- Độ cao bay chụp là: 270 km - Tiờu cự mỏy chụp: f = 1000 mm - Kớch thước ảnh: 30 ì 30 cm - Độ phõn giải mặt đất: 6 – 7 m - Chụp ở hai kờnh phổ - Độ phủ dọc > 60% 2. Ảnh cú độ phõn giải trung bỡnh: - Độ cao bay chụp: 250 km
Hỡnh 14 - Ảnh vệ tinh Spot 3 khu vực Hà Nội chụp thỏng
10 – 1995 (độ phõn giải 20m)Ảnh vệ tinh Spot 5 chụp ngày 11-10-
- Tiờu cự mỏy chup: f = 200 m - Kớch thước ảnh: 18 ì 18 cm - Độ phõn giải mặt đất: 30m - Chụp ở ba kờnh phổ: 510 – 600 μm 600 - 700 μm 700 - 850 μm - Độ phủ dọc > 60%
Kết quả của việc thu nhận ảnh từ vệ tinh hay mỏy bay ta sẽ cú những tắm ảnh ở dạng tương tự hay dạng số, lưu trữ trờn phim hoặc trờn băng từ
I.2.2.4. Tư liệu Quickbird
Hỡnh 15- Vệ tinh Quickbird
1. Vệ tinh Quickbird được phúng lờn vũ vào ngày 18 thỏng 10 năm 2001, là hệ tạo ảnh vệ tinh thứ hai sau Ikonos cho ra ảnh cú độ phõn giải cao so với ảnh chụp photos. Nú cho ra khả năng cao nhất về độ phõn giải.
Từ khi phúng thành cụng vệ tinh Quickbird Digital Globe và cú thể thu nhận được dữ liệu, ảnh Quickbird nhanh chúng được đưa ra sử dụng một cỏch phổ thụng và rộng rói để thành lập bản đồ tỉ lệ lớn bằng dữ liệu vệ tinh phõn giải cao.
Lần đầu tiờn vệ tinh cho ra ảnh toàn sắc Panchromatic và ảnh đa phổ Multispectral với độ phõn giải 61 – 72 cm và 2.44 – 2.88 m, phụ thuộc vào hỡnh ảnh nadir thu nhận được với gúc (0 - 25º). Bởi thế cỏc đầu thu (sensor)
cú thể phủ chum độ rộng từ 16.5 – 19 km trong khi quột vuụng gúc với hướng chuyển động của vệ tinh (across-track diretion).Thờm vào đú, theo hướng dọc (along-track) và hướng ngang (across-track) cú thể cung cấp một cặp ảnh lập thể với tần suất chụp lặp từ 1 -3.5 ngày. Kết quả, dữ liệu cú thể cú nhiều khuụn dạng khỏc nhau, dữ liệu thụ(Basic Imagẻy),. loại này được bảo toàn thụng số hỡnh học của vệ tinh, loại dữ liệu này được quan tõm hơn trong Trắc địa ảnh, cụ thể là tăng dày, đo vẽ và thành lập bản đồ. Sử dụng loại dữ liệu thụ này cho kết quả độ chớnh xỏc hiệu chỉnh hỡnh học cao và sản phẩm về ảnh phổ tốt hơn nhiều.
