MÀU DÙNG TRONG VIỄ MÀU DÙNG TRONG VI N THÁM VÀ CÁC ĐẶC Đ C IỂ I M CỦA ẢNH VI Ễ VI N T HÁM THÁM GVGD: TS.

Transcript

1 Chương IV: MÀU DÙNG TRONG VIỄN THÁM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA ẢNH VIỄN THÁM GVGD: TS. Lê Thị Kim Thoa Khoa Địa Lý Trường ĐH Khoa học Xã Hội và Nhân văn TP HCM - Ñeå hieåu ñöôïc yù nghóa cuûa caùc maøu hieån thò treân aûnh veä tinh, chuùng ta caàn phaûi hieåu roõ maøu saéc naøo ñöôïc gaùn treân töøng keânh phoå. Thiết bị ghi nhận nhiều kênh phổ cùng 1 lúc, mỗi kênh được ghi nhận 1 màu hoặc 1 dải màu. Khi hiển thị từng kênh riêng lẽ, mỗi kênh trông giống như ảnh trắng đen. - Toå hôïp maøu (colour composites) True colour composite

2 - Màu sắc và độ sáng của từng điểm ảnh phụ thuộc vào giá trị trên điểm ảnh đó - Màu thể hiện trên ảnh tùy thuộc vào thứ tự các kênh phổ được tích hợp True colour composite Bands 3 (red), 2 (Green), 1 (Blue) False colour composite Bands 4 (Red), 3 (Green), 2 (Blue) Ảnh Landsat TM (B,G,R) -Thực ự vật: ậ xanh lá - Đất khô: nâu - Cánh đồng bỏ hoang: nâu - Công trình đô thị: trắng -Nước sạch: đen? - Sông Missouri: nâu đậm? Ảnh Landsat TM (B,G,R) -Thực vật: hồng đỏ - Đất khô: xanh lá - Cánh đồng bỏ hoang: xanh lá - Công trình đô thị: xanh nhạt -Nước sạch: đen? - Sông Missouri: xanh lục- nâu? Ảnh Landsat TM (B,G,R) -Thực vật: xanh lá mạ - Đất khô: đỏ nâu - Cánh đồng bỏ hoang: đỏ nâu - Công trình đô thị: tím nhạt -Nước sạch: đen - Sông Missouri: xanh đậm 2

3 Ảnh Landsat TM (B,G,R) -Thực vật: xanh lá - Đất khô: đỏ nâu - Cánh đồng bỏ hoang: đỏ nâu - Công trình đô thị: tím nhạt -Nước sạch: đen - Sông Missouri: xanh đậm RGB Ñaëc ñieåm nhaän dieän AÛnh maøu thaät AÛnh maøu giaû: thaûm thöïc vaät hieån thò maøu ñoû ; ; Thaûm thöïc vaät vaø ñaát ; 4-5-6; Ñaát vaø caùc loaïi ñaù ; 5-3-1; Söï thay ñoåi nhieät ñoä cuûa caùc loaïi ñaù nuùi löûa Phaân bieät giöõa ñaát giaøu saét vaø ñaù 5ï-3-1 ; 6-7-2; 2-3-4; Caùc thaûm thöïc vaät khaùc nhau vaø caùc loaïi ñaù Ranh giôùi ñoâ thò vaø noâng thoân Caùc daõi traàm tích ven bieån vaø caùc loaïi hình söû duïng ñaát khaùc nhau Caùc ñoái töôïng ven bieån (nhaän dieän toát nhaát vôùi linear stretching) Moät soá toå hôïp maøu thoâng duïng cuûa aûnh veä tinh Landsat TM vaø ETM+ -Xét về độ cao bay chụp, ảnh viễn thám được chia làm 2 dạng: không ảnh và ảnh vệ tinh A. Không ảnh 1. Khái niệm không ảnh: -Thuật ngữ sử dụng cho các ảnh được chụp bằng phim trên các phương tiện như máy bay, kinh khí cầu hay các phương tiện khác trên không. -Sự khác biệtgiữa không ảnh và ảnh hàng không? 2- Đặc điểm của phương pháp không ảnh: -Làhệ thống chụp ảnh khung dạng phim hoặc quét (ở đây chỉ quan tâm đến ảnh chụp phim, quét sẽ được trình bày trong phần ảnh vệ tinh) -Phương pháp này chỉ chụp trong vùng cận cực tím, nhìn thấyvàcận hồng ngọai. - Ảnh panchromatic (trắng đen) và ảnh đa phổ (màu) 3- Đặc điểm của ảnh hàng không 3.1. Độ phủ mặt đất của ảnh (overlap) -Làdiện tích mỗi lần chụp được. Diện tích này phụ thuộc vào đặc điểm của ống kính và độ cao bay chụp Độ phủ mặt đất của ảnh (overlap) 3.2. Tỷ lệ ảnh hàng không -Là tỷ số của khỏang cách đo trên ảnh chia cho khỏang cách thực trên mặt đất - Khỏang cách này có thể xác định theo bản đồ. Nếu bản đồ cùng khu vực với ảnh thì tỷ lệ của ảnh được tính bằng cách đo khỏang cách giữa 2 điểm trênbản đồ và trên ảnh. Tỷ lệ ảnh R(ảnh) = D(ảnh) / D(bản đồ) / R(bản đồ) D(ảnh): khỏang cách trên ảnh D(bản đồ): khỏang cách trên bản đồ R(bản đồ): tỷ lệ ảnh -Nếu D(ảnh) = D(bản đồ) thì R(bản đồ) = R(ảnh) 3

