V.1/ Viễn thám quang học Như phần đề cập, trình “chụp ảnh” vệ tinh thực chất q trình thu nhận lượng sóng điện từ phản xạ phát xạ từ vật thể Thơng tin có đối tượng q trình nhờ khác biệt phản ứng với sóng điện từ đối tượng khác (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng điện từ) Năng lượng sóng phản xạ từ đối tượng bao gồm hai phần: - Năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt đối tượng - Năng lượng tán xạ cấu trúc bề mặt đối tượng Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào chất đối tượng mà phụ thuộc vào đặc tính bề mặt, có nghĩa độ gồ ghề, hướng đối tượng tạo nên độ chói cho đối tượng Năng lượng tán xạ kết trình tương tác xạ với bề dày đối tượng mà xạ có khả xuyên tới Năng lượng phụ thuộc vào cấu trúc, chất trạng thái đối tượng Đây nguồn lượng mang thông tin giúp ta nhận biết đối tượng trạng thái chúng Để lưu trữ, xử lý hiển thị ảnh vệ tinh máy tính kiểu Raster, tùy thuộc vào số bit dùng để ghi nhận thơng tin, pixel có giá trị hữu hạn ứng với cấp độ xám (giá trị độ sáng pixel: BV – Brightness Value) Ví dụ, bits cho 128 cấp độ xám (0 – 127) bits cho 256 cấp (0 – 255), tương ứng đen 255 trắng Hình VI.12 Độ sáng màu pixel xác định giá trị pixel Ảnh toàn sắc ảnh đa phổ: Ảnh toàn sắc bao gồm kênh phổ nên thường giải đoán ảnh đen trắng, ảnh đa phổ bao gồm nhiều kênh phổ Để hiển thị, kênh ảnh đa phổ thể dạng ảnh gray scale (cấp độ xám) mà fixel có giá trị hữu hạn ứng với cường độ phản xạ lượng vật thể mặt đất, phối hợp ba kênh ảnh hiển thị lúc dạng ảnh tổ hợp màu Việc giải đoán ảnh tổ hợp màu đòi hỏi phải có kiến thức đặc trưng phản xạ phổ đối tượng ảnh Hình 13a: Ảnh đa phổ Hình 13b: Ảnh tồn sắc Hình 13c: Ảnh tồn sắc (màu) (đen trắng) Các thông số quan trọng đặc trưng cho khả thông tin cung cấp ảnh vệ tinh độ phân giải Có ba loại độ phân giải: độ phân giải không gian, độ phân giải phổ độ phân giải thời gian Độ phân giải khơng gian: Do đặc tính đầu thu, độ phân giải không gian ảnh vệ tinh phụ thuộc vào hai thơng số FOV (Field of view-trường/góc nhìn) IFOV (instantaneous field of view - trường/góc nhìn tức thì) thiết kế sẵn Thơng số FOV cho ta thấy phạm vi khơng gian mà đầu thu thu nhận sóng điện từ từ đối tượng Như vậy, với góc nhìn lớn (FOV lớn) ảnh thu rộng, với góc nhìn, vệ tinh có độ cao lớn có khoảng thu ảnh lớn Ngược với FOV, IFOV đầu thu đặc trưng cho phạm vi không gian mà đầu thu nhận sóng điện từ thời điểm Tức đầu thu khơng thể “nhìn” đối tượng nhỏ góc nhìn IFOV Tổng hợp giá trị xạ đối tượng góc IFOV thu nhận lúc mang giá trị, ghi nhận điểm ảnh Trong ảnh số, điểm ảnh gọi pixel giá trị kích thước pixel đặc trưng cho khả phân giải không gian ảnh Góc IFOV nhỏ khả phân biệt đối tượng không gian lớn, nghĩa giá trị pixel nhỏ phạm vi “chụp” ảnh hẹp (Hình VI.14) Ý nghĩa quan trọng độ phân giải không gian cho ta biết đối tượng nhỏ mà phân biệt ảnh Ví dụ, ảnh có độ phân giải không gian 30 x 30m cho phép phân biệt đối tượng có kích thước lớn 30 x 30 m Tuy có nghiên cứu phương pháp phân loại pixel, để áp dụng rộng rãi cần nghiên cứu thêm 5m 30m Hình VI.14 Độ phân giải khơng gian Độ phân giải phổ Như thấy trên, khơng phải tồn giải sóng điện từ sử dụng việc thu nhận ảnh viễn thám Thông thường, tuỳ thuộc vào mục đích thu thập thơng tin, loại đầu thu thiết kế để thu nhận sóng điện từ số khoảng bước sóng định Các khoảng bước sóng gọi kênh ảnh Ta thấy trên, xạ phổ (bao gồm phản xạ, tán xạ xạ riêng) đối tượng thay đổi theo bước sóng điện từ Như vậy, ảnh chụp đối tượng kênh khác khác Điều có nghĩa ảnh thu nhiều kênh có nhiều thơng tin đối tượng thu thập Số lượng kênh ảnh gọi độ phân giải phổ Độ phân giải phổ cao (càng nhiều kênh ảnh) thơng tin thu thập từ đối tượng nhiều Và đương nhiên giá thành lớn Vì tùy theo mục đích sử dụng nên kết hợp nhiều loại ảnh độ phân giải khác để nghiên cứu khu vực Thông thường, vệ tinh đa phổ thường có số kênh ảnh từ khoảng đến 10 kênh Hiện nay, viễn thám đa phổ, loại vệ tinh viễn thám có khả thu nhiều kênh ảnh (trên 30 kênh) gọi vệ tinh siêu phổ (hyperspectral satellite) phát triển Khi xem xét độ phân giải để chọn ảnh cần tuân thủ luật bản: chọn độ phân giải gấp 10 lần kích cỡ đối tượng muốn nghiên cứu Nhưng nên nhớ luật lúc đúng, cần phải xem xét đặc điểm khác đối tượng tính tương phản, vị trí, hình dạng Hình VI.15 Độ phân giải phổ Độ phân giải thời gian Hình VI.16 Phân giải thời gian Vệ tinh viễn thám chuyển động quĩ đạo chụp ảnh Trái đất Sau khoảng thời gian định, quay lại chụp lại vùng chụp Khoảng thời gian gọi độ phân giải thời gian vệ tinh Rõ ràng với khoảng thời gian lặp nhỏ thơng tin thu thập (hay ảnh chụp) nhiều Tóm lại, thơng tin ảnh viễn thám quang học phản xạ phổ đối tượng mặt đất, bao gồm lớp phủ thực vật, nước đất trống ghi nhận thành pixel ảnh có độ phân giải khơng gian xác định, nhiều kênh phổ xác định vào thời gian xác định Hình VI.17 Phân giải xạ Các loại ảnh vệ tinh thường dùng là: Loại có độ phân giải thấp (>100m): MODIS (500m); SPOT Vegetation; Loại có độ phân giải trung bình (15-100m): LANDSAT TM/ETM+ (30m): bao gồm kênh phổ, thường dùng để làm đồ trạng sử đất, hiệu chỉnh đồ tỷ lệ nhỏ; SPOT: ảnh đen trắng độ phân giải 5m, ảnh lập thể dùng cho ứng dụng 3D; ASTER (15m); Loại có độ phân giải cao (