2. Trình bày về phân loại đa phổ, nếu các điểm khác nhau cơ bản về khả năng ứng dụng của phương pháp phân loại có kiểm định và không kiểm định. Phân loại đa phố là quá trình tách gộp các pixel ảnh theo lớp hoặc theo chủ đề dựa trên các tính chất phổ của chúng, không gian, thời gian với sự trợ giúp của máy tính và được điều hành bởi người sử dụng. Điểm khác nhau của phương pháp phân loại không kiểm định và có kiểm định: Phân loại không kiểm định Phân loại có kiểm định Khái niệm Là phương pháp chỉ sử dụng thuần túy thông tin ảnh, quá trình sử lý hoàn toàn tự động. Là kĩ thuật phân loại được áp dụng tại những khu vực không có thông tin gì về đối tượng cần phân loại. Có thể được dùng như một phương tiện để tìm hiểu sơ bộ sự phân lớp của một khu vực sắp khảo sát. Là hình thức phân loại kết hợp giữa phân loại tự động nhờ sự trợ giúp của máy tính, kết quả điều tra thực địa và trình độ người phân loại. Các chỉ tiêu phải được thiết lập dựa trên các vùng mẫu, các thuật toán phân loại thích hợp để gán nhãn pixel ứng với từng vùng cụ thể. Các vùng mẫu là những khu vực trên ảnh tương ứng với từng loại mà người giải đoán đã biết đặc trưng phổ. Trình tự thực hiện chọn mẫu ngẫu nhiên, hợp các pixel Xác định loại ứng với từng nhóm và ước tính tham số Chọn dữ liệu mẫu Chọn phương pháp phân loại Tiến hành phân loại Đánh giá kết quả Ưu điểm Hiệu quả kinh tế cao, không phụ thuộc vào trình độ người phân loại Độ chính xác cao, mẫu phân loại có thể dung trong thời gian dài, tốc độ tính toán nhanh. Nhược điểm Độ chính xác ko cao, ít được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám, chỉ được sử dụng trong trường hợp thông tin về lớp phủ không đầy đủ hoặc không có Độ chính xác của kết quả phân loại phụ thuộc độ chính xác của mẫu phân loại cũng như trình độ người phân loại Thuật toán Kmean IOSDATA Thuật toán hình hộp Khoảng cách ngắn nhất Xác suất cực đại.
Trang 1CƠ SỞ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ
1. Vẽ sơ đồ trình bày các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thám
Trong đó:
A : nguồn năng lượng: là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng cần nghiên cứu Trong viễn thám chủ động thì sử dụng năng lượng phát ra từ nguồn phát trên vật mang, còn trong viễn thám bị động thì nguồn năng lượng chủ yếu là bức xạ mặt trời
B : những tia phát xạ và khí quyển: bức xạ điện từ từ nguồn phát đến đối tượng nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại với khí quyển nơi nó đi qua
C : sự tương tác với đối tượng: sau khi truyền qua khí quyển đến đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng và sóng điện từ Sự tương tác này có thể là sự truyền qua, sự hấp thụ hay bị phản xạ trở lại khí quyển
D : thu nhận năng lượng bằng độ cảm biến: sau khi năng lượng được phát ra hoặc
bị phản xạ từ đối tượng, cần có bộ cảm biển để tập hợp lại và thu nhận sóng điện
từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mang thông tin của đối tượng
E : sự truyền tải, thu nhận và xử lý: năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần được truyền tải (thường dưới dạng điện từ) đến một trạm thu nhận dữ liệu để sử lý sang dạng ảnh Ảnh này là dữ liệu thô
F : phân loại và phân tích ảnh: ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng trong các mục đích khác nhau Để nhận biết được các đối tượng trên ảnh cần phải giải đoán
Trang 2chúng ảnh được phân loại bằng việc lết hợp các phương pháp khác nhau ( phân loại bằng mắt, tự động, phân loại thực địa,…)
G : ứng dụng: được thực hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong quá trình
xử lý ảnh vào các lĩnh vực, bài toán cụ thể
Khóa giải đoán là gì? Mục đích, yêu cầu khi thành lập khóa giải đoán phục vụ cho công tác giải đoán ảnh vệ tinh.
