2.3.2.1 Thành lập bản ủồ biến ủộngbằng phương phỏp so sỏnh sau phõn loại
Hỡnh 2.9 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp so sỏnh sau phõn loại
Bản chất của phương phỏp này là từ kết quả phõn loại ảnh ở hai thời ủiểm khỏc nhau ta thành lập ủược bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất tại hai thời
ủiểm ủú. Sau ủú chồng ghộp hai bản ủồ hiện trạng ủể xõy dựng bản ủồ biến
ủộng. Cỏc bản ủồ hiện trạng cú thể thực hiện dưới dạng bản Quy trỡnh thành lập bản ủồ biến ủộng theo phương phỏp này cú thể túm tắt như hỡnh 2.9.[1]
Phương phỏp so sỏnh sau phõn loại ủược sử dụng rộng rói nhất, ủơn giản, dễ hiểu và dễ thực hiện. Sau khi 2 ảnh vệ tinh ủược nắn chỉnh hỡnh học sẽ tiến hành phõn loại ủộc lập ủể tạo thành hai bản ủồ. Hai bản ủồ này ủược so sỏnh bằng cỏch so sỏnh pixel tạo thành ma trận biến ủộng.
Theo J. Jensen, ưu ủiểm của phương phỏp này cho biết sự thay ủổi từ loại ủất gỡ sang loại ủất gỡ và chỳng ta cũng cú thể sử dụng bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất ủó ủược thành lập trước ủú.
Nhược ủiểm của phương phỏp này là phải phõn loại ủộc lập cỏc ảnh Ảnh 1 Ảnh 2 Phõn loại Phõn loại Bản ủồ hiện trạng 1 Bản ủồ hiện trạng 2 Bản ủồ biến ủộng
viễn thỏm nờn ủộ chớnh xỏc phụ thuộc vào ủộ chớnh xỏc của từng phộp phõn loại và thường ủộ chớnh xỏc khụng cao vỡ cỏc sai sút trong quỏ trỡnh phõn loại của từng ảnh vẫn ủược giữ nguyờn trong bản ủồ biến ủộng.
2.3.2.2 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp phõn loại trực tiếp
ảnh ủa thời gian
Hỡnh 2.10 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp phõn loại trực tiếp ảnh ủa thời gian
Phương phỏp này thực chất là chồng xếp hai ảnh của hai thời kỳ với nhau ủể tạo thành ảnh biến ủộng. Sau ủú dựa vào ảnh biến ủộng ta tiến hành phõn loại và thành lập bản ủồ biến ủộng.
Ưu ủiểm của phương phỏp này là chỉ phải phõn loại một lần
Nhược ủiểm lớn nhất của phương phỏp là rất phức tạp khi lấy mẫu vỡ phải lấy tất cả cỏc mẫu biến ủộng và khụng biến ủộng. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay ủổi theo thời gian (cỏc mựa trong năm) và ảnh hưởng của khớ quyển của cỏc ảnh ở cỏc thời ủiểm khỏc nhau cũng khụng dễ ủược loại trừ, do ủú ảnh hưởng ủến ủộ chớnh xỏc của phương phỏp.
2.3.2.3 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp phõn tớch vộc tơ thay
ủổi phổ
Khi ở trong khu vực nghiờn cứu cú biến ủộng xảy ra thỡ nú ủược thể
hiện bằng sự khỏc biệt về phổ ở giữa hai thời ủiểm trước và sau biến ủộng. Giả sử xỏc ủịnh ủược giỏ trị phổ trờn hai kờnh x và y tại hai thời ủiểm trước
Kờnh 2 Kờnh 3 Kờnh 4 Phõn loại Bản ủồ biến ủộng Ảnh thời ủiểm 1 Ảnh thời ủiểm 2 Kờnh 2 Kờnh 3 Kờnh 4 Ảnh biến ủộng
Hỡnh 2.11 Vộc tơ thay ủổi phổ
điểm 1 biểu thị giỏ trị phổ tại thời ủiểm trước khi xảy ra biến ủộng,
ủiểm 2 biểu thị giỏ trị phổ tại thời ủiểm sau khi xảy ra biến ủộng. Khi ủú vộc tơ 12 chớnh là vộc tơ thay ủổi phổ, và ủược biểu thị bởi giỏ trị (khoảng cỏch từ 1 ủến 2) và hướng thay ủổi (gúc θ).
