Xây Dựng Phần Mềm Nhận Diện Vật Thể Trong Ảnh Viễn Thám SAR

SARscape là một bộ các module chuyên dụng được phát triển và chạy trên nền phần mềm ENVI của hãng Exelis VIS ( hiện thuộc tập đoàn Harris Mỹ). ENVI SARScape bao gồm bộ công cụ đa dạng chuyên xử lý và phân tích dữ liệu RadarSAR (Synthetic Aperture Radar) được kết hợp với các tính năng xử lý ảnh vượt trội của ENVI cho phép theo dõi biến động, thành lập DEM và lập bản đồ dịch chuyển… ENVI SARscape chuyên phân tích xử lý nhiều dạng dữ liệu RadarSAR chụp từ vệ tinh và máy bay, với các tính năng kỹ thuật cho phép người dùng xử lý và diễn giải dữ liệu RadarSAR khó hiểu thành thông tin có ý nghĩa phù hợp với bối cảnh.

TRƯỜ NG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Đề Tài: Xây Dựng Phần Mềm Nhận Diện Vật Thể Trong Ảnh Viễn Thám SAR GVHD : Hà Duyên Trung Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Đình Đức MSSV: 20187121 LỜI NĨI ĐẦU Mặc dù cơng nghệ viễn thám radar phát triển lâu giới, nhiên gia nhập cộng đồng khoa học Việt Nam vào lĩnh vực non trẻ thể qua cơng trình nghiên cứu cơng bố cịn số lượng so với mặt chung giới Ngoại trừ ứng dụng radar quân sự, hầu hết lực lượng nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám radar độ tổng hợp (SAR) người có kinh nghiệm làm việc với viễn thám quang học mà chưa có lực lượng tương đối chuyên lĩnh vực Ngày nay, với phát triển mạnh công nghệ vũ trụ liệu vệ tinh (quang học radar) ngày đa dạng chủng loại, chất lượng khác nhau, đặc biệt có nhiều liệu cung cấp miễn phí cho đối tượng người dùng, điều khác biệt với thời kỳ đầu phát triển công nghệ vệ tinh, đa số sản phẩm vệ tinh thương mại hóa Do vậy, tăng cường sử dụng hiệu nguồn liệu quý giá nhu cầu mang tính cấp thiết nhiều ngành liên quan Về mặt ứng dụng, vài thập kỷ trước cộng đồng khoa học tập trung nhiều vào công nghệ xử lý ảnh, phân loại ảnh kiểm chứng kết quả, thời gian gần với đời thuật tốn mạnh (học máy, trí tuệ nhân tạo…) tạo bước ngoặt cơng nghệ nói chung cơng nghệ vũ trụ nói riêng nhằm tạo sản phẩm mang tính đột phá, hiệu cao, có áp dụng hệ thống liệu lớn … Qua khảo sát sơ số lượng cơng trình cơng bố lĩnh vực viễn thám radar nước ta áp dụng khoa học Trái Đất hạn chế, nhóm tác giả nhận thấy cần thiết cung cấp cho độc giả thông tin cần thiết viễn thám radar, viễn thám radar độ tổng hợp (SAR) giới thiệu khả ứng dụng số lĩnh vực LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin đảm bảo liệu nêu đồ án hoàn toàn trung thực, phản ánh kết đo đạc thực tế Mọi thơng tin trích dẫn tuân thủ quy định sở hữu trí tuệ; tài liệu tham khảo liệt kê rõ ràng Chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung viết báo cáo MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .i CHƯƠNG GIỚI THIỆU VIỄN THÁM RADAR 1.1 NGUYÊN LÝ VIỄN THÁM RADAR .1 1.2 NGUYÊN LÝ ẢNH VỆ TINH SAR 1.2.1 Nguyên lý 1.2.2 Băng tần bước sóng 1.3 ĐẶC ĐIỂM ẢNH SAR VÀ MỘT SỐ VỆ TINH QUAN SÁT 1.3.1 Ưu điểm ảnh SAR .7 