2.1.1. Khỏi niệm
Phần mềm viễn thỏm là những phần mềm được sử dụng trong quỏ trỡnh xử lý tư liệu viễn thỏm.
Phần mềm viễn thỏm gần giống với cỏc phần mềm xử lý ảnh khỏc nhưng cú khả năng tạo ra cỏc thụng tin địa lý từ dữ liệu ảnh vệ tinh cũng như ảnh hàng khụng.
Phần mềm viễn thỏm cú khả năng đọc được cỏc định dạng riờng biệt của dữ liệu ảnh viễn thỏm, cỏc thụng tin tham khảo địa lý cũng như cỏc dạng dữ liệu bản đồ số.
Đọc cỏc loại định dạng ảnh, nắn chỉnh hỡnh học, giải đoỏn ảnh và khảnăng xuất dữ liệu sang phần lớn cỏc định dạng phổ biến là những chức năng chớnh khụng thể thiếu được trong phần mềm xử lý ảnh viễn thỏm.
2.1.2. Một số phần mềm đang sử dụng ở Việt Nam
Một số phần mềm viễn thỏm thụng dụng 1. ENVI - IDL
2. PCI (focus) – EASI modeling 3. ERDAS Imagine
4. IDRISI
5. MATLAB (model) 6. Ecognition
7. GAMMA (chuyờn cho Radar)
38
+ Cỏc chức năng cơ bản của một phần mềm viễn thỏm
1. Mởảnh (Open, Input image): Mởthụng thường (format thụng dụng); Open extention (Import)
2. Hiện ảnh (Display)
3. Tăng cường chất lượng ảnh (Enhancement)
4. Hiệu chỉnh hỡnh học (Geometric correction; Registration)
5. Chuyển đổi ảnh (Transformation): Tớnh toỏn chỉ số, làm sắc nột ảnh, …. – Fusion
6. Lọc nhiễu (Filter)
7. Phõn loại ảnh (classification) 8. Export ảnh
9. Kết nối với cỏc phần mềm GIS Hỗ trợ lập trỡnh đơn giản: (modeling)
2.1.3. Một số phần mềm đang được sử dụng ở Việt Nam 1. Phần mềm xử lý ảnh ERDAS 1. Phần mềm xử lý ảnh ERDAS
+ Chức năng chớnh của phần mềm ERDAS
- Nhập dữ liệu: ERDAS cú thể nhập cỏc loại dữ liệu raster dưới dạng BIL, BSQ, BIP ghi ở chế độ 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit,...
Dữ liệu của cỏc loại vệtinh khỏc nhau như SPOT, MSS< LANDSAT TM, NOAA, NOAA - AVHRR, định dạng của dữ liệu là ảnh LAN song cú thể nhập và chuyển đổi từ cỏc định dạng khỏc như BMP, TIFF... Ngoài ra ERDAS cũn nhập dữ liệu vector với định dạng GIS. ERDAS cú thể nắn chỉnh hỡnh học theo nhiều phương phỏp với cỏc hệ tọa độ.
- Xuất dữ liệu
- Hiển thị dữ liệu: ERDAS cú thể hỉờn thị theo từng khối với 512 byte. Dữ liệu ảnh được ghi theo hàng y (row) và x (column). Cú thể ghộp nối hoặc cắt ảnh theo hàng, cột. Hỡnh ảnh cú thể được hiển thị dưới dạng màu thực, màu giả với một hoặc nhiều band phổ. Ngoài ERDAS cũn cú thể hiển thị hỡnh ảnh động theo nhiều phương ỏn khỏc nhau.
- Tăng cường chất lượng ảnh: - Tạo ảnh thành phần chớnh
- Phõn loại ảnh: ERDAS cú thể thực hiện cỏc phộp phõn loại và phõn tớch khi phõn loại:
+ Nhận dạng và phõn loại cấu trỳc ảnh
+ Lựa chọn cỏc vựng thử nghiệm (training samples and signatures) + Phõn loại khụng kiểm định với cỏc thuật toỏn phổ biến
+ Phõn loại cú kiểm định với cỏc thuật toỏn phổ biến + Phõn loại ảnh đó tăng cường chất lượng
39
+ Cỏc tớnh toỏn thống kờ khi phõn loại và đỏnh giỏ độ chớnh xỏc.
