Báo cáo viễn thám và GIS đề tài mapping cameras

Báo cáo viễn thám và GIS đề tài mapping cameras

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ~~~~~  ~~~~~

BÁO CÁO VIỄN THÁM VÀ GIS

Đề tài: Mapping cameras Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn: ThS Phương Xuân Quang

Hà Nội,12/2018

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

NỘI DUNG 6

1 Camera 6

2 Cơ sở của ảnh hàng không 6

2.1 Thấu kính 8

2.2 Cửa chập (the shutter) 12

2.3 Bù chuyển động ảnh 12

3 Hình học của chụp ảnh hàng không thẳng đứng 13

4 Các camera hàng không số 18

5 Quét số ảnh tương tự 22

6 So sánh ảnh số và tương tự 23

7 Độ nhạy phổ 24

8 Kết hợp băng: ảnh quang 26

9 Độ phủ bởi nhiều ảnh 29

10 Phép quan trắc 36

11 Nguồn chụp ảnh trên không 38

12 Tóm lược 42

BÀI TẬP 44

I Bài tập chương 5 44

II GIS Review Questions 52

1 List several reasons why time of day might be very important in flight planning for aerial imagery 52

2 Outline advantages and disadvantages of high-altitude photography Explain why routine high-altitude aerial photography was not practical before infrared imagery was available 53

3 List several problems that you would encounter in acquiring and interpreting

largescale aerial imagery of a mountainous region 54

4 Speculate on the likely progress of aerial photography since 1890 if George Eastman (Chapter 1) had not been successful in popularizing the practice of photography to the general public 54

5 Should an aerial photograph be considered as a “map”? Explain 55

6 Assume you have recently accepted a position as an employee of an aerial survey company; your responsibilities include preparation of flight plans for the company’s customers What are the factors that you must consider as you plan each mission? 55

7 List some of the factors you would consider in selection of band combinations described in this chapter 56

8 Suggest circumstances in which oblique aerial photography might be more useful than vertical photographs 56

9 It might seem that large-scale aerial images might always be more useful than smallscale aerial photographs; yet larger scale images are not always the most useful What are the disadvantages to the use of large-scale images? 57

10 A particular object will not always appear the same when images by an aerial camera List some of the factors that can cause the appearance of an object to change from one photograph to the next 57

III.Dịch video 58

1 Additive Color vs Subtractive Color 58

2 What Are CMYK And RGB Color Modes? 58

3 Evolution of Analog to Digital Mapping (High Def) 59

4 Video of the day | Aerial photography 60

5.How a Pixel Gets its Color | Bayer Sensor | Digital Image 61

6.Photography Equipment & Info : Explanation of Camera Lens Magnification .62 7.How a Digital Camera Works - CMOS chip 63

8.Digital Camera Tips : How a Compact Digital Camera Works 63

9.Aero Triangulation 64

KẾT LUẬN 65

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: cơ sở của máy ảnh hàng không, mặt cắt ngang 7

Hình 2: Thấu kính lồi, cong đều hai mặt, ánh sáng khúc xạ ở cả hai cạnh để tạo ảnh 9

Hình 3: mặt cắt ngang của hình ảnh được hình thành bởi một ống kính đơn giản, 10

Hình 4: Khẩu độ dừng , a phối cảnh, b khẩu độ hẹp, c khẩu độ rộng 11

Hình 5: Hình ảnh xiên và dọc trên không 13

Hình 6: Ảnh chụp xiên hàng không 14

Hình 7: Ảnh chụp đứng hàng không 14

Hình 8: Dấu điểm chuẩn và điểm gốc 15

Hình 9: Điểm gốc đất và điểm gốc ảnh 16

Hình 10: Tiêu điểm ngang ,méo quang, độ nghiêng 17

Hình 11: Dịch chuyển độ cao địa hình 17

Hình 12: pixels 18

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý của một thiết bị ghép điện tích 19

