CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.2 Thông số đánh giá chất lƣợng ảnh
2.2.1 Những thông số đại diện cho yếu tố bức xạ
Nguyên lý hoạt động của viễn thám quang học là dựa trên bức xạ điện từ lan truyền tới cảm biến viễn thám. Một khía cạnh về hiệu suất của cảm biến viễn thám là các đặc tính đo bức xạ, bao gồm: độ phân giải hoặc dải động bức xạ, độ chính xác của đại lƣợng đo bức xạ (phản xạ hoặc bức xạ) theo tỷ lệ tuyệt đối, hồi đáp bức xạ thay đổi theo thời gian, tín hiệu có thể phân biệt khi có nhiễu, v.v. Độ phân giải bức xạ đề cập đến lƣợng thơng tin có trong mỗi điểm ảnh, đƣợc biểu thị bằng đơn vị bit. Nói cách khác, độ phân giải bức xạ xác định độ nhạy đối với độ lớn của năng lƣợng điện từ đƣợc ghi lại bởi cảm biến và nó đƣợc quyết định trƣớc khi thiết kế hệ thống chụp ảnh.
Để hiểu hoạt động bức xạ của một hệ thống vệ tinh, cần hiểu đƣợc đặc trƣng của tập hợp các tham số chính sau đây: tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu; hiệu chỉnh bức xạ tuyệt đối; hiệu chỉnh bức xạ tƣơng đối; độ ổn định của bức xạ; thành phần lạ; hồi đáp tuyến tính; độ nhạy phân cực [53]. Trong số bảy thông số chất lƣợng, hồi đáp tuyến tính và độ nhạy phân cực đƣợc xác định rõ đặc điểm trƣớc khi phóng; thơng thƣờng, các thiết bị hiệu chỉnh chuyên dụng trên vệ tinh đƣợc sử dụng để đánh giá hai thông số này, trong khi các phƣơng pháp tiếp cận gián tiếp có thể khó khăn. Ví dụ, độ nhạy phân cực MODIS và Landsat 8 đã đƣợc đo bằng cách sử dụng nguồn sáng phân cực và bộ phân cực tấm [99,55]. Vì vậy nghiên cứu sẽ khơng xét đến hai thông số này.
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR): đƣợc định nghĩa là tỉ lệ giữa giá trị năng lƣợng tối đa của tín hiệu thu đƣợc và năng lƣợng nhiễu ảnh hƣởng đến độ chính xác của tín hiệu thu đƣợc. Nhiễu là một phần không thể tránh khỏi của bất kỳ thiết bị chụp ảnh nào; vệ tinh viễn thám cũng khơng ngoại lệ. Do đó, SNR của một vệ tinh viễn thám quang học bất kỳ cần đƣợc ƣớc tính để đánh giá chất lƣợng của sản phẩm dữ liệu đầu ra của hệ thống. Vì SNR thƣờng thay đổi theo mức tín hiệu, nó phải đƣợc báo cáo theo cách mà nó biểu thị rõ ràng chất lƣợng hình ảnh của cảm biến [53]. Ví dụ, SNR của hai hệ thống hình ảnh có thể đƣợc ƣớc tính trong cùng điều kiện chiếu sáng, tức là cùng mức độ bức xạ, điều này sẽ cho phép so sánh SNR của vệ tinh này với vệ tinh khác. Trong những năm qua, nhiều phƣơng pháp ƣớc tính SNR dựa trên hình ảnh Trái đất cũng đã đƣợc phát triển cho các cảm biến viễn thám. Trong nghiên cứu, với điều kiện của Việt Nam, đây là thông số đại diện cho yếu tố bức xạ, và dữ liệu đƣợc sử dụng sẽ là ảnh khu vực đồng nhất. Với bãi kiểm định tại thành phố Buôn Ma Thuột đƣợc đƣa vào sử dụng, đo đạc đƣợc mức độ
đồng nhất của ô mẫu; cùng việc chủ động về nguồn dữ liệu, thì việc tính tốn SNR là thực hiện đƣợc trong điều kiện nƣớc ta hiện nay.
Hiệu chỉnh bức xạ tuyệt đối: Hiệu chỉnh bức xạ tuyệt đối cho phép chuyển đổi giá trị độ xám (DN) sang các đơn vị vật lý nhƣ giá trị bức xạ. Vì các DN từ các cảm biến khác nhau khơng có mối quan hệ có ý nghĩa, nên việc chuyển đổi các DN ảnh thành các bức xạ phổ là rất quan trọng trong viễn thám, vì nó cho phép so sánh giữa các phép đo từ các cảm biến khác nhau. Do đó, hiệu chỉnh đo bức xạ tuyệt đối là điều cần thiết đối với cộng đồng ngƣời sử dụng dữ liệu viễn thám.
