74
Phộp chiếu - Proj: bao gồm phộp chiếu và mỳi chiếu;
Độ phõn giải khụng gian của ảnh - Pixel;
Lưới chiếu - Datum: Xỏc định mặt elipxoid;
Tọa độ địa lý - UL Geo: Tọa độ của điểm phớa trờn cựng bờn trỏi ảnh;
Tọa độ bản đồ - UL Map: Tọa độ của điểm phớa trờn cựng bờn trỏi ảnh.
Kớch hoạt một số chức năng giao tiếp và cài đặt hiển thị hỡnh ảnh.
Hiển thị ảnh theo tổ hợp màu RGB \ Click chuột phải vào cửa sổ Imagẹ
Hỡnh 8.3. Đọc cỏc thụng tin cơ bản của ảnh
Lựa chọn Cursor Location / Value: Cho biết thơng tin của pixel tại vị trớ trỏ chuột.
Projection: Hệ tọa độ.
Map: Vị trớ của pixel theo đơn vị một. LL (Longtitude – Latitude): Vị trớ của
pixel theo đơn vị độ (kinh độ - vĩ độ).
Data: Giỏ trị của pixel (DNs) ở cỏc kờnh
phổ (band). Thụng tin về ảnh Chế độ hiển thị Lựa chọn cỏc kờnh (Band) gắn màu sắc Kớch thước và khn dạng dữ liệu (BSQ)
75
Hiển thị ảnh theo cỏc tổ hợp màu
Phương phỏp tổ hợp hợp màu là phương phỏp được sử dụng rộng rói dựa trờn chuẩn nền màu trong viễn thỏm để hỗ trợ cho cơng tỏc giải đốn ảnh. Hiển thị ảnh viễn thỏm qua màu sắc được thực hiện dựa trờn cơ sở gỏn 3 kờnh phổ nào đú của một bức ảnh cho ba màu cơ bản (R: Red; G: Green; B: Blue). Cú hai phương phỏp tổ hợp màu đú là tổ hợp màu thật (True color: tự nhiờn) và tổ hợp màu giả (Fasle color).
- Tổ hợp thật: Gỏn cho màu tương ứng với cỏc kờnh. Màu đỏ (R) là kờnh phổ sang nhỡn thấy màu đỏ, màu xanh lỏ cõy (G) là kờnh phổ nhỡn thấy màu xanh, màu xanh nước biển (B) là kờnh phổ nhỡn thấy màu xanh nước biển. Đối với dữ liệu ảnh sử dụng trong thực hành, ảnh sử dụng được thu thập từ vệ tinh Landsat 7 do vậy ta cần gỏn: R (Kờnh 3); G (kờnh 2); G (Kờnh 1). Cỏc bước thực hiện:
Hỡnh 8.4. Chức năng giao tiếp và hiển thị thị
Lựa chọn Quick Stats: Cho biết thụng tin về giỏ trị thống kờ của cỏc kờnh ảnh
Lựa chọn Pixel Locator: Cho
biết và định dạng hệ tọa độ. Click chuột vào để lựa chọn, thay đổi cỏc thụng tin về đơn vị của hệ tọa độ và hệ tọa độ. Lựa chọn Change Proj… để
76
+ File / Open Image File / Chọn ảnh;
+ Chọn chế độ hiển thị RGB;
+ Chọn cỏc kờnh tương ứng với 3 màu R; G và B; + Chọn Load RGB.
- Tổ hợp màu giả: Mỗi đối tượng trong tự nhiờn thỡ sẽ cú giỏ trị phản xạ phổ ở cỏc kờnh phổ là khỏc nhaụ Đồng thời nú cũng cú kờnh phổ phản xạ tốt nhất như đối với đối tượng thực vật thỡ sẽ phản xạ tốt nhất ở kờnh phổ cận hồng ngoại… Chớnh vỡ vậy mà tựy theo mục đớch mà ta tiến hành tổ hợp màu giả để làm nổi bật nhất đối tượng mà ta cần nghiờn cứụ Để làm được như vậy, ta cần nghiờn cứu sự phản xạ phổ của cỏc đối tượng và cỏc kờnh phổ. Tổ hợp màu giả là toàn bộ cỏc tổ hợp màu từ cỏc kờnh phổ theo RGB ngoại trừ tổ hợp màu
R:G:B theo thứ tự Band 3: Band 2:Band 1 (tổ hợp màu thật).