1.3.2 Hạn chế ảnh SAR .8 1.3.3 Một số vệ tinh SAR quan sát Trái Đất CHƯƠNG XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH SAR 10 2.1 ĐẶC ĐIỂM XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH SAR 10 2.2 TIỀN XỬ LÝ ẢNH SARo .10 2.3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI ẢNH SAR .11 2.4 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG SAR 14 CHƯƠNG PHẦN MỀM ENVI SARscape 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 Từ/Cụm từ viết tắt ALOS Tiếng Anh đầy đủ The Advanced Land Observing Vệ tinh quan sát đất tiên tiến Satellite ASAR Giải thích (tên vệ tinh) Advanced Synthetic Aperture Radar độ tổng hợp tiên tiến Radar CSA Canadian Space Agency Cơ quan Vũ trụ Canada ERS European Remote Sensing Công nghệ viễn thám châu Âu ESA European Space Agency Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Japan Aerospace Cơ quan thám hiểm Hàng không JAXA Exploration Agency InSAR Interferometric Vũ trụ Nhật Bản Synthetic Radar giao thoa Aperture Rada RADAR SAR NASA Radio Detection And Ranging Hệ thống radar Synthetic Aperture Rada Radar độ tổng hợp National Aeronautics and Space Cơ quan Hàng không vũ trụ Hoa Administration Kỳ DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VIỄN THÁM RADAR 1.1 NGUYÊN LÝ VIỄN THÁM RADAR Trước tiên để hiểu rõ viễn thám radar cần sơ lược viễn thám chung Đã có nhiều định nghĩa viễn thám đưa song chúng mang nội dung cơng nghệ khoa học nghiên cứu phương pháp thu thập, đo lường phân tích thơng tin vật thể từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng [1] Một số định nghĩa tiêu biểu viễn thám như: - Viễn thám việc thu nhận thơng tin vật lý đối tượng mà không cần chạm hay tiếp xúc với [2]; - Viễn thám quan sát mục tiêu thiết bị từ khoảng cách [3]; - Thuật ngữ "viễn thám" theo nghĩa rộng đơn có nghĩa "trinh sát thăm dò khoảng cách xa" (trích dẫn Colwell, 1966, [4] trang 71); - Viễn thám định nghĩa khơng hồn tồn xác như: bao gồm tất phương pháp thu thập hình ảnh dạng liệu khác nhận từ việc ghi nhận điện từ bề mặt Trái Đất từ xa sau nghiên cứu, xử lý thành liệu hình ảnh Viễn thám sau theo nghĩa rộng liên quan đến việc phát hình ảnh ghi nhận xạ điện từ từ vùng mục tiêu phạm vi nhận dụng cụ cảm biến Các xạ nhận trực tiếp từ thành phần vùng mục tiêu; lượng mặt trời phản xạ từ chúng phản xạ lượng truyền tới vùng mục tiêu từ cảm biến [5]; - Viễn thám khoa học thu thập thông tin từ khoảng cách xa đối tượng, nghĩa khơng thực tiếp xúc với Được đo nhiều hệ thống viễn thám lượng điện từ phát từ đối tượng quan tâm Mặc dù cịn có nhiều khả khác (ví dụ như: sóng địa chấn, sóng âm lực hấp dẫn) [6] Cũng có số cách phân loại viễn thám theo hình dạng quỹ đạo vệ tinh (vệ tinh địa cực, vệ tinh địa tĩnh), dựa vào mục đích sử dụng (vệ tinh thời tết, vệ trinh sát, vệ tinh quan sát…), độ cao bay vệ tinh (vệ tinh tầm thấp, tầm trung tầm cao)… Dựa vào loại nguồn phát tín hiệu thu nhận người ta phân loại viễn thám