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 chính sau:
+ 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 Cosnθ,
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 thể thực 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 mất dòng ảnh, tạo vệt dòng ảnh và nhiễu ngẫu nhiên trên ảnh. Những ảnh hưởng tạo ra nhược 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 bị mất 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 hoạt động 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 cho toàn 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 dòng quét cho toàn bộ ảnh thì được xem như là bị ảnh hưởng. Trong những vùng mà có sự thay đổi lớn về lớp phủ mặt đất, cần xem xét histogram của phần ảnh có biến đổi đặc biệt và xử lý riêng phần ảnh này.
Bước kế tiếp là thay thế dòng bị mất, mỗi pixel trong dòng bị mất sẽ nhận một giá trị được nội suy từ các pixel xung quanh. giá trị trung bình của các pixel xung quanh 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. Hiện tượng này thường xảy ra hơn so với “dòng bị mất”. Mặc dù tất cả các bộ tách sóng của cùng mảng tuyến tính đã được kiểm tra cẩn thận và rất phù hợp với nhau về mức độ cảm nhận trước khi phóng vệ tinh, sau một thời gian vận hành một số bộ tách sóng bị thay đổi thông số (tăng hay giảm mức độ cảm nhận). Kết quả là mỗi dòng quét được ghi nhận bởi chính các bộ tách sóng này sẽ sáng hơn hay tối hơn so với các dòng quét khác. Cần lưu ý rằng, trong trường hợp này giá trị thực của năng lượng phản xạ cần được thể hiện bởi dòng quét khiếm khuyết đó, nhưng cần phải hiệu chỉnh để phù hợp cho toàn ảnh.
Để hiệu chỉnh ảnh có nhiều biện pháp, nhưng phổ biến nhất là làm phù hợp histogram của ảnh bằng cách chia histogram tương ứng với từng bộ phận tách sóng, chọn histogram chuẩn và hiệu chỉnh histogram của bộ tách sóng bị khiếm khuyết. Giá trị mới của pixel được tính toán và hiệu chỉnh lại.
* Nhiễu ngẫu nhiên trên ảnh: Hiện tượng này sinh ra không phải do bộ tách sóng
mà do sai số sinh ra trong quá trình truyền dữ liệu ảnh hoặc bị gián đoạn tạm thời. Do ảnh hưởng này, một số pixel trên ảnh có giá trị độ sáng lớn hay nhỏ hơn rất nhiều so với các pixel xung quanh. Kết quả tạo ra các điểm sáng trắng hay sậm đen trên ảnh mà làm ảnh hưởng đến việc tách thông tin từ ảnh viễn thám. Biện pháp dùng cửa sổ lọc để loại trừ nhiễu ngẫu nhiên là khá phổ biến trong xử lý ảnh hiện nay.
+ Ảnh hưởng do địa hình và góc chiếu của mặt trời
* Bóng chói mặt trời: Tạo ra hiện tượng bức xạ của mặt đất ở vùng này sáng hơn ở
những vùng khác. Ảnh hưởng của bóng chói mặt trời và hiện tượng vigneting có thể được hiệu chỉnh đồng thời bằng cách ước tính đường cong bóng râm dựa trên việc phân tích chuỗi Fourier để tách các thành phần sóng có tần số thấp.
* Bóng râm: là hiện tượng che khuất nguồn bức xạ bởi bản thân địa hình (vùng
đồi, núi, nhà cao tầng…). Để có thể hiệu chỉnh cần phải có mô hình độ cao số DEM và toạ độ vật mang tại thời điểm thu tín hiệu (xác định góc giữa tia bức xạ và vector trực giao với bề mặt địa hình).
* Góc chiếu của mặt trời: Do vị trị tương đối của trái đất với mặt trời thay đổi theo
thời gian trong ngày và mùa trong năm, làm cho vùng Bắc bán cầu có góc đứng của mặt trời vào mùa đông nhỏ hơn mùa hạ. Kết quả là ảnh chụp vào các mùa khác nhau sẽ có cường độ chiếu sáng của mặt trời khác nhau.
Hiệu chỉnh ảnh hưởng do góc chiếu của mặt trời được tiến hành bằng cách lấy giá trị độ sáng của pixel chia cho sin góc đứng của mặt trời (giá trị độ lớn của góc đứng được cho bởi file header của ảnh vệ tinh) công thức tính như sau:
α
sin
BV BVhc =
Trong đó BVhc là giá trị độ sáng của pixel cho bởi ảnh mới đã được hiệu chỉnh góc chiếu của mặt trời. Vì góc đứng luôn nhỏ hơn 90 độ nên BVhc luôn lớn hơn BV (giá trị độ sáng của ảnh chưa hiệu chỉnh).
Khi có ảnh đa thời gian cho cùng một khu vực, việc hiệu chỉnh tương đối có thể được thực hiện bằng cách chọn ảnh có góc chiếu của mặt trời cao làm chuẩn và hiệu chỉnh bức xạ các ảnh còn lại theo ảnh chuẩn này.
+ Ảnh hưởng khí quyển
Rất nhiều các hiệu ứng khí quyển khác nhau như hấp thụ, phản xạ, tán xạ… ảnh hưởng tới chất lượng ảnh thu được. Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi tới mặt đất và năng lượng bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới được bộ cảm. Do đó, bức xạ mà bộ cảm thu được không phải chỉ đơn thuần năng lượng trực tiếp mà còn nhiều thành phần nhiễu khác. Hiệu chỉnh do ảnh hưởng khí quyển là giai đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ ảnh hưởng của những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích. Để hiệu chỉnh khí quyển, người ta thường sử dụng các mô hình khí quyển nhằm mô phỏng trạng thái khí quyển và áp dụng các quy luật quang học để hiệu chỉnh. Các phương pháp cơ bản sau đây thường được sử dụng:
* Phương pháp sử dụng hàm truyền bức xạ: là giải pháp gần đúng được sử dụng để
xác định phương trình chuyển đổi bức xạ. Giá trị các thông số được tính dựa trên trạng thái trung bình của khí quyển (hàm lượng bụi khí quyển ảnh hưởng đến ánh sáng khả kiến và vùng gần hồng ngoại, mật độ hơi nước ảnh hưởng đến sóng hồng ngoại nhiệt… cần được ước tính).
* Phương pháp sử dụng dữ liệu thực mặt đất: Ngay trong thời điểm bay chụp, tiến
hành đo đạc năng lượng bức xạ các đối tượng cần nghiên cứu. Sau đó, dựa trên sự khác biệt cường độ bức xạ thu được trên ảnh vệ tinh và giá trị đo được thực tế xác định giá trị hiệu chỉnh bức xạ. Phương pháp này cho kết quả chính xác nhưng không phải lúc nào cũng thực hiện được (vị trí đặc biệt và mùa thích hợp).
* Các phương pháp khác: Một số vệ tinh được trang bị các bộ cảm đặc biệt chuyên
thu nhận các tham số trạng thái khí quyển đồng thời với các bộ cảm thu nhận ảnh và việc hiệu chỉnh được thực hiện ngay tỏng quá trình bay chụp. Ví dụ vệ tinh NOAA, ngoài Sensor AVHRR để thu nhận ảnh còn trang bị Sensor HIRS (High Resolution Infrared
Radiometer Sounder) đo mật độ và hơi nước để thực hiện hiệu chỉnh khí quyển.