Bài giảng viễn thám đại cương chương 2 TS lê thị kim thoa

Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản -- CóCó 22 loạiloại bộbộ cảmcảm biếnbiến điệnđiện từtừ bộbộ cảmcảm Passive Passive thụ thụ động động Active Active Chủ Chủ động động Sen

Chương II: II:

MỘT SỐ KHÁI

VÀ NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH

CỦA

GVGD: TS.

GVGD: TS Lê Lê Thị Thị Kim Kim Thoa Thoa

Khoa Khoa ĐịaĐịa LýLý Trường

Trường ĐHĐH KhoaKhoa họchọc XãXã HộiHội vàvà NhânNhân vănvăn TP HCMTP HCM

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

 ViễnViễn :: xaxa Thám Thám:: thámthám sátsát,, quanquan sátsát

Viễn Viễn thámthám:: quanquan sátsát từtừ xaxa

 MộtMột víví dụdụ đơnđơn giảngiản:: mắtmắt concon người

 CácCác dụngdụng cụcụ hỗhỗ trợtrợ tầmtầm nhìnnhìn quan

quan sátsát

 CácCác dụngdụng cụcụ ghighi nhậnnhận đốiđối tượng

tượng quanquan sátsát

 CácCác ‘photographs’‘photographs’ làlà viễnviễn thám

thám??

1.

1 Viễn Viễn thám thám là là gì gì??

 VTVT làlà 11 mônmôn khoakhoa họchọc thuthu thậpthập

các

các thôngthông tintin vềvề cáccác đốiđối tượngtượng

trên

trên bềbề mặtmặt tráitrái đấtđất thôngthông quaqua

các

các thiếtthiết bịbị quanquan sátsát từtừ xaxa

 VT là 1 môn khoa học thu thập

các thông tin về các đối tượng

từ một khoảng cách nào đó mà

không có sự tiếp xúc trực tiếp

đến vật thể đó

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

 LàLà ảnhảnh củacủa cáccác đốiđối tượngtượng trêntrên bềbề mặtmặt tráitrái đấtđất đượcđược ghi

ghi nhậnnhận từtừ vệvệ tinhtinh hayhay cáccác thiếtthiết bịbị baybay chụpchụp kháckhác

2.

2 Thế Thế nào nào là là ảnh ảnh viễn viễn thám thám??

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

 NguồnNguồn năngnăng lượnglượng màmà nónó lanlan truyềntruyền dựadựa trêntrên cáccác daodao độngđộng

của

của trườngtrường điệnđiện từtừ trongtrong khôngkhông giangian hoặchoặc trongtrong lònglòng cáccác vậtvật

chất

 SóngSóng điệnđiện từtừ đượcđược mômô tảtả qua 3qua 3 kháikhái niệmniệm:: bướcbước sóngsóng,, tầntần

số

số vàvà tốctốc độđộ lanlan truyềntruyền

C =

C =  

:: tầntần sốsố daodao độngđộng củacủa ánhánh sángsáng (frequency(frequency Hz)Hz)

 :: bướcbước sóngsóng củacủa sóngsóng điệnđiện từtừ (m)(m)

C:

C: tốctốc độđộ lanlan truyềntruyền == tốctốc độđộ ánhánh sángsáng (Velocity of light(Velocity of light m/s)m/s)

C=299.793 km/s (

C=299.793 km/s (trongtrong môimôi trườngtrường chânchân khôngkhông))

Đối

Đối vớivới mụcmục đíchđích ứngứng dụngdụng C=C= 3.103.1088m/s =m/s = tốctốc độđộ ánhánh sángsáng

3.

3 Năng Năng lượng lượng sóng sóng điện điện từ từ

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

C =  

3.

