Hỡnh 2 .12
Hỡnh 2.17 Cỏc chức năng của cụng cụ Classification
55 + Trỡnh đơn Transform Cường chất lượng ảnh Tạo ảnh tỷ số Phõn tớch thành phần chớnh Chuyển đổi hệ thống màu Cụng cụ gión ảnh Chỉ số thực vật Chuyển đổi cỏc ảnh Landsat Hỡnh 2.18. Cỏc chức năng của cụng cụ Transform 2.2.2.2 Cỏc tớnh năng chớnh mới được nõng cấp ở phần mềm ENVI 5.2
+ Hỗ trợ bổ sung cỏc sensor và định dạng dữ liệu vệ tinh mới: Dữ liệu vệ tinh mới: WorldView-3; Ziyuan-1-02C & 3A; GRIB-1 & GRIB-2; Deimos-1; Gaofen-1; Muilt-page TIFF; NetCDF-4; Proba S10 TOC-V; Proba-V S1 TOA; AlSat-2A; SkySat-1 Image Frames; ALOS-2 PALSAR; SPOT 7 DIMAP; VNREDSat-1;
+ Nõng cấp cụng cụ xử lý dữ liệu và hỡnh ảnh
Phõn tớch kết hợp khụng gian - thời gian (Spatio-Temporal Analysis): Đõy là một cụng cụ tuyệt vời cho phộp bạn xõy dựng mụ hỡnh chuỗi hỡnh ảnh (Raster Series), Bạn cú thể xem và phõn tớch nhiều ảnh trong cựng một khụng gian địa lý theo thời gian. Cỏc thụng tin về thời gian thu nhận ảnh sẽ được tự động chụp bằng cỏch đọc cỏc metadata tại thời điểm nhập hỡnh ảnh. Spatio-Temporal Analysis bao gồm cỏc tớnh năng nổi bật sau:
- Build Raster Series: Tạo ra cỏc tập tin tham chiếu đến vị trớ cỏc hỡnh ảnh trong bộ sưu tập của bạn, đồng thời chuỗi hỡnh ảnh này sẽ được sắp xếp trật tự theo thời gian thu nhận đó được ghi lại trong cỏc tập tin metadata.
- Reproject Raster Series: Chuẩn húa một chồng rasters trong một mạng lưới khụng gian chung với việc tựđộng lấy mẫu và phộp chiếu ngược.
56
- Series / Animation Manager: Được sử dụng để xem và tạo lập hỡnh ảnh động thụng qua quy mụ kiểm soỏt thanh và cuộn xoỏy. Cũng cho phộp xuất ra hàng loạt cỏc định dạng video phổ biến nhất.
- Write IDL scripts: Cung cấp nhiều tớnh năng cho chếđộ lập trỡnh.
- Time Series tutorial: Hướng dẫn làm thế nào để xõy dựng 1 chuỗi phim hoạt họa sinh động với ảnh Landsat.
ENVI 5.2 cho phộp sử dụng cụng cụđể tớnh toỏn cựng lỳc nhiều chỉ số phổ khỏc nhau, bao gồm cỏc chỉ số thực vật, địa chất, chỉ số cụng trỡnh nhõn tạo, chỉ số vựng chỏy rừng và chỉ số mặt nước.
Cụng cụ này cũng cú thể tớnh toỏn tỏt cả cỏc chỉ số thực vật hiện đang được tớnh bằng cụng cụ Vegetation Index Calculator. Ngoài ra, phiờn bản ENVI 5.2 cũn cú thể tớnh toỏn nhiều chỉ số thực vật mới như: Chỉ số phõn biệt thực vật; Chỉ số giỏm sỏt mụi trường toàn cầu; Chỉ số khỏc biệt thực vật xanh; Chỉ số tỷ lệ thực vật xanh; Chỉ số phần trăm thực vật hồng ngoại; Chỉ số che phủ tỏn lỏ; Chỉ số tỷ lệ hấp thụ Chlorophyll; Chỉ số thực vật… Ngoài ra, cụng cụ cũn tớnh toỏn 1 số chỉ số cho cỏc nhúm đối tượng khỏc như: Chỉ số diện tớch chỏy; Chỉ số tỷ lệ khoỏng sột, Chỉ số tỷ lệ kim loại màu; Tỷ lệ Oxit sắt; Chỉ số WorldView Water; Chỉ số WorldView New Iron; Chỉ số xõy dựng…
+ Cỏc tớnh năng xử lý ảnh mới khỏc
ENVI 5.2 bổ sung và cải tiến cỏc cụng cụ như NNDiffuse Pan Sharpening tool; Scatter Plot tool; Raster Color Slice tool; và Feature Counting tool.