Giỏ trị của vộc tơ thay ủổi phổ tớnh trờn toàn cảnh theo cụng thức: CMpixel = [ ]2 1 , , , , (1) (2) ∑ = − n k k j i k j i BV BV Trong ủú:
- CMpixel là giỏ trị của vộc tơ thay ủổi phổ,
- BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) là giỏ trị phổ của pixel ij, kờnh k của ảnh trước và sau khi xảy ra biến ủộng.
Hỡnh 2.12 Thuật toỏn phõn tớch vộc tơ thay ủổi phổ θ
Kờnh y
Kờnh x
1
Việc phõn tớch vộc tơ thay ủổi ủược ghi lại thành hai tệp dữ liệu: một tệp chứa cỏc mó của khu vực, một tệp chứa ủộ lớn của cỏc vộc tơ thay ủổi phổ. Thụng tin về sự thay ủổi ủược tạo ra từ hai tệp dữ liệu ủú và ủược thể hiện bằng màu sắc của cỏc pixel tương ứng với cỏc mó quy ủịnh. Trờn ảnh ủa phổ thay ủổi này sẽ kết hợp cả hướng và giỏ trị của vộc tơ thay ủổi phổ. Sự thay ủổi cú xảy ra hay khụng ủược quyết ủịnh bởi vộc tơ thay ủổi phổ cú vượt ra khỏi ngưỡng quy ủịnh hay khụng. Giỏ trị ngưỡng ủược xỏc ủịnh từ kết quả thực nghiệm dựa vào cỏc mẫu biến ủộng và khụng biến ủộng
Trờn hỡnh 2.12 thể hiện thuật toỏn phõn tớch thay ủổi phổ.Trường hợp a, khụng xảy ra biến ủộng hoặc biến ủộng nhỏ vỡ vộc tơ thay ủổi phổ khụng vượt khỏi giỏ trị ngưỡng, trường hợp b, c cú xảy ra biến ủộng và hướng của vộc tơ thay ủổi phổ thể hiện tớnh chất của biến ủộng trong trường hợp b khỏc trường hợp c, vớ dụ ở trường hợp b cú thể xảy ra sự biến mất của thực vật, cũn trong trường hợp chỉ là sự khỏc biệt giai ủoạn tăng trưởng của cõy trồng.
Sau ủú lớp thụng tin thể hiện sự thay ủổi hay khụng thay ủổi sẽ ủược ủặt lờn trờn tấm ảnh ủể thành lập bản ủồ biến ủộng.
Phương phỏp phõn tớch vộc tơ thay ủổi phổ ủược ứng dụng hiệu quả trong nghiờn cứu biến ủộng rừng nhất là biến ủộng hệ sinh thỏi rừng ngập mặn nhưng nhược ủiểm của phương phỏp này là khú xỏc ủịnh ngưỡng của sự biến ủộng.[1]
2.3.2.4 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp số học
đõy là phương phỏp ủơn giản ủể xỏc ủịnh mức ủộ biến ủộng giữa hai
thời ủiểm bằng cỏch sử dụng tỉ số giữa cỏc ảnh trờn cựng một kờnh hoặc sự khỏc nhau trờn cựng một kờnh của cỏc thời ủiểm chụp ảnh.
Trước tiờn cỏc ảnh ủược nắn về cựng một hệ tọa ủộ. Sau ủú dựng cỏc biến ủổi số học ủể tạo ra cỏc ảnh thay ủổi. Phộp trừ và phộp chia số học ủược sử dụng trong trường hợp này.
Nếu ảnh thay ủổi là kết quả của phộp trừ số học thỡ khi ủú giỏ trị ủộ xỏm của cỏc pixel trờn ảnh thay ủổi là một dóy số õm và dương. Cỏc kết quả õm và dương biểu thị mức ủộ biến ủổi của cỏc vựng, cũn giỏ trị 0 thể hiện sự khụng thay ủổi. Với giỏ trị ủộ xỏm từ 0 ủến 255 thỡ giỏ trị pixel thay ủổi trong khoảng từ -255 ủến +255. Thụng thường ủể trỏnh kết quả mang giỏ trị õm người ta cộng thờm một hằng số khụng ủổi.