- Khóa giải đoán là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định, bao gồm tập hợp các yếu tố và dấu hiệu do người giải đoán thiết lập
- Mục đích: nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán nhanh và đạt kết quả chính xác thống nhất cho các đối tượng từ nhiều người khác nhau
- Yêu cầu: khóa giải đoán được thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng Từ đó có thể mở rộng phân tích cho nhiều vùng khác trên cơ sở cùng một loại dữ liệu, mùa, thời gian chụp ảnh, giúp công tác giải đoán nhanh hơn và đảm bảo được tính thống nhất trong quá trình giải đoán
ứng dụng của phương pháp phân loại có kiểm định và không kiểm định.
- Phân loại đa phố là quá trình tách gộp các pixel ảnh theo lớp hoặc theo chủ đề dựa trên các tính chất phổ của chúng, không gian, thời gian với sự trợ giúp của máy tính và được điều hành bởi người sử dụng
- Điểm khác nhau của phương pháp phân loại không kiểm định và có kiểm định:
Phân loại không kiểm định Phân loại có kiểm định Khái
niệm
-Là phương pháp chỉ sử dụng thuần túy thông tin ảnh, quá trình sử lý hoàn toàn tự động
-Là kĩ thuật phân loại được áp dụng tại những khu vực không có thông tin gì về đối tượng cần phân loại
-Có thể được dùng như một
-Là hình thức phân loại kết hợp giữa phân loại tự động nhờ sự trợ giúp của máy tính, kết quả điều tra thực địa và trình độ người phân loại
-Các chỉ tiêu phải được thiết lập dựa trên các vùng mẫu, các thuật toán phân loại thích hợp để gán nhãn pixel ứng với từng vùng cụ thể
-Các vùng mẫu là những khu vực
Trang 3phương tiện để tìm hiểu sơ bộ sự phân lớp của một khu vực sắp khảo sát
trên ảnh tương ứng với từng loại
mà người giải đoán đã biết đặc trưng phổ
Trình
tự thực
hiện
-chọn mẫu ngẫu nhiên, hợp các pixel
-Xác định loại ứng với từng nhóm
và ước tính tham số
-Chọn dữ liệu mẫu -Chọn phương pháp phân loại -Tiến hành phân loại
-Đánh giá kết quả Ưu
điểm
Hiệu quả kinh tế cao, không phụ thuộc vào trình độ người phân loại
Độ chính xác cao, mẫu phân loại
có thể dung trong thời gian dài, tốc
độ tính toán nhanh
Nhược
điểm
Độ chính xác ko cao, ít được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám, chỉ được sử dụng trong trường hợp thông tin về lớp phủ không đầy đủ hoặc không có
Độ chính xác của kết quả phân loại phụ thuộc độ chính xác của mẫu phân loại cũng như trình độ người phân loại
Thuật
toán
K-mean IOS-DATA
-Thuật toán hình hộp -Khoảng cách ngắn nhất -Xác suất cực đại
của vệ tinh viễn thám.
- Bộ cảm là thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
- Vật mang: là phương tiện mang bô cảm biến, có thể là máy bay,kinh khí cầu, vệ tinh,…
- Các quỹ đạo cơ bản của vệ tinh viễn thám:
• Quỹ đạo đồng bộ trái đất ( vệ tinh địa tĩnh) : là quỹ đạo mà vệ tinh chuyển động cùng một vận tốc góc với trái đất, nghĩa là vệ tinh quay một vòng trên quỹ đạo mất 24h Vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo đồng bộ trái đất và nếu mặt phẳng quỹ đạo
có góc nghiêng bằng 0 được gọi là quỹ đạo địa tĩnh Cho phép quan sát và thu thập thông tin trên một vùng cụ thể Thích hợp với mục đích quan sát khí tượng hoặc truyền tin Các vệ tinh địa tĩnh có thể giám sát thời tiết và dạng mây bao phủ trên toàn bộ bán cầu của trái đất (vú dụ: vệ tinh Vinasat của VN)
• Quỹ đạo đồng bộ mặt trời (vệ tinh quỹ đạo cực) : là quỹ đạo cho phép vệ tinh chuyển động theo hướng Bắc-Nam kết hợp với chuyển động quay của trái đất
Trang 4(Tây-Đông) sao cho vệ tinh luôn luôn nhìn bề mặt trái đất tại thời điểm có sự chiếu sang tốt nhất của mặt trời Góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo gần với góc nghiêng của trục quay trái đất so với mặt phẳng xích đạo (quỹ đạo gần cực) Thu thập thông tin trên các vùng của trái đất theo giờ địa phương nhất định và vị trí của
vệ tinh sẽ thay đổi theo điều kiện chiếu sáng của mặt trời trong một năm Thường
là các vệ tinh tài nguyên Quỹ đạo có chu kì lặp một ngày hoặc nhiều ngày
phản xạ phổ của thực vật.
− Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào các bước sóng điện từ Trong dải sóng nhìn thấy, các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là hàm lược chất diệp lục Trong dải sóng này, thực vật ở trạng thái tươi tốt, lá cây sẽ có khả năng phản xạ phổ cao ở bước sóng xánh lá cây, giảm xuống ở vùng sóng đỏ và tăng rất mạnh ở vùng sóng cận hồng ngoại
− Khả năng phản xạ phổ của lá cây ở vùng sóng ngắn và vùng áng sáng đỏ thấp Ở vùng sóng này, chất diệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy phản xạ phổ của lá cấy không lớn Ở bước sóng xanh lá, khả năng phản xạ phổ của
lá cây rất cao, do đó ở trạng thái tươi tốt mắt người cảm nhận được màu lục, còn khi lá úa hay có bệnh, hàm lược diệp lục giảm cũng ảnh hưởng đến khả năng phản
xạ phổ, mắt người sẽ thấy lá có màu vàng Ở vùng hồng ngoại, ảnh hưởng chủ yếu đến khả năng phản xạ của thực vật là hàm lượng nước trong lá Thực vật có khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bước sóng 1.4 1.9 2.7 Bước sóng 2.7 hấp thụ năng lượng mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng Khi hàm lượng nước trong lá giảm thì khả năng phản xạ phổ của lá tăng đáng kể
− Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật là: Sắc
tố, cấu trúc tế bào, hàm lượng nước trong lá
Trang 5Các dạng tương tác năng lượng của bức xạ điện tử đối với tự nhiên b,
Phản xạ năng lượng (E), hấp thụ năng lượng (E) và thấu quang năng lượng
(E)
Năng lượng phản xạ (Eo) được mô tả bằng công thức Eo= E + E + E
điểm của từng loại.
− Độ phân giải là thông số cơ bản nhất để phản ánh chất lượng và tính năng của ảnh vệ tinh mà dựa vào đó ta có thể xác định khả năng phân loại, nghiên cứu vật thể
− Độ phân giải của ảnh vệ tinh gồm 4 loại:
Độ phân giải không gian
+Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất mà bộ cảm có thể phân biệt được goi là độ phân giải không gian Ảnh có độ phân giải càng cao thì kích thước pixel càng nhỏ Độ phân giải không gian phụ thuộc vào trường nhìn không đổi IPOV và độ cao vệ tinh Độ phân dài không gian biến thiên (giảm dần) từ biên tới giữa tuyến chụp +Dựa vào độ phân giải không gian, ảnh vệ tinh có thể chia thành các loại cơ bản sau: ảnh vệ tinh có độ phân giải siêu cao (độ phân giải trên 1m), ảnh có độ phân giải cao (1-10m), ảnh có độ phân giải trung bình(10-100m) và ảnh có độ phân giải thấp (>100m)
VD: xây dụng bản đồ biến động đường bờ của 1 vùng ta sử dụng ảnh có độ phân giải cao hoặc tối thiểu là trung bình
Độ phân giải bức xạ
+Độ phân giải bức xạ là khả năng nhạy cảm của các thiết bị thu để phát hiện những
sự khác nhau rất nhỏ trong năng lượng sóng điện từ Số bit trong ghi nhận thông
Trang 6tin là một đặc trưng quan trọng của độ phân giải bức xạ vì nó quyết định chất lượng ảnh (cấp độ xám) khi được hiển thị
+VD: Bộ cảm 8bit có 256 cấp độ xám từ 0 - 255
Độ phân giải phổ
+Độ phân giải phổ thể hiện bởi kích thức và số kenh phổ, bề rộng phổ hoặc sự phân chia vùng phổ mà ảnh vệ tinh có thể phân biệt một số lượng lớn các bước sóng có kích thước tương tự, cũng như tách biệt được các bức xạ từ nhiều vùng phổ khác nhau
+VD: Vệ tinh landsat TM gồm 7 kênh phổ
Độ phân giải thời gian
+Độ phân giải thời gian là thời gian chụp ảnh lặp lại tại cùng một vị trí của ảnh vệ tinh Độ phân giải thời gian cho biết số ngày (hoặc giờ) mà hệ thống cảm biến của
vệ tinh sẽ quay lại để chụp một vị trí nhất định
+Mỗi loại vệ tinh có độ phân giải thời gian khác nhau: LANDSAT là 18 ngày
+Độ phân giải thời gian không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà chỉ liên quan đến khả năng chụp lặp của vệ tinh
năng phản xạ của nước.
