CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM RADAR
1.5. Đặc tính của ảnh Radar nhìn xiên
Đặc tính hình học của ảnh Radar nhìn xiên hồn tồn khác với ảnh máy bay và ảnh vệ tinh quét. Đặc tính khác biệt của ảnh Radar với ảnh hàng không và ảnh qt đa phổ là do đặc tính nhìn xiên và đo thu tia phản hồi theo khoảng cách. Một số đặc tính hình học của ảnh Radar: - Biến dạng về tỷ lệ ảnh; - Biến dạng hình học; - Thị sai ảnh; - Đốm ảnh; - Thay đổi độ sáng tầm ảnh.
Hình 1.10. Xác định độ phân giải của Radar độ mở tổng hợp
real antenna
synthetic a ntenna
flight path
r
Vùng trước máy bay tần số tín hiệu được thay đổi giảm đi Vùng trước máy bay tần số tín hiệu được thay đổi tăng lên
Vùng không thay đổi (Doppler không thay đổi)
Phân giải phương vị xác định bởi Doppler
Phân giải tầm định bởi độ dài xung
Độ phân giải hữu hiệu thu được
Anten thực
Anten tổng hợp
1.5.1. Biến dạng tỷ lệ ảnh theo tầm
Trong thu nhận tín hiệu ảnh Radar, có hai loại tín hiệu được ghi, tại tầm xiên và tầm mặt đất. Nếu xung ra Radar không thay đổi độ dài trong q trình truyền tín hiệu theo tầm xiên, thì tín hiệu phản hồi tầm mặt đất và độ dài xung Radar trên mặt đất sẽ khác nhau. Giá trị này giảm dần theo hướng từ tầm mặt đất gần đến tầm mặt đất xa. Trong trường hợp này độ phân giải mặt đất sẽ tăng dần theo chiều từ tầm gần đến tầm xa như minh họa trên hình 1.11. Ảnh Radar ghi nhận theo cấu trúc tầm xiên sẽ có độ phân giải khơng đổi khi Radar phát tín hiệu xung theo tầm xiên có giá trị bằng nhau. Ngược lại, nếu có tỷ lệ ảnh khơng thay đổi trên mặt đất, hay những vật có kích thước bằng nhau trên tầm mặt đất có kích thước ảnh tầm mặt đất bằng nhau (hình 1.12), thì cho ra độ dài xung trên tầm xiên sẽ khác nhau (khi độ dài xung Radar tại mặt đất bằng nhau).
Độ dài xung tầm xiên
Độ dài xung mặt đất, Độ dài xung mặt đất,
Hình 1.11. Thay đổi độ phân giải theo tầm
Đường ảnh theo cấu trúc tầm xiên
Độ cao H'
Đường ảnh theo tầm xiên
Hình 1.12. Sự khác nhau về đường ảnh theo tầm mặt và tầm xiên, khi độ dài của xung A1,B1 và C1 theo tầm xiên khác nhau (theo Thomas M. Lillesand
1.5.2. Biến dạng hình học theo đặc tính địa hình
Cũng như đối với các hệ thống quang học khác, đặc tính hình học của q trình chụp ảnh Radar nói chung gây nên một số biến dạng hình học trên ảnh. Tuy nhiên, điểm khác biệt chính của ảnh Radar đó là việc chụp ảnh nghiêng từ một phía và bản chất của Radar là hệ thống thiết bị đo khoảng cách. Sự biến dạng hình ảnh xuất hiện bởi vì hệ thống Radar đo khoảng cách đến đối tượng trên mặt nghiêng chứ không phải khoảng cách thực nằm ngang trên bề mặt đất. Điều này thể hiện trên hình 1.13a, mặc dù hai đối tượng A1 và B1 có cùng kích thước trên mặt đất, nhưng trên mặt nghiêng chúng có kích thước khác nhau (A2 và B2).Các đối tượng ở cạnh gần thường bị co lại so với đối tượng ở cạnh xa.
(a) (b)
Hình 1.13. Hiện tượng co ngắn (a) và biến dạng co ngắn (b) trên ảnh Radar Khi đó, kích thước của đối tượng trên mặt đất là A1, sau khi chiếu lên mặt nghiêng sẽ co lại chỉ còn tương đương với độ dài A2.Khoảng cách nghiêng này dễ dàng được tính chuyển về khoảng cách ngang nhờ phép tốn hình học cơ bản.