Cụng thức toỏn học ủể biểu diễn là: Dijk = BVijk (1) - BVijk (2) + c
Trong ủú:
Dijk: giỏ trị ủộ xỏm của pixel thay ủổi
BVijk (1): giỏ trị ủộ xỏm của ảnh thời ủiểm 1 BVijk (2): giỏ trị ủộ xỏm của ảnh thời ủiểm 2 c: là hằng số (c = 127)
i: chỉ số dũng; j: chỉ số cột
k: Kờnh ảnh (vớ dụ kờnh 4 trờn ảnh Landsat TM)
Ảnh thay ủổi ủược tạo ra bằng cỏch tổ hợp giỏ trị ủộ xỏm theo luật phõn bố chuẩn Gauss. Vị trớ nào cú pixel khụng thay ủổi, ủộ xỏm biểu diễn xung quanh giỏ trị trung bỡnh, vị trớ cú pixel thay ủổi ủược biểu diễn ở phần biờn của ủường phõn bố.
Cũng tương tự như vậy, nếu ảnh thay ủổi ủược tạo ra từ phộp chia số học thỡ giỏ trị của cỏc pixel trờn ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở ủú cú sự thay ủổi, nếu bằng 1 thỡ khụng cú sự thay ủổi.
Giỏ trị giới hạn trờn ảnh thay ủổi (tạo ra bởi phộp trừ số học) và ảnh tỷ số kờnh sẽ quyết ủịnh ngưỡng giữa ranh giới sự thay ủổi - khụng thay ủổi, và ủược biểu thị bằng biểu ủồ ủộ xỏm của ảnh thay ủổi.
Thụng thường ủộ lệch chuẩn sẽ ủược lựa chọn và kiểm tra theo kinh nghiệm, nhưng ngược lại, người ta thường sử dụng phương phỏp thử nghiệm
nhiều hơn phương phỏp kinh nghiệm. Giỏ trị ngưỡng của sự thay ủổi sẽ ủược xỏc ủịnh khi bắt gặp giỏ trị thay ủổi trờn thực tế.
Vỡ vậy ủể xỏc ủịnh ủược ta cần phải hiểu rừ về khu vực nghiờn cứu, thậm chớ phải lựa chọn một số vựng biến ủộng và ghi lại ủể hiển thị trờn vựng nghiờn cứu mà người lựa chọn biết rừ. Tuy nhiờn kỹ thuật này cú thể kết hợp với cỏc kỹ thuật khỏc ủể nghiờn cứu biến ủộng và thành lập bản ủồ biến ủộng.
2.3.2.5 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp sử dụng mạng nhị
phõn
đõy là một phương phỏp xỏc ủịnh biến ủộng rất hiệu quả. đầu tiờn tiến hành lựa chọn ủể phõn tớch ảnh thứ nhất tại thời ủiểm n. Ảnh thứ 2 cú thể sớm hơn ảnh thứ nhất (n-1) hoặc muộn hơn (n+1). Cỏc ảnh ủều ủược nắn chỉnh về cựng một hệ tọa ủộ.
Tiến hành phõn loại ảnh thứ nhất theo phương phỏp phõn loại thụng thường. Tiếp theo lần lượt chọn 1 trong cỏc kờnh (vớ dụ kờnh 3) từ hai ảnh ủể tạo ra cỏc tệp dữ liệu mới. Cỏc tệp dữ liệu này sẽ ủược phõn tớch bằng cỏc phộp biến ủổi số học (như tỷ số kờnh, cỏc phộp cộng , trừ, nhõn, chia ủể tạo sự khỏc nhau của ảnh hoặc phương phỏp phõn tớch thành phần chớnh) ủể tớnh toỏn cỏc chỉ số và tạo ra một ảnh mới.
