2.1. Giới thiệu phần mềm ENVI
Hiện nay, cụ rất nhiều phần mềm liởn quan ũến xử lý vỏ giải ũoõn ảnh vệ tinh như phần mềm IDRISI, ILWIS, … nhưng thừng dụng vỏ phổ biến nhất ở Việt Nam lỏ phần mềm ENVI do cừng ty Research System Inc, Mỹ xóy dựng.
ENVI (the Enviroment for Visualizing Images) lỏ một hệ thống xử lý ảnh khõ mạnh. Ngay từ ũầu, ENVI ũược thiết kế ũể ũõp ứng yởu cầu của cõc nhỏ nghiởn cứu cụ nhu cầu sử dụng dữ liệu ảnh viễn thõm, bao gồm cõc loại ảnh vệ tinh (satellite) vỏ ảnh mõy bay (aircraft). ENVI hỗ trợ hiển thị dữ liệu vỏ phón tợch cõc dữ liệu ảnh ở mọi kợch thước vỏ ở nhiều kiểu ũịnh dạng khõc nhau - tất cả trong một mừi trường thón thiện với người sử dụng.
ENVI cụ một thư viện khõ ũầy ũủ cõc thuật toõn xử lý dữ liệu ảnh cỳng với giao diện cửa sổ ũồ họa - tương tõc thón thiện với người sử dụng. Phần mềm ũọ hỗ trợ cõc cừng cụ ũể thực hiện một số chức năng chợnh như: chuyển ũổi dữ liệu (transforms), lọc ảnh (filtering), phón loại ảnh (classification), ũăng ký hệ lưới chiếu (registration) vỏ hiệu chỉnh hớnh học (geometric corrections), cõc cừng cụ ũể phón tợch ảnh cụ ũộ phón giải phổ cao, cõc cừng cụ sử dụng cho ảnh radar.
ENVI cũng hỗ trợ cho phờp xử lý những dữ liệu khừng phải lỏ dữ liệu chuẩn, hiển thị vỏ phón tợch những ảnh lớn, vỏ cũng cho phờp mở rộng khả năng phón tợch dữ liệu bởi cõc hỏm của người dỳng (plug-in functions).
ENVI ũược thiết kế dựa trởn ngừn ngữ lập trớnh IDL (Interactive Data Language). IDL lỏ một ngừn ngữ lập trớnh cụ cấu trỷc vỏ hỗ trợ cho xử lý ảnh tợch hợp. Tợnh mềm dẻo vỏ linh hoạt của ENVI lỏ nhờ phần lớn vỏo khả năng của IDL. Khi cỏi ũặt phần mềm, cụ 2 lựa chọn: ũụ lỏ ENVI với phiởn bản ũầy ũủ của IDL, vỏ ENVI RT. ENVI RT lỏ IDL phiởn bản thời gian thực. Người sử dụng cụ thể sử dụng IDL ũể tỳy biến cõc chức năng từ dúng lệnh. ENVI RT cung cấp ũầy ũủ cõc chức năng của ENVI nhưng lại khừng hỗ trợ ũể viết cõc thường trớnh của người dỳng.
2.1.1ăÁ âc dạng dữ liệđ của ENVI a. Dữ liệu ảnh (dữ liệu Raster)
ENVI cụ thể lỏm việc với cõc file dữ liệu ũầy ũủ hoặc chỉ lỏ tập con của chỷng. Phần mềm cụ cõc cừng cụ ũể xử lý cõc ảnh toỏn sắc (panchromatic images), AVHRR, dữ liệu Landsat MSS, dữ liệu Landsat TM, cõc ảnh ũa phổ (multispectral) vỏ ảnh siởu cao tần, dữ liệu của hệ thống SAR. Cõc cừng cụ AVHRR cho phờp hiển thị cõc dữ liệu thiởn văn, hiệu chỉnh dữ liệu, nắn chỉnh hớnh học vỏ tợnh toõn nhiệt ũộ bề mặt. Cõc hỏm xử lý ảnh Landsat cho phờp khử ũộ nghiởng (de-skewing) vỏ chỉnh sửa tỷ lệ co (aspect ratios) cho dữ liệu MSS (trước vỏ ũến 1979), bục tõch vỏ chỉnh sửa nhiễu khợ quyển, xõc ũịnh hệ số phản xạ. Cõc cừng cụ ũể hiệu chỉnh dữ liệu hồng ngoại nhiệt cũng ũược phõt triển trong ENVI.
