Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám được minh họa như hình 2.1. Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500m. Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ. Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10.000m.
Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động. Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
2.2.1.2. Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám
a. Vệ tinh Landsat
Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên trong Chương trình Quan sát Trái Đất (hay chương trình Landsat) của Hoa Kỳ được phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên vào năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ đạo. Nhưng chỉ còn 2 vệ tinh còn hoạt động là Landsat-7 và Landsat-8. Độ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 98°, quỹ đạo đồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 16 ngày, bề rộng tuyến chụp 185 km. Rừng Nước Cỏ Đất Đường Nhà Vệ tinh Mặt trời Hấp thụ mặt trời Bức xạ mặt trời Khí quyển
Các vệ tinh Landsat thế hệ trước (Landsat 1-5) gồm có hệ thống thiết bị quét đa phổ MSS và hệ thống quét dành cho làm bản đồ chuyên đề TM. MSS là bộ cảm quang học được thiết kế để thu nhận bức xạ phổ từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, được tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm. TM là phiên bản nâng cấp của thiết bị quan trắc được dùng trong hệ thống quét đa phổ MSS. Nó dùng để quan trắc bề mặt trái đất theo 7 kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại nhiệt.
Vệ tinh Landsat 7, phóng lên ngày 15 tháng 4 năm 1999, là vệ tinh nhân tạo thứ 7 của chương trình Landsat. Mục đích chính của Landsat 7 là cập nhật những hình ảnh vệ tinh mới nhất so với những ảnh đã được thu thập từ các vệ tinh trước đó, và có thể chụp những ảnh không mây.
Vệ tinh Landsat 7 được trang bị thêm với bộ bản đồ chuyên đề nâng cấp ETM+ được kế thừa từ bộ TM. Các kênh quan trắc chủ yếu tương tự như như bộ TM, và kênh mới được thêm vào là kênh đen trắng (kênh 8) có độ phân giải là 15 m.
Bảng 2.4. Đặc trƣng bộ cảm (ETM+) của Landsat 7
Vệ tinh Kênh Phổ màu Bƣớc sóng
(µm) Độ phân giải(m) Landsat 7 (Bộ cảm ETM+)
Kênh 1 Lam –Blue 0.45-0.52 30
Kênh 2 Lục – Green 0.52-0.60 30
Kênh 3 Đỏ - Red 0.63-0.69 30
Kênh 4 Cận hồng ngoại– Near IR 0.77-0.90 30
Kênh 5 Hồng ngoại sóng ngắn– SWIR 1.55-1.75 30
Kênh 6 Hồng ngoại nhiệt – Thermal IR 10.40-12.50 60 (30)
Kênh 7 Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR 2.09-2.35 30
Kênh 8 Đen trắng - Panchromatic 0.52-0.90 15
Nguồn: Trần Quốc Vinh (2016) Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM, và 15 m đối với ảnh toàn sắc. Đặc trưng bộ cảm (ETM+) của vệ tinh Landsat 7 được thể hiện trong bảng 2.4.
Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 (hình 2.2) đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất
Mỹ. Vệ tinh Landsat cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.
Vệ tinh Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: OLI (Operational Land Imager) và TIRS (Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước. Vệ tinh Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài. Đặc trưng của hai bộ cảm này được thể hiện chi tiểt trong bảng 2.5.