4 - Phân lọai tỷ lệ ảnh hàng không theo mức độ chi tiết + Tỷ lệ lớn: 1: : Tỷ lệ trung bình: 1: : Tỷ lệ nhỏ : 1: : hoặc nhỏ hơn Độ phân giải của ảnh hàng không -Là khỏang cách tối thiểu để phân biệt hai đối tượng để gần nhau hoặc độ lớn tối thiểu của 1 đối tượng trên mặt đất mà có thể phân biệt được trên ảnh. - Độ phân giải phông gian: phụ thuộc vàođộ phân giải của phim, năng lực ống kính, điều kiện khí quyển, đặc điểm hình ảnh lúc chụp. - Hình chuẩn để kiểm tra độ phân giải 3.4. Hiệu ứng lập thể stereoscopic photograph - Các thiết bị dùng quan sát ảnh lập thể 4. Ưukhuyết điểm của ảnh hàng không: - Độ phân giải cao chứa đựng nhiều thông tin - Độ trung thực caovề mặt hìnhhọc - Giá thành rẻ - Họat động trong dãy phổ hẹp: cận cựcc tím, nhìn thấy, cận hồng ngọai (0,3-0,9 um) - Chịu ảnh hưởng của điều kiện khí quyển - Thông tin dễ bị hư hỏng, méo dạng theo thời gian - Thông tin có thể bị mất trong quá trình rửa ảnh B. Ảnh vệ tinh 1. Khái niệm ảnh vệ tinh -Là ảnh chụp từ phương tiện bay chụp là vệ tinh, sử dụng hệ thống quét và hình ảnh được lưu vào băng, CD ở dạng số. 2. Đặc điểm của phương pháp chụp ảnh vệ tinh -Sử dụng hệ thống quét dọc, ngang hay bên sườn - Ảnh vệ tinh nhạy cảm với dãy phổ dài trong phổ điện từ vùng cận cực tím, nhìn thấy, hồng ngọai đến sóng microwave 3. Đặc điểm của ảnh vệ tinh 3.1. Cấutrúc hình ảnh quét - Tập hợp các pixel theo hàng và cột -Pixel (phần tử) ảnh là đơn vị nhỏ nhất về không gian trên 1 file ảnh (DN) 4

