SỬ DỤNG ENVI TRONG XỬ Lí ẢNH VIỄN THÁM Bài 7. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ SẢN PHẨM ENVI 7.1. Mục tiờu và yờu cầu
7.1.1. Mục tiờu
Nắm bắt được cỏc tớnh năng cơ bản của phần mềm ENVI và hoạt động xử lý ảnh viễn thỏm.
7.1.2. Yờu cầu
- Khởi động được chương trỡnh.
- Nắm bắt được cỏc chức năng chớnh của cỏc thanh cụng cụ.
7.2. Giới thiệu về ENVI
Hiện nay, nguồn tư liệu viễn thỏm được sử dụng rộng rói ở nước ta trong cỏc nghiờn cứu về tài nguyờn thiờn nhiờn. Cựng với đú, thiết bị tin học được đồng bộ húa tăng khả năng xử lý nhanh chúng trong việc xõy dựng cỏc loại bản đồ. Chớnh vỡ vậy, phương phỏp viễn thỏm kết hợp cụng nghệ cỏc phần mềm GIS sẽ gúp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương phỏp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm đỏnh giỏ biến động trong quỏ trỡnh sử dụng đất đaị Cụng nghệ GIS và Viễn thỏm là một giải phỏp hỗ trợ đắc lực cho vấn đề quản lý tài ngun rừng, mơi trường. Chỳng ta cú thể thiết lập bản đồ hiện trạng rừng với cỏc quy mụ khỏc nhau, quản lý, phõn tớch dữ liệu, bản đồ trong GIS, và xa hơn nữa là làm thế nào để xỏc định và tổ hợp cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến đối tượng quản lý, nghiờn cứu như: quy hoạch phõn cấp xung yếu lưu vực trờn cở sở xỏc định nhõn tố khớ hậu, thủy văn, địa hỡnh, đất đai, thảm thực vật hoặc làm thế nào để đỏnh giỏ quỏ trỡnh sử dụng tài ngun thiờn nhiờn để cú giải phỏp tớch hợp.
67
ENVI (ENvironment for Visualizing Images), một trong những phần mềm xử lý ảnh viễn thỏm hàng đầu, là bộ sản phẩm phần mềm của hóng EXELIS Visual Information Solutions (Mỹ), kết hợp cỏc kỹ thuật chuyờn sõu về xử lý dữ liệu ảnh số (bao gồm dữ liệu viễn thỏm, DEM và GIS/GPS) với cụng nghệ phõn tớch địa khơng gian nhằm khai thỏc những thơng tin cú giỏ trị hỗ trợ ra quyết định chớnh xỏc và kịp thờị
Phần mềm cung cấp cỏc cụng cụ hiển thị dữ liệu và phõn tớch ảnh trong một mụi trường thõn thiện dễ sử dụng, đỏp ứng cỏc nhu cầu xử lý ảnh mỏy bay, ảnh vệ tinh. Với giao diện hiện đại, cỏc tớnh năng nổi trội trong xử lý phõn tớch ảnh được quy trỡnh húa và được phỏt triển nõng cấp thường xuyờn, bộ phần mềm ENVI ngày càng trở thành cụng cụ khai thỏc thụng tin địa khụng gian hiệu quả trong cỏc ứng dụng bản đồ và tài nguyờn và mụi trường đa ngành.
Người dựng cú thể phỏt triển cỏc cơng cụ của phần mềm ENVI với ngụn ngữ lập trỡnh là IDL (Interactive Data Language - Đõy là ngơn ngữ lập trỡnh cấu trỳc, cung cấp khả năng tớch hợp giữa xử lý ảnh và khả năng hiển thị với giao diện đồ hoạ dễ sử dụng).
7.3. Một số đặc điểm và tớnh năng của ENVI
Đặc điểm chớnh của ENVI, bao gồm:
Mụi trường giao diện thõn thiện;
Cho phộp làm việc với từng kờnh phổ riờng lẻ hoặc toàn bộ ảnh. Khi một file ảnh được mở, mỗi kờnh phổ của ảnh đú cú thể được thao tỏc với tất cả cỏc chức năng hiện cú của hệ thống. Với nhiều file ảnh được mở, ta cú thể dễ dàng lựa chọn cỏc kờnh từ cỏc file ảnh để xử lý cựng nhau;
ENVI cú cỏc cơng cụ chiết tỏch phổ, sử dụng thư viện phổ và cỏc chức năng chuyờn cho phõn tớch ảnh phõn giải phổ cao (high spectral resolution images) cựng với việc sử dụng ngơn ngữ IDL nờn cú đặc điểm tựy biến rất tốt.