- Đặc trưng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước Ngoài ra, khả năng phản xạ phổ của nước còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước
- Đối với đường bờ nước, ở dải sóng hồng ngoại và cận hồng ngoại có thể phân biệt một cách rõ ràng do nước có khả năng hấp thụ rất mạnh năng lượng ở bước sóng
Trang 7cận hồng ngoại và hồng ngoại Ngoài ra, ở dải sóng dài khả năng phản xạ phổ của
nước nhỏ, nên có thể sử dụng để xác định ranh giới giữa biển và đất liền
- Trong nước chứa nhiều thành phần vô cơ và hữu cơ nên khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước Nước đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là ở dải sóng dài Vì độ thấu quang của nước phụ thuộc vào độ đục/trong nên nó cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của nước
- Hàm lượng chất diệp lục cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của nước (giảm khả năng phản xạ phổ ở dải sóng dài, tăng ở dải sóng ngắn)
- Ngoài ra còn một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của nước như: độ mặn nước biển, hàm lượng khí metan,oxi,nitơ, trong nước
Trình bày phương pháp phân loại không kiểm định và các thuật toán thường được sử dụng trong phương pháp này Nêu ưu, nhược điểm của phân loại ảnh
so với giải đoán ảnh bằng mắt.
- Là phương pháp chỉ sử dụng thuần túy thông tin ảnh, quá trình sử lý hoàn toàn tự động
- Là kĩ thuật phân loại được áp dụng tại những khu vực không có thông tin gì về đối tượng cần phân loại
- Có thể được dùng như một phương tiện để tìm hiểu sơ bộ sự phân lớp của một khu vực sắp khảo sát
- Trình tự thực hiện:
- chọn mẫu ngẫu nhiên, hợp các pixel
- Xác định loại ứng với từng nhóm và ước tính tham số
- Ưu điểm: Hiệu quả kinh tế cao, không phụ thuộc vào trình độ người phân loại
- Nhược điểm: Độ chính xác ko cao, ít được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám, chỉ được sử dụng trong trường hợp thông tin về lớp phủ không đầy đủ hoặc không có
- Các thuật toán:
+ K-mean
+ ISO-DATA
khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng.
Trang 8- Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng
- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ của thổ nhưỡng là:
• Cấu trúc bề mặt của đất: phụ thuộc vào thành phần sét (đường kính < 0,002 mm), bụi (đk: 0,002-0,05 mm), cát (đk:0,05-2 mm) trong đất Với đất hạt lớn thì k/cách giữa các hạt lớn => khả năng vận chuyển không khí và hơi nước dễ dàng hơn, ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng
• Độ ẩm của đất: khi độ ẩm tăng thì khả năng phản xạ sẽ bị giảm và ngược lại
• Hợp chất hữu cơ, vô cơ trong đất: hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong đất giảm thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên
Phát biểu khái niệm giải đoán ảnh bằng mắt đặc điểm của giải đoán ảnh bằng mắt.
- Giải đoán ảnh bằng mắt: Là quá trình sử dụng mắt người cùng với trí tuệ
để tách chiết các thông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh
- Trong việc xử lý ảnh viễn thám, đây là công việc đầu tiên, phổ biến nhất
và có thể áp dụng trong mọi điều kiện trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp
- Việc phân tích ảnh bằng mắt có thể được trợ giúp bằng một số thiết bị quang học từ đên giản đến phức tạp như kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, kính tổ hợp màu… Nhằm nâng cao khả năng phân tích ảnh của mắt người
- Phân tích ảnh bằng mắt là công việc có thể áp dụng một cách dễ dàng trong mọi điều kiện và có thể phục vụ cho nhiều nội dung nghiên cứu khác nhau: nghiên cứu lớp phủ, rừng, thổ nhưỡng, địa chất, sinh thái, môi trường…
- Kết quả phân loại ảnh bằng mắt có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc lẫy mẫu phục vụ cho phân loại tự động có kiểm định
- Các yếu tố chuẩn yêu cầu trong giải đoán ảnh bằng mắt bao gồm: kích thước, hình dáng, bong râm, đô đậm nhạt – độ sáng, màu sắc, cấu trúc, hình mẫu, mỗi quan hệ
- Ưu điểm: đơn giản, nhanh chóng, phát huy được trí tuệ người sử dụng
Trang 9- Nhược điểm: độ chính xác không cao và phụ thuộc vào khả năng người phân loại; không thể xử lý lượng thông tin lớn và không phát hiện được các đối tượng ngụy trang
được sử dụng trong phương pháp này.
