báo cáo thực tập viễn thám làm quen với phần mềm xử lý ảnh và làm quen với ảnh vệ tinh đa phổ

Dữ liệu: - Ảnh vệ tinh Landsat TM5 3.phương pháp làm,kết quả, và phân tích kết quả: *.phương pháp làm: a.mở ảnh và cách tạo màu tổng hợp -Mở file*.dhr bằng Notepad để thu thập các thông

Bài Thực Hành Số 1

1 Mục tiêu của bài tập:

- Làm quen với phần mềm xử lý ảnh và làm quen với ảnh vệ tinh đa phổ.

2 Dữ liệu:

- Ảnh vệ tinh Landsat TM5

3.phương pháp làm,kết quả, và phân tích kết quả:

*.phương pháp làm:

a.mở ảnh và cách tạo màu tổng hợp

-Mở file*.dhr bằng Notepad để thu thập các thông tin về ảnh,số dòng,số cột,kích thước,ảnh được chụp ở mấy band từ ảnh đã được nắn chỉnh chữa,nếu được nắn chỉnh rồi thì ở hệ quy chiếu nào,vv…

-Khởi động phần mềm ENVI ,xuất hiện thanh công cụ như hình dưới đây.

-Sau đó trên thanh công cụ (menu),vào “File”chọn “Open Image File”,sau đó đưa đường dẫn vào thư

mục chứa ảnh,chọn ảnh cần mở

-Một danh sách các band ảnh sẽ xuất hiện

Hình 1: Khởi động phần mền ENVI

Hình 2: Cách chọn tạo ảnh màu thực cho ảnh

-Lựa chọn RGB và click vào các band từ

-Theo định nghĩa ở trên,để tạo ra màu thực,thì ta chọn band 3 cho R, band 2 cho G,chọn band 1 cho B.sau

đó lựa chọn “Load image”,có 3 cửa sổ sẽ xuất hiện như hình dưới

-Để ảnh màu giả,thì chọn band 4 cho R,band 3 cho G, và band 2 cho B và chọn “Load image”

Hình 3: Tạo ảnh màu thực cho ảnh

-Để tạo ảnh màu giả định,thì ta mở một màu ở chế độ đơn sắc(grey scale) sau đó chọn “color mapping” trên thanh menu “Tool” và chọn “ENVI color tables” rồi chọn gam màu phù hợp trong bảng màu

Hình 4: Tạo ảnh màu giả

Hình 5: Tạo ảnh màu giả định

b.Cắt ảnh theo kích thước và theo khung nghiên cứu

-Mở ảnh màu thực ra

-Chọn “spatial subset” sau đó chọn vùng cắt,có thể chọn theo tọa độ,theo ảnh,hay theo bàn đồ.lựa chọn xong ta ấn OK

Hình 6:

-Lựa chọn định dạng file ảnh mới: “Tiff/GeoTiff”,các định dạng khác hoặc giữ nguyên định dạng của ENVI.

-Lựa chọn vị trí để lưu file mới tạo ra.

c.Kiểm tra giá trị và vị trí của các điểm ảnh và các biểu đồ biến thiên giá trị xám độ theo chiều dọc hay ngang của ảnh

-Mở ảnh màu thực ra

-Trên thanh menu chọn “Tools”,rồi chọn “Cursor Location/Value”

-Khi xuất hiện bảng hội thoại “Cursor Location/Value” thì di chuyển con trỏ đến cửa sổ “Image

windows” lúc đó ta thấy được giá trị và vị trí của điểm chúng ta cần biế

- Trên thanh menu chọn “Tools”,chọn “Profiles”,lúc đó ta sẽ thấy một số lựa chọn

+Chọn “X Profiles”, để xem biểu đồ biến thiên của xám độ theo phương ngang

+Chọn “Y Profiles”, để xem biểu đồ biến thiên của xám độ theo phương dọc

+Chọn “Z Profiles”, để xem sự thay đổi xám độ theo các kênh Có thể thay đổi giá tri của bước sóng và