Mặt khõc, ENVI cũng hỗ trợ xử lý cõc dữ liệu ảnh cụ ũịnh dạng chuẩn như: ASCII, BMP, JPEG, TIFF/GeoTIFF, HDF, PDS, PNG, SRF, v.v…
b. Dữ liệu ũồ họa (dữ liệu Vector)
ENVI cụ khả năng tợch hợp vỏ lỏm việc với dữ liệu ũồ họa từ cõc ũịnh dạng khõc nhau, như ArcView Shape file, Arc/Info, MapInfo, Microstation, AutoCAD …. Dữ liệu ũồ họa của ENVI ũược lưu thỏnh tệp *.evf
2.1.2. Cõc chức năng chợnh của hệ thống ENVI
ENVI ũơn giản hụa quõ trớnh xử lý tương tõc với cõc tập dữ liệu ũa kởnh phổ, hiển thị vỏ lập thư viện phổ, tạo cõc danh sõch regions-of-interest gồm cõc ũối tượng cần nghiởn cứu, ũồng thời vẫn cung cấp khả năng hiển thị mềm dẻo vỏ duyệt ảnh trởn nền tảng ũịa lý.
ê ôơơ Ặức nănưẨửẪ àảnh Ậrong ENVI bao gồmÈ
- CẶẺẼển ũổi dữ liệẺ: biến ũổi cõc ảnh từ cõc ảnh hay cõc kởnh phổ ũầu vỏo thỏnh những ảnh ũầu ra, mỏ lỏm nổi bật những ũối tượng ũang ũược quan tóm. Cụ thể lỏ: chuyển ũổi thỏnh phần chợnh (principal components transformations), chuyển ũổi tỷ số band (band ratios transformations), chuyển ũổi hue-saturation-value (HSV), phõ vỡ tương quan (decorrelation stretching), tạo chỉ số thực vật.
- ê ôơ chức năng lọc dữ liệẺ như: lọc thừng thấp (low pass), lọc thừng cao
(high pass), lọc trung vị (median), lọc ũịnh hướng (directional), lọc phõt hiện cạnh biởn (and edge detection). ENVI hỗ trợ nhón chập do người dỳng ũịnh nghĩa cụ kợch thước M x N; trong ũụ, tất cả cõc nhón chập cụ thể chỉnh sửa tương tõc. ENVI cũng hỗ trợ sẵn cõc kiểu lọc như: Sobel, Roberts, dilation, erosion; Lee, Frost, Gamma, and Kuan. Lọc cấu trỷc (Texture filters) gồm cụ cõc tợnh toõn về miền dữ liệu (data range), giõ trị trung bớnh (mean), phương sai (variance), entropy, ũộ lệch (skewness), ũộ ũồng nhất (homogeneity), ũộ tương phản (contrast), ũộ khõc biệt (dissimilarity), hệ số tương quan (correlation) (mỏ kết quả lỏ cho ra cõc ảnh khõc nhau). Trong ENVI, cõc hỏm lọc trong miền tần số (FFT filtering) như: chuyển ũổi FFT xuừi, lọc vỳng tần số tương tõc, chuyển ũổi FFT ngược ũược thực hiện khõ dễ dỏng.
ENVI cung cấp cõc phương phõp phón loại ảnh khừng kiểm ũịnh KMEANS vỏ Isodata. Phón loại ảnh trong ENVI lỏ phương phõp tạo cõc ảnh ũược phón loại dựa trởn cõc vỳng lấy mẫu do người dỳng ũịnh nghĩa. Cõc ảnh ũược phón loại nỏy ũược sử dụng ũể giải ũoõn ảnh viễn thõm.
