Câu 1: Mục tiêu, bản đồ hiện trạng đất Cấu 2: Nguyên lí chụp ảnh viễn thám Câu 3: Sơ đồ phổ màu ánh sáng của các đối tượng Câu 4: Cơ sở vật lí ảnh. Đặc trưng của ảnh vệ tinh Câu 5: Ưu nhược điểm của pp giải đoán mắt thường Câu 6: Các yếu tố sử dụng trong giải đoán mắt thường Câu 7: Các bước phân loại ảnh số. Vẽ sơ đồ và phân tích các bước 1. NGUYÊN LÍ CHỤP ẢNH VỆ TINH Cần trình bày 2 vấn đề: Ảnh vệ tinh được chụp như thế nào? Sơ đồ nguyên lý chụp ảnh ở bài đầu, quan trọng cần nêu nguồn sáng, vật thể và đầu thu Vì sao ảnh vệ tinh lại phân biệt được các vật thể: do độ phản xạ khác nhau Trả lời: + Viễn thám: Là phương pháp thu thập thông tin về một vật thể nào đó mà không trực tiếp tiếp xúc với vật thể đó. Cần nhớ các khái niệm: phản xạ, phát xạ, đầu thu (bộ cảm), vệ tinh Có 3 loại viễn thám: + Viễn thám quang học (dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại, sử dụng nguồn bức xạ là mặt trời); + Viễn thám nhiệt (dải phổ hồng ngoại nhiệt; sử dụng nguồn bức xạ nhiệt của vật thể) + Viễn thám radar (dải sóng ngắn, sử dụng phát xạ radar từ vệ tinh hay bản thân vật thể). Độ phản xạ Độ phản xạ được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ sóng phản xạ và cường độ sóng tới. Hệ số phản xạ được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ sóng phản xạ và cường độ sóng phản xạ từ bề mặt khuếch tán hoàn hảo Độ phản xạ liên quan tới bước sóng được gọi là phản xạ phổ. Viễn thám được xây dựng trên giả định cơ bản là phản xạ phổ của các đối tượng khác nhau thì khác nhau Phản xạ phổ của lớp phủ bề mặt Phản xạ phổ được giả định khác nhau với các đối tượng lớp phủ khác nhau, điều này cho phép viễn thám có thể nhận ra được các đối tượng khác nhau nhờ vào phản xạ phổ Các loại thực vật có phản xạ phổ khác nhau và khác với phản xạ phổ của các loại đất khác nhau Các đặc trưng phổ của bức xạ mặt trời
Trang 1ĐỂ CƯƠNG VIỄN THÁM Câu 1: Mục tiêu, bản đồ hiện trạng đất
Cấu 2: Nguyên lí chụp ảnh viễn thám
Câu 3: Sơ đồ phổ màu ánh sáng của các đối tượng
Câu 4: Cơ sở vật lí ảnh Đặc trưng của ảnh vệ tinh
Câu 5: Ưu nhược điểm của pp giải đoán mắt thường
Câu 6: Các yếu tố sử dụng trong giải đoán mắt thường
Câu 7: Các bước phân loại ảnh số Vẽ sơ đồ và phân tích các bước
Trang 2 Độ phản xạ được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ sóng phản xạ và cường độ sóngtới.