2. Cỏc đặc điểm của Quickbird - bảng 7
Ngày phúng 18 thỏng 10 năm 2001
Thiết bị phúng Boeing Delta II
Địa điểm phúng Vandenberg Air Force Base, Caliornia
Độ cao quỹ đạo 450 km
Gúc nghiờng quỹ đạo 972º, đồng bộ mặt trời
Tốc độ 7.1 km/s
Thời gian cắt qua xớch đạo 10h30' sỏng (điểm đi xuống) Thời gian hoàn thành một quỹ
đạo 93.5 phỳt
Thời gian lặp lại một vị trớ 1 – 3.5 ngày phụ thuộc vĩ độ (30º tớnh từđiểm thiờn đế)
Độ rộng dải quột 16.5 km ì 16.5 km tại điểm thiờn đế Độ chớnh xỏc tớnh theo hệ một 23 m mặt phẳng (theo tieu chuẩn CE 90)
Dữ liệu số 11 bits
Độ phõn giải
Ảnh đen trắng 61 cm (tại điờm thiờn đế) đến 72 cm (25º tớnh từ điểm thiờn đế) Ảnh đa phổ 2.44 m đến 2.88 m tương ứng
Cỏc kờnh ảnh Đen trắng (pan):450 – 900 nm Lam (blue): 450 – 520 nm Lục (green): 520 – 600 nm Đỏ (red): 630 – 690 nm Cận hồng ngoại (NIR): 760 – 900 nm
Đ I.3. Khả năng thành lập bản đồ bằng ảnh vệ tinh
Ưu thế của cụng nghệ viễn thỏm so với phương phỏp truyền thống là ảnh chụp phủ trờn vựng rộng với chu kỳ lặp rất ngắn (tối đa 26 ngàytuỳ thuộc vệ tinh), đối tượng được thể hiện trờn ảnh rừ rang (tuỳ thuộc vào độ phõn giải ảnh). Thụng thường, dữ liệu viễn thỏm sau khi xử lý sẽ được chuyển về cỏc dạng dữ liệu đồng nhất với cỏc dữ liệu sẵn cú trong cơ sở dữ liệu GIS (khuụn dạng và toạ độ tham chiếu trong GIS), từ đú cú thể chồng lớp chớnh sỏc lớp raster (ảnh viễn thỏm) với cỏc lớp dữ liệu vector (đang được lưu trữ và cần được cập nhật trong GIS). Điều này giỳp tiết kiệm chi phớ rất nhiều khi tớch hợp hai cụng nghệ trong việc cập nhật dữ liệu khụng gian. Cú thể núi rằng đõy là phương phỏp rẻ và nhanh nhất để thu được thụng tin mới nhất trờn một khu vực rộng lớn.
Ảnh vệ tinh được sử dụng như ảnh nền, sử dụng cỏc cụng cụ để đo vẽ điểm, đường thảng gấp khỳc, đa giỏc bất kỳ…để cập nhật hoặc thành lập mới cỏc lớp dữ liệu khụng gian tương ứng.
I.3.2. Mối liờn hệ giữa độ phõn giải và tỷ lệ bản đồ 1. Cụng thức liờn hệ ? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Độ phõn giải khụng gian của một số Sensor hiện nay
Độ phõn giải (m) Tỷ lệ bản đồ phự hợp 1 ì 1 1 : 5.000 2 ì 2 1 : 10.000 10 ì 10 1 : 50.000 30 ì 30 1 : 150.000 100 ì 100 1 : 500.000 500 ì 500 1 : 2.500.000
Trong những năm trở lại đõy, ảnh vệ tinh cú độ phõn giải cao như Ikonos, Quickbird, Orb View (Mỹ), Alos (Nhật), Irs (Ấn Độ), Spot (Phỏp)vv.. đang là đề tài nghiờn cứu ứng dụng sụi động trờn phạm vi toàn thế giới. Xu thế sử dụng ảnh vệ tinh phõn giải cao ngày càng cạnh tranh mạnh mẽ với ảnh số hàng khụng, trong đố cú sản phẩm bản đồ trực ảnh được nắn từ ảnh vệ tinh độ phõn giải cao.
Để cú được bản đồ trực ảnh từ dữ liệu là ảnh vệ tinh phõn giải cao, chỳng ta phải tiến hành nắn chỉnh hỡnh học ảnh gốc và hiệu chỉnh, xử lý phổ tấm ảnh đú. Quỏ trỡnh nắn ảnh viễn thỏm giữ một vai trũ quan trọng trong cụng nghệ xử lớ ảnh viễn thỏm. Việc nắn chỉnh này sẽ giỳp chỳng ta hoàn thiện cỏc quỏ trỡnh xử lớ gia cụng cỏc thụng tin trong bài toỏn phõn loại ảnh, thành lập hoặc hoàn hiện chỉnh bản đồ, chồng xếp cỏc thụng tin bản đồ chuyờn đề, xõy dựng cơ sở dữ liệu trong hệ thống thụng tin địa lớ…
Chương 2:
NẮN CHỈNH HèNH HỌC ẢNH VỆ TINH
Biến dạng hỡnh học của ảnh đựơc hiểu như sự sai lệch vị trớ giữa toạ độ ảnh thực tế (đo được) và toạ độ ảnh lý tưởng được tạo bởi bộ cảm cú thiết kế hỡnh học chớnh xỏc và trong cỏc điều kiện thu nhận lý tưởng, nhằm loại trừ sai số giữa toạ độ ảnh thực tế và toạ độ ảnh lý tưởng cần phải tiến hành hiệu chỉnh hỡnh học.