- Tạo ảnh nghiờn cứu biến đổi (change detection): ERDAS cú thể tớnh toỏn và tọa ảnh nghiờn cứu sự biến đổi và đưa ra cỏc số liệu thống kờ
+ Chức năng khỏc của ERDAS - Số húa màn hỡnh
- Số húa bằng bàn số - Tạo lập tọa độ
- Phõn tớch địa hỡnh theo vector - Nội suy điểm, đường, vựng
- Xỏc định cỏc vựng ảnh hưởng cho điểm, đường - Cỏc hàm trọng số - Tạo lập bản đồđộ dốc - Cỏc đường đồng mức bản đồ - Tạo lập bản đồ búng - Tạo bản đồ nổi - Tạo hỡnh ảnh động - Tớnh toỏn thống kờ cỏc thụng số toỏn học - Phõn tớch ma trận để tạo bản đồ
- Cỏc phõn tớch cấu trỳc tạo ảnh mới
- Tớnh theo cỏc thuật toỏn chồng xếp để tọa lập bản đồ chuyờn đề - Tớnh toỏn khối lượng theo khụng gian 3 chiều
- Tớnh toỏn cỏc vựng xung yếu - Tớnh toỏn cỏc chỉ số thực vật - Tớnh toỏn cỏc trọng số liờn quan + Giao diện phần mềm ERDAS
Link download bộ cài: http://mapinfovfu.blogspot.com/2016/09/phan- mem-xu-ly-anh-ve-tinh-erdas.html?m=0
Link hướng dẫn cài đặt
http://www.tainguyenmoitruong.vn/default.aspx?page=tmv_chitiettin&cat =news&lang=vi&zoneid=55&contentid=1225
2. Phần mềm xử lý ảnh IDRISI
+ Chức năng của phần mềm IDRISI
- Cú cơ sở dữ liệu khụng gian và thuộc tớnh: IDRISI cú khả năng quản lý cơ sở dữ liệu khụng gian và cỏc thuộc tớnh của tập hợp cỏc lớp bản đồ dưới dạng thụng tin địa lý (hỡnh dạng và vị trớ) của cỏc đặc điểm bề mặt cựng cỏc thuộc tớnh mụ tả về tớnh chất hoặc chất lượng của cỏc thuộc tớnh đú dưới dạng dữ liệu thuộc tớnh.
- Chức năng hiển thị bản đồ: IDRISI sử dụng chức năng hiển thị bản đồ lờn màn hỡnh hoặc theo nguyờn tắc hiển thị phần trung tõm của cơ sở dữ liệu.
40
Nguyờn tắc này cũng cho phộp dễ dàng in ấn bằng cỏc mỏy in thụng dụng như printer hoặc plotter trong chế độ Window. IDRISI cho phộp hiển thị nhiều lớp thụng tin như ảnh, bản đồ, chỳ giải, hệ thống màu và ký hiệu.
- Chức năng số húa: IDRISI cho phộp số húa bằng bàn số hoặc màn hỡnh với dữ liệu nhập từ định dạng TIF hoặc BMP rồi chuyển sang GIS - IDRISI. Chức năng số húa được lập theo nguyờn tắc CAD (COmputer Aided Design) và COGO (Coordinate Geometry) nghĩa là tổ chức theo hệ tọa độ chuẩn.
- Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu: IDRISI cú khả năng nhập thuộc tớnh dữ liệu như dạng số liệu thống kờ và tạo nờn cỏc bảng mới. IDRISI cho phộp quản lý và hiển thị đồng thời cả dữ liệu khụng gian của cỏc lớp cựng cỏc thuộc tớnh của cỏc lớp đú.
- Chức năng phõn tớch địa lý và thống kờ: Phõn tớch cơ sở dữ liệu với vị trớ tọa độ của chỳng với chức năng chồng xếp (overlay) theo cỏc thuật toỏn
- Xử lý ảnh: Chức năng xử lý ảnh với nguồn dữ liệu 8 bit, 10 bit, 16 bit, 32 bit, cụ thể là tư liệu ảnh NOAA - AVHRR, ảnh LANDSAT, ảnh SPOT, ERS (ảnh RADAR). Dữ liệu cú thể lưu giữ ở định dạng ASCII và biểu diễn dưới dạng integer (-32768 đến 32767), byte (0 - 255) hoặc số thực (16 triệu màu). Cỏc thụng tin dạng ảnh: lưu giữ dạng ASCII và cú thể tra cứuởlệnhDESCRIBE. Cỏc thụng tin dạng vector thể hiện ở dạng điểm, đường, vựngvàdạngtext. Cỏc tạo lập thuộc tớnh cho vector: lưu giữ ở định dạng DVL, FXL và cú thể chuyển đổi với địng dạng DBF của DBaseIVhoặcMDBcủaACCESS2.0IDRISI là một phần mềm tổng hợp cả viễn thỏm và GIS, cú thể giao diện với cỏc phần mềm khỏc. Khả năng phõn tớch xử lý thụng tin của IDRISI là phong phỳ với nhiều chức năng khỏc nhau, song chỉ thực hiện với số lượng thụng tin nhỏ. IDRISI cú thể phục vụ tốt cho việc giảng dạy, đào tạo với cỏc bài tập thực hành cú lượng thụng tin ớt.