Với khả năng phản xạ tốt nhất ở kờnh phổ cận hồng ngoại, đối tượng thực vật được nhận biết rất rừ ràng khi gỏn kờnh cận hồng ngoại cho kờnh màu đú. Khi tiến hành tổ hợp màu xong thỡ khu vực nào màu càng đỏ thỡ mật độ thực vật trờn vựng đú yếu tố thực vật càng dàỵ Khi sử dụng tổ hợp màu này trong phần thực hành ta cần phải gắn theo thứ tự sau: R:G:B = Band 4 : Band 3 : Band 2
(tổ hợp màu hồng ngoại). Cỏch làm hoàn toàn giống với tổ hợp màu thật. Hỡnh 8.5. Tổ hợp màu thật
77
Liờn kết động và chồng lớp ảnh
ENVI cung cấp cho người sử dụng cơng cụ liờn kết cỏc ảnh giỳp ta cú thể so sỏnh trực tiếp cỏc ảnh bằng cỏch quan sỏt sự hiển thị của cỏc đối tượng hay vựng trờn cỏc ảnh nàỵ Cú 2 phương phỏp liờn kết là liờn kết ảnh hiển thị - Link
Displays, và liờn kết trờn cơ sở tọa độ Geographic Link. Trước tiờn, cần phải
hiển thị cỏc ảnh ở cỏc chế độ khỏc nhau (sử dụng tổ hợp mầu thật và màu giả để xem sự khỏc biệt của cỏc đối tượng):
Mở File ảnh cần hiển thị;
Chọn tổ hợp màu thật để hiển thị ảnh;
Trờn box Available Bands List click chuột vào Display #1 / Chọn New Display;
Gỏn màu cho cỏc kờnh phổ để hiển thị tổ hợp màu hồng ngoại / Load RGB. - Link Displays. Tools\Link\Link Displays (click chuột phải vào khung cửa sổ hiển thị bất kỳ của ảnh định liờn kết rồi chọn Link Displays). Khi đú, hộp thoại Link Displays sẽ hiện ra cho phộp người dựng lựa chọn cỏc ảnh cần liờn kết bằng cỏch kớch chuột vào nỳt mũi tờn và chọn Yes bờn cạnh cỏc số cửa sổ hiển thị ảnh tương ứng / Click OK để thực hiện việc liờn kết.
+ Giữ chuột trỏi ở cửa sổ Image hoặc View để thấy sự thay đổi cỏc vựng và đối tượng.
78
+ Muốn dịch chuyển cửa sổ View cần đưa trỏ chuột vào ụ vuụng màu đỏ ở cửa sổ Image, giữ chuột trỏi và di chuyển đến vựng cần xem.
+ Dừng việc liờn kết: Chuột phải vào vị trớ bất kỳ trờn cửa sổ Image /
Chọn Unlink Display.
- Geographic Link: Để liờn kết cỏc ảnh trờn cơ sở tọa độ ta chọn Tools \
Link \ Geographic Link hoặc trỏ phải vào khung cửa sổ hiển thị bất kỳ của ảnh
định liờn kết rồi chọn Geographic Link. Khi đú, hộp thoại Geographic Link sẽ hiện ra, chọn cỏc cửa sổ hiển thị tương ứng cần liờn kết thành On / Chọn OK để thực hiện liờn kết. Khi cỏc ảnh đó được liờn kết trờn cơ sở tọa độ với nhau, thỡ nếu di chuyển một ảnh, cỏc ảnh cũn lại cũng sẽ di chuyển theo đỳng tọa độ như vậỵ Điều này cú thể thấy rừ hơn khi ta quan sỏt hai cửa sổ Zoom.
Yờu cầu đối với sinh viờn: Nhận biết được 4 loại đối tượng chớnh, bao
gồm: đất lõm nghiệp, đất lõm nghiệp, đất trống và thủy văn, dựa trờn cỏch kỹ thuật tổ hợp màu và liờn kết ảnh.