ấn “apply”

Hình 7: Cursor Location/Value trong menu Tool

Hình 8: Biểu đồ biến thiên của xám độ theo phương ngang

Hình 9: Biểu đồ biến thiên của xám độ theo phương dọc

Hình 10: Sự thay đổi độ xám theo các kênh

-Xem xét sự thay dổi của đất sử dụng bằng các công cụ trong phần báo cáo thực hành

-Nước

-Đất trống

-Ruộng lúa

Trong quá trình làm báo cáo này, bản thân em chưa tìm hiểu được nhiều và thu thập được nhiều tài liệu ảnh vệ tinh viễn thám, dù em đã cố gắng tìm trong các giáo trình, bài giảng, trên hệ thống Internet nhưng hiệu quả thu được chưa cao.

Khi xem thông tin biến đổi độ xám qua các biểu đồ bản thân em chưa phân tích được nhiều các thông tin trên đó, chưa hiểu rõ mức độ thay đổi độ xám theo các trục X, Y, Z Em rất mong thầy giáo hướng dẫn phân tích

để em hiểu hơn và làm báo cáo tốt hơn

BÀI THỰC HÀNH SỐ 2

I MỤC TIÊU BÀI TẬP.

1.1 Mục tiêu Giới thiệu về các ảnh viễn thám có độ phân giải cao, độ phân giải trung bình và độ phân

giải thấp

Biết cách tra cứu thông tin của từng loại ảnh, so sánh được ưu điểm, nhược điểm của từng loại ảnh

có độ phân giải cao, độ phân giải trung bình và thấp

+ QUICKBIRD+ ASTER

Ảnh có độ phân giải trung bình và thấp.

+ NOAA+ SPOT VI+ RADARSAT

II GIỚI THIỆU ẢNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO, TRUNG BÌNH VÀ THẤP.

2.1 Khái niệm về độ phân giải của tư liệu ảnh viễn thám.

Theo quy ước chung có các khái niệm về phân giải của tư liệu ảnh viễn thám như sau:

2.1.1 Độ phân giải không gian.

Độ phân giải không gian là kích thước nhỏ nhất của một vật mà bộ cảm ghi phổ (sensor) có thể nhận biết được về một đối tượng không gian phân cách được với các đối tượng không gian khác nằm kề đối tượng này Độ lớn của pixel ảnh sẽ là đơn vị xác định độ phân giải không gian của hệ thống Độ phân giải không gian của các ảnh số có thể từ 0.6m (đối với vệ tinh Quickbird), 1m (SPIN2 VÀ IKONOS), đến 6.4m (đối với ảnh radar), 10m (đối với ảnh SPORT) và 1km (đối với ảnh vệ tinh NOAA) Một số ảnh có độ phân giải càng cao thì kích thước của các picel càng nhỏ

Tư liệu ảnh thu được có thể là dạng phim ảnh sử dụng trong giải đoán bằng mắt hoặc ảnh số sử dụng trong

2.1.3 Độ phân giải thời gian.

Độ phân giải thời gian trong viễn thám thực chất không liên quan đến thiết bị ghi nhận ảnh mà chỉ liên quan đến khả năng chụp lặp lại của vệ tinh Nghĩa là liên quan đến quỹ đạo của vệ tinh Một vùng chụp vào các thời điểm khác nhau sẽ cho ra các thông tin về cùng đó chính xác hơn và nhận biết được sự biến động của một khuc vực Mỗi loại vệ tinh có độ phân giải thời gian khác nhau Ví dụ LANDSAT là 18 ngày, SPOT là 26 ngày… Độ phân giải thời gian cao nhất là ảnh khí tượng Phân giải thời gian là 30 phút với GMS và 6h với NOAA Với loại ảnh của vệ tinh khí tượng có thể dùng để theo dõi chuyển động của các đám mây hay các cơn bão…

2.2 Ảnh có độ phân giải cao, trung bình và thấp.

