CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG QUẢN Lí ĐẤT
3.1 PHÂN LOẠI LỚP PHỦ BẰNG CHỈ SỐ THỰC VẬT
3.1.2. Giới thiệu chức năng Band Math và nguyờn lý tớnh toỏn cỏc kờnh ảnh
3.1.2.1 Nguyờn lý tớnh toỏn cỏc kờnh ảnh
1. Biến đổi giữa cỏc ảnh
Biến đổi giữa cỏc ảnh liờn quan đến việc tạo ra ảnh mới từ việc xử lý cỏc ảnh đa phổ hoặc đa thời gian bằng cỏc thuật toỏn được ỏp dụng trờn nguồn
ảnh gốc đó cú. Tuỳ thuộc vào yờu cầu thực tế ứng dụng, cỏc kờnh của ảnh đa
phổ hoặc cỏc ảnh đa thời gian (chụp ở thời điểm khỏc nhau ) được phối hợp rất
đa dạng đểảnh tạo mới nhằm nhấn mạnh cỏc đối tượng được quan tõm trờn ảnh, hoặc cho phộp chiết tỏch đặc tớnh của đối tượng nhanh chúng và chớnh xỏc hơn
so với việc thực hiện trờn nguồn ảnh gốc. Cú hai phộp biến đổi chớnh thường
được sử dụng là biến đổi số học và biến đổi logic giữa cỏc ảnh.
61
2. Biến đổi số học
Cỏc phộp biến đổi số học ( dựa trờn cỏc tớnh cộng, trừ, nhõn, chia và sự
phối hợp giữa chỳng ) được sử dụng khỏ phổ biến trong kỹ thuật viễn thỏm đỏp ứng cho nhiều mục đớch khỏc nhau. Trong biến đổi số học, bằng cỏch chọn hai kờnh ảnh thớch hợp trong ảnh gốc (tuỳ thuộc vào đặc trưng phổ hoặc thời gian) và ỏp dụng phộp tớnh số học đối với giỏ trị độsỏng tương ứng từng pixel của hai kờnh ảnh gốc này để nhận được trị số độ sỏng pixel của ảnh mới. Kết quả của phộp biến đổi sẽ tạo ra ảnh mới cú thể sử dụng hiệu quả trong việc giỏm sỏt phỏ rừng, nghiờn cứu biến động và loại hỡnh sử dụng đất, chờnh lệch nhiệt độ hoặc cú thể loại trừ nhiễu trờn ảnh. Thường kết quả của phộp biến đổi sẽ tạo ra ảnh mới cú pixel mang giỏ trị khụng cũn là số nguyờn mà là số thực ( cú khi chỉ
nhận giỏ trị giữa 0 và 1) nờn lại phải điều chỉnh phạm vi biến đổi giỏ trị của pixel ảnh mới về khụng gian số nguyờn và phự hợp với thiết bị hiển thị dựa trờn
cỏc phộp tăng cường chất lượng ảnh.
a - Biến đổi tạo ảnh tỷ số: Phộp chia được sử dụng khỏ rộng rói trong việc tạo ảnh tỷ số nhằm loại trừ búng rõm do ảnh hưởng địa hỡnh, tỏch đặc tớnh cỏc yếu tố địa chất, nhấn mạnh cỏc đối tượng cần quan tõm như vựng phủ thực vật hay chờnh lệch nhiệt độ...Cỏch chọn hai kờnh thớch hợp trong ảnh đa phổ, chia giỏ trị độ sỏng tương ứng pixel của hai kờnh ảnh gốc này để nhận được giỏ trịđộ sỏng pixel của ảnh mới gọi là ảnh tỷ số ijL ijK Ratio ij BV BV BV ( )
Trong đú: BVijK – giỏ trịđộ sỏng pixel ( i, j) kờnh k BVijL - giỏ trịđộ sỏng pixel (i ,j) kờnh L
Vớ dụđể loại bỏ búng rõm do ảnh hưởng của gúc chiếu mặt trời và đặc
trưng địa hỡnh thể hiện trờn ảnh gốc, ảnh tỷ số được tạo ra từ hai kờnh ảnh gốc cú giỏ trị độ sỏng của cỏc pixel thể hiện những đối tượng khỏc nhau dưới điều kiện chiếu sỏng khỏc nhau cho trờn bảng 3.10, trong đú giỏ trị độ sỏng của cỏc
62
đối tượng thay đổi rất lớn do ảnh hưởng của búng rõm. Khi tỷ số giữa hai kờnh
được thiết lập sẽ loại trừ được ảnh hưởng của búng rõm trờn ảnh mới.
b - Biến đổi tạo ảnh dựa trờn chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Tạo ảnh dựa trờn chỉ số thực vật NDVI là dạng
đặc biệt của ảnh tỷ số do Rouse và cỏc cộng sự đề xuất năm 1973 nhằm nhấn mạnh vựng thực phủ trờn ảnh mới. Sau đú, chỉ số thực vật được nhiều tỏc giả đề
xuất về cỏch tớnh để nhận được kết quả phự hợp hơn cho từng khu vực và từng loại ảnh vệ tinh. Đối với ảnh Landsat TM, chỉ số thực vật NDVI thường được
tớnh như sau: 3 4 3 4 ij ij ij ij BV BV BV BV NDVI
Trong đú: BVij4 - giỏ trịđộ sỏng pixel (i, j) kờnh 4 ( súng hồng ngoại ) BVij3 - giỏ trịđộsỏng pixel (i, j) kờnh 3 ( súng ỏnh sỏng đỏ ). Cụng thức trờn cú thể viết như sau:
NDVI = ( NIR – red ) / ( NIR + red )
Giỏ trị NDVI càng lớn đối với những vựng cú độ che phủ thực vật càng
cao và càng bộ đối với những vựng thực vật thưa thớt.