ENVI cung cấp cõc cừng cụ khõ thợch hợp cho việc sử dụng cõc thư viện phổ ũọ ũược xóy dựng sẵn. Cõc thường trớnh của ENVI cụ thể ũược sử dụng ũể truy cập cõc thư viện phổ vỏ so sõnh phổ cụ trong thư viện với phổ ảnh.
Việc ũiều chỉnh cõc ũặc trưng phổ của dữ liệu siởu cao tần với phổ trong thư viện trợ giỷp sẽ trong việc xõc ũịnh cõc loại ũõ, khoõng sản, thực vật vỏ cõc vật liệu khõc. Cõc hỏm phón loại phổ tuyến tợnh cho phờp xõc ũịnh sự phong phỷ của phổ quan hệ sử dụng dữ liệu ũa phổ (multispectral) vỏ dữ liệu siởu cao tần. ENVI cũng cung cấp cừng cụ phón tợch phổ cho phờp nhận dạng cõc vật liệu trởn cơ sở của sự so sõnh với cõc thư viện phổ.
ENVI cho phờp sử dụng cõc hỏm toõn học về dải phổ (band) vỏ toõn học phổ mềm dẻo, cho phờp người sử dụng cụ thể ũưa vỏo cõc biểu thức toõn học phức tạp, cõc hỏm vỏ cõc thủ tục mỏ chỷng cụ thể truy cập cõc hỏm xử lý ma trận của IDL.
ENVI cũng cụ khả năng xử lý dữ liệu radar SAR (ERS-1, JERS-1, RADARSAT, SIR-C, X-SAR, and AIRSAR data). Tất cả cõc thường trớnh xử lý ENVI chuẩn ũều cụ khả năng xử lý ảnh SAR. Ngoỏi ra, cún cụ cõc phương phõp phón tợch thợch hợp riởng cho ảnh radar.
ENVI cụ cõc cừng cụ cho phờp tạo cõc dữ liệu ũồ họa cuối cỳng từ dữ liệu ảnh. Đụ lỏ cõc quõ trớnh ũăng ký ảnh-vỏo-ảnh (image-to-image), ũăng ký ảnh-vỏo bản ũồ (image-to-map), hiệu chỉnh trực giao cơ bản (basic orthorectification), ghờp ảnh, vỏ một số tiện ợch ũồ họa khõc.
Một bộ cõc cừng cụ tợch hợp như import, export vỏ phón tợch dữ liệu GIS cho phờp xử lý dữ liệu của hệ thừng tin ũịa lý trong ENVI, hiển thị vỏ phón tợch cõc dữ liệu vector cũng như cõc thuộc tợnh của hệ thừng tin ũịa lý, chỉnh sửa cõc cõc vector ũang
cụ, truy vấn thuộc tợnh, sử dụng cõc lớp vector trong việc phón tợch ảnh hoặc tạo cõc lớp vector mới từ cõc kết quả xử lý ảnh raster, tạo cõc file ũịnh dạng GIS chuẩn.
2.2. Lỏm quen với phần mềm ENVI
2.2.1. Khởi ũộng phần mềm ENVI
Thực hiện theo một trong 2 cõch sau:
ẵ Kợch ũỷp vỏo biểu tượng ENVI 4.3 trởn mỏn hớnh.
ẵÉ °ar°→Programs →RSI ENVI 4.3 → ENVI
Sau ũụ, phần mềm sẽ ũược kợch hoạt vỏ sẽ xuất hiện thanh menu chợnh của (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ENVI (Hớnh 4.6) vỏ cửa sổ IDL. Cõc chức năng thao tõc với ảnh viễn thõm của ENVI
cụ trong thanh menu chợnh; cún cửa sổ IDL lỏ cửa sổ ũể người sử dụng dỳng ngừn ngữ IDL ũể lập trớnh, tạo thởm cõc chương trớnh con ũể xử lý ảnh tương tõc (hoặc cụ thể tạo thởm cõc mừũun xử lý ảnh riởng). Trong nội dung cuốn sõch tham khảo nỏy, chỷng ta chỉ thao tõc với cõc cừng cụ cụ sẵn trởn thanh menu chợnh của ENVI.