2.2.1 Ảnh có độ phân giải cao.

Các ảnh có độ phân giải từ 2.5m đến 30m ở các bands phổ (multi – specture) và đơn sắc (panchromatic) được chụp từ các sensor hay hệ thống chụp ảnh thì được gọi là các ảnh có độ phân giải cao.

là 4m và kênh toàn sắc độ phân giải là 1m Các kênh đa phổ và kênh toàn sắc kết hợp cho phép tạo ảnh và có độ phân giải 1 m giả mầu Dữ liệu có cấu trúc là 11bit (2048 mức xám) IKONOS có thể nhìn vào vật, vào đối tượng

và cố định vài giây và có thể hướng theo đối tượng khảo sát Các thông số kỹ thuật của IKONOS được thể hiện như sau:

Quickbird được phóng lên vũ trụ vào ngày 18 tháng 10 năm 2001 Là hệ tạo ảnh vệ tinh thứ hai sau IKONOS cho ra ảnh có độ phân giải cao hơn so với ảnh chụp photos Nó cho ra khả năng cao nhất về độ phân giải 0.6m, khả năng lưu trữ trên vệ tinh và độ rộng của đường quét lớn Khoảng hẹp nhất của nó là 64 km2 và độ rộng nhất là 10000 km2

c Vệ tinh OrbitView (hay OrbView)

Ảnh vệ tinh OrbitView từ các thế hệ OrbView -1 đến – 4 được phóng lên quỹ đạo ở độ cao 470km OrbView – 1 là vệ tinh tạo ảnh được phóng vào ngày 3 tháng 04 năm 1995 Vệ tinh này lần đầu tiên cho phép phân biệt vùng có mây và vùng không có mấy OrbView -1 còn cung cấp cho NASA những thông tin cho chương

trình nghiên cứu về quyển khí trong 5 năm Cho đến nay vệ tinh này đã được thực hiện 26000 lần bay quanh trái đất, đi được một quãng đường hơn 700 triệu dặm Trên vệ tinh có hai bộ cảm quang chuyển tiếp OTD do trung tâm bay vũ trụ tổng hành dinh của NASA chế tạo và bộ cảm nghiên cứu môi trường khí quyển GPS/MET do tổ chức khoa học quốc gai và tổ hợp các viện nghiên cứu khí quyển cung cấp nhằm cho ra những hiểu biets về thời tiết giúp cho dự báo về khí hậu Vệ tinh OrbView -2 chuyên nghiên cứu về màu của đại lượng nằm trong dự án của NASA SeaWiFS Vệ tinh OrbView -2 chuyên nghiên cứu có các bộ cảm đa phổ nghiên cứu mặt đất và biển được phóng lên quỹ đạo vào năm 1997 cung cấp ảnh cho 14 trạm thu mặt đất Hiện nay cơ quan tạo ảnh Orbimage và tập đonà khoa học về quỹ dạo xây dựng các vệ tinh OrbView -3, và OrbView -4 có độ phân giải cao Orbimage đã hợp tác với khoog quân Mỹ trong nghiên cứu phát triển bộ cảm siêu phổ dùng trên OrbView -4.

OrbView -4 cho ra ảnh phân giải của ảnh toàn sắc là 1m và đa phổ là 4m trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại Ngoài ra trên vệ tinh này được lắp đặt bộ cảm tạo ảnh siêu phổ với số lượng kênh là 200 kênh Độ phân giải là 8 m trên dải sóng từ 0.45 đến 2.5µ chuyên phục vụ mục đích nghiên cứu đặc điểm thành phần vật chất trên mặt đất Các bộ ghi siêu phổ được thiết kế đặc biệt nhằm phục vụ cho quân đội Mỹ giám sát thông tin mặt đất Độ lặp của ảnh tại một điểm trên mặt đất là 3 ngày Các ảnh do OrbView -4 sẽ phục vụ mục đích thương mại, môi trường và an ninh Độ phân giải 1m cho phép phát hiện nhà rất rõ nét, 4m phân giải cho phép xác định chính xác các đối tượng không gian như nông thông, thành thị và các vùng đang phát triển Vệ tinh sẽ cho ảnh phục vụ nghiên cứu nông nghiệp, rừng và khai khoáng cũng như kiểm tra môi trường ORBView -4 phóng trên tên lửa Taurus gồm hai hợp phần OrbView -4 và QuikTOMS vào ngày 21 tháng 09 năm 2001 theo giờ GMT là 2:49-3:07p.m