Hệ số phản xạ được định nghĩa là tỷ số giữa cường độ sóng phản xạ và cường độsóng phản xạ từ bề mặt khuếch tán hoàn hảo
Độ phản xạ liên quan tới bước sóng được gọi là phản xạ phổ Viễn thám được xâydựng trên giả định cơ bản là phản xạ phổ của các đối tượng khác nhau thì khác nhau
Phản xạ phổ của lớp phủ bề mặt
Phản xạ phổ được giả định khác nhau với các đối tượng lớp phủ khác nhau, điều nàycho phép viễn thám có thể nhận ra được các đối tượng khác nhau nhờ vào phản xạphổ
Các loại thực vật có phản xạ phổ khác nhau và khác với phản xạ phổ của các loại đấtkhác nhau
Các đặc trưng phổ của bức xạ mặt trời
Trang 3 Mặt trời là nguồn năng lượng được sử dụng trong viễn thám khi đo năng lượng phản
xạ trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
Ánh sáng mặt trời bị hấp thụ, khuếch xạ bởi ozon, hơi nước, bụi khí quyển trong quátrình truyền tới bề mặt trái đất
Mặt trời được coi như vật đen tuyệt đối có nhiệt độ 5900 độ K
Ảnh hưởng của khí quyển
Ánh sáng mặt trời truyền qua khí quyển sẽ bị hấp thụ hay tán xạ làm giảm cường độ
Các nhân tố ảnh hưởng đến độ truyền (tính bằng %) của ánh sáng qua khí quyển gồm:các phân tử của khí quyển (kích thước nhỏ hơn bước sóng) và bụi khí quyển (kíchthước lớn hơn bước sóng)
Các nhân tố ảnh hưởng khác nhau đến độ truyền ánh sáng qua khí quyển với các bướcsóng khác nhau
Bước sóng mà tại đó sóng điện từ truyền qua gần hoàn toàn gọi là cửa sổ khí quyển
- Các đặc tính phổ liên quan tới số băng, chiều rộng băng…
- Các đặc tính bức xạ liên quan tới sự thay đổi của sóng điện từ khi truyền qua hệthống quang học
- Các đặc tính hình học liên quan tới các tính chất hình học của việc chụp ảnh nhưtrường nhìn …
CAMERA
- Camara quan trắc hàng không, camera đa phổ, camera toàn cảnh… được sử dụngtrong viễn thám
Trang 4- Camera quan trắc (đặt trên máy bay) thường dùng cho các ứng dụng chính xác vềđịa hình, camera đa phổ dùng theo dõi lớp phủ thực vật
MÁY QUÉT QUANG CƠ
Là máy đo đa phổ mà ảnh hai chiều được tạo ra nhờ kết hợp chuyển động bay vàchuyển động quay của gương quét vuông góc với hướng bay
Là tập hợp của các hệ thống:hệ thống quang học, hệ thống đo phổ, hệ thống quét, hệthống thu nhận
Được dùng trên các vệ tinh LandSat, NOAA
PLATFORM (Platform)
Phương tiện mang đầu thu viễn thám được gọi là platform
Có hai loại chính: vệ tinh và máy bay
Vệ tinh viễn thám
Là vệ tinh có gắn bộ cảm dùng để quan sát trái đất hoặc khí hậu
Vệ tinh viễn thám được đặc trưng bởi độ cao, quĩ đạo và đầu thu
Các thông số này được thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng của vệ tinh
Trong tương lai, có thể có các vệ tinh mang nhiều đầu thu, có tính đa mục tiêu
Một số vệ tinh – Landsat, Spot, NOAA
Trang 52 QUÁ TRÌNH CHIẾT XUẤT THÔNG TIN TỪ ẢNH
Câu hỏi này chủ yếu yêu cầu các em nắm được các bước chiết xuất thông tin, không cần nói khái niệm và không cần phân biệt giải đoán mắt thường và ảnh số (chỉ cần nói đó là các phương pháp chiết xuất thông tin)
• Là quá trình “lọc” ra những thông tin quan tâm từ ảnh