Năm 1975, Dering và cỏc cộng sự đề xuất thờm chỉ số thực vật biến đổi TVI (Transformed Vegetation Index) bằng cỏch lấy giỏ trị độ sỏng pixel của ảnh tạo ra là căn bậc 2 của ( NDVI + 0,5 ).
5 , 0 NDVI TVI
Perry và Lautenschlager (1978) nhận thấy rằng, giỏ trị cộng thờm 0,5 vẫn khụng loại giỏ trị õmtrong một sốtrường hợp,nờn đó đề xuất thuật toỏn tớnh chỉ số thực vật biến đổiTVI như sau:
5 , 0 ( 5 , 0 ( 5 , 0 Abs NDVI NDVI Abs NDVI TVI
63
Trong đú Abs là giỏ trị tuyệt đối và quy ước 0/0 = 1
Hiện nay, ngoài việc sử dụng chỉ số NDVI, TVI cũn cú cỏc thuật ngữ
mới như IPVI (Infrared Percetage Vegetation Index), DVI ( Difference
Vegetation Index), và PVI (Perpendicular Vegetation Index ) thực chất chỉ tờn mới nhằm phự hợp cho việc tớnh toỏn nhanh hơn, chiết tỏch được cỏc đặc trưng
cụ thể của nhiều lĩnh vực ứng dụng. Hỡnh 3.3 minh họa ảnh NDVI được sử dụng
để thể hiện hoặc giỏm sỏt điều kiện thực vật trờn quy mụ toàn cầu và hỡnh 3.3 minh họa khả năng phản xạ năng lượng của cõy xanh tốt và cõy vàng lỏ đối với ỏnh sỏng nhỡn thấy và hồng ngoại gần.
Hỡnh 3.3. Ảnh NDVI giỏm sỏt thực vật trờn quy mụ toàn cầu 3.1.2.2. Giới thiệu cụng cụ Band Math trong ENVI 3.1.2.2. Giới thiệu cụng cụ Band Math trong ENVI
+ Cụng cụ Band Math trong ENVI
- Chức năng Band Math là một cụng cụ xử lý hỡnh ảnh linh hoạt với nhiều
tớnh năng khụng cú trong bất kỳ hệ thống xử lý ảnh nào khỏc.
- Hỡnh dưới đõy miờu tả xử lý toỏn học bằng band. Mỗi một biến trong biểu thức được ỏnh xạ tới một band ảnh đầu vào, sau đú tớnh toỏn, và kết xuất dạng một ảnh kết quả.
64
- Bạn cú thể ỏnh xạ một hoặc nhiều biến của biểu thức vào một tệp thay vỡ ỏnh xạ từng biến vào một dải đơn. Kết quảđầu ra là một tệp hỡnh ảnh mới.
- Vớ dụ, trong biểu thức b1 + b2 + b3, nếu b1 được ỏnh xạ tới một tệp, và
b2 và b3 được ỏnh xạ tới một dải đơn, thỡ tệp tin ảnh kết quả chứa cỏc dải của tệp b1 tổng kết với b2 và b3.
Hỡnh 3.4. Xử lý toỏn học bằng Band Math + Yờu cầu của Band Math + Yờu cầu của Band Math
Chức năng Band Math thường cú bốn yờu cầu cơ bản:
- Cụng thức biểu diễn Band Math phải là ngụn ngữ IDL: Cỳ phỏp để xỏc
định thuật toỏn xử lý của bạn, hoặc biểu diễn Band Math là IDL. Tuy nhiờn, biểu diễn cỏc Band Math đơn giản khụng yờu cầu hiểu biết trước về IDL. Nếu bạn muốn thực hiện cỏc biểu thức phức tạp, hóy tham khảo mẹo để sử dụng IDL trong Band Math.
- Tất cả cỏc dữ liệu đầu vào phải cú kớch thước giống hệt nhau.
- Tất cả cỏc biến trong biểu thức phải được đặt tờn là Bn (hoặc bn): Cỏc biến trong biểu thức biểu diễn cỏc dải đầu vào phải bắt đầu bằng ký tự "b" hoặc
"B" theo sau lờn đến 5 ký tự số. Vớ dụ, tất cả cỏc biểu thức sau đõy là hợp lệ khi
thờm 3 băng tần:b1 + b2 + b3 hoặc B1 + B2 + B3
- Kết quả phải là một band cú cựng kớch thước với bandđầu vào: Biểu thức phải tạo ra một kết quả với kớch thước khụng gian giống nhau(số hàng và số cột)
65