Sau ủú sử dụng kỹ thuật phõn ngưỡng ủể xỏc ủịnh cỏc vựng thay ủổi và khụng thay ủổi trờn ảnh mới này theo phương phỏp số học ủó trỡnh bày
ở trờn. Ảnh thay ủổi sẽ ủược ghi lại trờn một tệp "mạng nhị phõn" chỉ cú
hai giỏ trị "thay ủổi" và "khụng thay ủổi". Và phải hết sức cẩn thận trong việc thành lập mạng lưới này. Sau ủú mạng nhị phõn này ủược chồng phủ lờn ảnh thứ hai ủể phõn tớch và chỉ ra cỏc pixel thay ủổi. Khi ủú chỉ cú cỏc pixel ủược xỏc ủịnh là cú sự thay ủổi ủược phõn loại trờn ảnh thứ hai này. Sau ủú, phương phỏp so sỏnh sau phõn loại truyền thống ủược ứng dụng ủể tỡm ra thụng tin về biến ủộng.
Hỡnh 2.13 Thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất bằng phương phỏp mạng nhị phõn
Ưu ủiểm của phương phỏp này là giảm ủược sai số xỏc ủịnh biến ủộng do bỏ sút hoặc cộng thờm vào và cung cấp cụ thể thụng tin về sự biến ủộng từ loại gỡ sang loại gỡ. Phương phỏp này cú thể phõn tớch ủược số lượng nhỏ cỏc vựng thay ủổi giữa hai thời ủiểm. Ở hầu hết cỏc vựng nghiờn cứu, trong giai ủoạn từ 1-5 năm thỡ diện tớch biến ủộng thường khụng lớn quỏ 10% diện tớch toàn bộ vựng nghiờn cứu, vỡ vậy phương phỏp này khỏ thớch hợp ủể thành lập bản ủồ những vựng cú biến ủộng nhỏ.
Nhược ủiểm của phương phỏp này là rất phức tạp, ủỏi hỏi một số bước thực hiện và kết quả cuối cựng phụ thuộc vào chất lượng của mạng nhị phõn
ủó ủược sử dụng ủể phõn tớch. Tuy nhiờn ủể nghiờn cứu biến ủộng và thành
lập bản ủồ biến ủộng thỡ ủõy là một phương phỏp rất hữu dụng.[1]
Ảnh 1 sau phõn loại Kờnh 2 Kờnh 3 Kờnh 4 Ảnh 2 sau phõn loại Ảnh 1 Kờnh 3 - Ảnh 1 Kờnh 3 - Ảnh 2 Phộp biến ủổi số học Phỏt hithay ủổệi tn pixel ạo ra mạng nhị phõn Ảnh 2 Ảnh 1 sau phõn loại Bản ủồ biến ủộng Kờnh 2 Kờnh 3 Kờnh 4
2.3.2.6 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp chồng xếp ảnh phõn loại lờn bản ủồủó cú
Trong một số trường hợp mà khu vực nghiờn cứu ủó cú bản ủồ hiện trạng ủược thành lập từ ảnh viễn thỏm (vớ dụ ảnh hàng khụng) hoặc ủó cú bản ủồ ủược số húa thỡ thay vỡ sử dụng ảnh viễn thỏm ở thời ủiểm 1 chỳng ta sử dụng cỏc nguồn dữ liệu ủó sẵn cú. Tiến hành phõn loại ảnh ở thời ủiểm thứ hai, sau ủú tiến hành so sỏnh cỏc pixel tương tự như phương phỏp so sỏnh sau phõn loại ủể tỡm ra biến ủộng và thụng tin biến ủộng.
Ưu ủiểm của phương phỏp này là sử dụng ủược nguồn dữ liệu ủó biết, giảm ủược nguồn sai số do bỏ sút hay tổng quỏt và biết ủược thụng tin chi tiết về sự biến ủộng. Hơn nữa chỉ cần phõn loại ủộc lập ảnh ở thời ủiểm 2.
Nhược ủiểm của phương phỏp là dữ liệu số húa cú thể khụng ủủ ủộ chớnh xỏc hoặc dữ liệu bản ủồ khụng tương thớch với hệ thống phõn loại.