3 Năng Năng lượng lượng sóng sóng điện điện từ từ

 SóngSóng điệnđiện từtừ đượcđược truyềntruyền trongtrong môimôi trườngtrường đồngđồng nhấtnhất theotheo kiểu

kiểu hìnhhình sinsin vớivới tốctốc độđộ gầngần bằngbằng vớivới tốctốc độđộ ánhánh sángsáng

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

Unit Cycles per second Unit Distance

Megahertz (MHz) 10 6 Micrometer (m) 10 –6 m

Gigahertz (GHz) 10 9 Nanometer (nm) 10 –9 m

Terahertz 10 12 Angstrom (A o ) 10 –10 m

Low Frequency

Low Energy High Frequency High Energy

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

 Tất cả sóng điện từ được truyền đi với cùng 1 tốc độ Khi tương tác với các vật chất khác nhau, sóng điện từ sẽ biến đổi tính chất thể hiện qua nguồn bức xạ tới (incident radiation)

 Phương pháp viễn thám đo đạc và ghi nhận những thay đổi này dưới dạng ảnh (photographs hoặc images) => Nhà phân tích rút trích thông tin

 Ba loại năng lượng sóng điện từ cơ bản: (1) năng lượng tự nhiên, (2) năng lượng từ vệ tinh, (3) bức xạ nhiệt của vật thể

3.

3 Năng Năng lượng lượng sóng sóng điện điện từ từ

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

 ĐâyĐây làlà bảngbảng phânphân loạiloại biếnbiến thiênthiên củacủa năngnăng lượnglượng điệnđiện từtừ

trong

trong dãidãi bướcbước sóngsóng từtừ métmét đếnđến nanometnanomet (nm)(nm) truyềntruyền tớitới vớivới

tốc

tốc độđộ ánhánh sángsáng điđi quaqua chânchân khôngkhông

••XX Rays and Gamma Rays Rays and Gamma Rays

••Ultraviolet: Ultraviolet: 3 to 400 nm3 to 400 nm

••Visible Light:

Red: 610

Red: 610 700 nm 700 nm

Orange: 590

Orange: 590 610 nm 610 nm

Yellow: 570

Yellow: 570 590 nm 590 nm

Green: 500

Green: 500 570 nm 570 nm

Blue: 450

Blue: 450 500 nm 500 nm

Indigo: 430

Indigo: 430 450 nm 450 nm

Violet: 400

Violet: 400 430 nm 430 nm

4.

4 Phổ Phổ điện điện từ từ Electro Electro Magnatic Magnatic Spectrum (EMS) Spectrum (EMS)

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

Near Infrared (NIR): Near Infrared (NIR):

0.7 to 1.5 µm.

Short Wavelength Infrared Short Wavelength Infrared (SWIR): 1.5 to 3 µm.

Mid Wavelength Infrared Mid Wavelength Infrared (MWIR): 3 to 8 µm.

Long Long Wanelength Wanelength Infrared Infrared (LWIR): 8 to 15 µm.

Far Infrared (FIR): Far Infrared (FIR):

longer than 15 µm.

4.

4 Phổ Phổ điện điện từ từ Electro Electro Magnatic Magnatic Spectrum (EMS) Spectrum (EMS)

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

•Microwaves: 1 mm to 1 m

P band: P band:

0.3

0.3 1 GHz (30 1 GHz (30 100 cm) 100 cm)

L band: L band:

11 2 GHz (15 2 GHz (15 30 cm) 30 cm)

S band: S band:

22 4 GHz (7.5 4 GHz (7.5 15 cm) 15 cm)

C band: C band:

44 8 GHz (3.8 8 GHz (3.8 7.5 cm) 7.5 cm)

X band: X band:

88 12.5 GHz (2.4 12.5 GHz (2.4 3.8 cm) 3.8 cm)

4.

4 Phổ Phổ điện điện từ từ Electro Electro Magnatic Magnatic Spectrum (EMS) Spectrum (EMS)

Ku band: 12.5 Ku band: 12.5 18 GHz (1.7 18 GHz (1.7 2.4 cm) 2.4 cm)

K band: 18 K band: 18 26.5 GHz (1.1 26.5 GHz (1.1 1.7 cm) 1.7 cm)

Ka band: 26.5 Ka band: 26.5 40 GHz (0.75 40 GHz (0.75 1.1 cm) 1.1 cm)

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản 4 Phổ điện từ - Electro-Magnatic Spectrum (EMS)