68 Những tớnh năng nổi trội của ENVI:
Làm việc (hiển thị và xử lý) số lượng và dung lượng ảnh lớn;
Đọc, hiển thị và phõn tớch nhiều định dạng (format) ảnh vệ tinh, ảnh thụng dụng, dữ liệu raster và DEM;
Khai thỏc thụng tin từ nhiều loại ảnh vệ tinh và ảnh hàng khụng khỏc nhau (VNREDSat-1, SPOT, Landsat, ASTER, QuickBird, GeoEye, WorldView, Radar, Vexcel…);
Trộn cỏc dạng ảnh (ảnh quang học, ảnh radar…) nhằm hiểu rừ đặc điểm của vựng nghiờn cứu;
Bộ cụng cụ xử lý ảnh đa dạng dựa trờn cỏc phương phỏp khoa học đó được kiểm chứng như cơng cụ xử lý hỡnh học, cơng cụ phõn tớch phổ, cơng cụ phõn tớch dữ liệu và cỏc cơng cụ nõng cao;
Khả năng làm việc với dữ liệu vector (cỏc định dạng shapefile, MIF, DXF và GPS) và kết nối trực tiếp với phần mềm ArcGIS cho phộp dễ dàng tớch hợp kết quả phõn tớch ảnh vào cơ sở dữ liệu và quy trỡnh ứng dụng bản đồ GIS;
Với ngơn ngữ lập trỡnh IDL, ENVI cú khả năng tựy biến và mở rộng theo u cầu quy trỡnh xử lý phõn tớch ảnh của khỏch hàng.
Bộ phần mềm ENVI cú khố cứng và khố mềm thường được cung cấp đúng gúi theo cỏc mức sản phẩm, cụ thể bao gồm: (i) Phần cơ bản - ENVI (Runtime) hoặc ENVI+IDL; (ii) Cỏc Module mở rộng (theo yờu cầu). Cỏc module mở rộng tớnh năng của ENVI được thiết kế để thực hiện những biện phỏp xử lý chuyờn sõu cần đến những cụng cụ xử lý ảnh nõng cao, một số Module và tớnh năng cụ thể.
1. Module Rigorous Orthorectification Nắn chỉnh hỡnh học về tọa độ mặt đất và tạo ảnh trực giao với độ chớnh xỏc caọ Module này dựa trờn mụ hỡnh tốn học sử dụng cỏc thụng số của sensor cụ thể (SPOT hoặc Landsat) nhằm loại bỏ những yếu tố gõy mộo ảnh trong quỏ trỡnh bay chụp.
69 2. Module ENVI Feature Extraction (FX) Tỡm, phỏt hiện và chiết tỏch thụng tin từ cỏc đối tượng quan tõm (vớ dụ như cơng trỡnh tịa nhà, sõn búng, phương tiện giao thụng, đường xỏ cầu cống, sụng hồ…) dựa trờn cỏc đặc tớnh khơng gian, đặc tớnh phổ hoặc đặc tớnh texturẹ.. từ cỏc loại ảnh vệ tinh và ảnh hàng khụng khỏc nhaụ
3. Module ENVI DEM
Tạo lập mơ hỡnh địa hỡnh số (DEM) từ cặp ảnh stereo (ảnh vệ tinh ASTER, IKONOS, OrbView-3, QuickBird và SPOT 1-5) hoặc ảnh hàng khụng.
4. Module ENVI Atmospheric Correction
Module (ACM)
Thực hiện tiền xử lý được quy trỡnh húa - cho phộp loại bỏ hoặc hiệu chỉnh chuyờn sõu về cỏc ảnh hưởng của khớ quyển đối với ảnh vệ tinh gốc để tạo ảnh viễn thỏm lờn level cao hơn chuẩn bị cho cỏc bước xử lý phõn tớch tiếp theọ
5. Module ENVI NITF
Đọc, chỉnh sửa và phõn phối ảnh viễn thỏm trong định dạng (format) NITF cú hiệu suất nộn ảnh caọ
6. Sản phẩm chuyờn dụng ENVI LIDAR Xử lý chuyờn sõu dữ liệu lidar nhằm xỏc định và chiết tỏch cỏc đối tượng 3D và tạo lập cơ sở dữ liệu GIS 3D cho cỏc ứng dụng đụ thị hoặc ngành lõm nghiệp.