• Chiết xuất thông tin có thể được người hay máy tính tiến hành – phân loại số và giảiđoán mắt thường
• Do có ưu, nhược điểm riêng, hai phương pháp nếu được kết hợp sẽ cho kết quả tốthơn
• Các xu hướng kết hợp: “hệ tương tác người-máy” và “hệ chuyên gia”
• Quá trình chiết xuất thông tin (định tính hoặc định lượng) về vật thể và/hoặc quan hệgiữa chúng dưới dạng bản đồ dựa vào hiểu biết và kinh nghiệm chuyên gia
• Giải đoán ảnh vệ tinh thường được tiến hành với một ảnh, ảnh máy bay thường đượctiến hành với một cặp ảnh lập thể
• Có thể tiến hành giải đoán trên ảnh tương tự và ảnh số (giải đoán trên màn hình)
Trang 6 Giải đoán ảnh trên màn hình và trên ảnh tương tự
Giải đoán trên ảnh tương tự (mắt
- Không phụ thuộc vào máy tính
- Dễ dàng nhìn được toàn cảnh của ảnh
- K ết h ợp tri thức v à kinh nghi ệm
- Dễ dàng tham kh ảo c ác th ông tin li ên quan
- Xử lí nhanh với năng suất cao
- Dễ dàng tham khảo các thông tin
- Dễ dàng phóng to ảnh để xem chi tiết
- Có thể thay đổi tổ hợp màu, kiểu hiển thịảnh
- Không phải số hóa lạiNhược
điểm
- Tốn nhiểu thời gian
- Phụ thuộc vào nhà giải đoán
- Không phóng to ảnh để xem chi tiết được
- Không thể thay đổi tổ hợp màu, kiểu hiển
thị màu (đại l ượng vật lí)
- Phải số hóa lại
- Phụ thuộc vào máy tính
- Khó nhận được toàn cảnh của ảnh
- Khó kết hợp kinh nghiệm
Quá trình giải đoán ảnh vệ tinh
Trang 7Các nhân tố trong giải đoán ảnh
Kích thước
Hình dạng: hình dáng bên ngoài của đối tượng
Vị trí
Kiến trúc: là sự sắp xếp của các đối tượng về mặt không gian
Cấu trúc: tần số lặp lại của sự thay đổi tone ảnh
Tone ảnh
Màu sắc
Vị trí
Tổ hợp các mối quan hệ
Chìa khoá giải đoán
Tập hợp các nhân tố giải đoán giúp phân biệt các đối tượng
Chìa khoá giải đoán được người giải đoán lập dựa trên kinh nghiệm và kiến thức hiệntại
Chìa khoá giải đoán là đặc biệt cần thiết để giảm thiểu sai biệt giữa những người giảiđoán và các thời gian giải đoán
Mỗi cảnh ảnh thường có một chìa khoá riêng
Ngoài các nhân tố giải đoán, các thông tin về ảnh cũng cần được quan tâm trong xâydựng khoá giải đoán
3 Từ ảnh Bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Đây chính là sơ đồ chiết xuất thông tin, nhưng tập trung hơn một chút về sản phẩm là bản đồ hiện trạng sử dụng đất, do đó trong từng bước của quá trình cũng cần giải thích theo hướng này.
1 ẢNH VỆ TINH
- Có nhiều loại ảnh vệ tinh khác nhau: LandSat 7, SPOT 5, IKONOS, QuickBird, ASTER.
Trang 8- Mua dữ liệu ảnh vệ tinh
Trang 9 Các phương pháp nắn chính là: sử dụng phương trình truyền bức xạ, sử dụng dữ liệumặt đất
+ Méo hình học của ảnh
Méo hình học là sự khác biệt giữa toạ độ thực tế của các điểm ảnh với toạ độ lý tưởngtheo lý thuyết (được chụp bởi một đầu chụp lý tưởng trong điều kiện lý tưởng)
Có hai loại méo hình học: nội méo gây ra bởi hình học của đầu thu và ngoại méo gây
ra bởi độ cao của đầu thu và hình dạng của đối tượng
+ Nắn chỉnh hình học
Dùng để loại bỏ méo hình học và gắn toạ độ ảnh với toạ độ địa lý bằng cách sử dụngcác dữ liệu định chuẩn của đầu chụp, dữ liệu đo đạc về vị trí và độ cao, điểm khốngchế mặt đất, điều kiện khí quyển …
