2.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giải đốn và phân loại
2.4.1.1. Ảnh hưởng của một số yếu tố tự nhiên đến đặc điểm phản xạ quang phổ
Thực phủ mặt đất và một số đối tượng khác thường hay thay đổi theo thời gian, nên khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi tương ứng. Do đĩ, khi giải đốn đối tượng thực phủ cần phân tích đầy đủ thơng tin về thời vụ, thời điểm ghi nhận ảnh và đặc điểm của đối tượng cần giải đốn.
Bên cạnh đĩ, yếu tố khơng gian được chia thành hai loại là yếu tố khơng gian cục bộ và yếu tố khơng gian địa lý. Trong đĩ, yếu tố khơng gian cục bộ thể hiện khi chụp ảnh cùng một loại đối tượng. Yếu tố khơng gian địa lý thể hiện khi cùng loại thực vật nhưng điều kiện sinh trưởng khác nhau theo vùng địa lý nên khả năng phản xạ phổ khác nhau. Điều này chỉ ra rằng khi giải đốn đối tượng cần xét đối tượng đĩ theo đặc trưng của phân vùng cảnh quan địa lý.
Đối với yếu tố thời gian phản ánh trên đặc điểm phản xạ phổ khác nhau của cùng một loại đối tượng, cĩ tính chất như nhau, nhưng ở những vị trí được mặt trời chiếu sáng hay khơng chiếu sáng. Điều này chỉ ra rằng việc lấy mẫu trong quá trình giải đốn cần xét đối tượng trong điều kiện được chiếu sáng và khơng được chiếu sáng. Ngồi ra, năng lượng bức xạ từ mặt trời chiếu xuống các đối tượng trên mặt đất phải qua tầng khí quyển, sau đĩ phản xạ từ bề mặt trái đất qua khí quyển tới máy ghi thơng tin trên vệ tinh. Yếu tố này cần được lưu ý trong quá trình xử lý, tăng cường chất lượng ảnh phục vụ giải đốn.
2.4.1.2. Đặc điểm phản xạ quang phổ của một số đối tượng tự nhiên
Từ đồ thị phản xạ quang phổ của các đối tượng tự nhiên là thực vật, đất và nước (xem hình 2-5) cho thấy cĩ sự khác biệt rõ ràng nhất ở kênh cận hồng ngoại và hồng ngoại. Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, kênh Lục cĩ sự phân biệt phản xạ phổ của các đối tượng này rõ ràng hơn cả. Một số nhận xét khác cĩ thể rút ra như sau:
- Trong cùng một kênh phổ, khả năng phản xạ quang phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau. Đây là cơ sởđể phân loại các đối tượng thực vật khác nhau.
- Đối với thổ nhưỡng, biên độ đồ thị khả năng phản xạ quang phổ của các loại đất cĩ thể khác xa nhau, nhưng nhìn chung ổn định ở nhiều dải sĩng khác nhau. Trong đĩ, các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề mặt, hàm lượng chất hữu cơ và ơ xít sắt... Đối với CSDL bản đồ địa hình phân loại thổ nhưỡng bao gồm: đất trống, bãi cát, cuội, sỏi, đá, bãi bùn... việc phân loại theo đặc điểm phản xạ quang phổ là hết sức khĩ khăn. Do đĩ, các đối tượng trên phải giải đốn bằng mắt kết hợp với kiến thức chuyên gia.
- Theo nhu cầu cập nhật thực tế, đối tượng đường mép nước biến đổi liên tục theo thời gian nên khơng yêu cầu cập nhật thường xuyên. Cịn đường bờ là mức nước cao nhất trung bình nhiều năm, nên dữ liệu chỉ được cập nhật đối với những biến động lớn hoặc cĩ sự xuất hiện của một đối tượng mới. Do vậy, sự biến động của đối tượng này cĩ thể giải đốn được từảnh.