Hình 14: DMC area array 21

Hình 15: Camera mảng hàng 22

Hình 16: Ảnh hồng ngoại đen – trắng 26

Hình 17: ảnh toàn sắc 27

Hình 18: Ảnh hồng ngoại và ảnh hồng ngoại đen trắng 27

Hình 19: Mô hình màu tự nhiên 28

Hình 20: Mô hình màu hồng ngoại 29

Hình 21: Các khung riêng lẻ được đánh số theo dải 30

Hình 22: Đường bay bị lệch do gió ngang làm cho ảnh dưới mặt đất bị dịch như trong hình 31

Hình 23: Điều chỉnh đường bay để bù lại drift nhưng không đổi hướng camera 32

Hình 24: chuyển tiếp chồng chéo và điểm chính cổng 33

Hình 25: thị sai lập thể 34

Hình 26: Đo thị sai lập thể 35

LỜI NÓI ĐẦU

Viễn thám là ngành nghiên cứu đem lại những thành tựu to lớn, có giá trị ứng

dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong quan trắc địa lý, quan trắc môitrường, khí tượng thủy văn Kể từ khi con người phát minh ra máy chụp ảnh và thiết bịbay, ngành viễn thám đã ra đời như một lẽ tất yếu do nhu cầu được làm chủ khônggian, được khám phá và thu thập những hình ảnh bề mặt Trái Đất từ trên không của conngười Trong suốt hai cuộc Đại chiến thế giới, trải qua thời kì Chiến tranh lạnh cho đếnthời đại bùng nổ công nghệ thông tin hiện nay, ngành viễn thám đã không ngừng pháttriển, không ngừng được áp dụng những kĩ thuật tiên tiến Nhờ vậy, việc thu thập dữliệu về Trái Đất của con người đã có thể được thực hiện trên một diện tích vô cùngrộng lớn bởi sự giúp sức của những phương tiện như khinh khí cầu, máy bay rồi vệtinh; những bức ảnh thu được ngày một chi tiết hơn nhờ các camera có độ phân giải rấtcao được đặt trên các thiết bị bay Và trong tương lai, chắc chắn ngành viễn thám sẽtiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn nữa để không ngừng đem lại cho con người nguồn dữliệu phong phú về Trái Đất

Trong khuôn khổ của học phần Viễn thám và GIS, nhóm chúng em đã nhận

nhiệm vụ nghiên cứu chương 3 trong cuốn sách “Introduction to Remote Sensing, 5 th

edition” của J.B Campbell và R.H Wynne Nhiệm vụ này chính là đề tài cho bài tập

lớn của học phần “Viễn thám và GIS” mà nhóm chúng em cần thực hiện trong kì học

này với mục tiêu giúp tất cả các thành viên trong nhóm nắm được những kiến thức cơbản về ứng dụng của Viễn thám trong nghiên cứu quyển nước Qua đó, chúng em cũng

sẽ có cơ hội để trau dồi vốn tiếng Anh và thêm phần tự tin để tiếp cận nguồn tài liệunước ngoài phong phú

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn ThS Phương Xuân Quang đã giúp đỡ chúng

em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài này Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn

NỘI DUNG

1 Camera

Camera là dạng thiết bị viễn thám cổ nhất nhưng đã thay đổi rất nhiều trong vàithập kỷ gần đây

Các camera được thiết kế để đặt trên máy bay và cho độ chính xác cao về vị trí

và độ chi tiết không gian tốt vẫn là loại thiết bị viễn thám được sử dụng rộng rãinhất hiện nay

Gần đây các camera số với công nghệ điện tử tiên tiến đã thay thế phần lớncamera tương tự truyền thống với chất lượng tương đương

Chương này giới thiệu nền tảng camera đặt trên máy bay hoạt động ở dải phổnhìn thấy và hồng ngoại gần với khả năng tạo ảnh có độ chi tiết và yếu tố hình họctốt

2 Cơ sở của ảnh hàng không

Hệ thống thu nhận ảnh hàng không có các thành phần tương tự máy ảnh thôngthường bao gồm:

 Thấu kính (lens): thu nhận ánh sáng để tạo ảnh

 Bề mặt nhạy sáng để ghi lại ảnh

 Cửa chập (shutter): kiểm soát ánh sáng vào

 Thân máy (camera body): liên kết và giữ các bộ phận của camera ở đúng vị trícủa nó