Các phƣơng pháp hiệu chỉnh tuyệt đối đƣợc phân thành hai loại là: phƣơng pháp trên vệ tinh và phƣơng pháp gián tiếp [21,70]. Hiệu chỉnh bức xạ tuyệt đối trên vệ tinh đƣợc thực hiện dựa vào các thiết bị hiệu chỉnh nhƣ đèn. Hiệu chỉnh tuyệt đối gián tiếp sử dụng dữ liệu ảnh bề mặt Trái đất, quan sát mặt trăng, hình ảnh các đám mây dày đặc, v.v. [53]. Phƣơng pháp đƣợc sử dụng trong nghiên cứu là phƣơng pháp gián tiếp, sử dụng các bãi kiểm định giả bất biến tuyệt đối với các thơng số là tín hiệu tối (DS) và hồi đáp khơng đồng nhất của điểm ảnh (PRNU). Hai thông số này đƣợc áp dụng để hiệu chỉnh dữ liệu trƣớc khi đánh giá tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR)
Hiệu chỉnh bức xạ tƣơng đối: Quá trình định lƣợng sự thay đổi hồi đáp bức xạ trong mỗi bộ cảm so với nhau đƣợc gọi là hiệu chỉnh đo bức xạ tƣơng đối. Trong tình huống lý tƣởng, mỗi bộ cảm của hệ thống chụp ảnh phải cho cùng một đầu ra chính xác khi chúng đƣợc tiếp xúc với cùng một lƣợng bức xạ điện từ. Tuy nhiên, trạng thái lý tƣởng không tồn tại do sự thay đổi nhỏ trong quá trình chế tạo, sự thay đổi về hệ số tăng ích và độ lệch điện tử, và sự khác biệt về quang phổ và hồi đáp tuyến tính. Do đó, mỗi bộ cảm trong một hệ thống hình ảnh mảng tuyến tính thể hiện các hành vi khác nhau, gây ra các hiện tƣợng sọc trong dữ liệu ảnh đƣợc chụp [53].
Để giải quyết các vấn đề nêu trên, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng để loại bỏ yếu tố này ở mức cảm biến. Chúng có thể đƣợc phân thành hai loại: i) trên vệ tinh và ii) phƣơng pháp dựa trên đối tƣợng trên bề mặt trái đất [69].
Độ ổn định bức xạ: Độ ổn định đo bức xạ của một thiết bị chụp ảnh là thƣớc đo hồi đáp bức xạ của thiết bị đó thay đổi nhƣ thế nào theo thời gian. Đây là một trong những thơng số chất lƣợng quan trọng, vì đo bức xạ sự ổn định của một cơng cụ hình ảnh xác định khả năng phát hiện của sự thay đổi rất nhỏ trên bề mặt Trái đất.
Để đánh giá hiệu suất ổn định bức xạ của cảm biến trên quỹ đạo, hai loại ổn định bức xạ khác nhau đã đƣợc theo dõi là: (i) ngắn hạn và (ii) dài hạn [69]. Độ ổn định ngắn hạn đƣợc đánh giá bằng cách khai thác các thiết bị hiệu chỉnh trên bo mạch, đặc biệt là đèn kích thích. Sự ổn định dài hạn có thể đƣợc gọi là sự ổn định trong hồi đáp bức xạ ngoài quỹ đạo đơn. Sự ổn định bức xạ dài hạn thƣờng đƣợc theo dõi bằng cách sử dụng các quan sát thiết bị hiệu chỉnh trên vệ tinh, mặt trăng và các bãi kiểm định giả bất biến [70].
Trong nghiên cứu sẽ sử dụng các bãi kiểm định giả bất biến là các khu vực sa mạc và thông số sử dụng là hồi đáp không đồng nhất của điểm ảnh (PRNU), và tín hiệu tối (DS) vì hệ thống VNREDSat-1 đƣợc thiết kế không hƣớng Mặt trăng để chụp ảnh. DS, PRNU là các thông số đƣợc đánh giá bao gồm trong tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR).
Thành phần lạ: là tham số chƣa đƣợc định nghĩa tiêu chuẩn rõ ràng, nó có thể đƣợc định nghĩa là 'cấu trúc nhân tạo thể hiện sự nhiễu loạn có cấu trúc của tín hiệu' [111]. Ảnh thành phần lạ có thể đƣợc tạo ra từ các vấn đề thiết kế, độ bão hòa của bộ cảm và lỗi đơn vị xử lý trên bo mạch. Nó cũng có thể phát sinh trong quá trình nén hình ảnh và truyền dữ liệu. Do tính chƣa rõ ràng nên tham số này cũng sẽ chƣa đƣợc xét đến trong nghiên cứu.