Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác mô hình số bề mặt được thành lập từ ảnh radar tt

Trên thế giới có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu, đề xuất các giải pháp giảm thiểu các sai số gây ra trong các công đoạn của qui trình xử lý ảnh trong phương pháp InSAR, bao gồm: đồng đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC - MỎ ĐỊA CHẤT

-

TRẦN THANH HÀ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT ĐƯỢC THÀNH LẬP TỪ ẢNH RADAR

Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

Mã số : 9520503

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2018

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám,

Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai,

Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Đào Ngọc Long

Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ Việt Nam

2 TS Nguyễn Thị Mai Dung

Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Phản biện 1: TS Chu Hải Tùng

Phản biện 2: PGS.TS Trịnh Lê Hùng

Phản biện 3: TS Lê Đại Ngọc

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đáng giá luận án cấp Trường

Họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất,

Vào hồi …… ngày ……tháng….năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại:

Thư viện Quốc gia Việt Nam;

Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Mô hình số bề mặt (DSM – Digital Surface Model) là tập hợp

dữ liệu số mô tả một phần của bề mặt Trái Đất trong không gian 3D Hiện nay, DSM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như trong thành lập bản đồ địa hình, thành lập bản đồ 3D, được dùng trong nắn ảnh trực giao, lập kế hoạch phòng chống các tai biến thiên nhiên; lũ lụt, kiểm soát xói lở đất, phân tích tầm nhìn ở diện rộng, giám sát tài nguyên môi trường và trong nhiều ứng dụng khác DSM là sản phẩm trung gian, từ DSM có thể tạo ra DEM

Hiện nay, ở nước ta, Trung tâm thông tin tư liệu của Cục Đo đạc - Bản đồ và Hệ thông tin địa lý mới chỉ cung cấp DEM cho khách hàng Do vậy, việc nghiên cứu qui trình xây dựng DSM, nâng cao độ chính xác của nó trên cơ sở sử dụng các phương pháp đo vẽ hiện đại là cần thiết

Với ưu điểm nổi trội của ảnh radar có độ phủ rộng trên bề mặt Trái Đất, chu kỳ lặp ngắn (hầu như có thể cung cấp tư liệu “tức thời”), chi phí mua tư liệu rẻ hơn nhiều so với các loại tư liệu viễn thám khác, thậm chí ảnh Sentinel, với độ phân giải cao, chu kỳ lặp 12 ngày được cấp miễn phí Ảnh radar đã được nghiên cứu và ứng dụng để thành lập mô hình số bề mặt (Digital Surface Model – DSM) ngay từ những năm 1960, với sự ứng dụng các phương pháp xử lý chủ yếu như: phương pháp đo độ dốc, phương pháp đo radar lập thể, phương pháp radar giao thoa và phương pháp đo radar phân cực Những phương pháp này thông thường được sử dụng để xử lý tư liệu của các

hệ thống radar độ mở tổng hợp SAR (Synthetic Aperture Radar) nhằm xác định độ cao tương đối hoặc tuyệt đối của các đối tượng trên bề mặt để xây dựng DSM

Mặc dù mới xuất hiện, song phương pháp đo radar giao thoa (InSAR) đã được ứng dụng rộng rãi trong tạo DSM Đây là một kỹ thuật hứa hẹn sẽ giải quyết một số vấn đề khó khăn trong một khu vực nghiên cứu đòi hỏi độ chính xác, hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện với mọi điều kiện thời tiết Chất lượng của DSM được xây dựng bằng phương pháp InSAR chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, như là tác động của khí quyển đối với góc chụp ảnh, đường đáy ảnh (baseline)

và kỹ thuật xử lý Ảnh hưởng của các yếu tố này sẽ làm vị trí các pixel bị xê dịch, gây khó khăn trong quá trình khớp ảnh Hai là sự

khác nhau về thời gian thu nhận, tạo ra sự không tương quan giữa hai ảnh, và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khớp hai ảnh với nhau

để tạo ảnh giao thoa, rồi vấn đề lọc nhiễu pha để mở pha

Do đó để nâng cao chất lượng của sản phẩm DSM thì nhất thiết phải nâng cao chất lượng của ảnh giao thoa trong phương pháp InSAR Trên thế giới có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu, đề xuất các giải pháp giảm thiểu các sai số gây ra trong các công đoạn của qui trình xử lý ảnh trong phương pháp InSAR, bao gồm: đồng đăng ký (co-registration), tạo ảnh giao thoa (interferogram generation), lọc nhiễu pha, giải pha (phase unwrapping) và chuyển đổi tọa độ, hiệu chỉnh hình học (geocoding)