loại là: + Chủ động (active): Nguồn tia tới lượng phát từ thiết bị nhân tạo, thường máy phát đặt thiết bị bay chủ động gửi xung thu nhận lại tín hiệu phản xạ lại cảm biến + Bị động (passive): Nguồn phát Mặt Trời vật chất tự nhiên, cảm biến hệ thống phát lượng nguồn lượng tự nhiên có sẵn, ví dụ Mặt Trời Chính vậy, việc thu tín hiệu thiết bị bị động xảy Mặt Trời chiếu sáng đối tượng quan sát (Trái Đất) Viễn thám radar thuộc hai loại, loại viễn thám chủ động bị động tùy thuộc vào thiết bị cảm biến chủ động hay bị động Radar (viết tắt từ “Radio Detection And Ranging”) nghĩa sóng radio (hay nói sóng điện từ) dùng để phát xác định vị trí đối tượng Khi sử dụng tia radar để chụp ảnh phương pháp viễn thám radar Trong phương pháp này, tia radar phản hồi từ vật thể mang thông tin vật thể sử dụng để tạo thành ảnh Khoảng cách từ phương tiện chụp ảnh tới vật thể (dùng để xác định vị trí đối tượng chụp ảnh) xác định thông qua “ranging” - nghĩa xếp theo thời gian phản hồi tia radar Độ lớn tia phản hồi cho thấy tương tác tia radar với vật thể, vốn phụ thuộc vào chất vật lý đối tượng (cùng với chất vật lý tia radar, vốn xác định cách chủ động) Với viễn thám radar, phương pháp áp dụng sử dụng ăngten đặt máy bay vệ tinh phát sóng điện từ có bước sóng từ mm tới m (hay có tần số từ 300 GHz tới 300 MHz) tới bề mặt Trái Đất sau nhận lại lượng phản xạ sóng sau tương tác với bề mặt Trái Đất ăngten thu Herzt người chứng minh phản xạ sóng radio từ bề mặt kim loại để từ khởi nguồn cho nghiên cứu phát triển radio radar đại [7] Taylor Young nhận tầm quan trọng, ý nghĩa khám phá họ việc định hướng hàng hải bóng tối điều kiện thời tiết xấu Trong bối cảnh quân tiềm phát loại vũ khí đối phương Những nỗ lực ban đầu để thực ý tưởng phụ thuộc vào việc đặt vị trí máy phát máy thu cho tín hiệu vi sóng liên tục phản xạ từ đối tượng sau thu máy thu khoảng cách xa Các thiết bị dần phát triển để trở thành dụng cụ chứa máy phát máy thu vị trí Điều tích hợp theo cách cho tín hiệu xung phản xạ từ mục tiêu trở lại ăngten truyền tín hiệu Những cơng cụ phát minh năm 1933-1935 đồng thời Hoa Kỳ (Young Taylor), Anh Đức Một nhà phát minh người Anh: Sir Robert Watson-Watt, coi nhà phát minh hệ thống radar đầu tiên, Young Taylor nhà sử học khác ghi nhận [8] Sóng radar hay cịn gọi vi sóng (microwave), dải sóng quang phổ điện từ, có bước sóng khoảng từ 1mm đến 1m dùng viễn thám (cả từ vệ tinh máy bay) Radar (RAdio Detection And Ranging) khái niệm dùng để phát xác định vị trí đối tượng Radar từ lâu sử dụng cho mục đích quân phi quân nhiều ứng dụng khác hình ảnh, hướng dẫn, viễn thám định vị tồn cầu Việc phát triển radar cơng cụ phát máy bay tàu biển bắt đầu năm 1920 Các ảnh radar đầu tiên, phát triển Thế chiến II, sử dụng B-Scan tạo hình ảnh dạng hình chữ nhật.Vào năm 1950, Radar nhìn từ khơng (SLAR – Side looking airbone radar) phát triển Đặc tính hệ thống SLAR “SL” – side looking rõ đặc điểm qt phía bên hơng (side) theo chiều di chuyển máy bay Điều hiển nhiên để giúp cho khoảng cách, qua vị trí điểm mặt đất, phân biệt nhận biết ảnh radar Các phiên hệ thống SLAR sử dụng chủ yếu cho mục đích trinh sát quân Cho đến năm 1960, hình ảnh SLAR có độ phân giải cao giải mật 10 sử dụng có hiệu mặt khoa học Vào năm 1952, hệ thống làm tăng độ phân giải nhờ hiệu ứng Doppler chùm tia radar phát triển Wiley Goodyear Corporation Nhóm radar sở nghiên cứu Goodyear Litchfield, Arizona theo đuổi khái niệm Wiley phát triển chế tạo hệ thống SAR không đầu tiên, bay máy bay DC-3 vào năm 1953 Hệ thống radar hoạt động tần số 930 MHz, sử dụng ăngten Yagi với độ rộng độ thực 100 Vào cuối năm 1950 đầu năm 1960, hệ thống SAR phát triển phổ biến Đại học Michigan số nơi Đồng thời, phát triển tương tự tiến hành quốc gia khác Nga, Pháp Vương quốc Anh Việc sử dụng SAR cho viễn thám đặc biệt phù hợp với quốc gia Bằng cách lựa chọn tần số hoạt động phù hợp, tia radar xuyên qua đám mây, sương mù, mưa với suy giảm, cho phép vận hành điều kiện thời tiết bất lợi ngăn cản việc sử dụng hệ thống hồng ngoại/cận hồng ngoại Một cách thông thường, viễn thám radar phân loại sau: - Phân loại theo nguồn sóng radar: Radar chủ động (Trên thực tế, vệ tinh radar hầu hết radar chủ động) radar bị động - Phân loại theo số lượng vệ tinh tham gia vào trình chụp ảnh radar: hệ thống đơn hệ thống kép - Phân loại theo bước sóng (băng 1.2 NGUYÊN LÝ ẢNH VỆ TINH SAR 1.2.1 Nguyên ý Hình 1.1 Hệ thống radar quét nghiêng B  k   (1-6) Q trình phát thu tín hiệu lặp lặp lại khoảng thời gian gọi “khoảng lặp xung” PRI (Pulse Repetition Interval), nghịch đảo tần số lặp xung PRF (Pulse Repetition Frequency) tính theo cơng thức: PRI = 1/ PRF(1-7) Tín hiệu thu được tạo thành ma trận liệu hai chiều dạng số phức với phần thực cho thông tin độ lớn phần ảo cho thông tin pha Độ lớn pha tín hiệu phản hồi phụ thuộc vào tính chất vật lý (bao gồm đặc điểm hình học độ nhám) số điện môi đối tượng bề mặt đất Chiều thứ ma trận tương ứng với phương truyền xung, dòng dãy tín hiệu sau khuếch đại, chuyển đổi băng sở, số hóa chứa nhớ Radar ghi lại dịng tín hiệu dịch chuyển khoảng cách PRI, tạo nên chiều thứ hai ma trận – chiều theo phương di chuyển Điểm đặc biệt SAR tín hiệu trả lấy mẫu lại theo hai phương 1.2.2 Băng Tần Và Bước Sóng Của Ảnh SAR: Hầu hết cảm biến radar hoạt động bước sóng cực ngắn (0,5 – 75 cm) phổ điện từ có tần số từ 0,3 – 300 GHz Băng tần sử dụng nhiều viễn thám băng X (2,4 – 3,75 cm), băng C (3,75 – 7,5 cm) băng L (15 – 30 cm) mô tả chi tiết Bảng 1-1 Băng (Band ) Tần số Bước sóng Đặc trưng kỹ thuật ứng dụng Ka 40 – 25 GHz 0,75 – 1,2 cm - Ku 17,6 – 12 GHz 1,7 – 2,5 cm - X 12,5 – GHz 2,4 – 3,75 cm Được sử dụng thám quân sự, lập đồ giám sát (ví dụ: vệ tinh TerraSAR-X, TanDEM-X, COSMOSkyMed) C – GHz 3,75 – 7,5 cm Khả xâm nhập thảm thực vật chất rắn giới hạn Hữu ích cho việc giám sát băng biển (RADARSAT, ERS-1) S – GHz 7,5 – 15 cm Thường ứng