Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật viễn thám
2.1. Khái niệm và phân loại viễn thám
2.1.1. Khái niệm
Viễn thám được định nghĩa bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất theo quan điểm sau:
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học và công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Hình 2.1. Mô hình thu nhận ảnh viễn thám
Các tính chất của vật thể được xác định, đo đạc và phân tích dựa trên mối quan hệ giữa mục đích sử dụng và nguồn tín hiệu thu nhận được.
Hình 2.1 biểu diễn một ví dụ sử dụng hệ thống xử lý ảnh trong đó có 7 thành phần liên quan. Lưu ý rằng, có thể kỹ thuật viễn thám không những liên quan đến năng lượng phản xạ mà còn có thể thu nhận những năng lượng bức xạ.
Các thành phần trong hình 2.2 bao gồm:
22
- Năng lượng mặt trời hoặc năng lượng phát (A) - Yêu cầu đầu tiên của viễn thám phải có một nguồn năng lượng phát. Năng lượng mặt trời hoặc những năng lượng sóng điện từ đều được coi là nguồn năng lượng chính trong viễn thám.
Hình 2.2. Một hệ thống viễn thám hoàn chỉnh
- Năng lượng phát xạ và khí quyền (B) - Trong quá trình truyền năng lượng từ nguồn phát tới vật thể, năng lượng sẽ bị ảnh hưởng bởi bầu khí quyền khi nó xuyên qua. Tương tự, khi năng lượng phản xạ từ vật thể đến bộ cảm cũng sẽ tương tác với bầu khí quyển. Sự ảnh hưởng này diễn ra khoảng 2 giây trong mỗi lần tương tác.
- Sự tương tác với vật thể (C) - Năng lượng bức xạ từ vật thể xuyên qua tầng khí quyền và được thu nhận bởi bộ cảm của vệ tinh. Quá trình tương tác với vật thể trên bề mặt trái đất phụ thuộc vào đặc tính của cả vật thể và cả năng lượng phát ra.
- Tại bộ cảm (D) - Như định nghĩa, kỹ thuật viễn thám là kỹ thuật nghiên cứu vật thể không được tiếp xúc trực tiếp với chúng. Do đó, chúng ta cần một bộ cảm để thu thập và ghi lại các sóng điện từ bao gồm năng lượng được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ
23
hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ viễn cảm thường gọi tắt là bộ cảm. Các buồng chụp ảnh hoặc máy quét là những ví dụ về bộ viễn cảm. Phương tiện dùng mang các bộ cảm được gọi là vật mang. Máy bay hoặc vệ tinh là những ví dụ về vật mang.
- Quá trình truyền, thu nhận và xử lý tín hiệu (E) - Năng lượng ghi nhận bởi bộ cảm được truyền dưới dạng các sóng điện từ. Những dạng năng lượng này sẽ được thu nhận và xử lý tạo ra hình ảnh (dưới dạng ảnh tương tự hoặc dạng số) tại các trạm xử lý ảnh của từng vệ tinh.
- Quá trình giải đoán và phân tích (E) - Dữ liệu ảnh sẽ được giải đoán bằng mắt hoặc bằng các phương pháp phân tích số để thu thập chính xác các thông tin về đối tượng chụp.
- Ứng dụng (G) - Mục tiêu cuối cùng của kỹ thuật viễn thám là khả năng ứng dụng các thông tin thu thập được của đối tượng. Từ các thông tin thu nhận được thông qua các quá trình giải đoán, phân tích ảnh, chúng ta hiểu rõ hơn về đối tượng, phát hiện những thông tin mới hoặc giải quyết được các vấn đề có liên quan.
2.1.2.Phân loại viễn thám
Tuỳ thuộc vào năng lượng dùng để ghi nhận thông tin người ta chia ra hai loại viễn thám chủ động và viễn thám bị động.
a. Viễn thám chủ động và viễn thám bị động
Một trong những nguồn năng lượng chính của viễn thám là năng lượng mặt trời. Mặt trời cung cấp một lượng năng lượng cho nghiên cứu viễn thám.
Nguồn năng lượng mặt trời được phản xạ trong dải sóng nhìn thấy, hoặc bị hấp thụ và sau đó lại bức xạ dưới dạng sóng hồng ngoại nhiệt. Bộ cảm sử dụng năng lượng mặt trời để đo đạc được gọi là bộ cảm bị động. Bộ cảm bị động chỉ được sử dụng để nhận nguồn năng lượng sẵn có. Đối với tất cả năng lượng phản xạ, bộ cảm bị động chỉ có thể thu nhận khi mặt trời đang chiếu xuống trái đất. Sẽ không có nguồn năng lượng có sẵn nào từ mặt trời vào buổi
24
tối. Vào thời điểm này, năng lượng chủ yếu là năng lượng bức xạ (ví dụ như hồng ngoại nhiệt) có thể cảm nhận cả ngày và đêm.
Hình 2.3. Viễn thám bị động
Bộ cảm chủ động, là bộ cảm ghi nhận năng lượng sóng điện từ do vệ tinh phát ra được vật thể phản xạ lại. Sóng điện từ phản xạ từ đối tượng được cảm nhận và đo bởi bộ cảm. Lợi ích của bộ cảm chủ động là khả năng đo đạc tại bất kỳ thời gian nào như ngày hay đêm, mưa hay nắng. Bộ cảm chủ động có thể sử dụng những sóng đặc biệt như sóng điện từ hoặc điều khiển hướng chiếu tới đối tượng nghiên cứu. Tuy nhiên, hệ thống chủ động đòi hỏi một trạm phát sóng đủ mạnh để tới được đối tượng. Một trong những ví dụ về viễn thám chủ động là sử dụng sóng lasez và cửa mở tổng hợp.
b. Phân loại viễn thám theo bước sóng sử dụng
Viễn thám có thể được phân thành ba loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:
- Viễn thám trong sóng nhìn thấy và hồng ngoại - Viễn thám hồng ngoại nhiệt
- Viễn thám song cực ngắn
Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm a là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế ở 0.5 micromét. Tư liệu viễn
25
thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Vì vậy các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ. Tuy nhiên rađar sử dụng tia lasez là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời.
Hình 2.4. Viễn thám chủ động
Hình 2.5. Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng
Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm b là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10 micro mét.
26
Trong viễn thám sóng cực ngắn, hai loại kỹ thuật chủ động và bị động đều được áp dụng. Trong viễn thám sóng cực ngắn động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, trong khi viễn thám sóng cực ngắn chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.