Hiện nay Mỹ có nhiều vệ tinh mới phóng lên quỹ đạo và thu ảnh có độ phân giải rất cao, điển hình là ảnh IKONOS có độ phân giải 4m và QUICKBIRD có độ phân giải là 0.65m

d Hệ thống vệ tinh SPOT của Pháp.

Các đặc tính cơ bản của hệ thống vệ tinh SPOT

Năm phóng

Hệ thống ảnh

Tên band phổ

Dải phổ (µm)

Độ Phân giải (m)

Độ cao

vệ tinh

Độ phủ mặt đất (km)

Thời gian thu ảnh

21/02/1986 SPOT 1 0.51-0.73 10 832 60 x 60 11h sáng

21/01/1990 SPOT 2

1 2 3

0.350-0.59 0.61-0.68 0.79-0.89

20 20 20

832

10 x 10 11h sáng

SPOT 3

hệ thống Panchromatic

Hệ thống quét dọc

đa phổ

1, 2, 3 NIR MIR

0.61-0.68 0.50-0.59 0.61-0.68 0.79-0.89

1, 2, 3

0.43-0.47 0.50-0.59 0.61-0.68 0.79-0.89 1.58-1.75 0.48-0.71

20 20

20 10

832 60 x 60 11h sáng

05/2000

SPOT 5 XS*

Hệ thống HRGRIR

Pal VGT**

0.50-0.59 0.61-0.68 0.78-0.89 1.58-1.75 0.48-0.71

2.5km

2000 x 2000 11h sáng

e Các tư liệu viễn thám của Ấn Độ.

Từ tháng 03 năm 1988 với sự giúp đỡ về vệ tinh đẩy của Liên Xô và của Mỹ, Ấn Độ đã phóng lên quỹ đạo nhiều vệ tinh điều tra tài nguyên có tên IRS như: IRS – IA, IRS – IB, IRS – IC, IRS – ID, IRS – P4… trên các vệ tinh có đặt hệ thống chụp ảnh và các máy quét tạo ảnh khác nhau

Hệ thống máy chụp ảnh và các đầu thu ở Ấn Độ

IRS-1D.LISS(I,II,III)

23.7 0.52-0.59

0.62-0.68 0.71-0.86 1.55-1.7

MOS-A

MOS-B

MOS-C

1569x1359 523x523 523x644

0.75-0.768 0.408-1.101 1.50-1.70

24 24 24

195 200 192

Máy quét Hồng ngoại

IRS-1B LISS II 36.25 0.45-0.52

0.52-0.59 0.62-0.68 0.77-0.86

22 74 x 21 Máy quét

IRS-1B LISS I 72.5 0.215-0.52

0.52-0.59 0.62-0.68 0.77-0.86

2.2.2 Ảnh có độ phân giải thấp.