dụng khí tượng như: Đo lượng mưa, giám sát sân bay L – GHz 15 – 30 cm Với khả đâm xuyên băng L, băng L ứng dụng quan trắc bề mặt thảm thực vật, giám sát dải băng động lực học sông băng (ALOS PALSAR) p – 0,3 GHz 30 – 100 cm Cho đến băng P sử dụng cho nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm Khả đâm xuyên qua tán (đây yếu tố quan trọng để ước tính sinh khối thực vật), băng biển, đất, sông băng Bảng 1-1: Băng tần bước sóng ảnh SAR 1.3 ĐẶC ĐIỂM ẢNH SAR VÀ MỘT SỐ VỆ TINH QUAN SÁT 1.3.1 Ưu điểm Một ưu điểm bật ảnh radar khả chụp ảnh chủ động với bước sóng sử dụng hệ thống chụp ảnh radar thuộc dải sóng radio, với bước sóng dài bước sóng sử dụng viễn thám quang học khoảng 100.000 lần [11] có khả đâm xuyên cao, xuyên qua điều kiện khí sương mù, mưa nhẹ, tuyết khói Giao thoa lợi độc đáo có ảnh radar chủ động sử dụng bước sóng kiểm sốt kể pha sóng Nó ứng dụng lĩnh vực như: ứng dụng nghiên cứu địa chấn (động đất); ứng dụng nghiên cứu núi lửa; nghiên cứu trượt lở sụt lún; nghiên cứu lâm nghiệp; nghiên cứu địa hình… Phân cực ưu sóng radar, hướng trường điện sóng điện từ truyền nhận ăng ten 1.3.2 Hạn chế Hạn chế lớn ảnh SAR so với ảnh viễn thám quang học xuất phát từ đặc điểm thu nhận ảnh nghiêng hệ thống SAR biến dạng hình ảnh ảnh SAR lớn đặc biệt khu vực có chênh lệch độ cao lớn đẫn tới khu vực bị địa hình che khuất cơng trình lớn che bị số liệu Hạn chế thứ hai lượng thông tin màu ảnh SAR (ảnh đen trắng 0255 màu) thấp so với ảnh quang.Các bước sóng dài có khả đâm xuyên tốt không bị ảnh hưởng yếu tố thời tiết mây, sương mù mưa, nhiên vệ tinh SAR sử dụng băng tần bước sóng ngắn băng Ka, Ku X bị ảnh hưởng yếu tố Chính băng Ka, Ku sử dụng Ảnh hưởng yếu tố thời tiết đến ảnh SAR băng X hơn, nhiên với trận mưa lớn ảnh hưởng gây nhiễu cho ảnh SAR băng X đáng kể, đặc biệt ảnh hưởng nước tới phương pháp giao thoa sử dụng ảnh SAR đáng kể [12] Một hạn chế mang tính tạm thời tính phức tạp ảnh SAR xử lý ảnh SAR đòi hỏi người xử lý có trình độ chun mơn cao 1.3.3 Một Số Vệ Tinh Hình 1.3: Một số vệ tinh SAR quan sát Trái Đất (dual: hai chế độ phân cực; quad: bốn chế độ phân cực) Chương XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH SAR 2.1 ĐẶC ĐIỂM XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH SAR - Đặc Điểm: Cho đến nay, xử lý ảnh SAR tồn khó khăn định Ảnh SAR sau thu nhận mang sai số từ nguồn khác Để sử dụng ảnh SAR cho ứng dụng cụ thể sai số cần loại bỏ giảm thiểu tới mức độ tủy theo yêu cầu sử dụng Các nguồn sai số chủ yếu ảnh SAR bao gồm: biến đạng hình học, nhiễu ảnh đốm ảnh (speckle) tồn tự nhiên nguyên lý chụp ảnh SAR, nhiễu radiometric, sai số ăngten Ảnh SAR gây khó khăn lớn cho người xử lý ảnh mặt cảm quan, ảnh đen trắng thường khơng có mối liên hệ trực tiếp với đối tượng chụp ảnh Việc giải đoán mắt thường ảnh SAR, trừ đối tượng đặc biệt, Ảnh SAR, khác với ảnh quang học, ghi nhận tín hiệu tán xạ phản hồi từ đối tượng mặt đất Tín hiệu tán xạ phản hồi thay đổi lớn tùy thuộc vào độ gồ ghề bề mặt, chất vật lý đối tượng, số điện mơi đối tượng Chính vậy, có giá trị tán xạ phản hồi đối tượng chuẩn dùng để tham khảo Điều dẫn tới người xử lý ảnh SAR phải thực am hiểu chất chụp ảnh SAR, chất đối tượng chụp tương tác với tia radar Ảnh SAR loại ảnh có giá thành cao, nên ứng dụng sử dụng ảnh SAR thường đắt so với ảnh quang học Hơn nữa, việc xử lý ảnh SAR giống việc xử lý tín hiệu, địi hỏi bước tính tốn phức tạp nên cần phần mềm chuyên dụng Các phần mềm hầu hết phức tạp, khó sử dụng có nhiều phần mềm đắt tiền Tuy vậy, có phần mềm miễn phí xử lý ảnh SAR tốt 39 SNAP hay OTB - Tiền Xử Ảnh SAR Tiền xử lý trình bày mục bước cần thực trước sử dụng ảnh cho mục đích cụ thể tiếp bao gồm bước: hiệu chuẩn xạ, hiệu chuẩn hình học, hiệu chuẩn đa trường nhìn… -Hiệu chuẩn xạ: cung cấp hình ảnh giá trị pixel liên quan trực tiếp đến tán xạ radar cảnh Ảnh SAR thường nhà cung cấp xử lý đến mức 1A sai số xạ thường cịn tồn tại, hiệu chuẩn xạ làm tăng cường tính xác liệu SAR [13] 10 -Hiệu chỉnh sai số hình học ảnh SAR Hiệu chỉnh sai số hình học bước tiền xử lý ảnh bắt buộc ảnh cung cấp chưa xử lý (Ví dụ mức 1A ảnh Sentinel-1) khơng giảm thiểu sai số hình học địa hình mà cịn bước định vị ảnh khơng gian hệ tọa độ phù hợp Như ảnh tham chiếu (overlay) với loại số liệu địa lý khác - Xử lý đa trường nhìn Đây bước tiền xử lý ảnh không bắt buộc, nhiên xử lý đa trường nhìn (multilooking) lại giúp giảm thiểu ảnh hưởng đốm ảnh cách bù trừ ảnh với tạo trường nhìn khác ảnh 2.3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI ẢNH SAR Ảnh Sentinel-1 Thông tin chung Độ phân giải Khả giao Ứng dụng không gian thoa Vệ tinh Sentinel-1 hoạt động băng C, tần số 5.405 GHz (tương đương với bước sóng 5,55 cm, góc tới chụp ảnh từ 20 đến 46 độ - m chế độ ảnh Sentinel-1 có chụp dải chế khả giao độ chụp song thoa tốt - × 20 m chế phong phú độ chụp quét rộng giao thoa - 20 × 40 m chế độ chụp quét rộng cung cấp khả hoạt động độc lập để chụp ảnh radar liên tục Trái Đất với tần suất lặp lại cao, độ bao phủ lớn, có tính kịp thời có độ tin cậy nhằm phục vụ cho dịch vụ ứng dụng hoạt động đòi hỏi chuỗi thời gian dài Ảnh TerraSARX (TanDEMX) vệ tinh -1m (Spotlight) Đức, DLR chế -3m(Stripmap) tạo Mục tiêu vệ tinh -18m(ScanSAR) cung cấp liệu băng tần X với nhiều chế độ chụp có độ phân giải cao Ảnh COSMOSkymed chùm gồm vệ - Từ m đến Nhờ có chùm - Ứng dụng quốc tinh, Cơ 15 m, tùy vào vệ tinh, COSMO- phòng an ninh: quan Vũ trụ Italia chế độ chụp SkyMed có khả Giám sát, tình báo, 11 Chu kỳ lặp lại quỹ đạo ngắn 11 ngày ăngten điều khiển điện tử cho phép hình ảnh nhanh thường xuyên vị trí định thủy văn, địa chất, khí hậu, hải dương học, giám sát môi trường thảm họa lập mơ hình số độ cao (tạo DEM) sử dụng công nghệ giao thoa lập thể ASI (Agenzia ảnh Spaziale Italiana) phát triển Bộ Nghiên cứu Italia (MUR) Bộ Quốc phòng Italia (MoD) tài trợ giao thoa tốt có nhiều quỹ đạo