+ Giao diện phần mềm IDRISI
41
1. Phần mềm ILWIS
- ILWIS( Integrated Land and Water Information System – Hệ Thụng tin Tớch hợp Tài nguyờn Đất và Nước) Đõy là một Hệ thống Thụng tin Địa lý (GIS) cú khảnăng xử lý ảnh.
- ILWIS được phỏp triển bởi Học viện Quốc tế khảo sỏt khụng gian và khoa học Trỏi đất ITC, Enschede, Hà Lan.
- ILWIS phiờn bản 3.4 là một phần mềm mó nguồn mở và cú thể được tải xuống miễn phớ từ 52North: http://52north.org
Cũng là một gúi dữ liệu GIS nờn ILWIS cho phộp bạn nhập dữ liệu, quản lý, phõn tớch và hiển thị cỏc dữ liệu địa chất.
Cỏc nột đặc trưng của ILWIS
- Thiết kế tớch hợp raster và vector
- Nhập và xuất cỏc định dạng dữ liệu được sử dụng rộng rói - Số húa trờn màn hỡnh và trờn bàn số húa
- Bộ cụng cụ xử lý ảnh toàn diện : Ảnh trực giao, trắc địa ảnh, chuyển vị và ghộp ảnh
- Phõn tớch mụ hỡnh và dữ liệu khụng gian tiờn tiến - Hiển thị 3 chiều với việc chỉnh sửa tương tỏc phục vụ tỡm kiếm trực quan.
- Hệ thống thư viện phộp chiếu và hệ tọa độ phong phỳ.
- Phộp phõn tớch cỏc thống kờ địa chất với Kringing cho phộp nội suy được nõng cao
- Tạo ra và hiển thị cỏc cặp ảnh lập thể - Đỏnh giỏ đa tiờu chuẩn trong khụng gian
Giao diện của phần mềm
42
2. Phần mềm xử lý ảnh Ecognition
- Ecognition là phần mền được cung cấp và phỏt triển bởi cụng ty Definiens AG –CHLB Đức.
- eCognition được sử dụng để phõn tớch ảnh ở nhiều tỷ lệ khỏc nhau từ tỷ lệ rất nhỏnhư cấu trỳc tế bào đến tỷ lệ lớn như cỏc ảnh vệ tinh.
- Vớ dụ, sử dụng eCognition để phõn tớch ảnh của cỏc tế bào trong y học, chiết tỏch cỏc đối tượng từ ảnh vệ tinh phục vụ cho việc quan sỏt, quản lý tài nguyờn thiờn nhiờn và mụi trường, phõn loại rừng….Trong eCognition ảnh phõn tớch theohai con đường: tự động và bỏn tựđộng.
Cụng ty Definiens cung cấp hai bộ phần mềm: Definiens XD: thiết kế cho phõn tớch ảnh đa chiều Definiens Enterprise Image Intelligence
+ Chức năng của phần mềm Ecognition
Một số khỏi niệm cơ bản sử dụng trong eCognition
- Đối tượng ảnh (Image Object)
Trong xử lý ảnh, đối tượng ảnh là sản phẩm của quỏ trỡnh phõn mảnh ảnh (segment). Mỗi đối tượng ảnh là tập hợp của một nhúm Pixel. Mỗi đối tượng ảnh sẽ chứa rất nhiều thụng tin. Thụng tin về đối tượng bao gồm bốn loại:
1) thụng tin về đặc trưng phổảnh của đối tượng, 2) thụng tin về cỏc yếu tố hỡnh thỏi của đối tượng,
3) thụng tin về quan hệ của đối tượng này với đối tượng khỏc trờn ảnh. 4) thụng tin về quan hệ của đối tượng trờn ảnh với cỏc đối tượng bờn ngoài ảnh lấy từ cỏc nguồn thụng tin khỏc (bản đồ địa hỡnh, bản đồ đất, bản đồ thuỷ văn v.v.)
