ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Hình vuông màu đỏ chỉ ra vùng được hiển thị với độ phân giải 1:1 độ phân giải không gian gốc của ảnh trong cửa s Image Window.. Tăng cường khả năng hiển thị ảnh: với các chức năng: Enhan

Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (Mekong Delta Geographic Information Systems – MGIS)

TÀI LIỆU TẬP HUẤN

VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH

TP Hồ Chí Minh, 2016

PHẦN 1 GIỚI THIÊ ̣U VỀ VIỄN THÁM

Tài liệu tham ảo

1 Canada Centre for Remote Sensing

Fundamentals of Remote sensing

2 Thomas M Lillesand and Ralph W Kiefer

Remote sensing and image interpretation

John Wiley & Sons, New York, NY, third edition, 1994

1.1 t 1.2 t 1.3 t 1.4 T t v qu 1.5 - t t

1.6 v 1.7 tr

Yêu ầu ầu t ê v t p

ó n uồn năn lượn để chiếu sán

ó ều vù tro qu p só t rất ó

o v t .

1 3 Ph điện từ

2.3 Đ p â ô v t 2.4 Đ p â p

2.5 Đ p â 2.6 Đ p â t ờ 2.7 d ọ 2.8 v t qu s t t ất 2.9

2.10 T u dữ u

t eo t quỹ o, ó ần với quỹ đạo

cực N ều v t ó quỹ đạo đồn bộ mặt

v t t vù ất trê Đ ều quan trọ p p â t ữ

t v p â ô gian – ú ô t thay t cho nhau

Vệ sinh qu n sát biển: MOS, Se WIFS

LIDAR (LIght Detection And Ranging)

2 10 Thu nhận, truyền tải và xử lý dữ liệu

Dữ u thu t v tinh ầ ợ tru ề t Tr

Đất, t khi v tinh o t trê quỹ o trong suốt

3.4 T ề ử ý 3.5 Tăng c ờ ất ợ 3.6

3.7 â o 3.8 K t ợp

hình m u (khuôn m u), cấu trúc, bón

râm và các mối liên qu n

Mụ v tăn cườn chất lượn ảnh tăn

cườn sự thể hiện (sự r n t) ố t ợ trê

3 3 Xử lý ảnh số

Phân loại và phân tích ảnh qu tr t v ỉ p ầ tử

v o p ố t ợ Phân loại t ờ ợ t trê dữ

3 7 Phân loại và phân tích

Tro phân loại khôn iám sát, ầu t ê ,

ỹ t u t

sự t ợp dữ liệu ảnh

đ ph qu n học với ảnh r đ

Dữ u o ợ

d số, ợ ọ mô hình số độ c o (DEM)

h y mô hình số đị hình (DTM), ợ t ợp v

4.1 G t u4.2 Nô p4.3 Lâ p4.4 Đ ất4.5 T uỷ vă 4.6 ồ p p t ất4.7 G s t d ờ 4.8 T p ồ

Độ phân iải khôn i n o t ấ t t ( rõ ét)

PHẦN 2 THỰC HÀNH VỚI DỮ LIỆU ẢNH VNRED Sat-1 và RADAR SENTINEL-1

32

Phần mềm ENVI - Environment for Visualizing Images là một phần mềm xử

lý ảnh viễn thám mạnh, Phần mềm ENVI được vi t trên ngôn ngữ IDL – Interactive

Data Language Đây là ngôn ngữ lập trình cấu trúc, cung cấp khả năng tích hợp giữa

xử lý ảnh và khả năng hiển thị dữ liệu với giao diện đồ hoạ dễ sử d ng

I HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

1 Khởi động mở file ảnh:

Kích đúp vào biểu tượng ENVI trên màn hình:

 Chọn File\Open Image File (hình 1.1)

 Hộp thoại Enter Input Data File xuất hiện cho phép chọn file ảnh cần

mở (hình 1.1)

