L ời cam đoan
3.1.2 Phân loại ảnh thành lập bản đồ hiện trạng rừng
- Hiệu chỉnh hình học
Các điểm khống chế được chọn dựa trên giới hạn tối thiểu và tối đa của số cột và số hàng trên ảnh gốc với tọa độ tương ứng. Khi đó việc chọn các điểm khống chế đảm bảo được phân bố đều trên ảnh và có ít nhất 4 điểm đuợc chọn, sai số trung bình – RMS là 0,00 đáp ứng được yêu cầu cho việc đăng ký ảnh. Sau khi hoàn thành việc chọn và nhập các thông số cần thiết tiến hành đăng ký tọa độ cho ảnh. Trên cơ sở đó tọa độ các điểm khống chế được gán trên tọa độ các điểm tương ứng của ảnh tại vị trí đã được chọn. Ảnh sau khi hiệu chỉnh hình học sẽ có các thông số về phép chiếu và xác định tọa độ thực tế trên ảnh và trên bản đồ.
Hình 3.2 Ảnh trước và sau khi đăng ký tọa độ
- Tăng cường độ tương phản ảnh
Tăng cường độ tương phản là một thao tác làm nổi bậc hình ảnh sao cho người giải đoán dễ đọc ảnh, dễ nhận biết nội dung ảnh hơn so với ảnh gốc. Các kênh ảnh vệ tinh thu được trong thực tế thông thường có giá trị các phần tử ảnh chỉ phân bố trong phạm vi hẹp so với khả năng hiển thị của ảnh, từng kênh ảnh khi hiển thị có xu hướng tương đối tối hoặc tương đối sáng. Do đó, để tăng cường độ tương phản ảnh ta thực hiện phép kéo dãn ảnh. Ý nghĩa của việc tăng cường độ tương phản là nhằm biến đổi khoảng giá trị cấp độ xám thực tế của ảnh gốc về khoảng cấp độ xám mà thiết bị hiển thị có khả năng hiển thị được.
Ảnh Spot được được tổ hợp từ 4 band phổ trong đó band 1 tương ứng với band màu xanh lá cây, band 2 tương ứng với band đỏ và band 3 tươngứng band hồng ngoại gần. Tuy nhiên khoảng giá trị DN phân bố không đều ở từng band và chỉ tập trung trong một khoảng nhỏ tạo nên ảnh có độ tương phản thấp. Vì vầy cần kéo giản tuyến tính biểu đồ độ sáng của từng band ở khoảng giá trị DN có tần suất cao. Kết quả kéo giản biểu đồ độ sáng cho thấy giá trị DN được phân bố đều trong khoảng từ 0 – 255 và với tần suất khá cao ở cả 3 band. Vì vậy ảnh sau khi được tăng cường có độ tương phản cao, giúp người giải đoán dễ dàng phân biệt các đối tượng
- Lọc ảnh
ENVI đã cung cấp rất nhiều phép lọc và cho phép thay đổi các tham số tùy theo ứng dụng. Đề tài này đã sử dụng kiểu lọc median với cửa sổ 3x3, với kiểu lọc này thì giá trị của pixel trung tâm sẽ mang giá trị trung bình của các pixel xung quanh. Ảnh sau khi lọc trở nên mịn hơn.
b. Phân loại không kiểm soát
Phân loại không kiểm soát là kỹ thuật phân loại chỉ sử dụng thuần túy thông tin phổ do ảnh cung cấp, chủ yếu dựa vào giá trị độ sáng (phổ phản xạ) của các pixel (Mỗi pixel trên ảnh được đặc trưng bởi dấu hiệu phổ và nó có giá trị độ sáng tương ứng). Quá trình phân loại là quá trình xử lý các dấu hiệu phổ rồi quy định thành các chỉ tiêu hay đối tượng mà máy có thể tự động phân chia ảnh thành nhiều nhóm đối tượng khác
Ảnh trước khi lọc Ảnh sau khi lọc
nhau. Ứng với mỗi đối tượng là những khoảng giá trị DN nhất định tương ứng với một màu trên ảnh và biểu đồ thể hiện tần suất giá trị DN (Histogram). Kết quả phân loại phụ thuộc vào tập hợp các phần tử có cùng giá trị DN. Phương pháp này được thực hiện nhằm để phân nhóm sơ bộ các đối tượng (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005).
Phần mềm ENVI cung cấp cho người giải đoán 2 phương pháp phân loại ảnh không kiểm soát là IsoData và K-Mean. Đề tài này đã chọn kiểu phân loại IsoData, với kiểu phân loại này các nhóm đối tượng được phân loại dựa trên quy luật phân bố và tần số xuất hiện của các pixel trên ảnh.