Từ năm 2014, hệ thống vệ tinh Sentinel đã đi vào hoạt động, với chu kỳ lặp ngắn, diện tích phủ trùm lớn, ảnh có độ phân giải cao, được cung cấp miễn phí, đã mở khả năng sử dụng loại tư liệu này để xây dựng DSM có độ chính xác cao, chi phí sản xuất thấp, và có thể đáp ứng rất kịp thời cho người sử dụng

Do vậy hướng nghiên cứu về kỹ thuật xử lý, về các giải pháp nâng cao độ chính xác xây dựng DSM bằng tư liệu viễn thám radar nói chung, tư liệu Sentinel nói riêng phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn ứng dụng cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở khoa học và các giải pháp nâng cao độ chính xác xây dựng DSM từ ảnh radar, phù hợp với thực tế về tư liệu của Việt Nam

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu qui trình xây dựng DSM, những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của DSM và các giải pháp nâng cao độ chính xác của DSM, trên cơ sở ứng dụng phương pháp biến đổi tín hiệu wavelet

trong phân tích tín hiệu, phương pháp Goldstein để lọc nhiễu pha

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

4.1 Ý nghĩa khoa học của luận án

Góp phần hoàn thiện các ứng dụng của phép biến đổi wavelet trong xử lý và phân tích tín hiệu, ứng dụng phương pháp lọc nhiễu pha Goldstein trong qui trình thành lập DSM từ ảnh radar

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Cung cấp những đánh giá đầy đủ về cơ sở khoa học cũng như kết quả nghiên cứu thử nghiệm của giải pháp nâng cao độ chính xác

của DSM được thành lập bằng ảnh Sentinel - 1A kênh C trong điều kiện Việt Nam

5 Những luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Với tín hiệu siêu cao tần sử dụng trong viễn

thám radar, phép biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ (wavelet) là phù hợp trong việc chọn và khớp các điểm đặc trưng, phục vụ cho đồng đăng ký ảnh trong qui trình thành lập DSM bằng phương pháp InSAR

Luận điểm 2: Phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ

thuật thích nghi láng giềng có trọng số, là tối ưu nhất trong lọc nhiễu pha giao thoa để nâng cao độ chính xác của DSM

6 Những điểm mới của luận án

6.1 Áp dụng thành công phương pháp biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ (wavelet) để xử lý ảnh radar trong chọn kích thước cửa sổ khớp ảnh, chiết xuất và khớp các điểm đặc trưng trên ảnh radar, qua đó nâng cao

độ chính xác xây dựng DSM từ tư liệu viễn thám siêu cao tần

6.2 Đề xuất phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có trọng số để lọc nhiễu pha giao thoa, nhằm nâng cao độ chính xác của DSM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Đặt vấn đề

Việc ứng dụng tư liệu viễn thám radar trong thành lập mô

hình số địa hình, mô hình số bề mặt và nghên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ chính xác của chúng đang được các nhà khoa học

trong và goài nước quan tâm nghiên cứu

1.2 Lịch sử phát triển của SAR

1.3 Tổng quan về các nghiên cứu sử dụng phương pháp InSAR xây dựng DSM

1.3.1 Trên thế giới

Các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới vào các thập niên cuối của thế kỷ XX đã khẳng định được khả năng và hiệu quả sử dụng tư liệu viễn thám radar trong xây dựng DEM, DSM

Li và Goldstein (1990)

Hiện nay, các nghiên cứu về hoàn thiện qui trình xây dựng DSM bằng phương pháp InSAR, các nguồn sai số và các giải pháp loại trừ ảnh hưởng của chúng tới chất lượng của sản phẩm đang được tiến hành và thu hút rất nhiều sự quan tâm từ các nhà Khoa học

Đặc biệt trong các năm gần đây, để tăng hiệu quả kinh tế và kỹ

thuật, các nghiên cứu về ảnh hưởng của khí quyển đến chất lượng

của ảnh giao thoa và các khả năng loại trừ ảnh hưởng này có các

nghiên cứu của: Gens (1998), Hanssen (2001); Zebker (1994b);Ding

và cộng sự (2008) Nhiều giải pháp đã được nghiên cứu và đề xuất để giảm thiểu ảnh hưởng của khí quyến đến chất lượng InSAR bao gồm: phương pháp mô hình hóa nhiễu ảnh và các dữ liệu đo GPS, sử dụng

mô hình dữ liệu khí tượng; sử dụng dữ liệu vệ tinh từ các vệ tinh MODIS và MERIS

Về sự không tương quan về đường đáy ảnh có rất nhiều các

nghiên cứu đã nghiên cứu dựa trên các cặp ảnh Sentinel-1 với các kích thước đường đáy ảnh là khác nhau nhưng chụp cùng một khu vực, cũng khẳng định rằng đường đáy ảnh hưởng đến độ chính xác khi tạo DSM do đó chắc chắn nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của InSAR, nhưng để khắc phục được điều này rất cần các nghiên cứu tiếp theo