Hớnh 4.6: Thanh menu chợnh của phần mềm ENVI
2.2.2. Mở một file ảnh
- Trởn thanh menu chợnh, chọn File → Open Image File
- Hộp thoại Enter Data FileNames xuất hiện. Trong hộp thoại nỏy, chọn ũỷng file cần mở (vợ dụ: can_tmr.img lỏ file ảnh mẫu
của phần mềm), nhắp nỷt Open. Chỷ ý, ũuừi *.img lỏ ũịnh dạng ảnh của phần mềm ENVI. Nếu muốn mở cõc ũịnh dạng khõc, chọn File →
Open External Files vỏ chọn kiểu ũịnh dạng thợch hợp.
Nếu trong thư mục chứa ảnh cần mở khừng cụ file header (*.hdr) ũi kộm với mỗi file ảnh, sẽ xuất hiện hộp thoại Header Info. Chỷng
ta phải khai bõo cõc thừng số cơ bản cho ảnh (số cột, số dúng, số kởnh ảnh, ..) thớ ảnh mới mở ra ũược.
- Xuất hiện hộp thoại Available Bands List liệt kở danh sõch cõc file ảnh ũang mở vỏ cõc kởnh phổ cụ trong cõc file ảnh nỏy. Ở ũóy, ta mới chỉ mở file can_tmr.img (hớnh 4.7). Danh sõch nỏy cho phờp ta chọn cõc kởnh phổ ũể hiển thị vỏ xử lý. ENVI cho phờp truy cập vỏo cả file ảnh hay từng kởnh phổ của file ảnh. Cửa sổ Available Bands List liệt kở cõc kởnh phổ của tất cả cõc file ảnh ũang ũược mở trong ENVI. Người sử dụng cụ thể chọn từng kởnh phổ ũể hiển thị ảnh cấp ũộ xõm hoặc tổ hợp 3 kởnh phổ ũể hiển thị ảnh mỏu.
- Để hiển thị ảnh cấp ũộ xõm, trởn hộp thoại Ẹ ỀỂ Ễ ẾỂ ả Ế· Bands ÌỄ Ỉã, bấm chọn tỳy chọn GÍỂỊ S½Ể Ế·, bấm chọn một kởnh phổ cần hiển thị (kợch chuột trõi vỏo tởn kởnh trong hộp thoại Ẹ ỀỂỄlabl· Bands ÌỄ Ỉã). Tởn kởnh nỏy sẽ xuất hiện trong ừ
S· Ế·½ã ·¾ Band. Nhấp nỷt Load Band.
- Để hiển thị ảnh tổ hợp mỏu, trởn hộp thoại ẸỀỂỄ ẾỂảẾ· Bands ÌỄ Ỉã, bấm chọn tỳy chọn RGB Color, bấm chọn 3 kởnh phổ tương ứng với cõc bước sụng R (ũỏ), G (xanh lõ cóy) vỏ B (xanh lam) trong ừ S·l·½ã·¾ÒỂnd. Nhấp nỷt Load Band.