Số lượng các nhóm đối tượng được phân loại cũng có thể tăng hoặc giảm tùy theo yêu cầu của người giải đoán đặt ra. Ngoài ra người giải đoán còn có thể đặt ra những chỉ tiêu khác như: số lần lặp lại, số phần tử ảnh tối thiểu trong một nhóm,…khi tiến hành phân loại ảnh.
Sau khi ảnh đã được xử lý ban đầu đảm bảo chất lượng ảnh được tốt (độ tương phản cao, ảnh trơn mịn), ảnh được tiến hành phân loại không kiểm soát trên phần mềm ENVI. Đối với ảnh có cấu trúc số là 8 bit thì giá trị số của một kênh ảnh có khoảng giá trị từ 0 - 255. Trong khoảng giá trị số này sẽ chia ra thành các giá trị phổ khác nhau theo đặc tính đồng nhất của chúng. Số khoảng phổ đồng nhất này được gọi là số nhóm phổ, tương ứng với số đối tượng không gian sẽ được phân loại. Trong quá trình phân loại tự động, để có thể xác định một cách tương đối số lượng các nhóm phổ, cần phải xem xét biểu đồ phân bố phổ của từng kênh ảnh để có thể tạm thời xác định bao nhiêu nhóm phổ khác nhau.
Phân loại không kiểm soát dựa trên phương pháp là nhóm phổ theo các khoảng giá trị phổ hay còn gọi là các chùm phổ trong ảnh. Sau khi phổ đã được phân loại tự động người giải đoán sẽ gắn từng nhóm phổ với đối tượng không gian thực và đặt tên cho chúng qua việc khảo sát thực địa hoặc đối chiếu trên bản đồ.
Kết quả phân loại không kiểm soát trên ảnh cho thấy có 7 nhóm đối tượng được phân loại và được hiển thị với 7 nhóm màu khác nhau và không có pixel nào bỏ sót.
Các thông số về về khoảng giá trị DN (DNlớn nhất, DNnhỏ nhất), giá trị trung bình (Mean) và độ lệch chuẩn (Stdev) của từng nhóm đối tượng được tổng hợp và trình bày ở Bảng tổng hợp các giá trị thống kê kết quả phân loại không kiểm soát ảnh (bảng 3.2).
Qua bảng 3.2 đó cho thấy, ở mỗi nhóm đối tượng được phân loại tương ứng với một khoảng giá trị DN của các pixel thuộc nhóm được phân loại. Sự phân bố các nhóm từ nhóm 1 đến nhóm 7 ở từng giá trị band phổ từ band phố số 1 đến band phổ số 3 có giá trị độ lệch chuẩn tương đối thấp so với giá trị trung bình và dao động trong khoảng từ 8,0 đến 12,6 vì vậy mức độ tập trung của từng nhóm cao, kết quả phân loại không kiểm soát của các nhóm đối tượng có sự khác biệt lớn giữa các nhóm còn lại.
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp các giá trị thống kê kết quả phân loại không kiểm soát ảnh Nhóm đối tượng Nhóm màu Band DN (nhỏ nhất) DN (lớn nhất) Trung bình Độ lệch chuẩn Diện tích (ha) 1 1 67 15,0 9,3 2 1 56 15,8 10,3 3 1 63 19,1 10,7 1 4 1 114 34,3 17,2 13.209,46 1 1 84 29,9 10,8 2 1 80 36,2 11,0 3 1 73 36,8 11,0 2 4 4 138 52,4 20,4 695,23 1 1 102 44,0 9,3 2 1 98 52,7 10,3 3 1 92 53,1 19,1 3 4 8 153 59,9 19,1 3.067,22 1 1 111 56,3 10,3 2 6 106 66,0 9,8 3 1 105 67,2 12,6 4 4 31 175 75,8 23,5 5.520,98 1 3 131 60,4 11,4 2 24 127 71,8 8,2 3 15 130 69,1 13,1 5 4 39 193 118,4 26,0 94.061,16 1 1 150 67,4 11,6 2 8 145 80,2 8,0 3 13 154 74,6 13,3 6 4 1 104 52,2 10,2 47.030,58 1 1 124 62,5 11,3 2 8 167 87,5 9,6 3 12 156 84,0 9,1 7 4 1 164 82,5 13,5 40.896,16
Giá trị độ trung bình về lệch chuẩn của các band phổ từ 1 đến 3 nhỏ là do trên ảnh viễn thám Spot 5 các band này theo thứ tự là band phổ màu xanh lá cây (bước sóng 0,5 đến 0,59 mm), band phổ màu đỏ (bước sóng 0,61 đến 0,68 mm), band phổ hồng ngoại gần (bước sóng 0,79 đến 0,89 mm) theo lý thuyết về sự phản xạ phổ của các đối tượng chính trong tự nhiên của Phạm Vọng Thành (2000) thì đây là những vùng mà ít bị hấp thụ bởi các yếu tố như sắc tố, cấu trúc tế bào (đối với thực vật); hàm lượng nước (đối với thổ nhưỡng). Và cũng theo lý thuyết này thì giá trị phản xạ phổ của đối tượng thực vật phản xạ mạnh nhất ở vùng hồng ngoại gần. Vì vậy kết quả thống kê về
giá trị độ chệch chuẩn của các band phổ này thường nhỏ, chứng minh kết quả phân loại có giá trị tập trung cao.