trùng thời gian ngắn lập đồ, đánh giá thiệt hại, đánh giá tính dễ tổn thương - Ứng dụng quản lý rủi ro: Lũ lụt, hạn hán, lở đất, núi lửa/động đất, cháy rừng, - Các ứng dụng khác: Môi trường biển ven biển, nông nghiệp, lâm nghiệp, lập đồ, môi trường, địa chất thăm dò - Dịch vụ cung cấp ảnh thương mại Ảnh ASNARO2 vệ tinh nhỏ tiên tiến Bộ Kinh tế, Thương mại Công nghiệp (METI) Nhật Bản đầu tư Công ty NEC nhà phát triển Độ phân giải không gian ASNARO-2 từ m đến 16 m, tùy vào chế độ chụp ảnh Đặc điểm nhẹ hơn, giá phải thời gian thiết kế, chế tạo ngắn 12 Khả giao thoa ASNARO-2 chưa đánh giá Vệ tinh ASNARO-2 có trọng lượng khoảng 570 kg, hoạt động quỹ đạo 500 km chụp ảnh băng tần X ASNARO-2 đưa lên quỹ đạo vào đầu năm 2018 có tuổi thọ hoạt động theo thiết kế năm Hình 1.4 Vệ tinh Sentinel -1 (nguồn ảnh ESA) Hình 1.6 Vệ tinh COSMO-SkyMed (nguồn DLR) 13 Hình 1.5 Vệ tinh TerraSAR X (nguồn DLR) Hình1.7 Vệ tinh ASNARO-2 (nguồn NEC) 2.4 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG SAR Thiên tai Dự báo thiên tai, hỗ trợ cứu hộ, theo dõi, đánh giá hỗ trợ khăc phục thiệt hại, dự báo sóng thần, thủy triều cao, sạt lở đất, sụt lún sạt lở đất, núi lửa, sóng ngầm… Địa chất Xây dựng địa hình, mơ hình số độ cao(DEM) mơ hình số mặt đất (DSM), đứt gãy, dịch chuyển vỏ Trái Đất, xây dựng CSDL, cấu trúc đất Thủy văn Giám sát độ ẩm đất, đất ngập nước, mơ hình nước dịng chảy, dịng chảy, băng, tuyết, chu trình nước, tài nguyên nước sa mạc, giám sát lũ lụt… Nơng nghiệp Phân loại trồng, diện tích trồng, giám sát tăng trưởng, thu hoạch, mùa, giám sát độ ẩm đất Lâm nghiệp Tính sinh khối, giám sát hoạt động rừng như: trồng rừng, rừng, cháy rừng, chiều cao cây, loài, tăng trưởng … Đô thị Cấu trúc mật độ đô thị, phát biến động thị, sụt lún, thị hóa, dự báo chiều cao nhà, giám sát giao thông 14 CHƯƠNG : PHẦN MỀM ENVI SARscape 1.Giới thiệu ENVI SARScape SARscape module chuyên dụng phát triển chạy phần mềm ENVI hãng Exelis VIS ( thuộc tập đoàn Harris - Mỹ) ENVI SARScape bao gồm công cụ đa dạng chuyên xử lý phân tích liệu Radar/SAR (Synthetic Aperture Radar) kết hợp với tính xử lý ảnh vượt trội ENVI cho phép theo dõi biến động, thành lập DEM lập đồ dịch chuyển… ENVI SARscape chuyên phân tích xử lý nhiều dạng liệu Radar/SAR chụp từ vệ tinh máy bay, với tính kỹ thuật cho phép người dùng xử lý diễn giải liệu Radar/SAR khó hiểu thành thơng tin có ý nghĩa phù hợp với bối cảnh Các module ENVI SARscape Sau cài đặt, ENVI SARScape tích hợp vào giao diện chung phần mềm ENVI thư mục Tools Một SARscape đầy đủ bao gồm module, ứng dụng sau: +Basic Module +Focusing Module +Gamma & Gaussian Filter Module +Interferometry Module +ScanSAR Interferometry Module +Interferometric Stacking Module +SAR Polarimetry / Polarimetric Interferometry Module +Quality Assessment Tool - Basic Module: Mô-đun SARScape cho phép đọc, xử lý liệu ảnh radar lọc nâng cao, nắn chỉnh ghép ảnh, tạo ảnh multi-look… đến xử lý tạo