2.3.2.7 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp cộng màu trờn một kờnh ảnh
Trong phương phỏp này ta chọn một kờnh ảnh nhất ủịnh (vớ dụ kờnh 1) sau ủú ghi từng ảnh ở cỏc thời ủiểm lờn một băng từ ủặc biệt của hệ thống xử lý ảnh số. Khi ủú màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp sẽ cho thấy sự biến ủộng hay khụng biến ủộng theo nguyờn lý tổ hợp màu.
Vớ dụ cú hai ảnh Landsat TM năm 2005 và năm 2010. Gỏn màu lục cho kờnh 1 của ảnh năm 2005, gỏn màu ủỏ cho kờnh 1 của ảnh năm 2010, gỏn màu chàm cho một kờnh 1 của ảnh trống. Khi ủú tất cả cỏc vựng khụng cú sự thay ủổi giữa hai thời ủiểm sẽ cú màu vàng (theo nguyờn lý cộng màu, tổ hợp màu chàm và màu ủỏ tạo thành màu vàng). Như vậy căn cứ vào màu sắc ta cú thể ủịnh lượng ủược sự thay ủổi.
Hỡnh 2.14 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp cộng màu trờn một kờnh ảnh
Ưu ủiểm của phương phỏp này cú thể xỏc ủịnh ủược biến ủộng của hai thậm chớ ba thời ủiểm ảnh ở cựng một lần xử lý ảnh.
Tuy nhiờn kỹ thuật xử lý ảnh theo phương phỏp này khụng cung cấp ủược số liệu cụ thể về diện tớch biến ủộng từ loại ủất này sang loại ủất khỏc.
2.3.2.8 Thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp kết hợp
Thực chất việc thành lập bản ủồ biến ủộng bằng phương phỏp này là vộc tơ húa những vựng biến ủộng từ tư liệu ảnh cú ủộ phõn giải cao như ảnh Spot Pan 10x10m, ảnh Quickbird hoặc ảnh hàng khụng.
Nếu dữ liệu ảnh tại một thời ủiểm cú ủộ phõn giải thấp hơn ta tiến hành phõn loại ảnh ủú theo phương phỏp phõn loại khụng kiểm ủịnh. Từ ảnh phõn loại khụng kiểm ủịnh tạo ra ủược bản ủồ hiện trạng tại thời ủiểm ủú. Tiếp theo chồng xếp bản ủồ lờn trờn ảnh cú ủộ phõn giải cao ủể phỏt hiện biến
ủộng. Sau ủú tiến hành vộc tơ húa những vựng biến ủộng. Việc khoanh vẽ
những vựng xảy ra biến ủộng trờn ảnh ủược thực hiện dễ dàng nhờ phương phỏp giải ủoỏn bằng mắt dựa vào cỏc chuẩn ủoỏn ủọc như chuẩn hỡnh dạng, chuẩn cấu trỳc, chuẩn kớch thướcẦ Chớnh vỡ vậy, phương phỏp này rất thụng dụng khi người xử lý sử dụng phương phỏp giải ủoỏn bằng mắt của
Ảnh 1 Ảnh 2 Ảnh 3 Kờnh n Kờnh n Kờnh n Ảnh màu lục Ảnh màu ủỏ Ảnh màu chàm Ảnh biến ủộng Bản ủồ biến ủộng
cả hai thời ủiểm.
Quỏ trỡnh xử lý ủược thực hiện dễ dàng hơn nếu thỏa món hai yếu tố: - Nếu hai ảnh ủược hiển thị trờn màn hỡnh cựng lỳc, bờn cạnh nhau. - Cỏc tớnh chất hỡnh học của ảnh là như nhau, ủược ủịnh hướng như nhau thỡ khi vẽ một ủối tượng trờn một ảnh thỡ trờn ảnh kia ủối tượng ủú cú cựng kớch thước, hỡnh dạng.
Ưu ủiểm của phương phỏp này là ủộ chớnh xỏc cao và cung cấp ủầy ủủ thụng tin về biến ủộng
Nhược ủiểm của phương phỏp này chỉ thực hiện trờn ảnh cú ủộ phõn giải cao.