Máy ảnh hàng không khác máy ảnh thông thường ở buồng phim (film magazine),

cơ cấu điều khiển (drive mechanism) và côn thấu kính (cone lens)

Hình 1: cơ sở của máy ảnh hàng không, mặt cắt ngang

Máy ảnh hàng không còn được thiết kế đặc biệt để thu thập ảnh (ví dụ) cho mộtvùng rộng lớn trong các điều kiện không thuận lợi, hay camera sử dụng trong quantrắc, đo đạc (ảnh chất lượng cao, có khả năng đo đạc)

Máy ảnh tương tự ghi lại một cách vật lý quang cảnh được chụp sử dụng giấyhoặc phim có phủ hóa chất Độ sáng của ảnh tương tự tỷ lệ với độ sáng của quangcảnh Ảnh tương tự in trên giấy có nhược điểm liên quan đến những khó khăn trongviệc lưu trữ, truyền dẫn, tìm kiếm, phân tích,…

Máy ảnh số ghi lại ảnh bằng dữ liệu là các mảng giá trị phản ánh mẫu của độsáng của bức ảnh đó.Máy ảnh số và máy ảnh tương tự có chung nhiều bộ phận vàđặc tính, nhưng thiết kế có khác biệt đáng kể, không dùng phim Máy ảnh số chophép tích hợp với các hệ thống định vị hay các hệ thống ghi chú ảnh.Máy ảnh sốghi lại ảnh bằng dữ liệu là các mảng giá trị phản ánh mẫu của độ sáng của bức ảnhđó.Máy ảnh số và máy ảnh tương tự có chung nhiều bộ phận và đặc tính, nhưngthiết kế có khác biệt đáng kể, không dùng phim Máy ảnh số cho phép tích hợp vớicác hệ thống định vị hay các hệ thống ghi chú ảnh

Máy ảnh số ghi lại ảnh bằng dữ liệu là các mảng giá trị phản ánh mẫu của độsáng của bức ảnh đó

Máy ảnh số và máy ảnh tương tự có chung nhiều bộ phận và đặc tính, nhưngthiết kế có khác biệt đáng kể, không dùng phim

Máy ảnh số cho phép tích hợp với các hệ thống định vị hay các hệ thống ghi chúảnh

2.1 Thấu kính

Thấu kính thu nhận ánh sáng phản xạ và hội tụ nó trên tiêu diện (focal plane) đểtạo ảnh

Thông thường thấu kính có dạng mặt cong, không song song

Thấu kính làm thay đổi mật độ quang của tia sáng đến từ khí quyển Do vậy đểgiữ được cân bằng màu và giảm suy hao quang, thấu kính phải được thiết kế cẩnthận về kích thước và hình dạng hay sắp đặt và kết hợp hợp lý các thấu kính

Đặc tính quang của thấu kính xác định bởi chỉ số khúc xạ của kính và độ cong.Chất lượng của thấu kính xác định bởi chất lượng kính, độ chính xác của hìnhdạng, độ chính xác khi được đặt trong camera

Ví dụ: hình dạng thấu kính không chuẩn làm tăng quang sai cầu (sphericalaberration) gây ra lỗi làm cho ảnh bị mờ

Hình 2: Thấu kính lồi, cong đều hai mặt, ánh sáng khúc xạ ở cả hai cạnh để tạo ảnh

Phần lớn camera hàng không là camera thấu kính kết hợp, gồm nhiều thấu kínhkhác nhau về kích thước, hình dạng và đặc tính quang học

Mỗi thấu kính thành phần sửa lỗi cho thấu kính khác, như vậy tổng hợp các thấukính cho hình ảnh tốt hơn so với chỉ một thấu kính đơn lẻ

Trục quang (optical axis): đường nối tâm các thấu kính

Mặt phẳng ảnh chính (image principal plane): mặt phẳng cắt qua tâm thấu kính.Điểm nút (nodal point): mặt phẳng ảnh chính cắt trục quang tại điểm nút