Quy trình xử lý trong InSAR bao gồm các công đoạn: đồng đăng ký ảnh, tạo giao thoa và lọc nhiễu pha, mở pha và tạo DSM

Việc đồng đăng ký hai ảnh SAR là bước đầu tiên trong quy trình

xử lý giao thoa và nó là một trong những bước xử lý quan trọng nhất liên quan đến chất lượng giao thoa Để tăng độ tin cậy cho quá trình đồng đăng ký ảnh, Liao (2000) đã nghiên cứu phương pháp khớp ảnh tự động qua nhiều bước từ đăng ký thô, tới đăng ký chính xác và bình sai Một phương khác được ứng dụng để đồng đăng ký ảnh SAR trong miền Fourier được nghiên cứu bởi Adbelfattah và Nicolas (2004); Tang và nnk., (2013); Skanderi và nnk., (2013) Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng thuật toán Fourier biến đổi nhanh - Fast Fourier Transform (FFT) để tự động tìm các điểm khớp trên ảnh chính và tìm kiếm sự tương ứng của mỗi điểm trên ảnh phụ Phương pháp này có ưu điểm là hoạt động rất nhanh và hiệu quả, nhưng nó chỉ thích hợp cho các khu vực ít có sự biến đổi (đồng nhất) và tương đối bằng phẳng

Ngoài ra để quá trình giải pha được dễ dàng với độ chính xác cao

thì lọ nhiễu pha l m t ướ quan trọng trong quá tr nh lý n

(Suo, 2010, Suo và nnk 2016, Zhao, 2012 ) Một phương pháp lọc nhiễu

lý tưởng phải có khả năng giảm tối đa phần pha dư (phase residues) thành phần thể hiện v ng pha bị lỗi, trong khi v n bảo toàn được các vân giao thoa (fringes) (Li, 2015) Hiện nay, các phương pháp lọc nhiễu pha được chia thành hai nhóm chính: Phương pháp lọc nhiễu trên miền không gian

(spatial domain) của Schuler (1996); Abdelfattah (2004), Trouve (1998), Feng (2016) và phương pháp lọc nhiễu trên miền tần số (frequency domain) như: Zhao (2012); Zebker (1994a), Wang (2011)

aran và nnk đã đề xuất phương pháp lọc nhiễu Goldstein cục

bộ với tham số alpha ( ) thay đổi theo giá trị tương quan của cửa sổ lọc, các v ng có tương quan thấp được lọc nhiều hơn v ng có tương quan cao, nhờ đó bảo tồn các thông tin pha giao thoa nhiều hơn so với phương pháp Goldstein gốc Để tính tham số alpha trong ph p lọc Goldstein được đề xuất bởi Song, Guo với việc sử dụng kỹ thuật phân tích EMD (Song và nnk (2014 )

thuật th h nghi láng giềng (Adaptive-neighbourhood) đã

được Song (2015) sử dụng tích hợp với phương pháp lọc Goldstein nhằm nâng cao độ chính xác ph p lọc pha giao thoa bằng cách sử dụng giá trị pha của các điểm ảnh láng giềng để tính và gán cho điểm ảnh x t

Vì vậy, để cải thiện độ chính xác xây dựng DSM bằng phương pháp InSAR thì việc đăng ký ảnh SAR và lọc nhiễu pha trong InSAR, cần giải quyết Và đây cũng chính là nội dung chính của luận án này

1.3.2 Trong nước

Ở nước ta việc sử dụng viễn thám radar để thành lập mô hình

số độ cao cũng được rất nhiều các nhà khoa học quan tâm như trong nghiên cứu của Trần Vân Anh (2004), (2007), Trong nghiên cứu sụt lún như: Trần Vân Anh (2007), Phạm Quang Vinh và các cán bộ nghiên cứu của Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