- Phõn mảnh ảnh (segmentation)
Phõn mảnh ảnh là sự chia nhỏ hỡnh ảnh thành cỏc phần nhỏ (segment) dựa trờn cỏc tiờu chớ: màu sắc (color), hỡnh dạng (shape), độ chặt (compactness), độ trơn (smoothness).
Sự phõn mảnh tạo ra cỏc đối tượng ảnh, cỏc đối tượng ảnh này được gọi là cỏc đối tượng ảnh nguyờn thuỷ(Đối tượng ảnh chưa phõn loại)
43 - Mạng phõn cấp đối tượng ảnh
Hỡnh 2.4 Mạng phõn cấp đối tượng ảnh
Hỡnh 1 cho thấy, mức thấp nhất cú thể cú của một ảnh chớnh là mức pixel và mức cao nhất là mức toàn ảnh. Giữa hai mức này bao giờcũng tồn tại cỏc đối tượng ở cỏc mức trung gian và mức này là mức “Con” (child) của mức ở trờn nú đồng thời lại là mức “Cha” (parent) của cỏc đối tượng ở mức thấp hơn. Để đảm bảo cú được mạng phõn cấp để sử dụng cho phõn loại thỡ việc phõn mảnh ảnh phải tuõn thủ cỏc quy tắc sau:
Ranh giới của đối tượng ở mức thấp hơn phải nằm trong ranh giới của đối tượng ở mức cao hơn,
Cỏc tiờu chớ sử dụng để phõn loại đối tượng ở mức thấp hơn phải bao gồm cỏc tiờu chớ ở cỏc mức cao hơn ngay trước đú,
Về phương diện thực nghiệm thỡ mạng phõn cấp tạo ra cỏc cơ sở tốt cho việc chiết xuất thụng tin khi tận dụng được mọi quan hệ tạo ra từ tớnh phõn cấp này.
- Bộ quy tắc (Rule set)
Trong xử lý ảnh, bộ quy tắc bao gồm cỏc tiờu chớ được thiết lập sao cho đối tượng này cú thể tỏch khỏi đối tượng khỏc trờn ảnh phục vụ mục đớch phõn loại.
a. Image Object domain
44
Nhúm đối tượng ảnh là tập hợp cỏc đối tượng thuộc một chuyờn đềở cỏc cấp được sử dụng để phõn loại (“Cha”, “Con”, “Chỏu”. Chắt” v.v.). Nhúm lớn nhất chớnh là toàn bộ ảnh; nhúm nhỏ nhất chỉ gồm một lớp và dưới nú khụng cũn lớp nào khỏc.
Sơ đồ chung phõn loại định hướng đối tượng
Hỡnh 2.6 Quỏ trỡnh phõn loại định hướng đối tượng trờn eCognition - Khởi động chương trỡnh Ecognition 8.0 - Khởi động chương trỡnh Ecognition 8.0
Click vào Start > Programs> eCognition Developer Trial 8.0> eCognition Developer Trial
Hỡnh 2.7
Thanh thực đơn (Menu) bao gồm cỏc Menu sau:File, view, image objects, Analysis, Library, Classification, Process, Tools, Export, Window, Help
45
Hỡnh 2.8
View menu File minu
Trờn Thanh file menu gồm một số cụng cụ chớnh thường xuyờn sử dụng:
- Load image file: nhập file ảnh - New project: Tạo một Project mới - Open project: Mở một Project đó cú - Modify Open project: Thay đổi Project đang mở
Hỡnh 2.9
Thanh view menu gồm:
View setting: mởvà đúng cửa sổ View setting
Image layer mixing: mở và đúng cụng cụ trộn cỏc kờnh ảnh, tăng cường chất lượng ảnh
Filter classes for dislay: cho phộp lọc cỏc lớp phõn loại để hiển thị trờn nền ảnh gốc.
46
Image objects menu
Feature view:cửa sổ quan sỏt cỏc đặc trưng đối tượng ảnh Manual editting: cụng cụ chỉnh sửa bằng tay Hỡnh 2.11 Export menu Window menu Hỡnh 2.13. Hỡnh 2.14.