 Chọn file ảnh cần mở và kích vào Open

Hình 1.1: Giao diện trong ENVI

a) Ản đơn sắc: Chọn Gray Scale sau đó chọn một kênh cần hiển thị bằng cách kích

trái chuột vào tên kênh trong hộp thoại Available Bands List Tên kênh ảnh sẽ xuất

hiện trong ô Selected Band => kích chuột vào Load Band để hiển thị ảnh

b) Ảnh tổ hợp màu: Chọn vào ô tùy chọn RGB Color, sau đó chọn các kênh tương

ứng với các bước sóng đỏ (R), l c (G), lam (B) trong phần Selected Bands rồi kích

Load Band để hiển thị ảnh (Hình 1.2)

Hình 1.2: Hiển thị ảnh sử dụng Available Bands List

2 Chức năng khung cửa sổ hiển thị ảnh:

Trong ENVI có ba cửa s (hình 1.3): Image Window, Scroll Window và

Zoom Window được t chức liên k t chặt chẽ để việc thay đ i ở cửa s này sẽ kéo

theo những thay đ i tương ứng ở các cửa s còn lại Ba cửa s đều có thể thay đ i kích thước bằng cách chọn và kéo chuột trái ở góc cửa s hiển thị

 Scroll Window: hiển thị toàn bộ ảnh với độ phân giải đã được giảm đi

với một tỷ lệ phù hợp Hệ số tỷ lệ này được hiển thị trong ngoặc trên thanh tiêu

đề của Scroll Window Hình vuông màu đỏ chỉ ra vùng được hiển thị với độ phân giải 1:1 (độ phân giải không gian gốc của ảnh) trong cửa s Image Window Phím chuột trái dùng để kéo, thả hình vuông này tới vị trí cần quan

34

Hình 1.3: Ba cửa sổ dùng để hiển thị ảnh

 Image Window: thể hiện một phần của ảnh ở độ phân giải của dữ liệu

gốc với tỷ lệ 1:1 Ô vuông chỉ ra vị trí được hiển thị phóng đại trong cửa s Zoom Window Để thay đ i vị trí Zoom Window, chỉ con trỏ vào ô vuông đỏ, giữ chuột trái và di chuyển đ n vị trí cần quan sát

 Trong Image Window có thể sử d ng thanh cuộn Scroll Bar để

điều khiển nội dung hiển thị Chọn File\Preferences trên thanh thực đơn của Image Window, sau đó chọn vào phím mũi tên bên cạnh Scroll Bars

để chuyển thành Yes, kích OK ở cuối hộp thoại

 Để bật thanh cuộn mặc định cho các lần hiển thị sau, trỏ chuột lên

thanh thực đơn của ENVI, chọn File\Preferences\Display Default\ rồi bật ô Image Window Scroll Bar => Yes, nhấn OK ở cuối hộp thoại

 Zoom Window: hiển thị phần được phóng đại của ảnh với hệ số

phóng đại cho trong ngoặc trên thanh tiêu đề của Zoom Window Vùng được phóng đại được xác định bằng hình vuông đỏ trên Image Window

Ở phía dưới, bên trái của ZoomWindow có ba ô hình vuông đỏ Ô bên trái (dấu trừ) thu nhỏ hệ số phóng đại, bằng cách nháy chuột trái vào trong ô vuông này Ô ở giữa (dấu thập) tăng hệ số phóng đại Riêng với

ô vuông ngoài cùng bên phải, kích chuột trái 1 lần vào sẽ hiển thị dấu

thị hoặc tắt ô vuông đỏ xác định vị trí của Zoom Window

3 Xem định dạng file ảnh: ảnh viễn thám được lưu dưới ba dạng cơ bản:

- BSQ – Band Sequential: các kênh được ghi nối ti p nhau

- BIP – Band Interleaved by Pixel: ghi lần lượt liên ti p các pixel của các kênh

- BIL – Band Interleaved by Line: ghi lần lượt liên ti p các dòng của các kênh

Để bi t ảnh lưu ở định dạng nào? chọn ảnh và quan sát trong ô Dims trên hộp

thoại Available Bands List (hình 1.2) Giá trị trên ô này có ý nghĩa: 2 số đầu cho bi t

số dòng, số cột của ảnh, đơn vị trong ngoặc tròn chỉ ra đơn vị tính dung lượng ảnh, và cuối cùng trong ngoặc vuông chính là khuôn dạng dữ liệu ảnh được lưu trữ