- Cải tiến tớnh năng tớch hợp với ArcGIS - Cải tiến về giao diện tương tỏc người dựng
Thờm tớnh năng Realtime Ortho cho phộp tạo lớp vector hoặc ROI (được số húa trờn nền ảnh cú thụng số RPC) với thụng tin tọa độ để hiển thị và kết hợp với cỏc ảnh đó nắn chỉnh mà khụng cần phải chuyển tọa độ;
Cú thể xuất nội dung hiển thị sang dữ liệu với độ phõn giải gốc và xuất lờn Google Earth;
Thay đổi một sốtớnh năng trờn thanh cụng cụvà trong toolbox…; - Thay đổi về khả năng hỗ trợ lập trỡnh
Bổ sung nhiều khả năng xõy dựng cỏc chức năng xử lý dữ liệu tựy biến sử dụng IDL và ENVI API.
57
- Mụ-đun Orthorectification 5.2 SP1 và khảnăng xử lý dữ liệu VNREDSat-1: Module Orthorectification của ENVI 5.2 SP1 hỗ trợ cỏc định dạng dữ liệu từ vệ tinh mới như: AlSat-2A, Gaofen-1, GeoEye-1, Landsat-8, Pleiades-1A, SPOT-6/7 DIMAP, VNREDSat-1, WorldView-3, Ziyuan-1-02C và Ziyuan-3A.
Với sự nõng cấp này, người dựng cú thể sử dụng ENVI 5.2 SP1 đọc trực tiếp định dạng ảnh gốc VNREDSat-1 của Việt Nam để hiển thị, xử lý và phõn tớch. Mụ-đun Rigorous Orthorectification cú thể tự động đọc cỏc thụng số vệ tinh VNREDSat-1 và nhận biết cỏc hệ số RPC được lưu trong ảnh gốc để thực hiện nắn chỉnh trực giao với độ chớnh xỏc cao. Khả năng nắn chỉnh đồng thời nhiều cảnh cựng lỳc (bundle orthorectification) đặc biệt quan trọng đối với ảnh VNREDSat-1 với kớch thước cảnh nhỏ (17.5 x 17.5 km). Cỏc cơ quan Việt Nam đang nỗ lực xõy dựng quy trỡnh xử lý bỏn tự động để khai thỏc hiệu quả nhất dữ liệu VNREDSat-1 nhằm thay thế ảnh SPOT trong xõy dựng bản đồ nền địa hỡnh và kiểm kờ đất đai trờn phạm vi toàn quốc.
2.2.3. Hiển thị hỡnh ảnh tư liệu viễn thỏm bằng ENVI 4.8
1. Khởi động phần mềm ENVI
Thực hiện một trong hai cỏch sau:
- Kớch đỳp vào biểu tượng ENVI 4.8 trờn màn hỡnh - Start / Program / ENVI 4.8
Sau đú phần mềm sẽ được kớch hoạt và sẽ xuất hiện thanh menu chớnh của
ENVI và cửa sổ IDL.
Cỏc chức năng thao tỏc với ảnh viễn thỏm của ENVI cú trong thanh menu chớnh, cũn cửa sổ IDL là cửa sổ để người sử dụng dựng ngụn ngữ IDL để lập trỡnh, tạo thờm cỏc chương trỡnh con để xử lý ảnh tương tỏc (hoặc cú thể tạo thờm cỏc module xử lý ảnh riờng). Chỳng ta chỉ quan tõm tới cỏc cụng cụ cú sẵn trờn menu chớnh của ENVI.
2. Mở một file ảnh
- Trờn thanh menu chớnh chọn File/Open Image File.
- Hộp thoại Enter Data FileNames xuất hiện. Ta chọn đường dẫn tới file cần mở và nhấn nỳt Open (Nếu trong thư mục chứa ảnh khụng cú file Header
(*.hdr) đi kốm với mỗi file ảnh, thỡ sẽ xuất hiện hộp thoại Header Infor, chỳng
ta phải khai bỏo cỏc thụng số cơ bản cho ảnh như số cột, số hàng, số kờnh ảnh … thỡ mới mởảnh được)
58
- Hộp thoại Available Bands List xuất hiện, liệt kờ danh sỏch cỏc file ảnh đang mở và danh sỏch cỏc kờnh phổ cú trong cỏc file ảnh này. Danh sỏch này cho phộp ta chọn cỏc kờnh phổ để hiển thị và xử lý.