47
Help menu
Một sốIcon thường xuyờn sử dụng:
Hỡnh 2.12.
48
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ENVI VÀ CÁCH TIỆP CẬN
2.2.1 Giới thiệu giao diện phần mềm ENVI
ENVI (Enviroment for Visualizing Images) là một hệ thống xử lý ảnh khỏ mạnh. Ngay từ đầu, ENVIđược thiết kế đểđỏp ứng yờu cầu của cỏc nhà nghiờn cứu cú nhu cầu sử dụng dữ liệu ảnh viễn thỏm (Remote Sensing – RS), bao gồm cỏc loại ảnh vệ tinh và ảnh mỏy bay. ENVI hỗ trợ hiển thị dữ liệu và phõn tớch cỏc dữ liệu ảnh ở mọi kớch thước và ở nhiều kiểu định dạng khỏc nhau – tất cả trong một mụi trường thõn thiện với người dựng.
ENVI cú một thư viện khỏ đầy đủ cỏc thuật toỏn xử lý dữ liệu ảnh cựng với giao diện cửa sổ đồ họa tương tỏc thõn thiện vời người sử dụng. Phần mềm đó hỗ trợ cỏc cụng cụđể thực hiệnmột số chức năng chớnh như: chuyển đổi dữ liệu (Transforms), lọc ảnh (Filtering), phõn loại ảnh (Classification), đăng ký ảnh (Registration), hiệu chỉnh hỡnh học (Geometric corrections), cỏc cụng cụ để phõn tớch ảnh cú độ phõn giải cao, cỏc cụng cụ sử dụng cho ảnh radar. ENVI
cũng hỗ trợ cho phộp xử lý những dữ liệu khụng phải dữ liệu chuẩn, hiển thị và phõn tớch cỏc ảnh lớn, cho phộp mở rộng khảnăng phõn tớch dữ liệu bởi cỏc hàm của người dung (Plug-in functions). ENVI được thiết kế trờn ngụn ngữ lập trỡnh IDL (Interactive Data Language). IDL là một ngụn ngữ lập trỡnh cú cấu trỳc và hỗ trợ cho xử lý ảnh tớch hợp. Tớnh mềm dẻo và linh hoạt của ENVIlà nhờ phần lớn vào khả năng của IDL. Cỏc dạng dữ liệu của ENVI: ENVI làm việc với cỏc loại dữ liệu đa dạng:
1. Dữ liệu ảnh (dữ liệu Raster) ENVI cú thể làm việc với cỏc file dữ liệu đầy đủ hoặc chỉ là tập hợp con của chỳng. Phần mềm cú cỏc cụng cụ để xử lý ảnh toàn sắc (Panchromatic images), ảnh đa phổ (Multispectral images), ảnh siờu cao tần, dữ liệu Landsat MSS, dữ liệu Landsat TM, dữ liệu của hệ thống SAR. Cỏc cụng cụ AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) cho phộp hiển thị cỏc dữ liệu thiờn văn, hiệu chỉnh dữ liệu, nắn chỉnh hỡnh học, tớnh toỏn nhiệt độ bề mặt. ENVI cũng hỗ trợ xử lý cỏc dữ liệu ảnh cú định dạng chuẩn như: ASCII, BMP, JPEG,TIFF/Geo TIFF, HDF, PDS, PNG, SRF,…
2. Dữ liệu đồ họa (dữ liệu Vector) ENVI cú khả năng tớch hợp và làm việc với dữ liệu đồ họa từ cỏc định dạng khỏc nhau như: ArcView Shape flie, Arc/Infor, MapInfor, Microstation, Autocad…Dữ liệu đồ họa của ENVI được lưu thành tệp *.evf.
49
+ Giao diện của ENVI
Hỡnh 2.13. Giao diện của phần mềm ENVI
Khi một ảnh đó được mở trong ENVI sẽ cú 3 cửa sổ hiển thị lờn màn hỡnh: Image Window, Scroll Window, Zoom Window. Ba cửa sổ này liờn kết chặt chẽ với nhau, việc thay đổi ở cửa sổ này sẽ kộo theo sựthay đổi tương ứng ở cỏc cửa sổ cũn lại.Tất cả cỏc cửa sổ này đều cú thể thay đổi kớch thước bằng cỏch chọn và kộo chuột trỏi ở gúc cửa sổ hiển thị.
Scroll Window: cửa sổ này hiển thị toàn bộ ảnh với độ phõn giải đó được