CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
3.1 Quy trình hiệu chỉnh bức xạ
Mục tiêu của quá trình hiệu chỉnh bức xạ là nhằm chỉnh sửa các sai lệch và thu lại các dữ liệu hữu ích từ dữ liệu ảnh thơ. Sau q trình hiệu chỉnh bức xạ, dữ liệu ảnh phải tƣơng ứng với mức bức xạ đầu vào trên mặt đất cho từng kênh phổ.
Do các điểm ảnh không giống hệt nhau về mức độ hồi đáp và độ lệch tín hiệu tối, nên các đặc tính này của điểm ảnh cần phải đƣợc đo đạc riêng biệt và thực hiện hiệu chỉnh bức xạ. Quá trình hiệu chỉnh bức xạ đƣợc thực hiện đối với tín hiệu tối và mức độ hồi đáp không đồng đều của điểm ảnh. Quy trình cụ thể đƣợc trình bày dƣới đây.
3.1.1 Hiệu chỉnh tín hiệu tối (DS)
Dữ liệu ảnh mức 0 Thống kê giá trị bức xạ các điểm ảnh Tệp tin DS cũ Loại bỏ giá trị xấu
Hiệu chỉnh DS Tệp tin DS mới Giá trị ngưỡng DS Dưới ngưỡng Trên ngưỡng So sánh Dữ liệu ảnh mức 1A Tệp tin hiệu chỉnh DS Hình 3.2. Quy trình hiệu chỉnh DS a. Dữ liệu ảnh mức 0
Trên Trái đất, biển và đại dƣơng là các bề mặt trải rộng ít phản xạ hơn. Tính đặc biệt này bao phủ toàn bộ dải quang phổ hồng ngoại sóng ngắn, hồng ngoại khả kiến và sóng ngắn. Hơn nữa, khơng có nguồn bức xạ gây nhiễu khi khu vực này đủ xa các bờ biển. Do đó, vào ban đêm, những khu vực nhƣ vậy là thích hợp nhất để tạo ra tín hiệu tối. Vì những lý do này, dữ liệu mức 0 để hiệu chỉnh tín hiệu tối thƣờng đƣợc chụp ở các đại dƣơng vào ban đêm, và cần tránh ngày trăng tròn.
b. Thống kê giá trị bức xạ của các điểm ảnh
Thống kê (giá trị trung bình và độ lệch chuẩn cho mỗi điểm ảnh) thƣờng đƣợc thực hiện trên hơn 10.000 dòng (tức là 10.000 mẫu thời gian trên mỗi điểm ảnh), đủ lớn để tính tốn một thống kê có liên quan về tín hiệu tối (thƣờng là 500 hoặc 1000 các mẫu đƣợc cho là đủ). Khi đó các giá trị trung bình tƣơng ứng với tín hiệu tối và độ lệch chuẩn đặc trƣng cho nhiễu tối.
c. Loại bỏ giá trị xấu
Giá trị trung bình của tín hiệu tối phải đƣợc đánh giá trong từng kênh phổ và đối với mỗi điểm ảnh đơn lẻ (tức là tính khơng đồng nhất của tín hiệu tối phải đƣợc đặc trƣng), để hiệu chỉnh hình ảnh thơ từ tín hiệu này.
Thực tế khi chụp ảnh biển hay đại dƣơng vào ban đêm gặp nguồn sáng lạ nhƣ tàu thuyền,… dẫn đến sai lệch kết quả. Do vậy cần lọc bỏ các hàng ảnh có dữ liệu “xấu” này, độ lệch tối đa so với giá trị trung bình thƣờng đƣợc quy định theo mỗi thiết bị chụp ảnh, đối với VNREDSat-1, giá trị này là 7LSB.
d. Tệp tin DS mới
Tệp tin tín hiệu tối mới đƣợc tạo ra sau khi đã loại bỏ các giá trị xấu, gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng đánh giá.
e. So sánh giá trị DS
Tệp tin hiệu chỉnh mới đƣợc so sánh với tệp tin hiệu chỉnh cũ để tính tốn ra sai số giữa hai lần hiệu chỉnh ; sai sốnày đƣợc so sánh với ngƣỡng tín hiệu tối mà nhà sản xuất thiết bị chụp ảnh đƣa ra. Nếu sai số dƣới ngƣỡng thì có thể tiếp tục tính tốn SNR; trong trƣờng hợp sai số vƣợt qua ngƣỡng thì cần phải hiệu chỉnh lại.
f.Hiệu chỉnh DS
Dòng tối đƣợc hiệu chỉnh bằng cách cập nhật trực tiếp lên hệ thống thu nhận ảnh trên vệ tinh hoặc cập nhật vào hệ thống thu nhận ảnh tại các trạm mặt đất. Trong thực tế vận hành hiện nay, phƣơng án cập nhật vào các trạm thu nhận ảnh đƣợc sử dụng nhiều hơn, vì lý do đảm bảo an toàn cho quả vệ tinh. Kết quả đồng thời của việc hiệu chỉnh là tệp tin hiệu chỉnh DS, đƣợc dùng để tạo ra tệp tin hiệu chỉnh bức xạ.