+ Ảnh đã nắn được tạo ra bằng nội suy và tái tạo ảnh
Phương pháp lựa chọn điểm khống chế
+ Đủ số lượng (vd ít nhất 3 điểm với đa thức nắn bậc nhất)
+ Phân bố đều trên toàn ảnh để tạo độ chính xác như nhau trên toàn ảnh
+ Dễ lấy
Trang 10+ Chính xác
+ Ít biến động
+ Tăng cường chất lượng ảnh
Tăng cường chất lượng ảnh là quá trình làm cho chất lượng ảnh tốt lên, dễ nhận biếtcác đối tượng hơn phục vụ cho việc giải đoán cũng như chiết xuất các yếu tố quantâm
Có nhiều biện pháp tăng cường chất lượng ảnh khác nhau: chuyển đổi xám độ,chuyển đổi histogram, tổ hợp màu…
Đồng hóa histogram Chuẩn hóa histogram
Trang 113 Từ ảnh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
- Ảnh vệ tinh là ảnh chứa đựng tất cả các thông tin trên bề mặt Trái Đất và được sử dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau Dựa vào từng mục đích khác nhau mà nhà khoa học quyết định sử dụng ảnh vệ tinh để chiết xuất và lọc những thông tin cần thiết Ảnh vệ tinh bao gồm nhiều loại khác nhau và được bán với giá khác nhau chúng ta có thể tham khảo một
số ảnh sau: LandSat 7: 0 USD/cảnh SPOT 5: 6000 EUR/cảnh IKONOS: ~ 11USD/km2 QuickBird: ~ 14 USD/km2 ASTER: ~ 150 USD/ cảnh
Trang 12- Sau khi đã có ảnh vệ tinh chúng ta muốn sử dụng ảnh đó để thành lập bản đồ theo các mục đích khác nhau ta tiến hành các bước như hình sau:
- Trên cơ sở này chúng ta vận dụng ảnh vệ tinh vào thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất.+ Bước 1: Đầu tiên là chúng ta phải có ảnh vệ tinh Ảnh vệ tinh này chúng ta có thể mua hoặc download miễm phí trên mạng
Về cơ bản ảnh vệ tinh thường bị méo mó và có độ chính xác không cao, nguyên nhân
là do các điều kiện chụp ảnh như, độ rung của máy khi vừa bay vừa chụp, chuyển động của
vệ tinh….Do đó muốn sử dụng ảnh vệ tinh trước tiên ta phải tiển xử lý để đưa ảnh về dạng chuẩn
+ Bước 2: Tiền xử lý ảnh gồm có các giai đoạn sau
Tổ hợp ảnh hay còn gọi là tổ hợp màu, mục đích để ta nhận biết một cách tốt nhất cácđối tượng trên ảnh Việc tổ hợp màu phụ thuộc vào người xử lý ảnh làm sao tổ hợp màu tối
ưu nhất để người xử lý cho ra kết quả cao nhất của mình
Nắm chỉnh ảnh thường ảnh vệ tinh do điều kiện chụp ảnh nên ảnh rất méo và biến dạng Do vậy ta phải nắn ảnh và gắn tọa độ cho ảnh, việc nắm ảnh rất quan trọng vì khi ta nắm cần phải đảm bảo cho các đối tượng trên ảnh không bị biến dạng và sai lệch
Cắt ảnh sau khi nắm xong chúng ta cắt bỏ những phần thừa của ảnh Việc cắt ảnh sẽ giúp xử lý ảnh gọn hơn và không mất thời gian cho các phần không cần thiết và tập trung vào nội dung mình làm
Lấy khóa ảnh để tiếp tục bước tiếp theo chúng ta cần phải lấy khóa ảnh Việc xây dựng khóa ảnh là rất quan trọng trong việc chiết xuất thông tin Lấy khóa ảnh cũng phụ thuộc vào bản thân người xử lý ảnh và kinh nghiệm của người xử lý
+ Bước 3 Chiết xuất thông tin
Trên cơ sở bước hai chúng ta tiến hành chiết xuất thông tin Việc chiết xuất thông tin