Các giá trị độ lệch chuẩn trung bình của band phổ số 4 thường có giá trị trung bình cao trong khoảng từ 10,2 đến 23,5 cho thấy giá trị của band phổ này không tập trung. Tuy nhiên band phố số 4 trong ảnh Spot 5 là band phổ hồng ngoại sóng ngắn (bước sóng 1,58 đến 1,75 mm) là vùng bị ảnh hưởng bởi nước hấp thụ năng lượng phản xạ nên kết quả phân loại trong band phổ này có giá trị không tập trung.
Qua bảng tổng hợp các giá trị thống kê kết quả phân loại không kiểm soát và sự phân bố của các đối tượng trên bản đồ phân loại không kiểm soát cho thấy đối tượng cần quan tâm là các loài thực vật rừng được tập trung chủ yếu ở nhóm 6 và nhóm 7. Đây là cơ sở để nhận biết được sự khác biệt giữa các loài thực vật, giúp cho việc chọn điểm kiểm tra khảo sát phù hợp, kể cả các nhóm còn lại để xác định hiện trạng của từng nhóm đối tượng.
- Nhóm đối tượng 6 có độ lệch chuẩn biến động theo từng kênh phổ có giá trị khác nhau, thấp nhất là giá trị 8 ở kênh ảnh số 2 và cao nhất là giá trị 13 ở kênh ảnh số 3; - Nhóm đối tượng 7 có giá trị phân bố độ lệch chuẩn DN nằm trong khoảng từ giá trị 9 đến 13,5. Đây cũng là nhóm có độ chệch chuẩn thấp và kết quả các đối tượng được chọn phân loại có sự khác biệt với các nhóm khác.
13,209.46 695.23 3,067.22 5,520.98 94,061.16 47,030.58 40,896.16 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000 100,000
Đối tượng 1 Đối tượng 2 Đối tượng 3 Đối tượng 4 Đối tượng 5 Đối tượng 6 Đối tượng 7
Đối tượng được phân loại
D iệ n tí ch c ác đố i t ư ợn g
Hình 3.4 Biểu đồ diện tích của các đối tượng
Qua biểu đồ kết quả thống kê diện tích của các đối tượng được giải đoán bằng phương pháp phân loại không kiểm soát (hình 3.4) cho thấy:
- Nhóm đối tượng 1: có diện tích là 13.209,46 ha chiếm tỷ lệ 6,46% so với tổng diện tích đất, kết quả sự phân bố của đối tượng trên bản đồ (được thực hiện bằng phương pháp phân loại ảnh không kiểm soát) thì có thể đánh giá đây là nhóm đối tượng mặt nước, ao, sông hồ và biển;
- Nhóm đối tượng 2: Theo kết quả phân loại thì đây là nhóm đối tượng có diện tích nhỏ nhất so với các đối tượng khác, với diện tích 695,23 ha;
- Nhóm đối tượng 3: Kết quả thống kê diện tích các đối tượng cho thấy nhóm đối tượng này có diện tích là 3.067,22 ha, chiếm tỷ lệ 1,51%. Quan sát sự phân bố của nhóm đối tượng này trên bản đồ kết quả phân loại ảnh không kiểm soát thì nhóm đối tượng này được phân bố chủ yếu ven theo các con đường và ven theo sông rạch. Từ đó có thể nhận định đây là nhóm đối tượng đất ở, dân cư;
- Nhóm đối tượng 4: Theo kết quả giải đoán ảnh thành lập bản đồ bằng phương pháp phân loại không kiểm soát thì nhóm đối tượng này có diện tích 5.520,98, chiếm tỷ lệ 2,70% và nhóm đối tượng này được phân bố ở khu vực cửa sông, cửa biển; Từ kết quả đó có thể nhận định đây là nhóm đối tượng đất bãi bồi;
- Nhóm đối tượng 5: Đây là nhóm đối tượng có diện tích lớn nhất với 94.061,16 ha, chiếm tỷ lệ 46,36%. Dựa theo sự phân bố của đối tượng này trên bản đồ kết quả phân loại ảnh không kiểm soát thì nhóm đối tượng này được nhận định có thể là những khu vực nuôi thủy sản;
- Nhóm đối tượng 6: nhóm đối tượng này có diện tích lớn thứ hai trên bản đồ 47.030,58 ha với tỷ lệ 23,31%.