Hình 2-5. Đồ thị phản xạ quang phổ của thực vật, đất và nước [38]
2.4.1.3. Đặc điểm phản xạ phổ của một số đối tượng nhân tạo
Các đối tượng nhân tạo cĩ thể chia thành các nhĩm cơ bản là: 1) Các cơng trình kiến trúc cĩ kiểu nhà; 2) Đường giao thơng; 3) Tường rào. Trong mỗi nhĩm, các đối tượng được phân biệt bởi các chất liệu khác nhau.
Theo đặc điểm phản xạ quang phổ, mái nhà phản ánh trên ảnh thường cĩ chỉ số thực vật thấp và cĩ thể bằng 0. Khả năng phản xạ của mái nhà phụ thuộc vào chất liệu làm mái. Mái nhà lợp ngĩi xi măng phản xạ thấp nhất nên cĩ trị số trung bình
phổ của các pixel thấp, đặc biệt là ở kênh Lục và kênh cận hồng ngoại. Mái nhà lợp ngĩi đỏ, tơn mầu đỏ, xanh, nhà mái bằng đổ bê tơng cĩ khả năng phản xạ cao nên trị số trung bình phổ các pixel cao. Do đĩ, kênh Lục cĩ thể sử dụng để nhận dạng đối tượng mái nhà và chiết tách theo tiêu chí chỉ số thực vật, cịn ảnh tổ hợp cĩ thể cho phép nhận dạng đối tượng qua trị trung bình phổ của các pixel.
Khả năng phản xạ phổ của đối tượng đường giao thơng phụ thuộc vào chất liệu trải mặt. Trong đĩ, trị trung bình phản xạ quang phổ từ cao đến thấp phân theo chất liệu trải mặt của đường lần lượt như sau: đường cấp phối, nền đất, bê tơng, bê tơng nhựa, nhựa. Do đĩ, ảnh tổ hợp cĩ thể sử dụng để phân loại các đối tượng đường cĩ chất liệu trải mặt khác nhau căn cứ vào trị trung bình của phản xạ quang phổ.
Đối tượng tường rào cĩ đặc điểm phản xạ phổ phụ thuộc vào vật liệu xây dựng, cĩ mức độ phản xạ tăng dần theo thứ tự như sau: cây trồng hàng rào, gạch, kim loại.
2.4.1.4. Đặc trưng về cấu trúc một số đối tượng
Ở khía cạnh cập nhật, các đối tượng địa lý cần giải đốn từ ảnh cĩ thể chia thành các nhĩm chính là: địa hình, địa vật và các đối tượng trừu tượng. Trong đĩ, đối tượng địa hình được đo vẽ trên các mơ hình lập thể được xây dựng từ các cặp ảnh cĩ độ phủ trùm. Cịn các đối tượng trừu tượng, khơng cĩ hình ảnh trong thực tế nhưng được xác định thơng qua mối quan hệ với các đối tượng cĩ hình ảnh trên thực địa (nhưđường biên giới, địa giới, đường ranh giới).
Các đối tượng thuộc nhĩm địa vật cĩ thể được phân biệt bằng đặc điểm cấu trúc hình học như sau: 1) Các đối tượng cĩ thể cĩ cấu trúc mạng (sơng suối, kênh mương, giao thơng, tường rào...); 2) Các đối tượng cĩ đồ hình rõ rệt (mặt nước tĩnh, khu dân cư, các cơng trình kiến trúc); 3) Các đối tượng cĩ đồ hình khơng rõ rệt (nhà phân bố rải rác). Do đĩ, ngồi đặc điểm phản xạ quang phổ, đặc điểm cấu trúc đặc trưng của từng loại đối tượng cũng là cơ sởđể phân loại chúng.
Kết hợp các phân tích vềđặc điểm phản xạ phổ và cấu trúc cho thấy:
- Khi nhận dạng đối tượng thực vật, đất trống và đường mép nước, việc ưu tiên lựa chọn kênh phổ để phân tích nên sắp xếp theo thứ tự sau: kênh cận hồng ngoại, hồng ngoại, kênh Lục.