3.1.2 Hiệu chỉnh mức độ hồi đáp không đồng đều của điểm ảnh (PRNU)
PRNU bao gồm bản thân sự thay đổi mức hồi đáp từng điểm ảnh của cảm biến và của thành phần điện tử, quang học (nhƣ sự giảm bức xạ từ trung tâm đến cạnh xảy ra trong tiêu diện). Tƣơng tự nhƣ tín hiệu tối, mục tiêu phần này là xác định đặc điểm của sự không đồng nhất này để hiệu chỉnh dữ liệu nhằm đƣa ra sản phẩm tốt nhất có thể. Q trình hiệu chuẩn này cịn đƣợc gọi là cân bằng và bao gồm việc đánh giá mức hồi đáp của từng cảm biến so với mức hồi đáp trung bình trong trƣờng nhìn.
Sự khơng đồng nhất thƣờng đƣợc mô tả bằng cách coi sự hồi đáp của điểm ảnh gồm ba phần chính là: thành phần tần số thấp, có liên quan đến phần quang học của hệ thống tạo ra sự giảm bức xạ "tự nhiên" từ tâm đến rìa của mặt phẳng tiêu điểm; đóng góp chuỗi
điện tử, quyết định giá trị độ xám đầu ra; và một thành phần tần số cao, do các thuộc tính của cảm biến.
Quy trình hiệu chỉnh mức độ hồi đáp không đồng đều của điểm ảnh đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.3 dƣới đây. Trên ngưỡng Dữ liệu ảnh mức 0 Tính giá trị trung bình của ảnh Lọc Tệp tin PRNU cũ Giá trị ngưỡng PRNU Tệp tin PRNU mới Hiệu chỉnh PRNU Dưới ngưỡng So sánh Dữ liệu ảnh mức 1A Tệp tin hiệu chỉnh PRNU Hình 3.3. Quy trình hiệu chỉnh PRNU a. Dữ liệu ảnh mức 0
Để đánh giá thông số mức độ hồi đáp không đồng đều của điểm ảnh (PRNU), dữ liệu ảnh đƣợc sử dụng là ảnh chụp trên khu vực có mức bức xạ đồng nhất. Trên bề mặt Trái đất những khu vực này thƣờng là sa mạc hoặc núi băng. Trong nghiên cứu, dữ liệu ảnh chụp các sa mạc đƣợc sử dụng làm dữ liệu đầu vào, các khu vực này đƣợc coi là đồng nhất và bất biến về mặt phản xạ theo thời gian [26,35,41,36,68]
b. Tính giá trị trung bình của ảnh.
Do tín hiệu đƣợc tích hợp dọc the các cột để giá trị trung bình chỉ bị ảnh hƣởng bởi điểm ảnh của mỗi hàng ảnh, nên giá trị trung bình của ảnh trong trƣờng hợp này đƣợc tính theo các hàng ảnh.
c. Lọc
Để tín hiệu đầu ra chỉ còn là ảnh hƣởng của phần điện tử, các thành phần tần số thấp và tần số cao trong PRNU sẽ đƣợc lọc. Thành phần tần số thấp đƣợc lọc để loại trừ sự thay đổi chậm có thể có do hiệu ứng cảnh quan hoặc hƣớng trong trƣờng nhìn. Từ tín hiệu thu đƣợc, suy ra thành phần tần số cao. Kết hợp với tần số thấp đƣợc xác định ngay từ trƣớc khi phóng và giả định là ổn định theo thời gian với thành phần tần số cao tạo ra hệ số cân bằng.
d. Tệp tin PRNU mới
Tệp tin PRNU mới đƣợc tạo ra sau khi thực hiện các phép lọc, và tái tạo lại giá trị PRNU của thiết bị thu nhận ảnh.
e. So sánh giá trị PRNU
Để đánh giá chất lƣợng phổ của thiết bị thu nhận ảnh, giá trị PRNU sau khi tích hợp đƣợc so sánh với tệp giá trị PRNU chuẩn, đƣợc ghi trong tập định dạng CPF do nhà sản xuất thiết bị quang học trên vệ tinh cung cấp hoặc tệp giá trị PRNU đƣợc tính tốn trong chu kỳ đánh giá trƣớc. Nếu giá trị sai số dƣới ngƣỡng nhà sản xuất đƣa ra thì có thể thực hiện tính tốn SNR; nếu giá trị sai số trên ngƣỡng thì cần thực hiện hiệu chỉnh.
f.Hiệu chỉnh PRNU
Tƣơng tự nhƣ trong trƣờng hợp hiệu chỉnh dòng tối, việc hiệu chỉnh PRNU cũng có thể tiến hành theo hai trƣờng hợp: (1) đƣa lên vệ tinh và (2) đƣa vào trạm xử lý ảnh mặt đất. Và phƣơng án thích hợp cho điều kiện Việt Nam hiện nay là đƣa vào trạm xử lý ảnh mặt đất để đảm bảo an toàn cho hệ thống vệ tinh VNREDSat-1. Đồng thời kết quả này cũng sẽ xuất ra tệp tin hiệu chỉnh PRNU.
Kết quả của quá trình hiệu chỉnh bức xạ là tệp tin hiệu chỉnh bức xạ đƣợc tổng hợp
từ tệp tin hiệu chỉnh DS và tệp tin hiệu chỉnh PRNU.