TThiếthiết bịbị chứachứa cáccác concon mắtmắt

điện

điện tửtử,, dùngdùng đểđể ghighi nhậnnhận sóngsóng

phản

phản xạxạ hayhay bứcbức xạxạ củacủa vậtvật thểthể

lên

lên cáccác kênhkênh phổphổ nhấtnhất địnhđịnh

55 Con Con mắt mắt điện điện tử tử Detector Detector

66 Bộ Bộ cảm cảm biến biến điện điện từ từ sensor sensor

TThiếthiết bịbị dùngdùng đểđể ghighi nhậnnhận sóngsóng phảnphản xạxạ hayhay bứcbức

xạ

xạ củacủa vậtvật thểthể lênlên cáccác kênhkênh phổphổ nhấtnhất địnhđịnh

MộtMột sensorsensor cócó thểthể chứachứa từtừ

một

một đếnđến hànghàng ngànngàn concon mắtmắt

điện

điện tửtử

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

CóCó 22 loạiloại bộbộ cảmcảm biếnbiến điệnđiện từtừ ((bộbộ cảmcảm))

Passive ( Passive (thụ thụ động động))

Active ( Active (Chủ Chủ động động))

Sensors ghi nhận hình ảnh các đối tượng dựa vào nguồn năng lượng bên ngoài Vd: MSS, TM, HRV…

Sensor ghi nhận hình ảnh các đối tượng dựa vào chính nguồn năng lượng thiết bị này phát ra Vd: Radar

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

77 Vật Vật mang mang Flatform Flatform

PhươngPhương tiệntiện dùngdùng đểđể chuyênchuyên chởchở cáccác bộbộ cảmcảm biếnbiến điệnđiện từtừ

Spaceborne

Satellite Satellite

Shuttle Shuttle

Ground Ground based based Hand Hand held held Raised platform Raised platform

Airborne

Aeroplane Aeroplane

Helicopter Helicopter

Hot air balloon Hot air balloon

Air ship Air ship

Tethered balloon Tethered balloon

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

ẢnhẢnh đượcđược ghighi nhậnnhận từtừ cáccác sensorssensors

88 Ảnh Ảnh viễn viễn thám thám imageries/ photographs imageries/ photographs

Digital Sensor Sensor Camera Camera Video Video Radar Radar LiDAR LiDAR

Analogue:

Analogue: ảnh ảnh được được lưu lưu trên

trên giấy giấy hoặc hoặc phim phim Camera Camera



I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

99 Trường Trường nhìn nhìn tức tức thời thời IFOV IFOV

IFOV

IFOV Instantaneous Field of view:Instantaneous Field of view:

Góc không gian tương ứng với 1

đơn vị chia mẫu trên mặt đất (pixel)

hoặc

- Giá trị của pixel tương ứng với

lượng thông tin ghi được trong góc

nhìn đó

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

10 10 Trường Trường nhìn nhìn FOV FOV

FOVFOV Field of view:Field of view: Góc không gian bao gồm toàn bộ các góc nhìn của IFOV nằm trên 1 đường quét của 1 ảnh viễn thám

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

path

Field of

view

59 88 132 128 134 135

12 14 56 124 118 128

5 8 15 25 78 112

5 7 7 12 18 45

‘Raster’ grid

Viewed numerically as Digital Numbers (DNs)

Viewed graphically

as image

Picture element

or ‘pixel’

Image data set

Ground track

(imaged area)

I.I Một Một số số khái khái niệm niệm cơ cơ bản bản

33 VậtVật truyềntruyền tảitải thôngthông tintin (information carrier)

 TrongTrong nguyênnguyên tắctắc vậnvận hànhhành củacủa viễnviễn thámthám,, đểđể cócó được

được bứcbức ảnhảnh viễnviễn thámthám,, cầncần quanquan tâmtâm 33 vấnvấn đềđề sau

sau::

22 ThiếtThiết bịbị ghighi nhậnnhận (sensors)

11 ĐốiĐối tượngtượng quanquan sátsát (objects)

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Incoming

solar

radiation

Atmospheric

distortion

Reflected radiation

Scattered

radiation

Received

Sensor

Data download

User

Data supply

Sun

Ground receiving station

Absorbed/transmi tted radiation

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

- Trình tự của nguyên tắc vận hành viễn thám như sau:

1- Sự hiện diện của nguồn năng lượng điện từ 2- Sự lan truyền nguồn năng lượng điện từ đến bầu khí quyển 3- Sự tương tác giữa sóng điện từ với bề mặt trái đất 4- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ bề mặt trái đất đến sensor 5- Các sensors ghi nhận dữ liệu

6- Dữ liệu được truyền về trạm mặt đất và ghi vào băng từ 7- Phân tích, xử lý dữ liệu