- Việc phân loại chi tiết các đối tượng thuộc mỗi nhĩm cần căn cứ vào việc phân tích trị trung bình phản xạ quang phổ của các pixel trên cùng một kênh, hoặc ảnh tổ hợp mầu.
- Để nhận dạng đối tượng mái nhà, đường giao thơng, tường rào theo tiêu chí chỉ số thực vật thấp, cĩ thể sử dụng kênh Lục, kênh cận hồng ngoại hoặc kênh hồng ngoại
Như vậy, ngồi các đối tượng thực vật, thổ nhưỡng, nước mặt, mái nhà, đường giao thơng, tường rào cĩ thể chiết tách từảnh viễn thám, các đối tượng địa lý khác và tính chất của hầu hết các đối tượng địa lý phải giải đốn bằng mắt trên cơ sở kết hợp với kiến thức chuyên gia.
2.4.1.5. Đặc điểm đối tượng địa lý quân sự
Các đối tượng địa lý cĩ thể giải đốn được từảnh viễn thám bằng mắt bao gồm các nhĩm lớp như: Dân cư, Giao thơng, Thủy hệ, Thảm thực vật, Dáng đất và các địa vật đặc trưng khác dựa trên các dấu hiệu nhận biết trực tiếp và gián tiếp [15].
Đối với các mục tiêu quân sự việc giải đốn thường khĩ khăn. Đặc biệt khĩ khăn là các mục tiêu dạng điểm, vì chúng nhỏ và được ngụy trang kỹ càng. Để giải đốn được các mục tiêu này, địi hỏi phải cĩ sự kết hợp giữa kiến thức về giải đốn ảnh viễn thám với kiến thức về biên chế, tổ chức, các hình thức và phương pháp tổ chức tác chiến, các loại vũ khí, khí tài, trang bị kỹ thuật quân sự hiện cĩ, cũng như đặc điểm địa hình cĩ ảnh hưởng đến việc bố trí lực lượng và trang bị kỹ thuật.
Hình 2-6. Minh họa mục tiêu quân sự trên ảnh viễn thám [15]
Theo các chuyên gia trong lĩnh vực tình báo ảnh, việc giải đốn tựđộng thiết bị quân sự từảnh viễn thám cĩ thểđạt trên 90%. Tuy nhiên, các chuyên gia cũng khuyến (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cáo khi giải đốn mục tiêu quân sự cần giải đốn phải bằng mắt kết hợp với kiến thức chuyên gia trước khi ra quyết định cuối cùng, do sựảnh hưởng vơ cùng lớn đến tính mạng của con người, các cơng trình, vũ khí trang thiết bị và nền tảng xã hội [64].
Đặc biệt, đối với các mục tiêu quân sự của đối phương ngồi phạm vi lãnh thổ khơng thể tiến hành điều tra tại thực địa, phải dựa trên kiến thức chuyên gia kết hợp thêm các nguồn tư liệu đáng tin cậy khác.
2.4.2. Cơ sở kiến thức hỗ trợ giải đốn mục tiêu quân sự
Do mục tiêu quân sự bao gồm các cơng trình phục các hoạt động quân sự và cĩ thểđược gắn với các thiết bị quân sự, được khẳng định phải giải đốn bằng mắt nên đối tượng ảnh viễn thám được quan tâm là ảnh quang học. Các nguồn ảnh viễn thám khác sẽ mang vai trị hỗ trợ thơng tin trên cơ sở khai thác những tính năng mà ảnh viễn thám quang học khơng cĩ được. Khi đĩ, cơ sở để giải đốn đối tượng địa lý quân sự cĩ thể chia theo những đặc điểm về địa lý tự nhiên và dân sinh cĩ liên quan, đặc điểm về tổ chức (quân sự) và chiến thuật của đối tượng chủ thể, đặc điểm về cơ sở vật chất, trang thiết bị quân sự, cụ thể như sau [15]:
- Sự hiểu biết về các đặc điểm địa lý tự nhiên và dân sinh cĩ liên quan (kinh tế, chính trị, xã hội) được coi là hồn cảnh mà mục tiêu quân sự được đặt vào, cĩ vai trị là dấu hiệu gián tiếp hỗ trợ giải đốn đối tượng.