đã sử dụng ảnh ENVISAT ASAR và JERS-1

Hiện nay, ở trong nước đã có rất nhiều các nghiên cứu ứng dụng ảnh radar để thành lập DEM như: Nguyễn Bá Duy (2009), đã tiến hành thành lập DEM bằng phương pháp InSAR, và tư liệu ảnh sử dụng trong nghiên cứu này là ảnh thu được từ các vệ tinh ERS-1 (Earth Resources Satellite-1) và ERS-2 (Earth Resources Satellite-2) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Nguyễn Minh Hải (2014), đã xác định biến dạng địa hình trong tạo DEM bằng cách phân tích sự lệch pha của Radar giao thoa Đối với kỹ thuật tạo giao thoa có thể kể đến nghiên cứu của Hồ Tống Minh Định (2006), Trần Thanh Hà (2017), các tác giả đã ứng dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng DEM Kết quả ban đầu đạt được cho thấy độ chính xác của DEM tạo từ ảnh SAR có thể đạt từ

±2m-±7m ở khu vực đồng bằng và ±10m-±20m ở khu vực đồi núi Tuy nhiên, sự thành công của kỹ thuật phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như bộ cảm SAR thu nhận, đường đáy, sự tuơng quan, lời giải bài toán

mở pha… Đặc biệt, bài toán mở pha cần được giải một cách chính xác

để nâng cao độ chính xác thành lập DEM

Trần Vân Anh (2014), cũng chỉ ra rằng độ chính xác của DEM chịu ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh Tác giả đã đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến kết quả tạo giao thoa của cặp ảnh trong việc xây dựng mô hình số địa hình Ngoài ra, để nâng cao độ chính xác chiết xuất các điểm đặc trưng phục vụ đồng đăng ký ảnh có thể ứng dụng phép biến đổi wavelet Trần Thanh Hà (2017)

1.4 Đánh giá kết quả nghiên cứu đạt đƣợc

Các kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học trong và ngoài nước, đã khẳng định khả năng ứng dụng của ảnh radar trong tạo DSM Các kết quả nghiên cứu cũng khẳng định rằng trong qui trình xây dựng DSM bằng phương pháp giao thoa, công đoạn đồng đăng ký ảnh là một trong những công đoạn quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm cuối cùng DSM Dữ liệu gốc được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học đã công bố chủ yếu là

tư liệu ERS - 1,2, Envisat ASAR, ALOS kênh L và TerrSAR - X

V n chưa có nhiều nghiên cứu thử nghiệm trên tư liệu Sentinel - 1A,

đi c ng tư liệu này là phần mềm xử lý ảnh SNAP để xây dựng DSM Trong phần mềm đã sử dụng, quá trình đồng đăng ký được hoàn toàn tự động từ bước áp dụng một kích thước của sổ cố định tới chọn điểm khớp trên ảnh, nên độ chính xác của DSM được thành lập chưa cao, sai số đạt từ 20m đến 30m (tùy thuộc vào độ phân giải của ảnh)

1.5 Những vấn đề đƣợc phát triển trong luận án

Dựa trên các kết quả nghiên cứu đã đạt được, NCS tiếp tục nghiên cứu giải pháp xử lý ảnh SAR nhằm nâng cao chất lượng của DSM được thành lập từ ảnh radar bằng phương pháp InSAR ph hợp trong điều kiện của Việt Nam bao gồm:

- Nghiên cứu thành lập DSM từ tư liệu ảnh radar và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của DSM được thành lập bằng phương pháp InSAR

- Nghiên cứu ứng dụng phép biến đổi wavelet trong phân tích hiệu ảnh SAR để tự động chiết xuất các điểm đặc trưng, chọn kích thước cửa số khớp ảnh phục vụ quá trình đồng đăng ký ảnh

- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có trọng số để nâng cao độ chính xác của DSM

- Thử nghiệm thành lập DSM dựa trên giải pháp đã trình bày, với tư liệu nghiên cứu thử nghiệm trong luận án là tư liệu kênh C

(Sentinel- 1A)

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG ẢNH RADAR TRONG THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT (DSM)

2.1 Nguyên lý thu nhận ảnh radar

2.2 Hệ SLAR

2.2.1 Nguyên lý hoạt đ ng của SLAR

2.2.2 Đ phân giải không gian

2.3 Nguyên lý hoạt động của SAR

2.4 Các vệ tinh radar

2.5 Các tính chất đặc trưng của ảnh radar

2.6 Các phương pháp đo ảnh radar

2.6.1 Phương pháp radar đ dốc (Radarclinometry)

2.6.2 Phương pháp radar lập thể (StereoSAR hay Radargrammetry)

2.6.3 Phương pháp đo radar phân ực (Polarimetric SAR) 2.6.4 Phương pháp đo giao thoa - InSAR

2.7 Khả năng ứng dụng của viễn thám radar

Nếu như từ năm 2005 trở về trước chỉ có ba vệ tinh hoạt động trong dải sóng siêu cao tần, với độ phân giải trung bình, thì ngày nay