79
8.3. Chiết xuất cỏc chỉ số trong ENVI
Cỏc chỉ số phổ thực vật được phõn tỏch từ cỏc băng cận hồng ngoại, hồng ngoại và dải đỏ là cỏc tham số trung gian mà từ đú cú thể thấy được cỏc đặc tớnh khỏc nhau của thảm thực vật như: sinh khối, chỉ số diện tớch lỏ, khả năng quang hợp, tổng cỏc sản phẩm sinh khối theo mựa mà thực vật cú thể tạo rạ Những đặc tớnh đú cú liờn quan và phụ thuộc rất lớn vào dạng thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tớnh sinh lý, sinh hố và sõu bệnh…
Về nguyờn lý cơ bản thỡ phương phỏp tỏch chỉ số thực vật dựng để chuyển dữ liệu đa phổ thành một ảnh đơn kờnh thể hiện sự phõn bố của thực vật. Việc tớnh tốn sẽ sử dụng chức năng Band Math trong ENVI để tớnh tốn cho từng
chỉ số thực vật.
8.3.1. Chỉ số NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
NDIV = (NIR-R)/(NIR+R)
Trong đú:
+ NIR là giỏ trị bức xạ của bước súng cận hồng ngoại (Near infrared); + R là giỏ trị bức xạ của bước súng kờnh đỏ;
+ Chỉ số NDVI cú ngưỡng từ -1 đến +1.
Chỉ số thực vật NDVI được dựng rất rộng rói để xỏc định mật độ phõn bố của thảm thực vật, đỏnh giỏ trạng thỏi sinh trưởng và phỏt triển của cõy trồng, làm cơ sở số liệu để dự bỏo sõu bệnh, hạn hỏn, diện tớch năng suất và sản lượng cõy trồng…
Bước thực hiện:
Trờn thanh Menu của ENVI / Chọn Basic tools / Chọn Band Math;
Đỏnh cơng thức tớnh chỉ số NDVI vào mục Enter an expression trong
box Band Math. Cụng thức như sau: (float(b1)-float(b2))/(float(b1)+float(b2)). / Chọn Ađ to list / Save nếu muốn lưu lại cụng thức để sử dụng cho lần sau / OK;
Hộp thoại Variables to Bands Pairings hiện ra / Gắn lần lượt cỏc
biến b1 và b2 cho cỏc kờnh tương ứng trong ảnh. Ở đõy với dữ liệu là ảnh Landsat7 thỡ kờnh NIR là kờnh số 4 và kờnh R là kờnh số 3 do đú b1 sẽ là Band_4 và b2 sẽ là Band_3.
Trong mục Output Results to: Chọn File nếu muốn lưu lại kết quả /
Chọn Choose để đặt tờn và nơi lưu file / OK; Chọn Memory nếu muốn lưu kết quả ở bộ nhớ đệm / OK;
Kết quả sẽ hiện lờn trong Available Bands List / Chọn Band Math / Chọn Load Band;
Để xem cỏc tham số thống kờ về giỏ trị của chỉ số NDVI: Click chuột trỏi vào Band Math / Quick stats…
80
81
8.3.2. Chỉ số STVI
STVI = (NIR – (IR * R))/(NIR + IR)
Trong đú:
+ IR là giỏ trị bức xạ của bước súng kờnh hồng ngoại;
+ NIR là giỏ trị bức xạ của bước súng cận hồng ngoại (Near infrared); + R là giỏ trị bức xạ của bước súng kờnh đỏ.
Chỉ số này đuwọc dựng để đỏnh giỏ tỡnh hỡnh sinh trưởng của thực vật (giỏ trị càng cao càng tốt) và thể hiện tốt mối quan hệ giữa khu vực cú rừng và khu vực khơng cú rừng (đất trống, đất nụng nghiệp…).
Cỏc bước thực hiện giống với tớnh chỉ số NDVỊ Chỳ ý cơng thức cần thay đổi lại thành: (float(b1)-(float(b2)*float(b3)))/(float(b1)+float(b2)).
Trong đú: b1 gắn với Band_4; b2 gắn với Band_5 và b3 gắn với Band_3.
