Đang tải... (xem toàn văn)
I.Ảnh viễn thám:Ảnh viễn thám (còn gọi là ảnh vệ tinh) là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh. Tùy thuộc vào vùng bước sóng được sử dụng để thu nhận, ảnh viễn thám có thể được phân thành ba loại cơ bản:Ảnh quang học: Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời.Ảnh nhiệt: Nguồn năng lượng chính là bức xạ nhiệt của các vật thể.Ảnh rada: Nguồn năng lượng chính là sóng rada phản xạ từ các vật thể do vệ tinh tự phát xuống theo những bước sóng đã được xác định.
I Ảnh viễn thám: Ảnh viễn thám (còn gọi ảnh vệ tinh) ảnh số thể vật thể bề mặt trái đất thu nhận cảm biến đặt vệ tinh Tùy thuộc vào vùng bước sóng sử dụng để thu nhận, ảnh viễn thám phân thành ba loại bản: Ảnh quang học: Nguồn lượng xạ mặt trời Ảnh nhiệt: Nguồn lượng xạ nhiệt vật thể Ảnh rada: Nguồn lượng sóng rada phản xạ từ vật thể vệ tinh tự phát xuống theo bước sóng xác định IV.1/ Viễn thám quang học Như phần đề cập, trình “chụp ảnh” vệ tinh thực chất q trình thu nhận lượng sóng điện từ phản xạ phát xạ từ vật thể Thơng tin có đối tượng q trình nhờ khác biệt phản ứng với sóng điện từ đối tượng khác (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng điện từ) Năng lượng sóng phản xạ từ đối tượng bao gồm hai phần: - Năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt đối tượng - Năng lượng tán xạ cấu trúc bề mặt đối tượng Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào chất đối tượng mà phụ thuộc vào đặc tính bề mặt, có nghĩa độ gồ ghề, hướng đối tượng tạo nên độ chói cho đối tượng Năng lượng tán xạ kết trình tương tác xạ với bề dày đối tượng mà xạ có khả xuyên tới Năng lượng phụ thuộc vào cấu trúc, chất trạng thái đối tượng Đây nguồn lượng mang thông tin giúp ta nhận biết đối tượng trạng thái chúng Tóm lại, đối tượng chủ yếu mặt đất bao gồm: lớp phủ thực vật, nước, đất trống (hay cát, đá cơng trình xây dựng) Mỗi loại có phản xạ khác với sóng điện từ bước sóng khác Hình 2.10 biểu diễn đường cong phản xạ phổ loại lớp phủ mặt đất (thực vật, đất nước) Ðây đường cong có tính chất khái quát việc phản xạ phổ ba loại lớp phủ chủ yếu Trên thực tế, loại thực vật, đất nước khác có đường cong phản xạ phổ khác Sự khác chủ yếu thể độ lớn phần trăm phản xạ, song hình dạng tương đối đường cong có thay đổi Thực vật, minh hoạ hình 2.10, phản xạ phổ cao bước sóng màu lục (0,5÷0,6μm) vùng nhìn thấy, đó, có màu xanh lục Nhưng đặc trưng phản xạ phổ thực vật bật vùng hồng ngoại gần (0,7÷1,4μm), vùng bước sóng mà thực vật có phản xạ cao Mức độ phản xạ thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, kể đến lượng chlorophyll (diệp lục), độ dày tán cấu trúc tán Nước có phản xạ chủ yếu nằm vùng nhìn thấy (0,4÷0,7μm) phản xạ mạnh dải sóng lam (0,4÷0,5μm) lục (0,5÷0,6μm) Giá trị phản xạ đối tượng nước phụ thuộc chủ yếu vào độ đục Nước có giá trị phản xạ khác nước đục, nước đục có độ phản xạ cao Ðất có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều tăng chiều dài bước sóng Phần trăm phản xạ đất chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm màu đất Cần ý phản xạ phổ loại đối tượng thể khác ảnh có nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau, chủ yếu sai biệt khơng gian Các vị trí khác đối tượng chiếu sáng khác nhau, chúng có phản xạ phổ khác nhau, ví dụ loại thực vật mọc hai bên sườn núi chiếu sáng khác cho phản xạ phổ khác nhau; kể ảnh hưởng địa hình Một loại sai biệt sai biệt có tính chất cục cấu trúc đối tượng khác khơng gian (ví dụ lúa cấy lúa sạ), cấu trúc khác theo hướng nguồn sáng (ví dụ dãy trồng hướng Bắc Nam có ảnh khác với dẫy trồng hướng Đơng – Tây) Hình II.11: Phổ phản xạ số đối tượng bề mặt đất Để lưu trữ, xử lý hiển thị ảnh vệ tinh máy tính kiểu Raster, tùy thuộc vào số bit dùng để ghi nhận thơng tin, pixel có giá trị hữu hạn ứng với cấp độ xám (giá trị độ sáng pixel: BV – Brightness Value) Ví dụ, bits cho 128 cấp độ xám (0 – 127) bits cho 256 cấp (0 – 255), tương ứng đen 255 trắng Hình II.12 Độ sáng màu pixel xác định giá trị pixel Ảnh toàn