Sự cần thiết của việc hiệu chỉnh hỡnh học ảnh viễn thỏm?
- Do bản chất của cỏc phương phỏp thu chụp ảnh của cỏc camera/sensor trờn mỏy bay/ vệ tinh nờn hỡnh ảnh của mặt đất nhận được trờn cỏc tấm ảnh cũn chứa nhiều sai số.
- Cỏc băng ảnh của mỗi cảnh ảnh vệ tinh cần phải được xử lý hiệu chỉnh để khớp, chỉnh để cú thể đưa ra hỡnh ảnh chõn thực, chớnh xỏc nhất, phục vụ cho cỏc cụng việc nghiờn cứu trờn nú tốt hơn.
- Cỏc đối tượng được nghiờn cứu trờn tư liệu ảnh viễn thỏm cần phải được chỉ ra vị trớ chớnh xỏc của chỳng trong một hệ tọa độ tham chiếu xỏc định.
Đ II.1. Nguyờn nhõn làm cho biến dạng ảnh vệ tinh II.1.1. Cỏc nguyờn nhõn gõy sai số mộo hỡnh của ảnh vệ tinh:
Cỏc sai số làm mộo hỡnh ảnh viễn thỏm cú thể được chia thành hai nhúm là sai số mộo hỡnh hỡnh học của chớnh hệ thống Sensor và sai số mộo hỡnh do ảnh hưởng của cỏc yếu tố bờn ngoài hệ thống.
1. Sai số mộo hỡnh hỡnh học của hệ thống Sensor:
Sensor như cỏc mộo hỡnh quang học của Sensor, sự thay đổi tốc độ quột tuyến tớnh và sự lặp lại của cỏc đường quột.
Ảnh hưởng của cỏc sai số này khi kiểm định thường rất nhỏ so với cỏc sai số ảnh hưởng của cỏc yếu tố bờn ngoài. Vỡ thế, trong một chừng mực nào đú chỳng ta khụng cần thiết phải quan tõm đến yếu tố này.
2. Sai số do cỏc yếu tố bờn ngoài:
Chủ yếu gõy ra do sự thay đổi của cỏc nguyờn tố định hướng ngoài (vị trớ quĩ đạo của Sensor), khỳc xạ khớ quyển, độ cong của quả đất, chờnh cao địa hỡnh…ảnh hưởng hầu hết của cỏc loại sai số này tương tự như trong ảnh hàng khụng, tuy nhiờn trong viễn thỏm một số sai số này cú tớnh khỏc biệt…
Khi nhận ảnh thẳng đứng, hỡnh ảnh tạo ra cho từng hệ thống Sensor sẽ cú khuụn mẫu hỡnh học khỏc nhau, cỏc khuụn mẫu này phụ thuộc vào mỏy chụp ảnh sử dụng. Do đú sự mộo hỡnh sẽ cú quan hệ tương xứng với khuụn dạng hỡnh học tạo ảnh. Sự mộo hỡnh toàn cảnh (mộo hỡnh tổng hợp) thể hiện như hỡnh vẽ.
Hỡnh 16 – Mộo hỡnh tổng hợp
II.1.2. Một số yếu tố gõy nờn biến dạng hỡnh học ảnh vệ tinh
- Do chuyển động của vệ tinh, sai lệch quỹ đạo, sai lệch vận tốc…
- Do bản thõn camera: sai số của thiết bị điện tử, sai số kiểm định cỏc yếu tố định hướng ngoài…
- Do việc ghi liờn tục trờn quỹ đạo, do cỏ gúc nghiờng, xiờn của vệ tinh…
- Do chuyển động xoay của Trỏi đất
- Do độ cong Trỏi đất, do địa hỡnh thay đổi
- Do chiết quang khớ quyển
- Do phộp chiếu bản đồ.
II.1.3. Một số dạng mộo hỡnh của ảnh vệ tinh - Mộo hỡnh do bản thõn bộ cảm biến của vệ tinh:
- Mộo hỡnh do cỏc yếu tố bờn ngoài (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
II.1.4. Bản chất của hiệu chỉnh hỡnh học ảnh vệ tinh
Hiệu chỉnh hỡnh học phải được thực hiện để loại trừ sự biến dạng về mặt hỡnh học của ảnh.