Hình 1.13b cho thấy sự khác biệt về hình ảnh Radar khi được chiếu lên mặt nghiêng trên các đối tượng như ơ thửa, đường xá ở phía bên trái bị nén
lại, và ảnh Radar được chuyển đổi về mặt nằm ngang, khi đó kích thước các đối tượng được thể hiện một cách chính xác.
1.5.3. Thị sai ảnh (parallax)
Khi một vật được ghi ảnh từ hai đường bay khác nhau, các dịch chuyển địa hình khác nhau tạo nên thị sai trong các ảnh Radar nhìn xiên. Những ảnh nổi stereo có thể thu nhận bằng việc thu dữ liệu từ các đường bay nhìn địa hình từ hai hướng ngược nhau như hình 1.14a. Tuy nhiên ảnh Radar nổi thông thường được xây dựng bằng cặp ảnh của hai đường bay cạnh nhau hình 1.14b.
1.5.4. Đốm ảnh (spectacle)
Tín hiệu tia phản hồi Radar thu nhận từ vật thể trên mặt đất có thể trong pha truyền hoặc ngoài pha theo các mức độ khác nhau. Việc này gây ra trên ảnh những điểm sáng tối hay cịn gọi là đốm ảnh (hình 1.15). Đốm ảnh có thể được xử lý bằng các môdul xử lý ảnh số như lọc ảnh, trung bình hóa, Tuy nhiên cũng khơng thể loại bỏ hồn toàn hết các đốm này được. Một công nghệ giảm đốm ảnh được sử dụng là xử lý đa nhìn. Trong công nghệ này, nhiều ảnh Radar cho một vùng được tạo nên bằng việc sử dụng các phần khác nhau của Radar tổng hợp, kết quả giống như trung bình hóa ảnh và kết quả là
(a)
(b)
Hình 1.14.Thu ảnh Radar tạo ảnh nổi từ hai hướng khác nhau (a) và hai đường bay khác nhau (b)
các ảnh được tạo nên có độ mịn hơn. Số ảnh được sử dụng được gọi là số nhìn. Càng nhiều ảnh được sử dụng để trung bình hóa thì càng cho ra kết quả tốt hơn.
1.5.5. Sự thay đổi chiếu sáng của ảnh Radar theo tầm
Ảnh Radar tổng hợp thường chứa đựng một thay đổi chiếu sáng có tính chất hệ thống theo chiều của tầm Radar. Điều này xảy ra do hai yếu tố hình học: thứ nhất là kích thước phân giải của pixel giảm dần từ tầm gần đến tầm xa và làm giảm cường độ của tín hiệu phản hồi; thứ hai là tia phản hồi tỉ lệ nghịch với góc tới hay góc tới càng nhỏ thì tia phản hồi càng thấp.
1.5.6. Đặc tính truyền tín hiệu Radar
Đối với bất kỳ hệ Radar nào, hai đặc tính chính trong việc truyền tín được ghi nhận là bước sóng và phân cực của xung năng lượng sử dụng. Bước sóng và các kênh sóng Radar được liệt kê trong bảng 1.3. Khí quyển là tác nhân ảnh hưởng nghiêm trọng tới việc truyền sóng Radar ở bước sóng Radar< 4 cm. Tín hiệu Radar có thể truyền đi và thu tia phản hồi theo mặt phẳng nằm ngang H hoặc theo phương đứng V. Thực tế, tín hiệu phát và thu có thể có các trường hợp sau: VV, HH, VH, HV. Một Radar có khả năng của 4 dạng phân cực trên gọi là Radar cầu phương. Dưới đây mô tả các kiểu phân cực của phát và truyền tín hiệu Radar.
Triệt tiêu Cộng hưởng
a. Phân cực giống nhau:
VV - phát phân cực đứng, thu phân cực đứng HH - phát phân cực ngang, thu phân cực ngang
b. Phân cực chéo:
HV - phát phân cực ngang, thu phân cực đứng VH - phát phân cực đứng, thu phân cực ngang
Hình 1.16. Các kiểu phân cực trong viễn thám Radar