sắc ảnh đa phổ : Ảnh toàn sắc bao gồm kênh phổ nên thường giải đoán ảnh đen trắng, ảnh đa phổ bao gồm nhiều kênh phổ Để hiển thị, kênh ảnh đa phổ thể dạng ảnh gray scale (cấp độ xám) mà fixel có giá trị hữu hạn ứng với cường độ phản xạ lượng vật thể mặt đất, phối hợp ba kênh ảnh hiển thị lúc dạng ảnh tổ hợp màu Việc giải đốn ảnh tổ hợp màu đòi hỏi phải có kiến thức đặc trưng phản xạ phổ đối tượng ảnh Hình II.13a: Ảnh đa phổ Hình II.13b: Ảnh tồn sắc Hình II.13c: Ảnh tồn (màu) sắc (đen trắng) Các thông số quan trọng đặc trưng cho khả thông tin cung cấp ảnh vệ tinh độ phân giải Có ba loại độ phân giải: độ phân giải không gian, độ phân giải phổ độ phân giải thời gian Độ phân giải khơng gian: Do đặc tính đầu thu, độ phân giải không gian ảnh vệ tinh phụ thuộc vào hai thơng số FOV (Field of view-trường/góc nhìn) IFOV (instantaneous field of view - trường/góc nhìn tức thì) thiết kế sẵn Thơng số FOV cho ta thấy phạm vi không gian mà đầu thu thu nhận sóng điện từ từ đối tượng Như vậy, với góc nhìn lớn (FOV lớn) ảnh thu rộng, với góc nhìn, vệ tinh có độ cao lớn có khoảng thu ảnh lớn Ngược với FOV, IFOV đầu thu đặc trưng cho phạm vi khơng gian mà đầu thu nhận sóng điện từ thời điểm Tức đầu thu khơng thể “nhìn” đối tượng nhỏ góc nhìn IFOV Tổng hợp giá trị xạ đối tượng góc IFOV thu nhận lúc mang giá trị, ghi nhận điểm ảnh Trong ảnh số, điểm ảnh gọi pixel giá trị kích thước pixel đặc trưng cho khả phân giải khơng gian ảnh Góc IFOV nhỏ khả phân biệt đối tượng không gian lớn, nghĩa giá trị pixel nhỏ phạm vi “chụp” ảnh hẹp (hình II.14) Ý nghĩa quan trọng độ phân giải không gian cho ta biết đối tượng nhỏ mà phân biệt ảnh Ví dụ, ảnh có độ phân giải không gian 30 x 30m cho phép phân biệt đối tượng có kích thước lớn 30 x 30 m Tuy có nghiên cứu phương pháp phân loại pixel, để áp dụng rộng rãi cần nghiên cứu thêm 5m 30m Hình II.14 Độ phân giải khơng gian Độ phân giải phổ Như thấy trên, khơng phải tồn giải sóng điện từ sử dụng việc thu nhận ảnh viễn thám Thông thường, tuỳ thuộc vào mục đích thu thập thơng tin, loại đầu thu thiết kế để thu nhận sóng điện từ số khoảng bước sóng định Các khoảng bước sóng gọi kênh ảnh Ta thấy trên, xạ phổ (bao gồm phản xạ, tán xạ xạ riêng) đối tượng thay đổi theo bước sóng điện từ Như vậy, ảnh chụp đối tượng kênh khác khác Điều có nghĩa ảnh thu nhiều kênh có nhiều thơng tin đối tượng thu thập Số lượng kênh ảnh gọi độ phân giải phổ Độ phân giải phổ cao (càng nhiều kênh ảnh) thơng tin thu thập từ đối tượng nhiều Và đương nhiên giá thành lớn Vì tùy theo mục đích sử dụng nên kết hợp nhiều loại ảnh độ phân giải khác để nghiên cứu khu vực Thông thường, vệ tinh đa phổ thường có số kênh ảnh từ khoảng đến 10 kênh Hiện nay, viễn thám đa phổ, loại vệ tinh viễn thám có khả thu nhiều kênh ảnh (trên 30 kênh) gọi vệ tinh siêu phổ (hyperspectral satellite) phát triển Khi xem xét độ phân giải để chọn ảnh cần tuân thủ luật bản: chọn độ phân giải gấp 10 lần kích cỡ đối tượng muốn nghiên cứu Nhưng nên nhớ luật lúc đúng, cần phải xem xét đặc điểm khác đối tượng tính tương phản, vị trí, hình dạng Hình II.15 Độ phân giải phổ Độ phân giải thời gian Hình II.16 Phân giải thời gian Vệ tinh viễn thám chuyển động quĩ đạo chụp ảnh Trái đất Sau khoảng thời gian định, quay lại chụp lại vùng chụp Khoảng thời gian gọi độ phân giải thời gian vệ tinh Rõ ràng với khoảng thời gian lặp nhỏ thơng tin thu thập (hay ảnh chụp) nhiều Tóm lại, thông tin ảnh viễn thám quang học phản xạ phổ đối tượng mặt đất, bao gồm lớp phủ thực vật, nước đất trống ghi nhận thành pixel ảnh có độ phân giải không gian xác định, nhiều kênh phổ xác định vào thời gian xác định Hình II.17 Phân giải xạ Các loại ảnh vệ tinh thường dùng là: Loại có độ phân giải thấp (>100m): MODIS (500m); SPOT Vegetation; Loại có độ phân giải trung bình (15-100m): LANDSAT TM/ETM+ (30m): bao gồm kênh phổ, thường dùng để làm đồ trạng sử đất, hiệu chỉnh đồ tỷ lệ nhỏ; SPOT: ảnh đen trắng độ phân giải 5m, ảnh lập thể dùng cho ứng dụng 3D; ASTER (15m); Loại có độ phân giải cao (