Là nhóm các vệ tinh phóng lên quỹ đạo nhằm mục đích cung cấp thông tin để phóng lên quỹ đạo nhằm mục đích cung cấp thông tin để dự báo va theo dõi khí tượng có tên là vệ tinh khí tượng Chúng có đặc điểm chung là độ phân giải thấp, song có khả năng chụp lặp lại nhiều lần trong ngày trên phạm vi toàn cầu Về sau này, nhiều ứng dụng mới được thực hiện đặc biệt là nghiên cứu chỉ số thực vật và môi trường biển

Các vệ tinh địa tĩnh – GOES của Mỹ do cơ quan khí tượng bộ quốc phòng Mỹ chế tạo bao gồm 3 vệ tinh

có quỹ đạo bay cùng với quỹ đạo bay của Trái Đất và có tốc độ góc cùng với tốc độ góc của Trái Đất nên chúng

có vị trí không đổi so với Trái Đất như trên xích đạo Độ cao của vệ tinh là 36 000 km so với mặt đất Vệ tinh này

có thể cung cấp ảnh liên tục trong 24 giờ Dải phổ cung cấp ảnh này để theo dõi và dự báo thời tiết, theo dõi bằng tuyết Hiện nay, Mỹ có hai vệ tinh GOES hoạt động ở hai vị trí 135 độ và 75 độ kinh Tây

Các vệ tinh phân cực đồng trục hiện nay có một loạt các vệ tinh NOAA của Mỹ có số hiệu từ 1 đến 12 đang hoạt động, từ vệ tinh 6 đến 12 có thêm hệ thống quét phân giải cảo Advanced Very High Resolution Rediometer – AVHRR được đưa vào hoạt động Các tính năng cơ bản của hệ thống NOAA được thống kê trong bảng sau:

Các tham số cơ bản NOAA 6, 7, 8, 10,

12, 14, 16 NOAA 7, 9, 11, 14

Độ cao vệ tinh

Thời gian bay của 1 quỹ đạo

Độ nghiêng quỹ đạo so với mặt

phẳng xích đạo

Số quỹ đạo/ ngày

Thời gian quỹ đạo lặp lại

Khoảng cách giữa các quỹ đạo

Độ dịch chuyển quỹ đạo sau 1 ngày

Độ rộng dải quét

Thời gian chụp lặp lại

Đi qua xích đạo bay về hướng Bắc

Đi qua xích đạo bay về hướng Nam

14.14-5 ngày25.50

5.50

2.400 km

12 giờ7.30 tối7.30 sáng

0.58-0.680.72-1.13.55-3.9310.5-11 50Không có1.1 km ở tâm và 4km trung bình

24/09/1988

833km

102 phút98.90

14.18-9 ngày25.50

3.00

2.400 km

12 giờ2.30 tối2.30 sáng

0.58-0.680.72-1.13.55-3.9310.3-11.3011.5-12.31.1 km ở tâm và 4km trung bình

2.3 So sánh ảnh có độ phân giải cao và ảnh có độ phân giải trung bình, thấp.

Ảnh có độ phân giải cao Ảnh có độ phân giải thấp và trung bình

+ Dễ mua và dẽ tìm vì có các công ty thương

mại phân phối

+ Dễ sử dụng định dạn file rất quen thuộc và

hầu như phần mềm nào cũng mở được, dễ

+ Có thể mua các thiết bị phần cứng để thu ảnh

+ Ảnh được chụp ở rất nhiều băng từ khác nhau

+ Ảnh được chụp gần như liên tục

Nhược điểm.

+ Thời gian chụp lại ảnh từ 2 đến 18 ngày,

do vậy phải thông báo trước thời gian dự

kiến chụp ảnh

+ Ảnh có thể không dùng được nếu tại thời

điểm chụp, khu vực nghiên cứu bị mây che

+ Thông thường ảnh chưa được nắn chỉnh.+ Dữ liệu ở định dạng địa phương, chỉ một

số phần mềm mở được

2.4 Bảng tra cứu thông tin của ảnh vệ tinh.

band ảnh

Độ phân giải

(m)

Độ cao chụp

(Km)

Thời gian chụp lại ảnh tiếp theo

15.8

4

5355

30540.61p2.44mul15

8-100

7.05134682450

3.1 Kết luận.

Như vậy ảnh vệ tinh viễn thám là ảnh đã được tiến hành thu nhận từ lâu trên các nước phát triển như Mỹ, Liên Xô, Ấn Độ… với độ chính xác, độ phân giải khác nhau Mỗi loại vệ tinh thu tín hiệu ảnh đều mang những thông số đặc trưng, từ đó tạo nên ưu nhược điểm của từng loại