4 Xác định tọa độ của ảnh: Trên cửa s Available Bands List, chú ý dưới mỗi ảnh được mở đều có phần Map Info thông tin về tọa độ của ảnh (hình 1.2) Nhấn chuột trái để s nội dung này ra ta sẽ có các thông tin sau:

 Phép chi u – Proj: bao gồm phép chi u và múi chi u

 Độ phân giải không gian của ảnh – kích thước Pixel

 Lưới chi u – Datum: xác định mặt tham chi u elipsoid

 Tọa độ địa lý – UL Geo: đây là tọa độ của điểm phía trên bên trái ảnh

 Tọa độ bản đồ - UL Map: tọa độ của điểm phía trên cùng bên trái ảnh

5 Tăng cường khả năng hiển thị ảnh: với các chức năng: Enhance – tăng cường và Filter - lọc ảnh, được thực hiện như sau:

 Chọn Enhance sẽ cho phép chọn các vùng được tăng cường trong cửa

s Image, Zoom hay Scroll theo các phương pháp (hình 1.4):

- Linear - Tuyến tính: sử d ng giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của ảnh để thực hiện

phép giãn tuy n tính Phương pháp này áp d ng phù hợp cho ảnh có ít giá trị

Linear 0-255 - Tuyến tính 0-255: hiển thị các giá trị pixel của ảnh theo giá trị

hiển thị của màn hình từ 0 đ n 255 Linear 2% - Tuyến tính 2%: tăng cường

tuy n tính sẽ cắt bớt 2% của 2 đầu dữ liệu để tăng khả năng hiển thị ảnh

Gaussian: sử d ng giá trị độ xám trung bình là 127 và độ lệch chuẩn Equalization – Cân bằng: kéo giãn cân bằng đồ thị của dữ liệu được hiển thị Square Root – Căn bậc hai: tính căn bậc hai của đ thị đầu vào sau đó mới

thực hiện giãn tuy n tính

36

Hình 1.4: Chức năng tăng cường khả năng hiển thị ảnh

 Tăng cường ảnh có thể sử d ng chức năng Histogram Matching hay

cho người dùng tự tăng cường dựa trên đồ thị và theo các hàm toán học

định sẵn thông qua chức năng Interactive Stretching

 Có thể tăng cường bằng cách chọn Enhance\Filter (lọc ảnh) với các

phương pháp Sharpen, Smooth hay Median để làm sắc nét hoặc làm

mịn ảnh

6 Liên kết động và chồng lớp ảnh: Khi có nhiều ảnh cùng một khu vực đã được

mở, sử d ng công c liên k t các ảnh cho phép so sánh trực ti p các ảnh bằng

cách quan sát ảnh này chồng phủ lên ảnh kia

 Link Displays (Liên k t hiển thị): chọn Tools\Link\Link Displays hoặc trỏ phải vào khung cửa s hiển thị bất kỳ của ảnh định liên k t rồi chọn Link Displays, cho phép người dùng lựa chọn 2 ảnh cần liên k t bằng cách kích chuột vào nút mũi tên và chọn Yes => kích chuột vào phím OK để thực hiện

việc liên k t (Hình 1.5) Sau khi các ảnh đã được liên k t, có thể nhấn và di

chuyển chuột trái trong cửa s Image hoặc Zoom để thấy ảnh được sự liên k t

Có thể thay đ i kích cỡ của vùng chồng phủ bằng cách nhấn và kéo chuột giữa

để có được diện tích vùng chồng phủ mong muốn Để bỏ tạm thời việc hiển thị

Hình 1.5: Liên kết ảnh trong ENVI

- Để ngừng chức năng hiển thị ch ng phủ trên các ảnh, chọn Tools\Link\Unlink Display (hay nhấp chuột phải trên cửa s ảnh) chọn Unlink Display