đã có hàng chục vệ tinh viễn thám radar đang hoạt động, và độ phân giải của chúng có thể đạt tới 1m Đặc biệt những năm gần đây hệ thống vệ tinh viễn thám Sentinel đã được phóng lên quĩ đạo, với chu

kỳ lặp rất ngắn (6-11 ngày), độ phân giải rất cao, phạm vi quét rộng

đã mở ra khả năng ứng dụng to lớn của loại tư liệu này trong nhiều lĩnh vực trên một diện rộng Viễn thám radar được sử dụng trong các lĩnh vực như:

Hệ thống SAR có thể tạo ra được sản phẩm được gọi là ảnh

“single look complex” mà nó lưu giữ những thông tin về pha và thông tin cường độ của tín hiệu tán xạ ngược Những thông tin này có thể được khai thác sử dụng cho thành lập mô hình số địa hình hoặc tìm kiếm sự thay đổi hoặc biến dạng của địa hình Thông tin pha có liên quan đến vị trí dọc theo sóng có liên quan đến điểm tham chiếu,

hay liên quan đến sự dịch chuyển giữa hai hay nhiều sóng

2.9 Quy trình thành lập DSM bằng phương pháp radar giao thoa - InSAR Hiện nay, để thành lập DSM từ tư liệu viễn thám

radar theo phương pháp InSAR, người ta thường sử dụng qui trình công nghệ (hình 2.1)

Để có được mô hình số bề mặt (DSM) tốt nhất thì cần thiết phải nâng cao độ chính xác của quá trình đồng đăng ký ảnh Đồng nghĩa với việc phải tìm được kích thước cửa sổ tối ưu và những điểm khớp phải là những điểm đặc trưng trên ảnh

2.9.2 Tạo giao thoa

Sau khi đồng đăng ký ảnh, giao thoa phức được tạo ra bằng phép nhân liên hợp mỗi pixel phức của ảnh thứ nhất với cùng pixel phức tương ứng của ảnh thứ hai Cường độ của ảnh giao thoa đo mức

độ tương quan ch o của các ảnh

2.9.4 Lọc nhiễu pha

Trước khi thực hiện mở pha, chúng ta cần phải tăng cường chất lượng giao thoa làm cho dữ liệu trở nên tốt hơn Trước hết chúng ta cần phải là giảm nhiễu trên ảnh giao thoa, nhiễu được thực hiện thông qua một phép lọc Hiện nay, có rất nhiều phương pháp lọc nhiễu pha đã được nghiên cứu và áp dụng Một trong các phương pháp lọc nhiễu được sử dụng phổ biến nhất thuộc nhóm này là phương pháp lọc nhiễu Goldstein

Goldstein là phương pháp lọc nhiễu pha thực hiện trên miền tần số, được xem như ph p lọc thông thấp (low-pass filter), làm trơn mượt giá trị cường độ của kết quả biến đổi Fourier các phân mảnh

Phương pháp lọc nhiễu Goldstein cục bộ được Baran đề xuất với tham số lọc được xác định dựa vào giá trị tương quan (coherence) tại mỗi vị trí được lọc nhiễu Dựa vào mối quan hệ nghịch biến giữa giá trị tương quan và độ lệch chuẩn của pha, tham số lọc nhiễu được xác định tương ứng với giá trị tương quan trung bình

Phương pháp lọc nhiễu Goldstein và Goldselcục bộ đã đưa ra cách tính hệ số lọc dựa trên giá trị tương quan trung bình, thực tế

v n chưa phải tối ưu do dữ liệu SAR thu được từ bề mặt phi tuyến và không cố định Để khắc phục nhược điểm này, cần có giải pháp kỹ thuật lọc pha tối ưu nhất có khả năng giảm tối đa phần pha biến dạng (phase residues), thể hiện v ng pha bị lỗi, trong khi đó v n bảo toàn được các vân giao thoa (fringes)