- Cú hai cỏch hiển thị ảnh, đú là hiển thị ảnh đơn sắc (đen − trắng) và ảnh tổ hợp màu:
Mở ảnh đơn sắc: trờn hộp thoại Available Bands List, bấm tựy chọn Gray
Scale, chọn một kờnh phổ cần hiển thị. Tờn kờnh này sẽ xuất hiện trờn ụ
Selected Band. Nhấn nỳt Load Band để hiển thị ảnh.
Mở ảnh tổ hợp màu: trờn hộp thoại Available Bands List, bấm tựy chọn
RGB Color, chọn 3 kờnh phổtương ứng với cỏc bước súng R (Đỏ), G (Lục), B (Chàm) trong ụ Select Band. Nhấp nỳt Load Band để hiển thị ảnh. Cú cỏc loại tổ hợp màu sau:
Tổ hợp màu tự nhiờn: Gỏn màu đỏ cho kờnh cú bước súng đỏ, gỏn màu lục cho kờnh cú bước súng lục, gỏn màu chàm cho kờnh cú bước súng chàm.
Tổ hợp màu giả chuẩn: Gỏn màu đỏ cho kờnh cú bước súng cận hồng ngoại, gỏn màu lục cho kờnh cú bước súng đỏ, gỏn màu chàm cho kờnh cú bước súng lục.
Tổ hợp màu giả: lần lượt gỏn 3 màu đỏ, lục, chàm cho cỏc kờnh cú bước
59 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG QUẢN Lí ĐẤT 3.1 PHÂN LOẠI LỚP PHỦ BẰNG CHỈ SỐ THỰC VẬT 3.1.1 Khỏi niệm về chỉ số thực vật và cỏch tớnh toỏn + Khỏi niệm chỉ số thực vật Thực vật phản xạ mạnh ở vựng cận hồng ngoại và hấp thụ mạnh ở vựng ỏnh sỏng đỏ. Mức độ chờnh lệch hệ số phản xạ giữa hai vựng này là khỏ lớn và cú tớnh đặc trưng nhất định, lợi dụng điều này để nghiờn cứu, xõy dựng chỉ tiờu phõn chia trạng thỏi lớp phủ thực vật và gọi là chỉ số thực vật.
Năm 1973 nhà khoa học người Mỹ là Rouse đó tỡm ra cụng thức chỉ số thực vật NDVI (Normalized difference vegetation index).
Chỉ số thực vật NDVI được đỏnh giỏ cao và được sử dụng rộng rói. Nú được sử dụng trong nghiờn cứu thảm thực vật từ ảnh đa phổ. Chỉ số thực vật cho phộp người khai thỏc thụng tin đỏnh giỏ mức độ phỏt triển của cỏc thực vật ở cỏc giai đoạn phỏt triển khỏc nhau.
Giỏ trị NDVI càng lớn đối với những vựng cú độ che phủ thực vật càng cao và càng bộ đối vớinhững vựng thực vật thưa thớt.
Hiện nay trờn thế giới đó cú rất nhiều cỏc nhà nghiờn cứu đưa ra cỏc chỉ
số thực vật như là: MTVI, TVI, IPVI, PVI, VNIR, NDVI, SAVI, NDWI …
+ Cụng thức xỏc định:
Chỉ số này cú giỏ trị từ -1 đến +1 và được tớnh theo cụng thức sau: NDVI = (NIR- Red)/ (NIR + Red)
Trong đú : NIR - Là giỏ trịđộ sỏng pixel trờn kờnh cận hồng ngoại. Red - Là giỏ trịđộsỏng pixel trờn kờnh đỏ.
Tuy nhiờn chỉ số thực vật NDVI chỉcú ý nghĩa khi sử dụng để phõn tớch
tư liệu viễn thỏm cú độ phõn giải thấp ( MODIS, NOAA, ADEOS...) khi đú tớnh đồng nhất của cỏc đối tượng cao, nú khụng cú nhiều ý nghĩa đối với tư liệu viễn
60
Hỡnh 3.1. Vớ dụ cụng thức tớnh NDVI
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 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