Cỏc sản phẩm ảnh trực giao sẵn sàng cho hệ thống thụng tin địa lý (GIS) và dùng giống nh một bản đồ ảnh cơ sở ứng dụng cho đa mơc đích. Nó là cơ sở lý t−ởng phơc vơ cho việc thành lập, hiện chỉnh bản đồ và xõy dựng cơ sở dữ liệu cho GIS. Cỏc sản phẩm đú cũng cú thể đợc sử dụng để phỏt hiện sự thay đổi của đối tợng và cỏc ứng dụng phõn tớch khỏc đũi hỏi độ chớnh xỏc tuyệt đối ca
Xử lý: Cỏc sản phẩm ảnh trực giao đ4 đợc hiệu chỉnh bức xạ, hiƯu chỉnh cỏc nguồn nhiễu của bộ cảm, hiệu chỉnh hỡnh học, nắn trực giao, và đ4 đợc đa về một hệ quy chiếu và một mặt phẳng trung bỡnh. Cỏc sản phẩm ảnh trực giao sẵn cú nh là ảnh đen trắng, ảnh mầu, ảnh trộn với độ phõn giải mặt đất 60cm hoặc 70cm, hoặc ảnh đa phổ với độ phõn giải mặt đất 2,4m hoặc 2,8m. Cỏc sản phẩm ảnh trực giao cần tới DEM và cỏc điểm khống chế
mặt đất để hiệu chỉnh độ dịch chuyển địa hỡnh, đa từng pixel về vị trớ đỳng của nú và định vị bản đồ. Khi nhận đơn đặt hàng sản phẩm ảnh trực giao, công ty DigitaGlobe sẽ thu thập dữ liệu phụ trợ thớch hợp để làm sản phẩm đợc đặt hàng. Độ chớnh xỏc của DEM và cỏc điểm GCP sử dụng làm ra sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ của ảnh trực giao đợc đặt hàng. Đối với cỏc sản phẩm ảnh trực giao cú độ chớnh xỏc cụ thể (1:25 000, 1:12 000, 1:4 800), DigitaGlobe có trỏch nhiệm phải thu thập dữ liệu phụ trợ cần thiết cho viƯc tạo ra sản phẩm.
DigitaGlobe cịng cho khỏch hàng cơ hội mua cỏc sản phẩm ảnh trực gia Để làm cỏc sản phẩm đú, DigitaGlobe sử dụng dữ liệu phụ trợ do khỏch hàng cung cấp để nắn ảnh QuickBird trực gia Khụng cú một độ chớnh xỏc cụ thể nào ứng với sản phẩm ảnh trực giao của khỏch hàng bởi vỡ độ chớnh xỏc và chất lợng của sản phẩm cuối cựng phụ thuộc trực tiếp vào độ chớnh xỏc và chất lợng của sản phẩm phụ trợ.
Độ chớnh xỏc: Cỏc sản phẩm ảnh trực giao cú độ chớnh xỏc vị trớ tuyệt
đối khỏc nhau phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ cần thành lập (xem bảng 1.3, trang 11). ViƯc xỏc định vị trớ mặt đất đợc quan trắc từ thụng tin về toạ độ và gúc nghiờng của vệ tinh cựng với cỏc điểm khống chế mặt đất phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
Cấu trúc vật lý: Xem bảng 1.5 (tr. 21)
Đặc điểm kỹ thuật của cỏc sản phẩm ảnh trực giao:
Bảng 1.5. Thống kờ cỏc sản phẩm ảnh trực giao, mụ tả việc xử lý cỏc chỉ tiờu kỹ thuật, cỏc thụng số của sản phẩm, và cỏc tệp dữ liệu phụ trợ đi kốm theo cỏc sản phẩm ảnh trực gia
Bảng 1.5: Thống kờ đặc điểm của cỏc sản phẩm ảnh trực giao
Đặc điĨm vật lý Khách
hàng lựa chọn Diện tích chuyển giao nhỏ nhất 100km2(1:12 000) và cỏc
sản phẩm cđa khách hàng; 120km2(1:25 000); 25km2(1:4 800)
DiƯn tích chun giao lớn nhất 5 000km2
Khung sản phẩm Dựa trên diƯn tích
Cấu trúc vật lý sản phẩm cuối cựng khu vực đặt ảnh đợc bao quanh bằng một đa giỏc Kích thớc cảnh ảnh toàn sắc (cột, hàng pixel) N/A Kớch thớc cảnh ảnh toàn sắc (tại thiờn đế) N/A Kích th−ớc cảnh ảnh đa phổ (cột, hàng pixel) N/A Kích th−ớc cảnh ảnh đa phổ (tại thiờn đế) N/A Cỏc chỉ tiờu kỹ thuật xử lý
HiƯu chỉnh bộ cảm biến Ỹu tố hình học bên trong cỏc bộ dũ; mộo hỡnh quang học; mộo hỡnh quột ảnh; thay đổi tần số quột; độ lệch đăng ký giữa cỏc kờnh đa
phổ.