- Nhóm đối tượng 7: Theo biểu đồ thống kê diện tích các đối tượng thì đối tượng này có diện tích là 40.896,16 ha, chiếm 19,67% diện tích của toàn khu vực.
Qua sự phân bố của các đối tượng được thể hiện trên bản đồ kết quả thành lập bằng phương pháp phân loại ảnh không kiểm soát thì nhóm đối tượng 6 và nhóm đối tượng 7 được phân bố gần bờ biển và khi đối chiếu sự phân bố của đối tượng này trên bản đồ được thực hiện bằng phương pháp phân loại không kiểm soát thì có thể nhận định đây là nhóm đối tượng rừng.
Các nhóm đối tượng được thể hiện trên bản đồ phân loại không kiểm soát có thể giúp nhận biết được tên đối tượng. Tuy nhiên các kết quả phân loại cần phải được kiểm tra thực địa và thành lập khóa giải đoán ảnh, tiếp theo là phân loại ảnh có kiểm soát và thành lập bản đồ phân loại mới đánh giá được thực tế đối tượng phân loại thuộc nhóm đối tượng nào trong tự nhiên.
Hình 3.5 Bản đồ khu vực Cà Mau (Kết quả phân loạiảnh không kiểm soát)
c. Thành lập chìa khóa giải đoán ảnh
Khóa giải đoán là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định bao gồm tập hợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải đoán thiết lập, nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán nhanh và đạt kết quả chính xác thống nhất cho các đối tượng từ nhiều người khác nhau. Kết quả giải đoán chủ yếu phụ thuộc vào khóa giải đoán, thông thường khóa giải đoán được thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng. Bằng cách sử dụng khóa giải đoán, người giải đoán có thể phát triển mở rộng và phân tích cho nhiều vùng khác trên cơ sở cùng một loại tư liệu cũng như mùa vụ và thời gian chụp ảnh. Qua đó giúp cho công tác giải đoán nhanh hơn và đảm bảo được tính thống nhất trong quá trình giải đoán.
- Rừng đước: Rừng đước có đặc điểm là đường kính lớn, tán lá tương đối rộng nên trên ảnh Spot 5 được tổ hợp ở các band phổ màu giả (Band 1 (xanh lá cây) - band 2 (đỏ) – band 3 (hồng ngoại gần)) thể hiện có sa cấu thô, màu đỏ sậm do hàm lượng diệp lục tố tích lũy trong lá cao đồng thời do ảnh hưởng của bóng râm nên sắc độ ảnh sậm màu (được mô tả ở Bảng 3.3). Rừng đước thường được phân bố phía trong so với rừng mắm nhìn từ phía biển vào, không có hình dáng xác định.
Hình 3.6 Rừng đước khu vực Cà Mau
- Rừng mắm: Phân bố và phát triển chủ yếu ở những vùng bờ biển được bồi, mật độ tương đối đồng đều và dày đặc. Trên ảnh ảnh Spot 5 được tổ hợp ở các band phổ màu giả (Band 1 (xanh lá cây) - band 2 (đỏ) – band 3 (hồng ngoại gần)) đối tượng rừng mắm được thể hiện màu hồng có sa cấu thô, sa cấu thô.Rừng mấm cũng phát triển với mật độ thưa, chủ yếu những vùng biển bị xói lở, ngập sâu (trong vuông) hay bị chết. Trên ảnh Spot 5 đối tượng này thể hiện màu hồng sáng của cây xen lẫn màu nâu xám của đất trống, sa cấu thô hơn so với rừng mấm dầy(được mô tả ở Bảng 3.3).
Hình 3.7 Rừng mắm khu vực Cà Mau
- Rừng hỗn hợp: Đây là đối tượng gồm nhiều loại như nắm, vẹt, đước chiếm ưu thế,
xen lẫn dà, xu, giá, thường gặp bên trong quần thể đước, phân bố ở địa hình tương đối cao. Vì có nhiều loại cây có cấu trúc tầng lá khác nhau nên đối tượng này trên ảnh viễn thám Spot 5 được tổ hợp ở các band phổ màu giả (Band 1 (xanh lá cây) - band 2 (đỏ) – band 3 (hồng ngoại gần)) đối tượng rừng hỗn hợp được nhận biết có màu đỏ đậm có lốm đốm đen, sa cấu thô, không có hình dáng nhất định và đối tượng này được mô tả chi tiết ở Bảng 3.3.
Hình 3.8 Rừng hỗn hợp (rừng hỗn giao)
- Rừng kết hợp nuôi thủy sản: Đây là mô hình thực hiện theo hướng lâm ngư kết hợp, tùy theo diện tích đất được giao mà tỉ lệ rừng biến động từ 50 - 70% diện tích và