Như vậy, hiệu chỉnh biến dạng hỡnh học của ảnh là quỏ trỡnh chuyển cỏc điểm trờn ảnh bị biến dạng về toạ độ thực của chỳng trong hệ toạ độ mặt đất và được hiểu như quỏ trỡnh xử lý nhằm loại bỏ sai số nội sai gõy bởi tớnh chất hỡnh học của bộ cảm và ngoại sai gõy bởi vị thế của vật mang và sự thay đổi của địa hỡnh. Như vậy, sau quỏ trỡnh xử lý về mặt hỡnh học, ảnh thực tế (thu được) sẽ khụng cũn bị biến dạng và kết quả nhận được giống như ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm cú thiết kế hỡnh học chớnh xỏc và thu nhận ảnh trong cỏc điều kiện lý tưởng.
Những biến dạng hỡnh học cần phải được loại trừ trước khi đưa ảnh vào sử dụng để:
1.Xỏc định toạ độ của cỏc đối tượng (điểm, đường, vựng) hoặc tạo ảnh lập thể.
2.Chồng cỏc ảnh với nhau để tớch hợp trong xử lý và phõn tớch ảnh.
3.Hiển thị ảnh trong mụi trường GIS, thụng thường để tạo ảnh nền cho cỏc dữ liệu vector trong GIS đũi hỏi ảnh vệ tinh phải được đăng ký theo toạ độ được sử dung bởi GIS.
Như vậy bản chất của hiệu chỉnh hỡnh học là xõy dựng mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn (cú thể là hệ toạ độ mặt đất vuụng gúc hoặc địa lý) dụa vào cỏc điểm khống chế mặt đất, vị thế của sensor, điều kiện khớ quyển…
Hay núi một cỏch cụ thể, hiệu chỉnh hỡnh học:
• Là một trong những bước xử lý ảnh cơ bản để phục vụ cỏc cụng việc chiết tỏch thụng tin tiếp theo.
• Đăng ký tấm ảnh về một hệ tọa độ tham chiếu xỏc định.
• Cụng việc này được thực hiện qua việc ỏp dụng cỏc mụ hỡnh toỏn học, cỏc điểm khống chế mặt đất và mụ hỡnh số độ cao.
• Trong đo ảnh, viễn thỏm, hiệu chỉnh hỡnh học ảnh ở những mức cao nhất cũng cũn gọi là nắn ảnh và nắn ảnh trực giao.
ĐII.2. Nguyờn lý chung để nắn chỉnh ảnh vệ tinh II.2.1. Nguyờn lớ nắn ảnh số chung
Ảnh số cú thể xem như là mảng giỏ trị độ xỏm được lưu trữ trong mỏy tớnh, vỡ vậy việc nắn chỉnh ảnh số là sự thay đổi vị trớ của cỏc con số này và hiển thị lại giỏ trị độ xỏm của cỏc pixel nằm trong mảng sắp xếp của ảnh số. Sự biến đổi này dụa trờn hàm số chuyển đổi toạ độ tức là phải xỏc định mối quan hệ hỡnh học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn và cỏc phương phỏp tỏi chia mẫu được lựa chọn thớch hợp.
Trong nắn chỉnh hỡnh học ảnh số, vấn đề đầu tiờn cần phải xỏc định là mối quan hệ hỡnh học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn. Giả sử rằng toạ độ của pixel P nào đú trước và sau khi nắn là (x,y) và (X,Y) chỳng ta sẽ cú quan hệ hàm số sau: Xp = Fx(xp,yp) Yp = Fy(xp,yp) ( * ) Và xp = fx(Xp,Yp) yp = fy(Xp,Yp) ( * * )
Hàm số * tương đương với nắn ảnh trực tiếp. Theo phương phỏp này đầu tiờn tớnh toạ độ (X,Y) của điểm ảnh trờn ảnh nắn từ toạ độ (x,y) trờn ảnh gốc. Ngay sau khi tớnh chuyển , giỏ trị độ xỏm của pixel đú sẽ được gỏn từ giỏ trị nội suy theo cỏc phương phỏp tỏi chia mẫu thớch hợp.