2.9.5 Giải mở pha

Giá trị pha đo được chỉ là phần dư của phép chia hết cho 2π, nghĩa

là giá trị số nguyên lần 2 π bị mất Vì vậy, nếu bề mặt biến dạng trên ảnh lớn hơn 1/2 bước sóng radar, và pha giao thoa tạo ra bị chệch hơn một chu kỳ, thì ảnh giao thoa cần phải có bước để phục hồi lại chu kỳ đã mất Quá trình phục hồi lại chu kỳ đã mất này gọi là giải mở pha Do đó, để giải bài toán mở pha, thường dựa vào DSM tham chiếu giả định rằng grandient pha giữa các pixel liền kề được giới hạn (-π, π)

2.9.6 Chuyển đổi pha thành giá trị độ cao

2.9.7 Chuyên đổi tọa độ và nắn chỉnh hình học - Hiệu chỉnh hình học (Geocoding)

Chuyển đổi hình học đề cập đến việc chuyển đổi tọa độ từ tọa độ radar (khoảng cách/phương vị/chiều cao) sang hệ tọa độ tọa độ trắc địa

2.9.8 Đánh giá hất lượng của DSM

Sai số trung phương được tính như sau :

h n

RMSE

1 2

Chương 2 đã trình bày các kiến thức về các khái niệm cơ bản

và nguyên lý tạo và đo ảnh radar, các hệ thống vệ tinh và tư liệu ảnh radar đang được sử dụng hiện nay trong thành lập bản đồ, trong xây dựng DSM Phương pháp đo ảnh radar sử dụng chủ yếu hiện nay là phương pháp đo giao thoa - InSAR

Trong qui trình xây dựng DSM tử ảnh radar theo phương pháp InSAR, các công đọan: đồng đăng kỹ ảnh và lọc nhiễu pha là những công đoạn quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của ảnh giao thoa để tạo ra sản phẩm DSM

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA DSM ĐƯỢC THÀNH LẬP BẰNG ẢNH RADAR

3.1 Giải pháp nâng cao độ chính xác của đồng đăng ký ảnh trong thành lập DSM

Giải pháp bao gồm phân tích hệ số tự tương quan của ảnh bằng phép biến đổi sóng nhỏ (wavelet) 1 chiều, dựa trên hệ số wavelet để xác định kích thước cửa sổ tối ưu Với giải pháp được đề xuất, qui trình đồng đăng ký ảnh được mô tả:

Hình 3.1 Các bước trong quá trình đồng đăng ký ảnh SAR

3.1.1 Khái niệm chung về á phương pháp lý tín hiệu Phép biến đổi Fourier

Công thức biến đổi Fourier thời gian ngắn STFT, được mô tả như sau [103]:

  t f x    t w t  e dt

,     (3.1)

Với f là tần số và w(t −t ) là hàm cửa số, trong đó t đóng vai

trò để dịch chuyển cửa sổ theo x

Phép biến đổi wavelet

Năm 1982, Jean Morlet lần đầu tiên đưa ra ý tưởng về wavelet như là một hàm cấu trúc phức tạp bằng cách dịch và dãn một hàm đơn, được gọi là wavelet mẹ (Mother wavelet), để phân tích tín hiệu không dừng Wavelet là dạng sóng có thời gian duy trì tới hạn với giá trị trung bình bằng không Wavelet có thời gian giới hạn, bất thường

và bất đối xứng Phân tích wavelet chia các tín hiệu thành các tham

số dịch chuyển và tham số tỷ lệ của các wavelet mẹ

3.1.2 Phép biến đổi Wavelet liên tục (CWT – Continous Wavelet Transform)

Phân tích dựa trên ph p biến đổi wavelet cho ph p xác định xu hướng tín hiệu (signal trends) từ đó xác định được phần nhiễu của tín hiệu Trong khi phần nhiễu của tín hiệu luôn chứa các thành phần tần số cao thì

xu hướng chung của tín hiệu luôn chứa các thành phần tần số thấp Khi tầng phân tích tăng lên thì độ phân giải của tín hiệu giảm xuống, tạo điều kiện cho việc ước tính các xu hướng tín hiệu chưa xác định

R  ( ) (3.2) Cov(d) là giá trị hiệp phương sai của các điểm ảnh với khoảng cách d; và V là phương sai của các điểm ảnh được tính như sau :

1

) (

N

i i

(3.3) Trong đó: Z là giá trị độ xám của điểm ảnh thứ i, Zi+d là giá trị

độ xám của điểm ảnh có khoảng cách d với điểm ảnh thứ i M là trị trung bình của tất cả các điểm ảnh N là tổng số các điểm ảnh được tính toán