sự khácbiệt so với trường hợp quan sát cùng đối tượng đó ở khoảng cách gần Điều này chứng

tỏ ở những khoảng cách xa luôn tồn tại một lượng nhiễu nhất định gây bởi ảnh hưởngcủa góc nghiêng và độ cao mặt trời, của điều kiện khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ…

Do đó, để đảm bảo nhận được những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và phản

xạ, cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ nhằm loại trừ các nhiễu Ngoài ra, doảnh hưởng tổng hợp của sai số chế tạo Sensor và sự thay đổi ngẫu nhiên vị thế của vậtmang, làm cho ảnh thu được bị biến dạng về mặt hình học Biến dạng hình học củaảnh được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa toạ độ ảnh thực tế và toạ độ ảnh lý tưởngđược tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học chính xác và chụp ảnh trong các điềukiện lý tưởng (không ảnh hưởng bởi vị thế của vật mang)

Hiệu chỉnh bức xạ

Để đảm bảo nhận được những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và phản

xạ của vật thể cho trên ảnh vệ tinh, cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh nhằm loại trừ

các nhiễu trước khi sử dụng ảnh Hiệu chỉnh bức xạ được phân thành ba nhóm chínhsau:

* Hiệu chỉnh do ảnh hưởng bởi bộ cảm biến

Nếu sử dụng các bộ cảm quang học, bao giờ cũng xảy ra trường hợp cường độ

bức xạ tại tâm lớn hơn tại góc Hiện tượng này được gọi là vignetting (thể hiện bởi Cos n θ, trong đó θ là góc hợp bởi tia tới và quang trục của thấu kính và n là tham số phụ thuộc vào thấu kính được sử dụng, thường n = 4) Đây là sai số không thể tránh

khỏi do các hệ thống quang học tạo ra

Khi sử dụng các bộ cảm quang điện tử thì xác định số hiệu chỉnh bức xạ có thểthực hiện bằng cách xác định sự sai khác giữa cường độ bức xạ trước Sensor và cường

độ tín hiệu của chuẩn Ngoài ra, ảnh vệ tinh thu được trong một số trường hợp bị mấtdòng ảnh, tạo vệt dòng ảnh và nhiễu ngẫu nhiên trên ảnh Những ảnh hưởng tạo ranhược điểm nhất định cần phải khôi phục để cung cấp ảnh cho người sử dụng

* Mất dòng ảnh (Dropped Lines): Nguyên nhân là do một bộ phận tách sóng

nào đó của mảng tuyến tính không tách được (hoặc không hoạt động) năng lượng phản

xạ cho pixel được phân chia ứng với từng dòng ảnh Kết quả nhận được ảnh vệ tinh bịmất đi một hoặc dòng ảnh riêng biệt mà cần phải khôi phục Ví dụ bộ cảm biến có 16

bộ tách sóng tạo thành dòng quét (hàng trên ảnh), nếu một bộ tách sóng không hoạtđộng sẽ tạo ra trong mỗi dòng quét thứ 16 là một chuỗi zero gây ra một dòng đen(hoặc vài dòng đen nếu có vài bộ tách sóng) mà có thể nhận biết dễ dàng bằng mắt

Để khôi phục, bước đầu tiên là tính giá trị trung bình trên dòng quét sao chotoàn bộ ảnh, so sánh giá trị trung bình của từng dòng với giá trị vừa nhận được này.Bất cứ dòng nào lệch khỏi (vượt quá ngưỡng cho phép) giá trị trung bình trên dòngquét cho toàn bộ ảnh thì được xem như là bị ảnh hưởng Trong những vùng mà có sựthay đổi lớn về lớp phủ mặt đất, cần xem xét histogram của phần ảnh có biến đổi đặcbiệt và xử lý riêng phần ảnh này

Bước kế tiếp là thay thế dòng bị mất, mỗi pixel trong dòng bị mất sẽ nhận mộtgiá trị được nội suy từ các pixel xung quanh.giá trị trung bình của các pixel xungquanh được dùng để thay thế cho giá trị pixel bị mất

* Vệt dòng ảnh (Stripping/banding): Là hiện tượng ảnh để lộ ra nhiều dòng

nhiễu do sự đáp ứng không đồng bộ giữa các bộ tách sóng trong cùng mảng tuyến tính