Hàm số * * tương ứng với phương phỏp nắn ảnh giỏn tiếp. Ngược với phương phỏp nắn ảnh trực tiếp, phương phỏp này lấy ảnh nắn làm cơ sở cho sự lựa chọn. Đối với từng pixel trong ảnh nắn, việc hiệu chỉnh vị trớ của chỳng trong ảnh gốc cần phải được tớnh toỏn trước tiờn thụng qua hàm số chuyển đổi * *. Theo vị trớ tớnh toỏn được chỉ ranhờ toạ độ (X,Y) thỡ giỏ trị độ xỏm cú thể nhận được từ ảnh gốc và từ đú gỏn sang pixel vừa gỏn được trong ảnh nắn.
Cỏc hàm số Fx, Fy hoặc fx, fy thường là cỏc biểu thức toỏn học của hỡnh học chiếu hoặc đa thức.
Khi nắn chỉnh hỡnh học ảnh số (tức là vị trớ hỡnh học của cỏc pixel đó thay đổi), nếu chỳng ta muốn biết cỏc giỏ trị độ xỏm của cỏc pixel thỡ cần lấy lại mẫu lần nữa trờn cơ sở đó lấy lại mẫu trước đõy trờn ảnh gốc.
Cỏc hàm số thường được sử dụng trong thực tế để nội suy lại giỏ trị độ xỏm của cỏc pixel là hàm song tuyến, hàm bậc ba…
Trong nắn ảnh vệ tinh, chờnh cao địa hỡnh trờn ảnh rất nhỏ so với độ cao bay của vệ tinh, vỡ vậy ta cú thể sử dụng cỏc hỏm số trờn làm cơ sở để giải bài toỏn nắn ảnh. Tuy nhiờn, khi nắn ảnh đũi hỏi độ chớnh xỏc cao, ngoài ảnh hưởng của chờnh cao địa hỡnh, chỳng ta cũn quan tõm đến ảnh hưởng của độ cong Trỏi đất. Vỡ vậy, ngoài cỏc yếu tố định hướng của ảnh, chỳng ta cần cú số liệu độ caocủa vựng cần nắn DEM sử dụng trong mụ hỡnh nắn. Khi đú ta sử dụng phương trỡnh biến đổi hỡnh học tương ứng (phương trỡnh đồng phương) để thực hiện chuyển đổi giữa toạ độ (x,y) của ảnh gốc và (X,Y) của ảnh nắn với độ cao Z của chỳng. Vỡ khối lượng tớnh toỏn đũi hỏi rất lớn nờn ta cú thể chia nhỏ ảnh để thực hiện. Đối với 4 điểm nằm ở 4 gúc vựng nắn được chia nhỏ, ta sử dụng phương trỡnh thay đổi hỡnh học chiếu chặt chẽ, ngược lại đối với cỏc điểm nắn khỏc lỳc đú ta cú thể sử dụng đa thức đơn giản để tớnh toỏn.
II.2.2. Đối với ảnh viễn thỏm
Dựa trờn cơ sở mụ hỡnh toỏn học được sử dụng, cỏc phương phỏp nắn ảnh số cú thể được chia làm hai nhúm là phương phỏp sử dụng thụng số và khụng sử dụng thụng số. Phương phỏp sử dụng thụng số là phương phỏp sử dụng phương trỡnh số hiệu chỉnh. Phương trỡnh này dựa trờn cơ sở phương trỡnh tạo ảnh hỡnh học của hệ thống Sensor. Trong khi đú, phương phỏp khụng sử dụng thụng số bỏ qua vấn đề tạo ảnh hỡnh học mà chỉ mụ tả sự mộo hỡnh của chớnh bản thõn tấm ảnh theo đa thức và phương phỏp nội suy trong lĩnh vực xỏc suất thống kờ.
Đ II.3. Mụ hỡnh toỏn học II.3.1. Một số mụ hỡnh toỏn học
Để hiệu chỉnh hỡnh học ảnh vệ tinh phõn giải cao, phộp chiếu hỡnh, gúc nghiờng, vệt quột, điều kiện khớ quyển, độ cong trỏi đất, chờnh cao địa hỡnhvv…chớnh là nguyờn nhõn gõy biến dạng ảnh vệ tinh. Rất cần thiết để