ảnh phân loại, nhận dạng đối tượng theo dõi biến động… - chức 15 xử lý liệu SAR (vệ tinh máy bay) dựa giá trị cường độ (intensity) độ tương quan (coherence) - Foc using Module: Hỗ trợ tập trung vào tiền xử lý loại liệu: ERS-1/2 SAR, JERS-1 SAR, ENVISAT ASAR ALOS PALSAR-1 - Gamma & Gaussian Filter Module: Bao gồm công cụ lọc chuyên biệt cho loại liệu SAR khác nhau, dùng để lọc, loại bỏ nhiễu bảo tồn phản xạ sóng radar, đặc tính cấu trúc độ phân giải không gian ảnh - Interferometry Module: Cung cấp công cụ phục vụ xử lý liệu SAR giao thoa, bao gồm kỹ thuật xử lý liệu InSAR (Interferometric SAR) để tạo DEM, tạo ảnh tương quan (Coherence); kỹ thuật DInSAR (Differential Interferometric SAR) để lập đồ dịch chuyển theo dõi biến dạng bề mặt địa hình (Displacement/ Deformation maps) phục vụ cập nhật đồ địa hình, địa mạo trượt lở đất 16 - ScanSAR Interferometry Module: Cung cấp công cụ để xử lý liệu InSAR DInSAR bao phủ khu vực rộng lớn - Interferometric Stacking Module: Dựa kỹ thuật Small Baseline Subset (SBAS) Persistent Scatterers (PS) nhằm phát dịch chuyển đối tượng đơn lẻ, sử dụng liệu ảnh SAR đa thời gian 17 - SAR Polarimetry / Polarimetric Interferometry Module: Hỗ trợ xử lý liệu SAR phân cực SAR giao thoa phân cực - Các công cụ đánh giá chất lượng - Quality Assessment Tool: bao gồm tập hợp công cụ dùng để đánh giá chất lượng liệu SAR mặt hình học, xạ phân cực TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 Rosen, P., Principles and theory of radar interferometry Tutorial for IGARSS, JPL, 2009 Lintz, J and D.S Simonett, Sensors for spacecraft Remote Sensing of Environment, 1976: p 323-343 Barrett, E.C and L.F Curtis, Introduction to environmental remote sensing 1999: Psychology Press Colwell, R.N., Uses and limitations of multispectral remote sensing 1966 White, L.P., Aerial photography and remote sensing for soil survey 1977: Oxford University Press Swain, P.H and S.M Davis, Remote sensing: The quantitative approach.IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 1981(6): p 713-714 Hertz, H., Erinnerungen Briefe Tagebücher; Memoires Letters Diaries 1927, Arranged by Johanna Hertz Second enlarged edition prepared by Mathilde … Campbell, J.B and R.H Wynne, Introduction to remote sensing 2011: Guilford Press Moreira, A., et al., A tutorial on synthetic aperture radar IEEE Geoscience and remote sensing magazine, 2013 1(1): p 6-43 10 McCandless, S.W and C.R Jackson, Principles of synthetic aperture radar SAR Marine User’s Manual, 2004: p 1-23 11 Richards, J.A., Remote sensing with imaging radar Vol 2009: Springer 12 Foster, J., et al., Mitigating atmospheric noise for InSAR using a high resolution weather model Geophysical Research Letters, 2006 33 13 Rosich, B and P Meadows, Absolute calibration of ASAR Level products; ESA/ESRIN 2004, ENVI-CLVL-EOPG-TN-03-0010 14 http://anhvetinh.vn/xu-ly-va-khai-thac-du-lieu-radar-voi-phan-mem-envi-sarscape/ 19 20