Sự ra đời của ảnh vệ tinh viễn thám là tài liệu quan

2.4 Bảng tra cứu thông tin của ảnh vệ tinh.

band ảnh

Độ phân giải

Độ cao chụp

Thời gian chụp lại ảnh tiếp

(m) (Km) theo

+ LANDSAT 7+ IRS1D

LISS-III+ IKONOS

+ QUICKBIRD+ ASTER+ NOAA+ SPOT VI+ RADARSAT

ETM+

BGIS 2000

VNIRAVHRRSAR

15.8

4

5355

30540.61p2.44mul15

8-100

7.05134682450

3.2 Kiến nghị.

Trong quá trình làm báo cáo, dù đã cố gắng rất nhiều để tìm các thông số của ảnh vệ tinh như Sensor, các band ảnh, độ phân giải ảnh của mỗi vệ tinh, độ cao chụp, thời gian chụp lặp của vệ tinh, giá bán ảnh vệ tinh

nhưng các thông số thu được từ rất nhiều nguồn khác nhau nến có thể độ tin cậy chưa đạt yêu cầu Rất mong hai thầy giáo hướng dẫn cung cấp các tài liệu liên quan để em có thể có được các thông số về vệ tinh được chính xác hơn.

BÀI THỰC HÀNH SỐ 4

Phân loại và xử lý ảnh sau phân loại

(Image Classification and Post Classification)

I Mục tiêu và dữ liệu:

1.1 Mục tiêu

-Giúp sinh viên làm quen với các cách phân loại ảnh kiểm định và không kiểm định

-Biết các thao tác xử lý ảnh sau kiểm định và triết xuất dữ liệu phục vụ mục tiêu nghiên cứu

Khái niệm về phân loại ảnh:

- Phân loại ảnh vệ tinh: Phân loại ảnh vệ tinh là kỹ thuật được sử dụng để phân loại và gán các loại đối

tượng các vùng có đặc tính gần giống nhau vào các nhóm, hay các lớp để phân biệt nhóm đối tượng này với các đối tượng khác trên ảnh

- Phân loại không kiểm định: với phân lọa này, phổ xạ hay xám độ khác nhau của các nhóm Pixel trên ảnh

được phân loại theo kinh nghiệm và được đặt tên một cách không có kiểm định ngoài thực địa Thông thường

số lượng các lớp được phân chia trong phân loại không kiểm định nhiều hơn so với phân loại có kiểm định Sauk hi đối chiếu và so sánh kỹ, một số lớp gần nhau có thể được điều chỉnh và đồng nhất để phù hợp với thực tế Phương pháp này thường chỉ dùng để phân loại sơ bộ trước khi bước vào phân loại chính thức

- Phân loại có kiểm định: Phân loại có kiểm định dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử

dụng Trong quá trình phân loại, máy tính sẽ yêu cầu người sử dụng lựa chọn mẫu để đưa vào phân loại

Những mẫu này có thể lấy được dựa trên cơ sở khảo sát thực địa, qua phân tích ảnh máy bay, hoặc từ tư liệu bản đồ chuyên đề Các mẫu được lựa chọn gọi là điểm chìa khóa trong quá trình phân loại.

- Lựa chọn RGB và click vào các band từ

- Lựa chọn “ Save Image as” trong menu File sau đó cắt ảnh hay khu vực nghiên cứu ( kích thước

1000x1000)

Hình 11: Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu

2.2 Phân loại ảnh không kiểm định:

2.2.1 Phân loại ảnh không kiểm định bằng phương pháp IsoData:

- Chọn Classufication Unsupervised IsoData

Hình 12: Phân loại ảnh không kiểm định bằng phương pháp IsoData