NHẬN TƯ LIỆU VIỄN THÁM
6.13.1. ĐẶC ĐIỂM CÁC LOẠI TƯ LIỆU VIỄN THÁM
6.13.1.2. Tư liệu ảnh số
Ảnh số do các máy quét cung cấp, được lưu trữ dưới dạng số trong các băng từ, đĩa từ.
Ảnh số được thể hiện bởi ma trận, trong đó các phần tử của ma trận (xác định bởi hàng và cột) ứng với các phần tử ảnh có từng giá trị độ sáng riêng biệt.
a. Cấu trúc hình ảnh quét (Image - ảnh số)
■ Hình ảnh số là một ma trận không gian của tập hợp các pixel (Picture element) sắp xếp theo hàng và cột. Vị trí của mỗi pixel được xác định theo tọa độ hàng và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái. Tùy theo hệ thống quét ảnh mà kích thước của hình ảnh (diện tích quét trên mặt đất) khác nhau. Ví dụ với hệ thống Landsat MSS là 185 × 185km, với hệ thống SPOT là 65 × 65km, ảnh NOAA là 2.400 × 2.400km...
■ Phần tử ảnh (picture element) là một đơn vị nhỏ nhất về không gian trên một file ảnh và nó chính là pixel ảnh hay một ô đơn vị trong ma trận ô vuông. Vị trí của đơn vị ảnh là vị trí dòng và cột. Vị trí thật của đơn vị ảnh sẽ được tham chiếu với một hệ tọa độ được dùng như hệ tọa độ địa lý, UTM, Gauss, mặt phẳng nhà nước (State plane)... Thông số của mỗi pixel trên ảnh là: hàng (row), cột (column) và giá trị số DN (Digital Number).
Mỗi pixel có 3 giá trị: X, Y và Z. Trong đó X, Y là tọa độ hàng cột và Z là giá trị độ sáng (DN) của hình ảnh và giá trị này liên quan đến tính chất phổ của các đối tượng, giá trị Z thường được chuyển thành giá trị số của nhiều (0 và 1). Độ sáng của hình ảnh được ghi ở 8 bit (28 = 256) với 256 cấp độ: 0 là đen và 255 là trắng.
Kích thước của mỗi pixel được xác định bởi góc nhìn tức thời (IFOV) của hệ thống quét. Còn kích thước của cả ảnh được xác định bởi trường nhìn (hay góc quét) của hệ thống (FOV). Kích thước trên mặt đất của mỗi pixel được quan niệm là độ phân giải không gian của hình ảnh số.
Bảng 6.18: Đặc điểm của đối tượng trên phim ảnh màu thông thường và hồng ngoại
Đối tượng Trên phim màu bình thường Trên phim màu hồng ngoại Thực vật khỏe:
• Lá rộng.
• Lá kim. Xanh lục
Xanh lục Đỏ đến đỏ sẫm
Màu nâu đến đỏ nâu Thực vật bị bệnh:
• Trước khi nhìn rõ.
• Khi nhìn rõ. Xanh lục
Xanh vàng - vàng. Hồng đến xanh lơ
Xanh chàm
Lá cây mùa thu vùng ôn đới Đỏ đến vàng. Vàng đến trắng.
Nước sạch Xanh Blue - Green. Xanh sẫm - đen.
Nước đục Xanh chàm sáng. Xanh lơ sáng.
Ranh giới đất và nước Không rõ Rất rõ
100
trường đại học nông lâm thái nguyên
Giáo trình Trắc địa ảnh và Viễn thám
Ví dụ: hình ảnh của Landsat MSS (Multispectral Scanner Satellite) với 4 band phổ có 2.340 đường quét (với mỗi đường rộng 79m) và 3.240 cột (mỗi cột rộng 57m).
Lượng pixel trong một ảnh được tính bằng (số hàng) × (số cột) × (số band phổ), đây là một con số rất lớn.