 Tools\Link\Geographic Link (liên k t theo tọa độ) chọn hoặc trỏ phải vào khung cửa s hiển thị bất kỳ của ảnh định liên k t rồi chọn Geographic Link Khi đó, hộp thoại Geographic Link sẽ hiện ra, ta chọn các cửa s hiển thị tương ứng cần liên k t thành On Nhấn OK để thực hiện liên k t (Hình 1.6)

Sau khi ảnh đã được liên k t n u ta di chuyển một ảnh, các ảnh còn lại cũng sẽ di chuyển theo đúng tọa độ Điều này có thể thấy rõ hơn khi ta quan sát hai cửa s Zoom

Để tắt chức năng liên k t, chọn công c Geographic Link và chuyển các cửa s ảnh

không muốn liên k t thành Off Nhấn OK để k t thúc

38

Hình 1.6: Liên kết ảnh trên cơ sở tọa độ

7 Tạo hoạt cảnh xem lướt qua các kênh của ảnh: để hiển thị các kênh ảnh như một vòng lặp liên ti p bằng cách tạo hoạt cảnh Chọn Tools\Animation Hộp

thoại Input Animation Parameters xuất hiện cho phép chọn các kênh của một

ảnh muốn tạo hoạt cảnh Sau khi chọn nhấn Ok để thực hiện (Hình 1.7)

Hình 1.7: Chọn các kênh ảnh để tạo hoạt cảnh

Hình 1.8: Điều khiển hoạt cảnh theo vận tốc hiển thị

 Projection – Phép chi u hình tr ngang UTM

 Datum - Hệ quy chi u WGS 84

 Units – Đơn vị: Meter

 Zone – Múi chi u: 49 N (North - Bắc bán cầu) tùy vào ùng thu ảnh

 Pixel size - Kích thước pixel: 30.0 ( theo độ phân giải không gian)

Sau khi chọn xong các tham số nhấn OK để bắt đầu việc chọn điểm khống ch

từ Hộp thoại Ground Control Points Selection (Hình 2.3) Di chuyển con trỏ đ n vị

Hình 2.2: Chọn các tham số trong nắn chỉnh hình học

Tọa độ của điểm khống ch có thể nhập vào dưới dạng tọa độ bản đồ vào ô E (Easting - Đông) và N (Northing - Bắc) hoặc tọa độ địa lý vào các ô Lat (Latitude –

Vĩ độ) và Lon (Longitude – Kinh độ) bằng cách chọn vào phím mũi tên lên xuống góc

trên bên trái của hộp thoại để chuyển giữa hai ch độ nhập tọa độ (Hình 2.3) Có hai

cách nhập tọa độ các điểm khống ch : a) đọc trực ti p tọa độ trên bản đồ hoặc dựa vào

42

Hình 2.3: Chọn tọa độ điểm khống chế

 Để mở file bản đồ : Chọn Vector\Open Vector File và chọn định dạng file

vectơ phù hợp (hình 2.4) ENVI cho phép mở file bản đồ được thành lập từ các phần

mềm thông d ng: ArcView, ArcGIS, ArcInfo, Mapinfo, Microstation, AutoCad,…

Lưu file bản đồ vào bộ nhớ tạm thời bằng cách chọn Memory hoặc chọn File để lưu thành 1 file Để lưu thành file ta chọn Choose và chọn đường dẫn đ n thư m c định

lưu Nhấn OK để thực hiện (Hình 2.5)

 Hộp thoại Danh sách các file vectơ – Available Vectors List xuất hiện, chọn

file vectơ cần mở trong danh sách, nhấn Load Selected\New Vector Layer để mở file

vectơ (Hình 2.6)

Hình 2.5: Chuyển file bản đồ sang định dạng của ENVI

44

Hình 2.6: Mở file bản đồ dưới dang vectơ

 Ti n hành chọn từng cặp điểm khống ch tương ứng trên ảnh và trên file bản

đồ, nhập tọa độ của điểm khống ch quan sát được ở góc phía dưới bên trái của cửa s

vectơ, nhấn Add trên hộp thoại Ground Control Points để chấp nhận Để thuận lợi, sau khi chọn được cặp điểm tương ứng, nhấn chuột phải trên cửa s vectơ và chọn Export