Yờu cầu đối với sinh viờn: So sỏnh sự khỏc nhau giữa 2 ảnh của chỉ số NDVI và STVI bằng cỏch mở cả 2 ảnh về chỉ số NDVI và STVI. Sau đú
thống kờ sự khỏc biệt vào bảng saụ
Đối tượng Chỉ số EDVI Chớ số STVI
Ngưỡng giỏ trị Giỏ trị Min - Max Giỏ trị Min - Max
Đất nụng nghiệp Khả năng nhận biết
(Tốt - Trung bỡnh - Kộm) Khả năng nhận biết
Đất rừng nt nt
Đất trống nt nt
82
Bài 9. SỬ DỤNG ENVI TRONG PHÂN LOẠI Cể KIỂM ĐỊNH 9.1. Mục tiờu và yờu cầu 9.1. Mục tiờu và yờu cầu
9.1.1. Mục tiờu
Củng cố nguyờn lý phõn loại trong viễn thỏm và nắm bắt được cỏch phõn loại cụ thể.
9.1.2. Yờu cầu
- Chọn được đỳng cỏc vựng mẫụ
- Phõn loại được ảnh và xuất dữ liệu sang ArcMap.
9.2. Sử dụng ENVI trong quy trỡnh đốn đọc ảnh bằng xử lý số
Phõn loại ảnh số là việc phõn loại và sắp xếp cỏc pixel trờn ảnh thành những nhúm khỏc nhau dựa trờn một số đặc điểm chung về giỏ trị độ xỏm, sự đồng nhất, mật độ, tone ảnh… Cú hai kiểu phõn loại chớnh: phõn loại cú chọn mẫu (cú giỏm sỏt - Supervised Classification) và phõn loại khụng chọn mẫu
(khụng giỏm sỏt - Unsupervised Classification). Trong nội dung thực hành
chỳng ta sẽ được hướng dẫn phương phỏp phõn loại cú giỏm sỏt (Supervised
Classification - kiểm định).
Phõn loại cú kiểm định là phương phỏp phõn loại ảnh số dựa trờn cỏc pixel mẫu đó được chọn sẵn bởi người thực hiện cụng tỏc phõn loạị Bằng cỏch chọn mẫu, người phõn loại đó chỉ ra giỳp phần mềm xỏc định những pixel cú cựng một số đặc trưng đối tượng về phổ phản xạ - định nghĩa chung một đối tượng.
9.2.1. Xỏc định vựng mẫu
- Mở ảnh cần phõn loại để tiến hành chọn mẫụ
- Trờn thanh Menu chọn Basic Tools \ Region Of Interest \ ROI tool
trờn màn hỡnh sẽ mở ra box ROI Tool cho phộp thao tỏc với việc chọn mẫụ - Chọn vào một trong cỏc ụ Image, Scroll, Zoom để chọn mẫu phõn loại trong cửa sổ ảnh tương ứng hoặc chọn Off để tạm thời tắt chức năng chọn mẫụ
83
- Dựng chuột trỏi để khoanh vựng mẫu trờn ảnh và kớch chuột phải để thực hiện đúng vựng. Chọn New Region để tạo mẫu cho đối tượng khỏc.
- Đặt tờn lớp đối tượng và chọn màu cho mẫu phõn loạị Lưu ý: Mỗi một đối tượng cú thể chọn nhiều vựng mẫu phõn loạị
- Lưu kết quả chọn mẫu: Trờn cửa sổ ROI Tool, chọn File \ Save ROIs… Tớnh tốn sự khỏc biệt giữa cỏc mẫu (Compute ROI Separability) nhằm xỏc định việc lựa chọn mẫu đó tốt hay khụng. Từ hộp thoại ROI Tool chọn Options \ Compute ROI Separability. Khi đú trờn màn hỡnh sẽ xuất hiện hộp
thoại Select Input File for ROI Separability \ Chọn ảnh tương ứng \ OK. Trờn màn hỡnh xuất hiện tiếp hộp thoại ROI Separability Calculation \ Chọn tất cả cỏc mẫu cần tớnh tốn sự khỏc biệt \ OK. Kết quả tớnh tốn sẽ xuất hiện trờn màn hỡnh trong hộp thoại ROI Separability Report.