Kích thước của 1 pixel là 57 × 79m song người ta tính tương đối cho độ phân giải không gian là 79 × 79m. Tổng số pixel trong 1 band của 1 hình ảnh (1 ảnh) là: 2340 × 3240 = 758.160.000 × 7,6.106 pixel.
Mỗi pixel có tọa độ hàng, cột và giá trị số (DN) (góc trên cùng bên trái của ảnh có tọa độ: hàng = 0, cột = 0).
Để tiện xử lý trong máy tính người ta chuyển thành tỉ lệ 8 bít hoặc số thực. Với 4 band, số pixel là 7,6 × 106 × 4 ≈ 30 × 106 pixel. Đối với từng loại hệ thống thu ảnh khác nhau thì số lượng các pixel trong ảnh cũng khác nhau, liên quan đến kích thước ảnh, số band phổ, kích thước pixel ảnh (độ phân giải không gian) tức là liên quan đến số hàng, số cột.
Hình ảnh của đối tượng không gian có thể được ghi nhận trên nhiều kênh phổ khác nhau. Mỗi một kênh cho ra giá trị phổ dưới dạng số riêng về cùng một đối tượng được ghi. Quá trình chuyển đổi sóng điện từ sang tín hiệu điện và lưu trữ trên băng từ được thực hiện trực tiếp trên vệ tinh hoặc truyền tải trực tiếp xuống các trạm thu vệ tinh mặt đất. Dữ liệu ảnh số được lưu trữ trên băng từ tương thích cho máy tính CCT (Computer Compatible Tape) hoặc trên CD-ROM dưới khuôn dạng của các tệp ảnh số mà máy tính có thể đọc được. Thông thường dữ liệu trên băng từ ghi nhận về một vùng chụp bao gồm 3 tệp thông tin chính sau:
• Tệp đầu ghi nhận thông tin chú giải về dữ liệu còn gọi là tệp header, ví dụ thông tin về band phổ, độ phân giải, giờ, ngày tháng thu ảnh.
• Tệp thứ hai ghi nhận thông tin về chú giải như nắn chỉnh phổ hoặc nắn chỉnh hình học, cấu trúc của tệp (cách lưu trữ).
• Tệp chính có độ lớn nhất gọi là tệp dữ liệu.
b. Phương thức lưu trữ tệp ảnh số
Dữ liệu ảnh số cấu thành từ 3 tệp này thông thường được lưu trữ theo các cấu trúc khác nhau là: BSQ, BIL hoặc BIP (hình 6.12).
Cấu trúc dữ liệu theo BIL (Band Interleaved by Lines): Cấu trúc BIL là cấu trúc dữ liệu được lưu trữ tất cả các băng theo thứ tự dòng không phụ thuộc vào số kênh. Giá trị số của
hÌnh 6.11: Cấu trúc ảnh số tạo từ phương pháp quét
101
Chương 6 CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÁM PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI trường đại học nông lâm thái nguyên
tất cả các kênh sẽ lần lượt ghi nhận theo thứ tự từ dòng một cho đến hết. Ghi nhận theo kiểu BIL sẽ cho ra một tệp dữ liệu chung cho tất cả các kênh ảnh.
Cấu trúc dữ liệu kiểu BSQ (Band Sequential): Trong cấu trúc dữ liệu kiểu này tất cả dữ liệu thuộc một kênh ảnh được lưu trữ riêng thành một tệp. Nếu như ảnh số về một khu vực nào đó bao gồm nhiều kênh thì sẽ có bấy nhiêu tệp về dữ liệu. Ví dụ, ảnh SPOT có ba kênh thì cần có 3 tệp riêng để lưu trữ.
hÌnh 6.12: Cấu trúc ảnh Landsat MSS (A) và Landsat TM (B)
hÌnh 6.13: Sơ đồ cấu trúc dữ liệu kiểu BSQ, BLL và BIP
102
trường đại học nông lâm thái nguyên
Giáo trình Trắc địa ảnh và Viễn thám