- Các kiến thức vềđặc điểm về tổ chức và chiến thuật của đối tượng chủ thể chỉ ra hình thái diễn biến chiến trường, cách tổ chức địa bàn đĩng quân, cách thức ngụy trang mục tiêu… là cơ sởđể giải đốn những đối tượng mục tiêu quân sự trên nền ảnh.
- Cơ sở vật chất, trang thiết bị quân sự như phương tiện phịng thủ cơ sở, phương tiện huấn luyện, phương tiện tiếp vận và trang bị vũ khí… được coi là những dấu hiệu trực tiếp để giải đốn đối tượng trên nền ảnh.
- Bên cạnh đĩ, khi giải đốn các đối tượng mục tiêu quân sự cần phải kết hợp nhiều nguồn tư liệu ảnh khác nhau nhằm hỗ trợ phát hiện thơng tin chính xác hơn. Đối với ảnh hồng ngoại nhiệt, hình ảnh phát ra năng lượng trên ảnh hồng ngoại giúp cĩ thể giúp nhận dạng đối tượng trong đêm tối, hoặc hỗ trợ phát hiện vật cĩ phát ra năng lượng hay khĩi khơng, nhằm xác định chính xác thành phần của đối tượng là
động cơ, hay ống khĩi nhằm hỗ trợ để kết luận đối tượng đĩ là vũ khí, trang thiết bị quân sự loại nào, qua so sánh hình ảnh giải đốn từ ảnh vệ tinh so với các mẫu vũ khí, trang thiết bị cĩ cấu trúc gần giống nhau, hoặc cĩ những đặc điểm gần giống với các thiết bị phục vụ dân sinh. Các ảnh Radar, Lidar với đặc trưng là hình ảnh phản xạ do yếu tố chênh cao địa hình, cĩ khả năng xuyên mây, cũng là một kênh thơng tin hỗ trợ nhận dạng hình ảnh đối tượng kết hợp với ảnh vệ tinh quang học.
- Để đảm bảo độ chính xác tuyệt đối của thơng tin thì việc điều tra tại thực địa hoặc sử dụng các kênh thơng tin cĩ tính pháp lý là khơng thể thiếu.
2.4.3. Xử lý ảnh số
2.4.3.1. Kỹ thuật xử lý ảnh số
Các kỹ thuật xử lý ảnh số cĩ thểứng dụng để chiết tách dữ liệu địa lý từảnh viễn thám bao gồm 7 nhĩm chính là [25], [38]:
- Biến đổi, chỉnh sửa ảnh nhằm phát hiện, khơi phục lại thơng tin của các phần hình ảnh bị tối do quá trình quét, thu nhận và truyền ảnh. Điều chỉnh ảnh hưởng của khí quyển bằng phương pháp lọc, hiệu chỉnh hình học bao gồm các hiện tượng méo về hình học cĩ hệ thống và khơng hệ thống.
- Tăng cường chất lượng hình ảnh là những kỹ thuật xử lý ảnh số khác nhau để thay đổi giá trị số trong ảnh ban đầu nhằm đưa ra ảnh mới với các giá trị số mới. Kỹ thuật này cĩ thể áp dụng cho từng kênh riêng biệt hoặc tổng thể các kênh.