HiƯu chỉnh bức xạ Độ phản hồi bức xạ tơng đối giữa cỏc bộ dũ (cỏc pixel); lấp đầy cỏc pixel khơng có phản hồi; chun sang giỏ trị bức xạ tuyệt đố Cung cấp thờm những hiệu
chỉnh hình học
Độ biến đổi về vị trớ và độ cao cđa vƯ tinh; sự quay cđa trai đất; độ cong của trỏi đất, độ méo hỡnh toàn cảnh; độ cao địa hỡnh (dữ liệu tốt) Cung cấp thêm thụng tin vị trớ
địa lý
Lịch thiờn văn và cỏc thụng số về độ cao; gúc quay và sự liên kết với l−ới chiếu bản đồ
Cỏc thụng số của sản phẩm
Tuỳ chọn sản phẩm ảnh toàn sắc, đa phỉ, ảnh
trộn (trộn ảnh toàn sắc và ảnh đa phổ), ảnh mầu tự nhiờn, mầu hồng ngoại, ảnh trộn (trộn 4 kênh)
có
Số bits/pixel cđa ảnh chun giao
8 hc 16 có
Phơng phỏp chia tỷ lệ số (chỉ ỏp dụng với loại ảnh 8bit)
Tun tính với giá trị lớn nhất tới 255 DN cao nhất ≤
255, khụng ỏp dụng việc chia tỷ lệ)
Tuỳ chọn phơng phỏp tỏi chia mẫu
Phơng phỏp xoắn bậc 3, nội suy song tuyến, pixel lõn cận gần nhất
có
T chọn sự điỊu chỉnh thang động (DRA)
HiƯu chỉnh màu và cải tiến độ tơng phản (chỉ ỏp dụng với loại ảnh 8bit)
có T chọn kích th−ớc mảnh xt ra Khơng có, 8k x 8k pixels; 14k x 14k; 16k x16k pixels có Kích th−ớc pixel xt ra 60 hc 70 cm đối với ảnh
toàn sắc, mầu, và ảnh trộn; 2,4 hoặc 2,8m đối với ảnh đa phổ
có
Phộp chiếu bản đồ Địa lý (Lat/Long); Hệ toạ độ phẳng; UTM (mặc định)
có Mặt phẳng đỏy và Elipsoid GDA 1994; GRS80;
NAD72; NAD83; WGS84
có Tuỳ chọn lề căn chỉnh xuất ra Hớng bắc bản đồ
Các thụng số của sản phẩm chuyển giao
Tuỳ chọn phơng tiện phõn phỏt sản phẩm
8mm; 4mm; CD; DLT; DVD; ftp
có Tuỳ chọn định dạng dữ liệu ảnh NITF 2.0; NITF 2.1;
GeoTIFF 1.0 cú Dữ liệu hỗ trợ ảnh Cỏc tệp dữ liệu hỗ trợ ảnh cung cấp cho khỏch hàng. Tệp README; tệp siờu dữ liệu cđa ảnh; tƯp RPCOOB;
tệp văn bản cấp bản qun; tƯp mảnh bản đồ
Phép đo xa vệ tinh Quỹ đạo vệ tinh và cỏc thơng số vỊ góc nghiờng đ4 tinh lọc (đợc dựng tạo sản phẩm)
1.2. Mối quan hệ giữa tỷ lệ bản đồ thành lập và độ phõn giảI của ảnh vệ tinh [1], [2]
Mối quan hệ giữa dung lợng thụng tin của ảnh và bản đồ: Giữa dung lợng thụng tin trờn bản đồ và dung lợng thụng tin trờn ảnh cú mối quan hệ chặt chẽ. Đặc biệt khi thành lập bản đồ bằng phơng phỏp đo ảnh thỡ mức độ thụng tin trờn bản đồ phụ thuộc trực tiếp vào mức độ thụng tin trờn ảnh. Với ảnh số mối liờn hệ này thể hiện thụng qua độ lớn pixel thực địa (GSD – Ground sampling distance) của ảnh và tỷ lệ bản đồ 1: Mbđ. Giỏ trị GSD càng nhỏ thỡ dung lợng thụng tin trờn ảnh càng lớn, cho nờn dung lợng thụng tin trờn ảnh càng phong phỳ.