Quan sỏt cỏc giỏ trị trong hộp thoại ROI Separability Report cho thấy
mỗi mẫu phõn loại sẽ được so sỏnh lần lượt với cỏc mẫu cũn lạị Cặp giỏ trị thể hiện sự khỏc biệt được đặt trong ngoặc sau cỏc mẫu:
- Nếu cặp giỏ trị này nằm trong khoảng từ 1,9 đến 2,0 chứng tỏ cỏc mẫu đó được chọn cú sự khỏc biệt tốt;
84
- Nếu cặp giỏ trị này nằm trong khoảng từ 1,0 đến 1,9 thỡ chỳng ta nờn chọn lại sao cho mẫu đú cú sự khỏc biệt tốt hơn;
- Nếu cú giỏ trị nhỏ hơn 1,0 ta nờn gộp hai mẫu đú lại với nhau, trỏnh hiện tượng phõn loại nhầm lẫn.
9.2.2. Lựa chọn thuật toỏn phõn loại
ENVI cung cấp khỏ nhiều thuật toỏn phõn loại cú giỏm sỏt, bao gồm:
Parallelepiped, Minimum Distance, Mahalanobis Distance, Maximum Likelihood, Spectral Angle Mapper, Binary Encoding và Neural Net. Trong
phần thực hành sẽ trỡnh bày phương phỏp phõn loại theo thuật toỏn Maximum Likelihood, đõy là thuật tốn phõn loại cú kiểm định được sử dụng rất nhiềụ
Cỏc bước thực hiện:
Trờn thanh Menu của ENVI \ chọn Classification \ Supervised \ Maximum Likelihood;
Chọn ảnh cần phõn loại trong cửa sổ Classification Input File \ OK,
cửa sổ Maximum Likelihood Parameters xuất hiện;
Select Classes from Regions: Chọn cỏc bộ mẫu để phõn loại (Select All Items);
Output Results (of Class Filename) to File/Memory: Lưu kết quả
phõn loại;
Output Rule Images: No \ OK;
85
Hỡnh 9.2. Kết quả và quy trỡnh phõn loại
9.2.3. Chuyển dữ liệu sang dạng Vector để sử dụng trong GIS
Trờn thanh Menu của ENVI, chọn Vector / Classification to vector.
Chọn ảnh phõn loại cần chuyển đổi, OK.
Chọn cỏc Class cần chuyển đổi (Select All Items).
86
Sau khi quỏ trỡnh xử lý chuyển đổi hoàn tất, cửa sổ Availble Vectors list xuất hiện. Chọn file vector và Load Selected. File dữ liệu vector hiển thị.
Chuyển đổi định dang file vector của ENVI (*.evf) sang định dạng file của phần mềm GIS (shapefile *.shp). Tại cửa sổ hiển thị dữ liệu vector, chọn
File\Export Active Layer to Shapefile.
Sử dụng phần mềm GIS để hiển thị và biờn tập kết quả bản đồ.
Để thực hành thờm khi làm bài tập ở nhà đối với phần viễn thỏm, Sinh viờn cú thể truy nhập cỏc trang web sau để tải cỏc ảnh miễn phớ:
http://www.landsat.org/
http://www.usgs.gov/
87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Quang Bảo và cộng sự (2013). Giỏo trỡnh GIS và viễn thỏm. Nhà
xuất bản Nụng nghiệp, Hà Nộị
2. Trần Quang Bảo và cộng sự (2014). Giỏo trỡnh Ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyờn thiờn nhiờn. Nhà xuất bản Nụng nghiệp, Hà Nộị
3. Chu Ngọc Thuấn, Lờ Thị Khiếu (2012). Tài liệu hướng dẫn thực hành
Viễn thỏm và GIS. Trường Đại học Lõm Nghiệp, Hà Nộị
4. ESRI (Environmental System Research Institute) (2001).
Understanding GIS: The Arc/Info Method. NewYork, ỤS.
5. ESRI (2016). Instructional Guide for The ArcGIS Book. NewYork,
ỤS. ISBN: 9781589484702, 272 pages.
6. Amy Hillier (2007). ArcGIS 9.3 manual. University of Pennsylvaniạ