có thể được thực hiện bằng hai cách
- Giải đoán bằng mắt thường tức là sử dụng mắt và hiểu biết của mình về khu vực đó để giải đoán ảnh Việc giải đoán sau đó cần phải tiến hành thực nghiệm lại để kiển tra độ chính xác
Trang 13và hiệu chỉnh kết quả và sửa lại cho chính xác
- Phương pháp giải đoán bằng ảnh số tức là dựa vào các phần mềm và các thuật toán trong máy tính để giải đoán Giải đoán bằng ảnh số gồm có phân loại ảnh không kiểm định tức là
để cho máy tính tự phân loại và kết qua ra sẽ là do máy tính Còn phân loại có kiểm định là
do người phân loại đưa mãu và các thuật toán cho máy phân loại Chúng ta đưa bao nhiễu mẫu thì máy phân loại bấy nhiêu
- Sau khi máy phân loại xong chúng ta cũng phải hiệu chỉnh kết quả và chỉnh sữa cho chính xác
- Chiết xuất thông tin từ ảnh Là quá trình “lọc” ra những thông tin quan tâm từ ảnh
- Bao gồm 5 kiểu chính:phân loại; nhận biết biến động; chiết xuất các đại lượng vật lý; tính toán chỉ số; nhận biết sự cố
- Chiết xuất thông tin có thể được người hay máy tính tiến hành – phân loại số và giải đoán mắt thường
- Do có ưu, nhược điểm riêng, hai phương pháp nếu được kết hợp sẽ cho kết quả tốt hơn
- Các xu hướng kết hợp: “hệ tương tác người-máy” và “hệ chuyên gia”
- Giải đoán ảnh Quá trình chiết xuất thông tin (định tính hoặc định lượng) về vật thể và/hoặc quan hệ giữa chúng dưới dạng bản đồ dựa vào hiểu biết và kinh nghiệm chuyên gia
- Giải đoán ảnh vệ tinh thường được tiến hành với một ảnh, ảnh máy bay thường được tiến hành với một cặp ảnh lập thể
- Có thể tiến hành giải đoán trên ảnh tương tự và ảnh số (giải đoán trên màn hình)
+ Phân tích ảnh: Đọc ảnh dựa trên các thông tin phi ảnh, quan hệ giữa các thông tin giải
Trang 14đoán, tình trạng thực tế của hiện tượng, đánh giá tình huống
+ Tạo bản đồ chuyên đề
- Quá trình giải đoán ảnh vệ tinh
- Chìa khoá giải đoán
+ Tập hợp các nhân tố giải đoán giúp phân biệt các đối tượng
+ Chìa khoá giải đoán được người giải đoán lập dựa trên kinh nghiệm và kiến thức hiện tại + Chìa khoá giải đoán là đặc biệt cần thiết để giảm thiểu sai biệt giữa những người giải đoán
và các thời gian giải đoán
+ Mỗi cảnh ảnh thường có một chìa khoá riêng (hoàn cảnh chụp ảnh riêng, thời tiết, góc độ chụp khác nhau)
+ Ngoài các nhân tố giải đoán, các thông tin về ảnh cũng cần được quan tâm trong xây dựng khoá giải đoán (thông tin về thời gian chụp như thời gian thu hoạch/phát triển)
- Tạo bản đồ chuyên đề
+ Các thông tin giải đoán được chuyển hoạ lên bản đồ nền được chuẩn bị trước
+ Bản đồ nền phải đáp ứng các yêu cầu: tỷ lệ, toạ độ, các thông tin nền
+ Việc chuyển hoạ được thực hiện bằng công cụ riêng (kính …)
+ Với việc áp dụng GIS, việc chuyển hoạ chuyển thành việc số hoá
+ Với việc giải đoán trên màn hình, việc số hoá trở nên không cần thiết
Ví dụ giải đoán lớp theo dõi lớp phủ thực vật Vườn Quốc gia Pù Mát
Phương pháp đã được áp dụng thành công cho nhiều khu vực tại Việt Nam: Thái Nguyên, Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Trị, Phú Yên, Gia Lai, Bình Thuận