8- Ứng dụng

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

1- Sự tương tác giữa sóng điện từ với bầu khí quyển:

Bầu khí quyển

-Phần tử khí: Nitơ, oxy,

carbon, Argon, hơi nước…

- Các vật thể khác: bụi,

sương mù, đất, mãnh vỡ…

Sóng điện từ

Lan truyền (transmission)

Hấp thụ (absorption)

Tán xạ

(Scattering)

-Vật thể kích thước lớn

Phần tử khí Trong suốt Atmospheric windows

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

2- Sự tương tác giữa sóng điện tới bề mặt trái đất:

Hấp thụ (absorption) Lan truyền

(transmission)

Tán xạ

Phản xạ (Reflectance)

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

(tán xạ/ khuếch tán) (hấp thu) (lan truyền) (phản chiếu)

- Thông tin viễn thám về các vật thể trên bề mặt trái đất

được hệ thống sensor ghi nhận dựa vào sóng phản xạ

hay bức xạ phát ra từ chính vật thể đó

3- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ trái đất đến sensor

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

- Cường độ sóng điện từ phản xạ từ các vật thể đến các sensor phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Tính vật lý của vật thể + Địa hình ghồ ghề hay bằng phẳng + Góc tới của sóng điện từ + Độ dài của bước sóng

- Do những khác biệt trên, phổ phản xạ của mỗi đối tượng sẽ khác nhau Dựa vào sự khác biệt này, ta có thể nhận diện ra chúng

3- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ trái đất đến sensor

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Water

‘Low’ reflectance

‘Dark’ appearance

Concrete

‘High’ reflectance

‘Light’ appearance

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Near infrared

Red

Green

- Ảnh vệ tinh có nhiều kênh phổ

- Bức xạ của 1 đối tượng sẽ khác nhau trên từng kênh phổ

- Mỗi kênh phổ được xem là 1 lớp

dữ liệu

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Viễn thám đại cương GV: TS Lê Thị Kim Thoa

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Ảnh chụp vùng nhìn thấy (màu thật)

Ảnh chụp vùng cận hồng ngoại (màu giả)

- Sơ đồ phản xạ phổ của một số đối tượng

Phản xạ phổ của 5 loại thực phủ

- Nước sạch: max 4%

- Nước dơ: max 4,5 %

- Đất trống: 5 – 20%

- Thực vật: 1- 4% - 50%

2- 1% - 90%

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

- Sơ đồ phản xạ phổ của một số đối tượng

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

- Sơ đồ phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Nhựa đường

Đất khơ

Đá cuội

Bê tơng

Sỏi

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

- Sự đồ phản xạ phổ của cây tùng bách và cây rụng lá

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Aûnh

Aûnh chụp chụp trong trong vùng vùng nhìn nhìn thấy thấy: 0.4 : 0.4 0.7 um 0.7 um

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Aûnh Aûnh chụp chụp trong trong vùng vùng cận cận hồng hồng ngọai ngọai: 0.7 : 0.7 0.9 um 0.9 um

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

Aûnh chụp trong vùng cận hồng ngọai: 0.7

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

- Thực tế, sơ đồ phản xạ phổ của từng đối tượng ngồi sự ảnh hưởng của bầu khí quyển, cịn chịu ảnh hưởng của 2 yếu tố sau:

+ Ảnh hưởng khơng gian (spatial effect):

• Cùng 1 đối tượng trong cùng 1 thời điểm nhưng vị trí khác nhau cĩ thể sẽ cĩ phổ phản xạ khác nhau

• Nguyên nhân?

+ Ảnh hưởng thời gian (temporal effect):

• Sự thay đổi đặc tính của đối tượng theo thời gian

• VD: theo mùa, chu kỳ tăng trưởng …

III III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám

4- Sensor (bộ cảm biến) ghi nhận dữ liệu

- Sensor ghi nhận năng lượng phản xạ của các vật thể dưới

dạng các tín hiệu (signal)

- Các tín hiệu này được mã hóa thành dữ liệu dạng số,

băng từ hay trên phim

- Việc ghi nhận này được tiến hành qua 3 giai đoạn: thám

sát (detection), ghi nhận (record) và mã hóa (interpretation)

Thank you!

III

III Nguyên Nguyên tắc tắc vận vận hành hành trong trong viễn viễn thám thám