Các tia phản xạ song song đến từ vật thể ở rất xa đi qua thấu kính và đưa ảnhđến tiêu điểm

Tia chủ (chief ray) đi qua điểm nút của thấu kính mà không thay đổi hướng.Tiêu diện (focal plane): mặt phẳng đi qua tiêu điểm và song song với mặt phẳng ảnhchính

Với camera thường, khoảng cách từ vật thể tới thấu kính càng tăng thì ảnh rơicàng gần thấu kính và do vậy cần điều chỉnh thấu kính để ảnh rơi vào đúng điểm tụ.

Với camera viễn thám, quang cảnh được chụp với khoảng cách rất xa, tiêu điểm

có thể được đặt cố định ở vô cùng, như vậy không cần chỉnh tiêu điểm.Tiêu cự: khoảngcách từ tâm thấu kính tới tiêu điểm, thường đo bằng inch hay milimet

Một số thấu kính lồi, tiêu cự không xác định cho mọi bước sóng Ví dụ: tiêu cựđối với ánh sáng xanh ngắn hơn ánh sáng đỏ và hồng ngoại, gây ra hiệu ứng quang saimàu (chromatic aberration)

Hình 3: mặt cắt ngang của hình ảnh được hình thành bởi một ống kính đơn giản,

Quang sai, năng lượng của các bước sóng khác nhau được đưa đến một tiêuđiểm ở các ống kính khác nhau, các thấu kính phức tạp hơn được điều chỉnh để đưa tất

cả các bước sóng đến một điểm chung

Thị trường của thấu kính được điều khiển bởi field stop, là mặt nạ đặt ngaytrước tiêu diện

Khẩu độ (aperture stop): thường đặt ở gần tâm của thấu kính kết hợp, bao gồmmột mặt nạ mở tròn có thể điều chỉnh được đường kính

Khẩu độ có thể điều khiển độ mạnh của ánh sáng ở tiêu diện nhưng không ảnhhưởng thị trường hay kích thước ảnh Điều khiển khẩu độ là điều chỉnh độ sáng của

ảnh Kích thước khẩu độ tính theo đường kính mở có thể điều chỉnh được hay ánh sángvào camera nhiều hay ít.

Hình 4: Khẩu độ dừng , a phối cảnh, b khẩu độ hẹp, c khẩu độ rộng

Khẩu độ tương đối:

Số f lớn có nghĩa là khẩu độ mở nhỏ, số f nhỏ nghĩa là khẩu độ mở lớn so vớitiêu cự Độ lớn tiêu cự liên quan đến kích thước camera.Trong khi đó số f được tiêuchuẩn hóa để không phụ thuộc kích thước

Ví dụ: khẩu độ bằng “23 mm” không có ý nghĩa gì trong thực tế trừ khi ta biết tiêu cự,nhưng nói khẩu độ “f4” nghĩa là với mọi kích thước camera thì khẩu độ bằng ¼ tiêucự

Hiện tượng có vùng tối ở rìa thị trường gọi là hiệu ứng vignetting => khắc phụcbằng sử dụng bộ lọc anti vignetting.

Máy ảnh số có thể dùng kỹ thuật xử lý ảnh để loại bỏ vignetting thay vì dùng bộ lọcvật lý

2.2 Cửa chập (the shutter)

Cửa chập điều khiển thời gian phim bị phơi dưới ánh sáng

Cửa chập đơn giản là một bản kim loại đặt giữa các thấu kính thành phần gọi làcửa chập “intralens” được sử dụng phổ biến trong các camera hàng không Một dạngkhác của cửa chập là cửa chập tiêu diện được đặt ngay trước tiêu diện (cảm biến).Chọn tốc độ cửa cập là chọn mức độ phơi sáng mong muốn

2.3 Bù chuyển động ảnh

Các camera hàng không chất lượng cao thường có khả năng bù chuyển động ảnh

để có được bức ảnh tốt

Tuỳ thuộc loại thiết bị ghi ảnh, chuyển động tiến của máy bay (độ cao thấp/tốc

độ cao) thường làm cho ảnh bị nhòe

Với máy ảnh tương tự, việc bù chuyển động ảnh đạt được bằng cách dịchchuyển phim một cách cơ khí với vận tốc bằng vận tốc máy bay.