Khả năng nhận biết và giải đoỏn ảnh vệ tinh để tạo file địa vật và khả năng bắt điểm độ cao để tạo file địa hỡnh đợc mụ tả bằng lý thuyết tỏi chia mẫ Quỏ trỡnh từ phỏt hiện đến nhận biết điểm đũi hỏi vật phải cú độ lớn tối thiĨu t−ơng ứng trờn ảnh bằng 2 đến 3 pixel. Đõy là điều kiƯn ng−ỡng và chớnh là độ phõn giải của ảnh. ảnh cú độ phõn giải là 0,61 cú nghĩa là độ lớn pixel thực địa GSD (độ lớn tối thiểu của vật ở thực địa cú thể đợc ghi trờn CCD là 0,61m) và khả năng phỏt hiện và nhận biết vật trờn ảnh đũi hỏi vật phải cú độ lớn từ 2 đến 3 pixel. Nếu thiết bị quột ảnh có đ−ờng kính cưa mở ống quang học là d và trơc quay trùng với phơng dõy dọi, với bớc súng ỏnh sáng λ trong dải quang phổ toàn sắc, gúc tỏn xạ ỏnh sỏng (đơn vị mi-li-ra-
di-an) t−ơng ứng với độ lớn tối thiễu của vật ngoài thực địa ( độ lớn pixel thực địa = GSD) nhỡn từ độ cao H, đợc ghi nhận trờn con chớp CCD của bộ cảm biến, có mối liên hƯ sau:
GSD (m) = α . H = (1,22λ/d) . H (1.1) Theo số liƯu cđa nhà cung cấp dịch vơ:
f d λ H GSD
IKONOS 10 m 0,7 m 600 nm 689 km 0,71 m Quickbir
d
8,78 m 0,6 m 600 nm 450 km 0,55 m
Trong ảnh số núi chung và đo ảnh vệ tinh núi riờng:
- Một cảnh ảnh cú nhiều đờng quột, mỗi đờng quột ảnh ở mỗi thời điểm khỏc nhau, cú tõm chiếu khỏc nhau và gúc xoay, gúc nghiờng cũng khỏc nhaụ
- Hai thiết bị quột ảnh số mặc dự cú cựng độ lớn pixel thực địa ( độ lớn tối thiĨu cđa vật ở thực địa cú thể ghi trờn CCD), nhng độ lớn pixel trờn ảnh sẽ khỏc nhau và tỷ lệ sẽ khỏc nha
Vật cú kớch thớc nhỏ nhất đợc thể hiện trờn bản đồ cú độ lớn khụng nhỏ hơn 0,2mm, phụ thuộc vào khả năng phõn biệt của mắt ngời và độ chớnh xỏc khi in bản đồ. Để vật trờn ảnh cú thể đợc giải đoỏn đũi hỏi vật đó phải có độ lớn tối thiểu trờn ảnh là 2 đến 3 pixel. Do vậy, độ lớn pixel cđa vật đó trờn bản đồ sẽ là 0,2mm/(2 đến 3) = 0,07 đến 0,1 mm. Rừ ràng, giữa dung lợng thụng tin ảnh số và bản đồ cú mối liờn hệ thụng qua độ lớn pixel thực địa GSD và mẫu số tỷ lệ bản đồ Mbđ nh− sau:
GSD (m) = (0,07 đến 0,1)Mbđ (1.2)
Trờn cơ sở cụng thức (1.2), ứng với tỷ lệ bản đồ chỳng ta sẽ xỏc định độ lớn pixel thực địa tơng ứng ghi ở bản 1.6:
Bảng 1.6: Độ lớn pixel thực địa và tỷ lệ bản đồ Tỷ lệ bản đồ 1: M Độ lớn pixel thực địa GSD (m) 1: 5 000 0,35 - 0,5 1: 10 000 0,70 – 1,00 1: 25 000 1,75 – 2,50 1: 50 000 3,5 – 5,00 1: 100 000 7, 00 – 10,00
Từ cụng thức (1.1) và (1.2) chỳng ta cú mối liờn hệ hàm số giữa mẫu số tỷ lệ bản đồ và cỏc tham số λ, d, H, nghĩa là Mbđ = F (λ, d, H) có dạng sau:
Mbđ = d H ) 1 , 0 07 , 0 ( 22 , 1 → λ (1.3)
Qua công thức (1.3) ta thấy tỷ lệ bản đồ cần thành lập từ ảnh vƯ tinh phân giải cao khụng phụ thuộc vào độ dài tiờu cự f của thiết bị quột ảnh mà chỉ phụ thuộc vào độ mở ống kớnh d và độ cao quỹ đạo của vệ tinh H. Nghĩa là khụng tồn tại mối quan hệ giữa tỷ lệ ảnh Ma và Mbđ nh trong ảnh hàng khụng.