- Chiết tách thơng tin bao gồm các kỹ thuật như lọc khơng gian, các phép lọc đặt ra bởi người xử lý, tạo ảnh tỷ số phổ, tạo ảnh thành phần chính, tạo ảnh tỉ số, tạo ảnh chỉ số, tổ hợp mầu. Để hỗ trợ chiết tách thơng tin, hiện nay người ta cịn kết hợp với kỹ thuật phân loại hướng đối tượng, cĩ bản chất là sự phân chia ảnh thành các đối tượng cĩ trị số trung bình phổ phản xạ của các pixel bằng hoặc gần bằng nhau, trên một kênh ảnh hoặc ảnh tổ hợp, theo một hoặc một tập hợp các tiêu chí phân tích ảnh nhất định. Các nhĩm đối tượng cĩ thểđược tính tốn lại thành các lớp đối tượng khái quát hơn theo các chỉ số tính tốn do người dùng xác lập. Kỹ thuật này bao gồm phương pháp phân loại hướng đối tượng và phân loại theo đặc điểm phản xạ quang phổ.
- Phân loại ảnh bao gồm phương pháp phân loại cĩ kiểm định và phân loại khơng kiểm định. Trong đĩ, Phương pháp phân loại khơng kiểm định được tự động hĩa theo đặc tính phổ của các pixel ảnh đa phổ. Cịn Phân loại cĩ kiểm định được thực hiện bởi các chuyên gia dựa trên những hiểu biết ngồi thực địa để định nghĩa các nhĩm khi phân loại theo các mẫu phân loại. Phương pháp phân loại cĩ kiểm định đảm bảo chất lượng, nâng cao độ tin cậy.
- Nắn chỉnh ảnh nhằm đưa các tọa độ ảnh thực tế về tọa độ ảnh lý tưởng, cĩ bản chất là xây dựng được mối tương quan giữa hệ tọa độ ảnh với hệ tọa độ, hệ quy chiếu chuẩn. Trong lĩnh vực quân sự, các dữ liệu được quy chuẩn về Hệ quy chiếu và hệ tọa độ VN-2000, phép chiếu UTM, Elipsoid WGS84. Để nắn chỉnh ảnh cĩ thể sử dụng theo một trong hai cách sau: 1) Nắn chỉnh ảnh số dựa trên cơ sở các điểm tọa độ khống chếđược đo trực tiếp từ thực địa hoặc từ các tài liệu đủ độ tin cậy kết hợp với mơ hình số độ cao; 2) Nắn chỉnh hình học dựa trên cơ sở hệ tọa độ của một ảnh đã nắn đạt yêu cầu, cĩ độ phân giải bằng hoặc lớn hơn ảnh cần nắn, kết hợp với mơ hình sốđộ cao. Hiện nay, việc nắn ảnh vệ tinh quang học và ảnh hàng khơng để xây dựng, cập nhật CSDL và bản đồđã được thống nhất thành quy chuẩn của ngành [7], [8].
- Trộn ảnh là một trong những kỹ thuật kết hợp hình ảnh, cho phép tích hợp các nguồn thơng tin khác nhau. Hình ảnh hợp nhất cĩ thể cĩ những đặc điểm độ phân giải khơng gian và quang phổ bổ sung cho ảnh tổ hợp mầu.
2.4.3.2. Lựa chọn phương pháp lấy mẫu
Mỗi kiểu đối tượng khác nhau sẽ cĩ giá trị số về phổ khác nhau dựa trên bản chất phản xạ và phát xạ tự nhiên của chúng, theo giá trị phổ đo được tại từng pixel ảnh. Khi đĩ, sự nhận dạng đối tượng khơng gian cĩ thể theo các cách sau:
- Nhận dạng theo mẫu khơng gian: bao gồm nhĩm các pixel ảnh dựa trên tương quan khơng gian của các pixel ảnh với các pixel xung quanh. Mẫu nhận dạng khơng gian cho phân loại cĩ thể kể đến cấu trúc ảnh, sự gần gũi của pixel, hình