Với hệ thống số, bù chuyển động ảnh được thực hiện bởi hệ thống điện tử vớidải thay đổi độ cao và vận tốc rộng hơn

3 Hình học của chụp ảnh hàng không thẳng đứng

Chụp ảnh hàng không có thể phân loại theo hướng của camera so với mặt đất

trong thời gian phơi sáng

 Ảnh hàng không xiên (oblique): được ghi lại bởi camera gắn bên hôngmáy bay

o High oblique: chụp ảnh lấy chân trời

o Low oblique: chụp ảnh chỉ lấy mặt đất, không lấy chân trời

 Ảnh hàng không thẳng đứng (vertical): được ghi bởi camera nhìn thẳngxuống đất

Hình 5: Hình ảnh xiên và dọc trên không

Hình 6: Ảnh chụp xiên hàng không

Ảnh hàng không xiên có ưu điểm là cho thấy ảnh của một vùng rất rộng lớn Dễdàng nhận ra rằng các đặc điểm như nhà cao tầng hay đỉnh núi hiện ra rõ nét ở tiềncảnh

Ảnh hàng không xiên không được dùng cho mục đích có tính phân tích bởi tỷ lệthay đổi rất nhiều giữa tiền cảnh và hậu cảnh cản trở việc đo đạc khoảng cách, diệntích

Hình 7: Ảnh chụp đứng hàng không

Ảnh hàng không đứng được camera chụp trực tiếp mặt đất từ trên cao Cho dùcác vật thể và đặc điểm trông có vẻ lạ giống như bản đồ vì được nhìn theo phươngđứng nhưng thực ra lại có nhiều đặc tính hình học được thể hiện và có một số ưu điểm

Thực tế chỉ rất ít ảnh hàng không thật sự là thẳng đứng mà thường nghiêng vài

độ do chuyển động của máy bay và các yếu tố khác

Do vậy, thuật ngữ chụp ảnh thẳng đứng được sử dụng chung cho chụp ảnh hàngkhông với nghiêng vài độ so với phương thẳng đứng

Do tính chất hình học của ảnh hàng không thẳng đứng hay gần thẳng đứng đượchiểu rất rõ nên nó được ứng dụng trong nhiều trường hợp ví dụ như đo đạc chính xác

sử dụng ảnh hàng không thẳng đứng hay còn gọi là photogrammetry.

Hình 8: Dấu điểm chuẩn và điểm gốc

Dấu điểm chuẩn (fiducial marks): dấu được gắn cứng trong máy ảnh và được ghi vàoảnh khi chụp

Điểm gốc (principal point): giao điểm của 2 đường nối điểm chuẩn, cũng là điểm giaocủa trục quang và tiêu diện tạo nên tâm quang của ảnh

Hình 9: Điểm gốc đất và điểm gốc ảnh

Điểm gốc đất (ground nadir): là điểm phía dưới theo phương đứng của tâm thấu kínhtại thời điểm chụp.

Điểm gốc ảnh (photographic nadir): giao điểm của đường nối điểm gốc đất và tâm thấukính với tiêu diện

Các ứng dụng photogrametry đòi hỏi phải căn chỉnh (calibration) để đảm bảo độ chính

Hình 10: Tiêu điểm ngang ,méo quang, độ nghiêng

Isocenter: tiêu điểm nghiêng, nằm trên trục “bản lề” giữa mặt ảnh nghiêng và mặt ảnhđứng giả thiết

Méo quang (optical distortions): lỗi gây bởi thấu kính cấp thấp, camera hỏng hay cácvấn đề tương tự