- Là hình thức phân loại kết hợp giữa phân loại tự động nhờ sự trợ giúp của máy tính, kết quả điều tra thực địa và trình độ người phân loại
- Các chỉ tiêu phải được thiết lập dựa trên các vùng mẫu, các thuật toán phân loại thích hợp để gán nhãn pixel ứng với từng vùng cụ thể
- Các vùng mẫu là những khu vực trên ảnh tương ứng với từng loại mà người giải đoán đã biết đặc trưng phổ
- Trình tự thực hiện:
• Chọn dữ liệu mẫu
• Chọn phương pháp phân loại
• Tiến hành phân loại
• Đánh giá kết quả
- Ưu điểm: Độ chính xác cao, mẫu phân loại có thể dung trong thời gian dài, tốc độ tính toán nhanh
- Nhược điểm: Độ chính xác của kết quả phân loại phụ thuộc độ chính xác của mẫu phân loại cũng như trình độ người phân loại
- Các thuật toán:
• Thuật toán hình hộp
• Khoảng cách ngắn nhất
• Xác suất cực đại
9. Trình bày các phương thức lưu trữ dữ liệu ảnh vệ tinh
Một file ảnh thông thường có 3 file chính
• file header- ghi nhận thông tin chủ giải và dữ liệu
• file ghi nhận thông tin về nắn chỉnh phổ, hình học, cấu trúc ảnh số…
• file dữ liệu (file chính, có dung lượng lớn nhất)
Thường được lưu trữ theo các khuôn dạng: BSQ, BIL, BIP
- Khuôn dạng dữ liệu BSQ: tất cả dữ liệu thuộc một kênh ảnh được lưu trữ riêng thành một file, có bao nhiêu kênh ảnh thì sẽ có bấy nhiêu file dữ liệu Ưu điểm là
Trang 10dễ đọc, cho phép chọn kênh bất kỳ và rất thuận tiện khi xuất ảnh hoặc tổ hợp màu ảnh vệ tinh
- Khuôn dạng dữ liệu BIL: là cấu trúc xen đường trong bang phổ Giá trị kênh sẽ lần lượt ghi nhận thứ tự từ dòng một cho đến hết và cho ra file dữ liệu chung cho tất cả các kênh ảnh
- Khuôn dạng dữ liệu BIP: cấu trúc xen pixel trong băng phổ Mỗi pixel ảnh được lưu trữ tuần tự theo các kênh (các kênh phổ được ghi theo hàng và cột của pixel), sau khi kết thúc tổ hợp của pixel này lại chuyển sang tổ hợp của pixel khác Thuận tiện sử dụng trong việc phân loại tự động các đối tượng trên ảnh và xử lý đa ảnh biến
Phân tích sự khác nhau giữa vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực cho ví dụ minh họa.
- Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so vs trái đất là đứng yên, T=24h Thường là các vệ tinh khí tượng
VD: Vệ tinh Vinasat của việt nam
- Vệ tinh quỹ đạo cực là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vương góc hoặc gần vuông so với mặt phản xích đạo của Trái Đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng với giờ địa phương và thời gian lặp lại là cố định đối với một vệ tinh Thường là các vệ tinh tài nguyên VD: VT LANDSAT có T=28 ngày, SPOT T= 23 ngày…
10. Khái niệm ảnh số So với tư liệu ảnh tương tự, dữ liệu ảnh số có những ưu điểm gì vượt trội.
- Khái niệm ảnh số: Là một ma trận không gian của tập hợp các pixel sắp xếp theo hang và cột theo một trật tự nhất định dưới dạng số Vị trí của mỗi pixel