Map Location, tọa độ của điểm đó sẽ tự động được cập nhật vào ô tọa độ của điểm

khống ch trong hộp thoại Ground Control Points Selection

Hình 2.7: Chọn điểm khống chế phù hợp

Chú ý: các điểm khống ch nên chọn phân bố đều trên toàn ảnh, sai số - RMS ở cuối

hộp thoại Ground Control Points Selection cố gắng đạt mức nhỏ hơn 1 pixel và chọn tối thiểu 4 điểm cho phương pháp nắn đơn giản nhất Sau khi chọn đủ số điểm, ta chọn

Options\Warp File trong hộp thoại Ground Control Points Selection, chọn ti p file tương ứng và chọn một trong ba phương pháp nắn – Warp Method (Hình 2.8)

- Phương pháp RST – Rotating, Scaling, Translation: chỉ thực hiện những

chuyển dịch đơn giản: xoay, xác định tỷ lệ và tịnh ti n ảnh

- Polynomial – Hàm đa thức: phương pháp này cho k t quả tốt hơn phương pháp

RST, với yêu cầu số về số điểm khống ch N tương ứng với bậc của hàm n như

sau: N > (n+1) 2

- Phương pháp Triangulation – lưới tam giác: sử d ng nguyên lý tam giác

Delaunay để nắn ảnh bằng cách chọn các điểm khống ch làm các đỉnh của các tam giác không đều và ti n hành nội suy

Để ti n hành nắn ảnh, phải lựa chọn một trong ba phương pháp tái chia mẫu –

Resampling sao cho đạt được k t quả mong muốn (Hình 2.8)

- Nearest Neighbor – người láng giềng gần nhất sử d ng giá trị của pixel gần

46

Hình 2.8: Chọn phương pháp nắn chỉnh ảnh

Sau khi đã chọn các phương pháp phù hợp ta nhấn Choose để chọn đường dẫn lưu k t

quả => nhấn OK để thực hiện File tọa độ đã chọn có thể lưu lại để kiểm tra bằng cách chọn File\Save GCPs trên hộp thoại Ground Control Points Selection

2 Nắn chỉnh hình học ảnh theo ảnh: Tương tự các bước thực hiện ở phương pháp nắn ảnh theo bản đồ bao gồm:

 Mở ảnh cần nắn và ảnh gốc dùng để tham chi u

 Chọn phương pháp nắn ảnh theo ảnh: Map\Registration\Select GSPs: Image to Image Trên màn hình sẽ xuất hiện hộp thoại Image to Image

Registration, chọn Base Image - Ảnh tham chi u và Warp Image - Ảnh nắn

tương ứng với các cửa s hiển thị ảnh (Hình 2.9)

Hình 2.9: Chọn ảnh nắn và ảnh gốc tham chiếu

 Chọn các cặp điểm khống ch ảnh tương tự như phần nắn ảnh theo bản

đồ Khi số điểm khống ch ảnh đã đủ, ti n hành nắn ảnh Options\Warp file và

chọn phương pháp nắn mong muốn

III PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI ẢNH

1 Classification\Unsupervised: Phần mềm ENVI cung cấp hai phương pháp phân

loại Phi giám định (không chọn mẫu) là Isodata và K-Means Chọn ảnh cần phân loại

và một trong hai phương pháp, nhấn OK để chấp nhận (hình 3.1) Với 2 phương pháp

phân loại ta đều phải đưa ra các tham số giới hạn để phần mềm xử lý

Hình 3.1: Chọn phương pháp phân loại phi giám định

 Phân loại Isodata (hình 3.2) các tham số sau cần thi t để ti n hành phân loại:

- Number of classes: chọn số loại tối thiểu – min và tối đa – max để phân loại

- Maximum Iterations: Số lần tính toán lặp lại tối đa Việc phân loại sẽ dừng lại

khi đạt tới số lần lặp tối đa

- Change Threshold: Ngưỡng thay đ i sau mỗi lần tính toán lặp lại Việc phân

loại cũng sẽ dừng lại khi sau mỗi lần lặp có số phần trăm bi n động của các lớp