Độ nghiêng (tilt) gây bởi tiêu diện bị lệch so với mặt phẳng ngang do di chuyển củamáy bay Tiêu điểm nghiêng nằm tại hay gần điểm gốc Phần ảnh phía trên tiêu điểmnghiêng ở xa mặt đất hơn isocenter nên được thể hiện với tỷ lệ nhỏ hơn tỷ lệ danh định

và ngược lại với phần ảnh phía dưới

Do phần lớn ảnh đều có nghiêng vài độ nên cần chú ý để tránh sai sót khi đo đạc kíchthước dựa vào ảnh chụp

Hình 11: Dịch chuyển độ cao địa hình

Dịch chuyển độ cao địa hình (Relief displacement) là lỗi vị trí chủ yếu đối với ảnhhàng không thẳng đứng

Ví dụ: Phối cảnh 5 tháp có chiều cao như nhau được nhìn từ tâm thấu kính của camera

4 Các camera hàng không số

Ảnh số: được thu thập bởi một họ các thiết bị có thể thể hiện một cách có hệthống hình ảnh của một phần bề mặt trái đất bằng việc ghi lại các phô-ton phản xạ hayphát ra từ một mảng của mặt đất (pixels = picture elements: điểm ảnh).

Các điểm ảnh hợp với nhau thành một mảng các độ sáng rời rạc tạo thành bứcảnh Ảnh số được tạo thành từ ma trận của nhiều ngàn điểm ảnh mà các thành phầnnhỏ có thể phân biệt được bởi mắt người

Mỗi điểm ảnh biểu diễn độ sáng của một vùng nhỏ của bề mặt trái đất, ghi lại bằngmột giá trị số tương ứng với giá trị nhất định của vùng phổ điện từ nào đó

Hình 12: pixels

Thông thường thấu kính chiếu ảnh lên tiêu diện

Phim phủ cảm quang (máy ảnh tương tự) hay mảng các phần tử dò (máy ảnh số) đượcđặt tại tiêu diện để ghi lại ảnh

Mỗi phần tử dò là các chất nhạy sáng phát dòng điện âm khi nó chặn các phô-ton từthấu kính, từ đó tạo ra ảnh từ ma trận các giá trị độ sáng, mà các giá trị này tỷ lệ với

độ mạnh yếu của điện sạc khi tới tiêu diện

Hai thiết kế phần tử dò là:

CCD (charged-coupled devices): dùng trong chụp ảnh hàng không

CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

CCD: tạo bởi các phần tử nhạy sáng nhúng trong một chip silicon

Mỗi thành phần nhạy sáng của CCD có thể được chế tạo với đường kính rất nhỏ, cỡ1m

Vùng phổ cảm thụ được là ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý của một thiết bị ghép điện tích

Các phần tử dò có thể sắp xếp theo hàng (linear array) hay theo nhiều hàng và cộtthành mảng 2 chiều

Camera có hệ thấu kính riêng để chụp thẳng, chụp phía trước và chụp phía sau.Mỗi thời điểm camera chỉ chụp vài dải chụp thắng, chụp trước, chụp sau Tuy nhiên,máy bay bay tiến phía trước dọc theo đường bay và mỗi thấu kính thu thập các bộ ảnhriêng biệt.

Intergraph DMC (digital modular camera) là một camera số định dạng khunglớn (large-frame) với 4 đầu chụp toàn sắc loại CCD độ phân giải cao ở trung tâm và 4

đầu chụp đa phổ ở ngoại vi.

Có sử dụng nhiều kỹ thuật xử lý và nội suy để tạo ảnh full-frame

Camera mảng hàng (linear arrays): camera Leica ADS 40 chụp ảnh mặt đất theotừng hàng, riêng biệt cho ảnh nhìn trước, nhìn thẳng (nadir viewing) và nhìn sau.Camera SH52 có trang bị 1 mảng nhìn trước, 2 mảng nhìn thẳng (1 toàn sắc, 1 đa phổ),

1 mảng nhìn sau

Mảng đa phổ thu ảnh nhìn thẳng và ảnh nhìn sau trong vùng blue, green, red vàhồng ngoại gần.