7. Sản phẩm chuyờn dụng ENVI SARScape Xử lý chuyờn sõu dữ liệu ảnh radar, phõn tớch và tạo lập bản đồ DEM và bản đồ biến động bề mặt.
Nguồn: http://www.vinanren.vn - Tổng cụng ty Tài nguyờn và Mụi trường Việt Nam
70
7.4. Hệ thống cỏc trỡnh đơn trờn thanh Menu của ENVI
Kớch đỳp vào biểu tượng ENVI trờn màn hỡnh, phần mềm sẽ được kớch hoạt và xuất hiện 1 thanh thực đơn lệnh ENVI và cửa sổ IDL Development Environment. Chỳng ta sẽ chỉ thao tỏc với cỏc cụng cụ sẵn cú trờn thanh thực
đơn lệnh ENVỊ
Menu File
71
Menu Classification
Menu Map
72
Bài8. HIỂN THỊ VÀ TRÍCH XUẤT CHỈ SỐ THỰC VẬT 8.1. Mục tiờu và yờu cầu 8.1. Mục tiờu và yờu cầu
8.1.1. Mục tiờu
Nắm bắt và hiểu cỏch sử dụng phần mềm ENVI trong trường hợp cụ thể.
8.1.2. Yờu cầu
- Mở được file ảnh vệ tinh và lựa chọn cỏc chế độ hiển thị. - Đọc được cỏc thụng số cơ bản của ảnh.
- Sử dụng cỏc cỏch gỏn màu (tổ hợp màu) khỏc nhaụ - Phõn loại được cỏc đối tượng khỏc nhau trờn ảnh.
- Phõn biệt và chiết tỏch được cỏc chỉ số thực vật được giới thiệụ
8.2. Hiển thị cỏc đối tượng trong ENVI
Trong quỏ trỡnh làm việc với dữ liệu ảnh, người dựng sẽ làm việc trờn 3 cửa sổ: Main Image, Scroll và Zoom Window.
ơScroll Window: Cửa sổ này hiển thị toàn bộ ảnh với độ phõn giải đó được
giảm đi với một tỷ lệ phự hợp. Hệ số tỷ lệ này được hiển thị trong ngoặc trờn thanh tiờu đề của Scroll Window. Hỡnh vng màu đỏ trờn cửa sổ chỉ ra vựng được hiển thị với độ phõn giải 1:1 (độ phõn giải khụng gian gốc của ảnh) trong cửa sổ Image Window. Ta cú thể dựng phớm chuột trỏi để kộo, thả hỡnh vng này tới vị trớ cần quan sỏt, Image Window sẽ được cập nhật một cỏch tự động khi ta thả chuột. Cửa sổ Image Window Cửa sổ Scroll Cửa sổ Zoom
73
Image Window: Cửa sổ này hiển thị một phần của ảnh ở độ phõn giải của
dữ liệu gốc với tỷ lệ 1:1. ễ vng trong cửa sổ này chỉ ra vị trớ được hiển thị phúng đại trong cửa sổ Zoom Window.
Zoom Window: hHển thị một phần được phúng đại của ảnh. Hệ số phúng
đại được hiển thị trong ngoặc trờn thanh tiờu đề của Zoom Window. Vựng được phúng đại được xỏc định bằng hỡnh vng đỏ trờn Image Window.
Hiển thị ảnh
Tại giao diện chớnh của ENVI: Chọn File \ Open Image File \ Tỡm và
chọn đến tập tin ảnh cần hiển thị và click Open \ cửa sổ Available Bands List sẽ xuất hiện \ Lựa chọn cỏch hiển thị \ Load.
Trong cửa sổ Available Bands List, cho phộp hiển thị ở 2 chế độ là Gray Scale và RGB Color. Ở chế độ Gray Scale, cho phộp hiển thị một kờnh ảnh, chế
độ RGB cho phộp hiển thị và tổ hợp màu theo 3 kờnh ảnh theo 3 màu R(Red), G(Green) và B(Blue).
Trờn cửa sổ Available Bands List ta chỳ ý thấy dưới mỗi ảnh được mở đều cú phần Map Info thơng tin về tọa độ của ảnh. Nhấn chuột trỏi vào Map Info, cỏc thụng tin về ảnh được thể hiện cụ thể như sau:
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