Để tham khảo cõc phợm chức năng của chuột vỏ thừng tin cửa sổ hiển thị
Envi cụ nhiều cõc lệnh chức năng tương tõc vỏ ở mỗi lệnh, cõc phợm chuột lại cụ vai trú khõc nhau. Để xem mừ tả về cõc chức năng của cõc phợm chuột trong từng lệnh người ta cụ thể sử chọn vỏo thực ũơn Win¾áạ → Máằs· Bằãã án ẳ·scÍỄ ẵ ãion trởn cửa
sổ Image hay thanh thực ũơn chợnh của Envi. Hoặc ũể xem thừng tin của cõc cửa sổ
hiển thị ta cụ thể vỏo thực ũơn Win¾áạ→DỄ Ỉẵ ẾỂỊinformỂ ã Ễ án ắHớnh 4.8)
Hớnh 4.8: Tham khảo cõc phợm chức năng của chuột (a); xem thừng tin của cõc cửa sổ hiển thị (b)
2.2.3. Hiển ãặịỀịãrầ conãÍỏ
Để hiển thị vị trợ con trỏ vỏ giõ trị pixel tại vị trợ ũụ chỷng ta cụ thể chọn
Win¾áạ → Cằrsor Ìá½Ể ã Ễ án/ ỀỂẾằ · trởn cửa sổ Image hay thanh thực ũơn chợnh của Envi. Hộp thoại Cằrsor Ìá½ỂãỄ án/ ỀỂ Ế ằ· cũng cụ thể ũược bật tắt bằng cõch kợch ũỷp chuột trởn của sổ Image.
Hớnh 4.9: Thừng tin vỏ vị trợ con trỏ
2.2.4ẩẫ ấc cửa sổ hiểậãặè dữ liệằảnh (hẻnh 4.ẽ éÐ
ENVI cho phờp mở nhiều ảnh trởn nhiều cửa sổ cỳng một lỷc. Thừng thường, mỗi ảnh ũược hiển thị trởn 3 cửa sổ ũược giới thiệu sau ũóy:
- ImỂ ẹ· Win¾áạ: Trong cửa sổ nỏy hiển thị một phần hay toỏn bộ ảnh theo ũỷng ũộ phón giải của nụ (một pixel trởn mỏn hớnh tương ứng với một pixel dữ liệu).
- Scroll Win¾áạ: Trong trường hợp toỏn bộ tấm ảnh khừng hiển thị hết trởn cửa sổ Image, cửa sổ Scroll (cuộn) ũược mở ra ũể hiển thị toỏn bộ bức ảnh với ũộ phón giải thấp hơn. Khung mỏu ũỏ trởn cửa sổ Scroll xõc ũịnh vỳng ảnh ũược hiển thị trởn cửa sổ Image. Con số trởn cửa sổ Scroll cho biết hệ số giảm bớt ũộ phón giải trởn cửa sổ Scroll.
- ềể ểễ Winế ểệ: Cửa sổ phụng to ảnh trởn cửa sổ Image. Khung mỏu ũỏ trởn cửa sổ Image chỉ ra vỳng ảnh ũược hiển thị trởn cửa sổ Zoom. Con số trởn cửa sổ Zoom cho biết hệ số phụng ũại ũộ phón giải trởn cửa sổ Image.
Phợa dưới, bởn trõi mỗi cửa sổ Zoom cụ 3 ừ hớnh vuừng nhỏ, mỗi nỷt cụ chức năng riởng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- ễ ngoỏi cỳng bởn trõi cụ hớnh dấu trừ: cho phờp thu nhỏ hệ số phụng ũại của cửa sổ Zoom;
- ễ giữa cụ hớnh dấu cộng: cho phờp tăng hệ số phụng ũại của cửa sổ Zoom;
- ễ thứ 3: bật tắt dấu chữ thập trởn cửa sổ Zoom, cho phờp xõc ũịnh vị trợ pixel ũược chọn.
Ba cửa sổ hiển thị ảnh ũược liởn kết chặt chẽ với nhau, thay ũổi ở cửa sổ nỏy sẽ kờo theo những thay ũổi tương ứng ở cõc cửa sổ cún lại. Kợch thước của mỗi cửa sổ nụi trởn cụ thể thay ũổi tỳy ý theo yởu cầu của người sử dụng.