Thành lập khóa giải đoán
Trang 15Thu phóng linh hoạt
Không phải số hóa lại
Làm polygon trực tiếp
Dễ tham khảo tài liệu
ĐỀ CƯƠNG CÂU HỎI NHANH
I GIỚI THIỆU VỀ BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT
1 Kể tên một vài loại ảnh vệ tinh viễn thám
Ảnh Landsat, ảnh Spot, ảnh NOAA, ảnh Ikonos, ảnh QuickBird, ảnh Aster
2 Bản đồ hiện trạng đất có tầm quan trọng như thế nào?
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (bản đồ HTSDĐ) là tài liệu phản ánh thực tế sử dụngđất ở thời điểm kiểm kê quỹ đất của các đơn vị hành chính cấp xã, huyện, tỉnh (gọi tắt là đơn
vị hành chính các cấp), các vùng kinh tế và toàn quốc phải được lập trên cơ sở bản đồ nềnthống nhất trong cả nước
Tầm quan trọng
- Là nguồn tài nguyên có giới hạn
- Phục vụ cho hầu hết các nhu cầu của con người
- Luôn đứng trước áp lực do áp lực của gia tăng dân số
- Luôn đòi hỏi có cách sử dụng đất hiệu quả hơn
Phải biết hiện trạng sử dụng đất để sử dụng hiệu quả hơn
Đất đai áp lực sử dụng và thoái hóa đất quy hoạch sử dụng hợp lý
- Thông tin nền (cơ sở địa lí)
- Thông tin chuyên đề
II CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ VIỄN THÁM
4 Có những loại viễn thám nào?
- Viễn thám quang học (dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại, sử dụng nguồn bức xạ là mặt trời)
- Viễn thám nhiệt (dải phổ hồng ngoại nhiệt; sử dụng nguồn bức xạ nhiệt của vật thể)
- Viễn thám radar (dải sóng ngắn, sử dụng phát xạ radar từ vệ tinh hay bản thân vật thể)
Trang 165 Khí quyển ảnh hưởng như thế nào tới việc chụp ảnh viễn thám quang học
- Ánh sáng mặt trời truyền qua khí quyển sẽ bị hấp thụ hay tán xạ làm giảm cường độ
- Các nhân tố ảnh hưởng đến độ truyền (tính bằng %) của ánh sáng qua khí quyển gồm: các
phân tử của khí quyển (kích thước nhỏ hơn bước sóng) và bụi khí quyển (kích thước lớn hơnbước sóng)
- Các nhân tố ảnh hưởng khác nhau đến độ truyền ánh sáng qua khí quyển với các bước sóng
khác nhau
- Bước sóng mà tại đó sóng điện từ truyền qua gần hoàn toàn gọi là cửa sổ khí quyển
III CƠ SỞ VẬT LÍ ẢNH VỆ TINH
6 Ảnh vệ tinh có đặc trưng cơ bản nào
- Độ phân giải không gian : là kích thước của pixel trên mặt đất
- Độ phân giải phổ : là khoảng phổ sử dụng và số kênh phổ
- Độ phân giải thời gian: thời gian chụp lặp lại
- Độ phân giải bức xạ: khả năng nhạy cảm mạnh hay yếu với năng lượng điện từ
7 Nêu các đặc trưng hình học của ảnh vệ tinh
- IFOV: là góc nhìn tức thời của bộ cảm khi tiến hành sampling (thu ảnh tại một điểm),quyết định độ phân giải không gian của ảnh
- FOV: là góc nhìn lớn nhất mà bộ cảm có thể thu nhận được một cách hiệu quả năng lượngsóng điện từ, quyết định độ rộng của dải quét và kích thước của ảnh, độ chi tiết kém hơnIFOV
8 Các loại dữ liệu nào được sử dụng trong quá trình chiết xuất thông tin từ ảnh vệ tinh
- Dữ liệu đi kèm với ảnh (thời gian, )
- Dữ liệu thực địa (kiểm chứng độ chính xác)
- Dữ liệu bản đồ, số liệu liên quan
- Các dữ liệu phụ trợ bao gồm file mô tả: dữ liệu ảnh, vệ tinh, đầu thu, các quá trình xử lý dữliệu
- Dữ liệu mặt đất: hiểu chỉnh đầu thu
- Dữ liệu bản đồ: bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề và bản đồ kinh tế - xã hội
9 Trình bày sơ lược cách hiển thị màu cho ảnh vệ tinh
- Các màu trong tự nhiên được tổng hợp từ 3 màu cơ bản: đỏ, lục, lam
- Có 2 cách hiển thị màu cơ bản:
+ Phản xạ: để biểu diễn màu đỏ (red), tia green và tia red bị hấp thụ hết phản xạ màu đỏ,mọi vật nhìn thấy là màu đỏ