5 3.1. Cấu trúc hình ảnh quét - Vị trí mỗi pixel được xác định theo tọa độ hàng và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái -Mỗi pixel có 3 giá trị là x, y, z. Trong đó x, y là tọa độ hàng, cột ộ và z là gía trị ị độ sáng (Digital number DN) -Kích thước của mỗi pixel được xác định bởi góc IFOV. Kích thước của ảnh được xác định bởi FOV của hệ thống quét. -Tùy thuộc vào hệ thống vệ tinh mà kích thước của hình ảnh là lớn hay nhỏ. -VD: - Landsat MSS: 185x185km; - SPOT: 65x65km - NOAA: 2400 x 2400km 3.2. Phương thức lưu ảnh vệ tinh - Ảnh số thường được lưu ở 1 trong 3 dạng: BSQ, BIL hoặc BIP BSQ (Band Sequence) - Tất cả các kênh phổ được lưu tuần tự hết kênh này đến kênh khác. - VD: SPOT có 3 kênh, kênh 1 sẽ đượclưu trướcsauđó đến kênh 2 và Dạng BIL (Band Interleaved by Line) -Cấu trúc dữ liệu được lưu theo thứ tự dòng (hàng) không phụ thuộc vào số kênh. Từng hàng một trên tất cả các kênh được lưu một cách tuần tự. -VD: SPOT có 3 kênh, hàng 1 của kênh 1, hàng 1 của kênh 2, hàng 1 của kênh 3, hàng 2 của kênh Dạng BIP (band Interleaved by Pixel) -Cấu trúc dữ liệu trên tất cả các kênh phổ được lưu theo thứ tự từng pixel. Mỗi pixel được lưu tuần tự cho tất cả các kênh. -VD: SPOT có 3 kênh, pixel thứ 1 của kênh 1, pixel thứ 1 của kênh 2, pixel thứ 1 của kênh 3, pixel thứ 2 củakênh 1 Bài tập chuyển đổi dạng lưu từ BIP sang BSQ Độ phân giải: Độ phân giải điểm ảnh (pixel resolution) Độ phân giải không gian (spatial resolution) Độ phân giản quang phổ (spectral resolution) Độ phân giải bức xạ (radiometric resolution) Độ phân giải thời gian (temporal resolution) 5

6 Độ phân giải điểm ảnh (pixel resolution) Tổng số điểm ảnh (pixel) có trên 1 hình ảnh. 1 ảnh được biểu thị qua 2 đơn vị (dài và rộng) Ví dụ: 1 hình ảnh có chiều dài và rộng là pixels. Tổng số điểm ảnh = 2048 x 1536 = pixels = 3.1 megapixels Độ phân giải không gian (spatial resolution) Khả năng nhận diện 2 đối tượng không gian liền kề nhau trên 1 bức ảnh và độ phân giải không gian không phải là kích thước nhỏ nhất của đối tượng được nhìn thấy (Sabins, 1997) => Là kích thước của 1 điểm ảnh trên ảnh viễn thám góc VD: Landsat TM có độ phân giải không gian 30 m => 1 điểm ảnh có kích thước bao phủ trên bề mặt trái đất là 30 x 30 m Độ phân giải không gian Độ phân giải không gian 4 m -Kích thöôùc ñieåm aûnh caøng nhoû, ñoä phaân giaûi khoâng gian caøng cao vaø ngöôïc laïi. 8 m 16 m 32 m 64 m Kích thöôùc ñieåm aûnh lôùn Kích thöôùc ñieåm aûnh nhoû Skukuza, Kruger National Park, South Africa 128 m - Độ phân giải ảnh radar -Khác với ảnh quang học và ảnh nhiệt, độ phân giải không gian ảnh radar có 2 khái niệm như sau: a- Phân giải theo hướng nhìn/bắn (range resolution) -Là khả năng phân cách 2 đối tượng không gian nằm ằ gần nhau theo hướng nhìn của tia radar. a- Phân giải theo hướng nhìn/bắn (range resolution) -Nếu khoảng cách hướng nhìn giữa 2 vật kế cận nhỏ hơn ½ độ dài xung thì 2 vật sẽ thấy thành 1. - Độ phân giải mặt đất theo hướng nhìn luôn thay đổi do phụ thuộc vào góc ép / góc nhìn của tia radar 6

7 a- Phân giải theo hướng nhìn/bắn VD: Hệ thống SLAR truyền các xung có độ rộng là 0,1 microsecond (10-6 s). Tính độ phân giải mặt đất theo hướng nhìn. Biết rằng góc ép của máy bay là 45 độ (cos45=0,707). Rr = ( m.sec x 0, sec) 2 cos 45 0 = 21 m b- Phân giải theo hướng phương vị (azimuth resolution) -Khỏang cách nhỏ nhất giữa 2 điểmtách biệt nhau theo hướng phương vị xuất hiện riêng biệt trên ảnh - Độ phân giải này được xác định giữa góc phương vị của tia β do anten phát ra và độ phân giải theo hướng nhìn trên mặt đất b- Phân giải theo hướng phương vị (azimuth resolution) Ra = GR. β hay Ra = (GR x λ ) / D β = bước sóng λ / chiều dài anten GR: Khỏang cách theo hướng nhìn trên mặt đất D: độ rộng anten λ: bước sóng tia rada VD: Hệ thống SLAR có khỏang cách từ hệ thống đến AB 6km, CD 10km. Chiều dài của anten 25m. Tính độ phân giải theo hướng phương vị của AB và CD. Biết rằng radar họat động ở bước sóng 5 cm. Đối tượng tại 2 điểm AB và CD có phân biệt được không? Nếu AB =CD=16m RAB = (GR x λ ) / D = m x m/25m = 12 m RCD = (GR x λ ) / D = m x m/25m = 20 m Độ phân giải quang phổ (spectral resolution) Số lượng các kênh phổ mà thiết bị viễn thám có thể ghi nhận được trên 1 vùng nào đó. Số lượng này phụ thuộc vào khả năng ghi phổ của bộ cảm. VD: - Landsat có 7 kênh phổ - AVIRIS (Airborne visible Infrared Imaging Spectrometer) có 224 kênh phổ, mỗi kênh phổ có độ rộng bước sóng là 0,01μm -Vệ tinh Terra có ảnh MODIS với 36 kênh phổ => Độ rộng kênh phổ càng hẹp, độ phân giải quang phổ càng cao Độ phân giải bức xạ (radiometric resolution) Khả năng phân biệt sự khác biệt của các năng lượng phản hồi dưới dạng các tín hiệu điện từ trên các thiết bị thu. => Số lượng (cấp độ xám) tone màu được hiển thị trên ảnh Về lý thuyết, số lượng cấp độ xám thể hiện trên ảnh càng nhiều, độ phân giải bức xạ càng cao và ngược lại. Thực tế, độ phân giải bức xạ cao khi cấp độ xám thể hiện trên ảnh vừa đủ. Nếu vượt quá ngưỡng nhận dạng => ảnh bị nhiễu 7

8 Độ phân giải bức xạ (radiometric resolution) Độ phân giải bức xạ (radiometric resolution) - VD: Landsat : dữ liệu thường lưu ở dạng 8 bits - SPOT: 8 bits - IKONOS: 11 bits - Quickbird: 11 bits Độ phân giải thời gian (temporal resolution) Là khoảng thời gian ngắn nhất mà các hệ thống viễn thám có thể chụp lặp lại các đối tượng trên bề mặt trái đất. => Chu kỳ lặp lại của thiết bị thu tại 1điểm/ vùng nào đó. VD: - NOAA: 6 giờ Chu kỳ lặp càng ngắn, độ phân giải thời gian càng cao. VD: Landsat: 16 ngaøy SPOT: 26 ngaøy IRS: 22 ngaøy 31 Aug Sep Sep 2004 Hurricane Frances OrbView-2 image 4 Sep Sep Sep Hiệu ứng lập thể (stereocopic viewing) Ảnh vệ tinh có khả năng nhìn lập thể khi tồn tại 2 bức ảnh chụp 1 vùng nào đó trong cùng thời gian hoặc cách nhau trong 1 khỏang thời gian ngắn. Một số vệ tinh có khả năng nhìn lập thể: SPOT, IRS- 1C/D, IKONOS, GeoEye 4. Hiệu ứng lập thể (stereocopic viewing) VD: hệ thống SPOT có khả năng nhìn ra khỏi hướng thẳng đứng trong phạm vi giữa ngày thứ 1 và ngày thứ 5 Trong suốt chu kỳ 26 ngày, 1 điểm nằm ở xích đạo có 7 cơ hội ghi nhận lại 7 bức hình qua các ngày D, D+5, +10,+11, +15,+16 và

9 4. Hiệu ứng lập thể (stereocopic viewing) - 1 điểm nằm ở 45 độ vĩ thì có cơ hội ghi nhận 11 bức hình qua các ngàyd,d+1,+5,+6,+10,+11, +15,+16,+20,+21,+25). - Điểm ở xích đạo có khả năng nhìn lập thể vào ngày D +10 với D+11 và D+15 với D Điểm ở 45 vĩ độ sẽ có 6 cơ hội nhìn được lập thể 5. Ưu khuyết điểm ảnh vệ tinh + Ưu điểm: -Bao phủ tòan cầu, cung cấp thường xuyên -Dữ liệudạng số -> không hư hỏng theo thời gian -Nhiều kênh phổ : họat động trên dãy phổ dài: cực tím, nhìn thấy, hồng ngọai, microwave - Độ phân giải từ thấp đến siêu cao + Khuyết điểm: -Giá thành cao? - Độ phân giải thấp hơn ảnh hàng không -Kỹ thuật xử lý ảnh yêu cầu rất cao Thank you! 9