Hớnh 4.10: Cõc cửa sổ hiển thị dữ liệu ảnh trong ENVI Trong cửa sổ Image cụ thể
sử dụng thanh cuộn ũể ũiều khiển phần ảnh cần hiển thị. Để thởm thanh cuộn, ta lỏm như sau: trởn thanh menu Display trong cửa sổ Image, chọn FilỨ→ìỉ Ứĩ ỨrỨní Ứ ị→
xuất hiện hộp thoại DÝịÞ ò ọồ
Pỉ Ứĩ Ứỉ ỨncỨs tương ứng - tỳy chọn
Scroll Bar chọn thỏnh YỨs →OK. Cõc thay ũổi tỳy chọn cho cả 3 cửa sổ hiển thị ảnh ũều cụ thể thay ũổi trong hộp thoại Displaồ
Pỉ Ứĩ Ứỉ ỨncỨs tương ứng. Cửa sổ
ImọổỨ mặc ũịnh cụ thanh menu chứa cõc lệnh ũiều khiển tất cả cõc chức năng hiển thị tương tõc của ENVI.
Hớnh 4.11: Thanh menu display trong cửa sổ Image
2.2.5. Hiển ỗốịũồỗốị phổ
a. Đồ thị phổ theo trục X biểu diễn giõ trị pixel trởn một hỏng ảnh. Để hiển thị ũồ thị phổ theo trục X chọn Tool → ProfiòỨ→ X ProfilỨ
b. Đồ thị phổ theo trụcY biểu diễn giõ trị pixel trởn một hỏng ảnh. Để hiển thị ũồ thị phổ theo trục Y chọn Tool → Profiộ ở→ Y Profilở.
c. Đồ thị phổ theo trục Z biểu diễn giõ trị pixel ở vị trợ con trỏ ứng với cõc bước sụng tới khõc nhau. Để hiển thị ũồ thị phổ theo trục Z chọn Tool → Pỡù ủðộ ở→Z
Pỡùủðộ ở ũ Trởn ũồ thị thớ trục nằm ngang biểu diễn bước sụng vỏ trục thẳng ũứng biểu diễn giõ trị phổ phản xạ. Nếu lỏ ảnh 1 kởnh thớ sẽ cụ 1 vạch cún nếu lỏ ảnh tổ hợp mỏu của 3 kởnh phổ thớ sẽ cụ ba vạch ũỏ, xanh lục, xanh dương.
Cụ thể dịch chuyển con trỏ trởn cửa sổ ảnh ũể xem sự thay ũổi trởn ũồ thị phổ
Hớnh 4.12. Đồ thị theo cõc trục X, Y, Z (1 kởnh, 3 kởnh)
2.2.6. Hiển úửị cửa sổ sùữứựh 2 kỳnh ảnh
Sử dụng ũể so sõnh giõ trị của hai kởnh ảnh với nhau bằng việc vẽ lởn một biểu ũồ phón tõn (scatter) mỏ mỗi trục của biểu ũồ tương ứng với một kởnh ảnh.
a. Chọn Tool → 2D Scatter Plot trởn thực ũơn của cửa sổ Image. Cửa sổ hội thoại Scatter Plot nd Choice xuất hiện cho
phờp người sử dụng chọn 2 kởnh phổ ũể so sõnh. b. Chọn một kởnh phổ cho trục X vỏ một kởnh phổ cho trục Y, sau ũụ ấn OK
c. Khi cửa sổ Scatter Plot xuất hiện, vừa bấm phợm trõi chuột vừa dịch chuyển con trỏ trởn cửa sổ Image (bởn ngoỏi khung mỏu ũỏ ). Giõ trị cõc pixel nằm trong hớnh vuừng giới hạn 10x10 pixel xung quanh vị trợ con trỏ sẽ ũược hiển thị mỏu ũỏ trởn cửa sổ Scatter Plot.
d. Dịch chuyển vị trợ con trỏ ũể thấy sự thay
2.2.ỷ. Xỹmý ýc þhỵng số của filỹảnh
Để biết cõc thừng số cơ bản của ảnh chỷng ta quan sõt trong hộp thoại A ỹ Bands L þ, trong ừ Dims: số ũầu cho biết số cột, số thứ 2 cho biết số dúng, ũơn vị trong ngoặc trún lỏ ũơn vị tợnh dung lượng ảnh, trong ngoặc vuừng cho biết
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});