Đặc điểm của camera này là được cấu hình để các nadir của các ảnh chụp theo 1đường thẳng Như vậy mỗi ảnh hiển thị dịch chuyển độ cao địa hình theo hướng along-track như một hàm của độ cao

6 So sánh ảnh số và tương tự

7 Độ nhạy phổ

Camera tương tự dùng phim màu để bắt các tính chất phổ của cảnh chụp Dovậy các detector có thể được cấu hình để ghi lại các vùng phổ khác nhau như các bănghay kênh riêng biệt.

Phim màu sử dụng hóa chất có độ nhạy trong một khoảng bước sóng, độ nhạytối đa trong vung đỏ, green, blue hay nhạy với các bức xạ ở một giới hạn mong muốn

Trong camera số, độ nhạy của CCD và CMOS phụ thuộc lý tính của vật liệu làmcảm biến và nhà sản xuất

Thông thường, cảm biến số nhạy phổ quanh vùng ánh sáng nhìn thấy với cựcđại ở vùng green và trải rộng tới vùng hồng ngoại gần

Mảng cảm biến sử dụng cho thiết bị tiêu dùng thường loại bỏ bức xạ hồng ngoạigần, nhưng với camera hàng không nhạy với vùng này lại có ích

Khác với camera tương tự, cảm biến số được thiết kế có độ nhạy phổ tập trung ởmột dải hẹp và cung cấp phép đo chính xác về độ sáng của từng màu

Nhờ vậy cảm biến số tốt hơn khi ghi lại các tính chất phổ của cảnh chup Điềunày đôi khi là rất quan trọng đối với người dùng ảnh hàng không

Nếu chip cảm biến được thiết kế như các mảng tách biệt cho mỗi vùng phổ thì

nó thu ảnh màu như các mặt phẳng mảng riêng biệt cho mỗi vùng phổ Tuy nhiên, hiệntại, thiết kế này dù có ưu điểm nhưng ít được sử dụng trong camera hàng không do cácmảng cảm biến lớn rất đắt, khó sản xuất, trích xuất dữ liệu mất nhiều thời gian

Một cách khác sử dụng chỉ một mảng cảm biến là dùng bộ lọc Bayer lựa chọncác bước sóng tới điểm ảnh để ghi lại 3 màu thứ cấp

Ví dụ: bộ lọc Bayer được thiết kế cho phép 50% điểm ảnh trong mảng nhận màugreen, 25% cho màu đỏ và blue

Sử dụng bộ lọc Bayer, chip CCD phải xử lý giá trị pixel bằng nội suy, ngoại suy

để ước lượng giá trị tương ứng với màu của điểm ảnh

Công nghệ Foveon: cảm biến được thiết kế vận dụng tính hấp thụ ánh sáng củavật liệu silicon Cảm biến được sắp xếp thành 3 lớp, trên cùng là lớp nhạy blue, lớp tiếptheo là nhạy green và cuôi cùng là lớp nhạy đỏ.

Do ánh sáng đi xuyên qua các lớp nên lớp trong cùng sẽ nhận ánh sáng yếu vànhiễu hơn

8 Kết hợp băng: ảnh quang

Hiển thị hiệu quả ảnh là quan trọng trong viễn thám

Kết hợp băng (band combination) là thuật ngữ trong viễn thám liên quan đếnviệc gán màu để biểu diễn độ sáng của các vùng phổ khác nhau

Với ảnh đa phổ, do mắt người chỉ nhạy các màu cơ bản và phân biệt được độ sáng củacác màu này và kể cả màu trộn của các màu cơ bản

Trong trường hợp băng ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, việc chọn màu vềnguyên tắc có thể là bất kỳ nhưng cần chú ý tới mục đích

Ảnh hồng ngoại đen – trắng: ảnh được thu trong vùng hồng ngoại gần, không bịảnh hưởng nhiều bởi tán xạ của khí quyển, cho thấy khu vực cây xanh, phân biệt vùngđất và nước

Hình 16: Ảnh hồng ngoại đen – trắng

Ảnh toàn sắc (panchromatic): phổ ánh sáng nhìn thấy được thể hiện trên 1 kênhduy nhất Ảnh đen trắng dưới góc nhìn toàn sắc là ảnh ghi lại độ sáng các bức xạ nhìnthấy mà không phân tách các màu khác nhau.