Độ lớn của pixel thực địa là một thụng số quan trọng để đỏnh giỏ chất lợng và dung lợng thụng tin của ảnh vệ tinh độ phõn giải cao và đợc coi là giỏ trị lý thuyết.
Về mặt địa hỡnh, ảnh IKONOS Pan và ảnh Quickbird Pan với độ phõn giải 0,82 m và 0,61 m cú dung lợng thụng tin tơng đơng với ảnh hàng khụng ở tỷ lƯ 1: 35 000 và 1: 25 000. Nh− vậy chỳng cho phộp thành lập bản đồ địa hỡnh tơng ứng 1: 10 000 và 1: 7 000.
Về mặt địa vật, khi thành lập bỡnh đồ trực ảnh, nếu chấp nhận bỡnh đồ trực ảnh cú độ phõn giải 8pixel/1mm thỡ ảnh IKONOS và ảnh Quickbird cho phộp thành lập bỡnh đồ trực ảnh 1: 8 000 và 1: 5 000 tơng ứng.
Bởi vì: Độ phõn giải ảnh IKONOS Pan = 1m = (1mm/8) x 8 000 Độ phõn giả ảnh Quickbird Pan = 0,62m ≈ (1/8mm) x 5 000 Nếu lập bỡnh đồ trực ảnh cú độ phõn giải 5pixel/1mm thỡ ảnh IKONOS và ảnh Quickbird cho phộp thành lập bỡnh đồ trực ảnh 1: 5 000 và 1: 3 000 t−ơng ứng.
vỡ: Độ phõn giải ảnh IKONOS Pan = 1m = (1mm/5) x 5 000
Độ phõn giả ảnh Quickbird Pan = 0,62m ≈ (1/5mm) x 3 000
Đõy chớnh là một trong những nội dung về tiềm năng bản đồ của ảnh vệ tinh độ phõn giải cao ở tỷ lệ thớch hợp dựa vào độ lớn pixel thực địa của ảnh.
Ch−ơng 2
Xư lý ảNH VƯ tinh Độ PHÂN GIảI siờu CAO QuickBird cho mục đớch thành lập bỡnh đồ trực ảnh tỷ lệ 1:5000
2.1. Xư lý ảnh vƯ tinh.
Các dữ liệu ảnh vệ tinh núi chung và ảnh QuickBird núi riờng thu đợc trong kỹ thuật viễn thỏm thờng dới dạng số và đợc xử lý bởi mỏy tớnh để tạo ảnh đ4 đợc giải đoỏn ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhaụ ảnh số
đợc thể hiện bởi ma trận, trong đó cỏc phần tử của ma trận (xỏc định bởi hàng và cột) ứng với cỏc phần tử ảnh cú giỏ trị độ sỏng thể hiện cờng độ bức xạ năng lợng điện từ của vựng phủ mặt đất tơng ứng với pixel.
TiỊn xư lý ảnh:
Tiền xử lý ảnh số bao gồm hiệu chỉnh hỡnh học và bức xạ, thờng đợc thực hiện trờn cỏc mỏy tớnh lớn tại cỏc trung tõm dữ liệu vệ tinh nhằm tạo ra một dữ liệu ảnh tốt nhất cung cấp cho ng−ời sư dơng. Thực tế cho thấy, khi đo cỏc bức xạ và phản xạ súng từ mặt đất đợc thu nhận bởi bộ cảm đặt trờn cỏc vật mang, ng−ời ta thấy có sự khác biƯt so với trờng hợp quan sỏt cựng đối tợng đú ở khoảng cỏch gần. Điều này chứng tỏ ở những khoảng cỏch xa luụn tồn tại một lợng nhiễu nhất định gõy bởi ảnh hởng của gúc nghiờng và độ cao mỈt trời, cđa điỊu kiƯn khí qun nh− hấp thu, tỏn xạ Do đú, để bảo đảm nhận đợc cỏc giỏ trị chớnh xỏc của năng lợng bức xạ và phản xạ cần phải thực hiƯn viƯc hiƯu chỉnh bức xạ nhằm loại trừ cỏc nhiễ Ngoài ra, do ảnh hởng tổng hợp của sai số chế tạo bộ cảm và sự thay đổi ngẫu nhiờn vị thế của vật mang, làm cho ảnh thu đợc bị biến dạng về mặt hỡnh học. Biến
dạng hỡnh học của ảnh đợc hiểu nh sự sai lệch vị trớ giữa toạ độ ảnh thực tế (nhận đợc) và toạ độ ảnh lý tởng đợc tạo bởi một bộ cảm cú thiết kế hỡnh học chớnh xỏc và chụp ảnh trong cỏc điều kiện lý tởng (khụng ảnh hởng bởi vị thế cđa vật mang).