Trong viễn thám, băng toàn sắc được dùng thể hiện chi tiết không gian thay chomàu sắc bởi đôi khi chi tiết không gian tốt lại là thông tin có giá trị hơn là màu sắc

Hình 17: ảnh toàn sắc

Bức xạ blue dễ dàng bị tán xạ làm giảm chất lượng ảnh viễn thám

Để có được ảnh rõ và nét hơn, một số thiết bị có thể được thiết kế chỉ bắt cácbức xạ trong vùng green, red và hồng ngoại gần

Các ứng dụng sử dụng ảnh hàng không toàn phổ, ví dụ như chụp ảnh vùng đôthị, thông tin màu sắc không quan trọng lắm nhưng chi tiết không gian quan trọng hơnnhiều

Hình 18: Ảnh hồng ngoại và ảnh hồng ngoại đen trắng

Mô hình màu tự nhiên

Ảnh màu tự nhiêu biểu diễn màu sắc tương tự cảnh chụp thật nhưng có nhược điểm làvùng phổ blue bị tán xạ bởi khí quyển nên bị hạn chế sử dụng khi thu ảnh ở độ cao lớn

Hình 19: Mô hình màu tự nhiên

Ảnh màu tự nhiêu biểu diễn màu sắc tương tự cảnh chụp thật nhưng có nhượcđiểm là vùng phổ blue bị tán xạ bởi khí quyển nên bị hạn chế sử dụng khi thu ảnh ở độcao lớn

Tạo ảnh sai màu: ảnh có màu không giống màu tự nhiên, được tạo ra một cáchchủ ý Các nhà phân tích kết hợp các kênh sơ cấp theo cách nào đó để có ảnh cho mụcđích riêng.

Hơn nữa, viễn thám thường sử dụng bức xạ ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, việchiển thị các ảnh với mô hình sai màu là cần thiết

Mô hình hồng ngoại màu

Hồng ngoại gần là vùng “quí nhất” đặc trưng bởi các bước sóng dài hơn ngaysát vùng ánh sáng nhìn thấy

Đây là vùng mang nhiều thông tin quan trong về cây cối và không bị tán xạ bởikhi quyển, bổ trợ cho vùng ánh sáng nhìn thấy

Mô hình hồng ngoại màu (CIR) tạo ảnh 3 băng bằng cách bỏ đi băng blue ởvùng nhìn thấy và thêm kênh trong vùng hồng ngoại gần

CIR cho phép nhìn rõ vùng cây xanh và vùng nước mà không bị ảnh hưởng bởikhí quyển như mô hình màu tự nhiên

Mô hình kết hợp băng này hữu ích cho các nghiên cứu trong lĩnh vực lâmnghiệp, nông nghiệp, tài nguyên nước, …

Hình 20: Mô hình màu hồng ngoại

9 Độ phủ bởi nhiều ảnh

Kế hoạch bay: máy bay bay theo các đường bay song song để thu thập ảnh hàngkhông thẳng đứng và tập hợp lại để có được ảnh bao phủ một vùng nào đó

Cứ mỗi đường bay, các khung ảnh riêng được đánh số thành dãy

Mỗi ảnh được chụp bằng cách chụp đơn chiếc hay chụp tự động trong khoảngthời gian đã được tính toán từ trước để có được độ phủ mong muốn

Hình 21: Các khung riêng lẻ được đánh số theo dải

Hình 22: Đường bay bị lệch do gió ngang làm cho ảnh dưới mặt đất bị dịch như trong

hình.

Hình 23: Điều chỉnh đường bay để bù lại drift nhưng không đổi hướng camera

Thông thường hai khung kế tiếp trên cùng một đường bay gối lên nhau khoảng50-60% mỗi khung

Nếu gối lên nhau hơn 50% thì điểm gốc của ảnh trước xuất hiện trong ảnh kế

tiếp và gọi là các điểm gốc liên hợp (conjugate principal points).