đồ án tốt nghiệp chuyên ngành trắc địa ảnh trường mỏ địa chất

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành
Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Lời mở đầu!
Ngày nay, cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật,
công nghệ vũ trụ đã phát triển vơ cùng nhanh chóng trong vài thập niên gầm
đây. Kỹ thuật viễn thám nói chung đã trở thành một phương tiện kỹ thuật hiện
đại được áp dụng trong nh iều lĩnh vực khoa học khác nhau như trong lâm
nghiệp, cập nhật và thành lập bản đồ, trong bảo vệ mơi trường và phịng
chống thiên tai vv... Viễm thám là một phương thức thu nhận thông tin về các
đối tượng đó. Các thơng tin thu được là kết quả của việc giải đoán mã hoặc đo
đạc những biến đổi mà các đối tượng tác động tới môi trường chung quanh
như trường điện từ, truờng âm thanh hoặc trường hấp đẫn.
Tính ưu việt cơ bản của thơng tin viễn thám là khả năng tổng hợp và
tính tổng quát cao, độ chi tiết lớn. Bằng ảnh máy bay và ảnh vệ tinh ta co khả
năng nghiên cức các đối tuợng tự nhiên trên một diện rộng với độ phân giải
khơng gian vài mét. Tính lặp lại có chu kỳ của thông tin viễn thám cho phép
nghiên cứu sự biến động theo chu kỳ và sự thay đổi tính chất của các đối
tượng tự nhiên theo thời gian và dưới tác động của cá hoạt động kinh tế - xã
hội của con người.
Tuy nhiên, cũng như trong chụp ảnh hàng khơng, ảnh viễn thám cũng
bị biến dạng hình học do rất nhiều nguồn sai số gây ra. Các nguồn sai số chủ
yếu gây nên bi ến dạng hình học của ảnh viến thám có thể chia làm hai nhóm
chính là: sai số hình học do bản thân máy thu và sai số hình học do tác động
bên ngồi. Vì vậy, trong quy trình cơng nghệ xử lý ảnh viễn thám cho các
mục đích trên, cơng tác hiệu chính hình học ản h viễn thám chiếm một vai trò

quan trọng, quyết định đến tính chính xác và độ tin cậy của thông tin.
Để hiểu rõ bản chất của các nguồn sai số và cơ sở khoa học của công
tác hiệu chỉnh hình học ảnh viễn thám, em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Kỹ
thuật nắ n ảnh vệ tinh để thành lập bình đồ tỷ lệ 1 : 50.000”.
Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Trường
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-1-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Xuân, cùng cô giáo Nguyễn Thị Thu Hương em đã tìm hiểu và thực hiện đề
tài được giao trong thời gian thực tập tốt nghiệp vừa qua. Em xin chân thành
cảm ơn sự giúp đỡ của thầy cô.
Đồ án tốt nghiệp được hoàn thành trong… .. trang đánh máy vi tính và
có bố cục 3 chương như sau:
Lời mở đầu
Chương I

: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM

Chương II : HIỆU CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH VỆ TINH
Chương III : KHẢO SÁT KỸ THUẬT NẮN ẢNH VỆ TINH
ĐỂ THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ TỶ LỆ 1 : 50.000
Kết luận

Mục lục
Tài liệu tham khảo

Vì thời gian thực tập có hạn và chưa được trải nghiệm thực tế nên đề tài
còn nhiều hạn chế và thiếu sót , kính mong thầy cơ và các bạn góp ý để đề tài
của em được hồn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Oanh

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-2-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM
§ I.1. Một số vấn đề cơ bản về viễn th ám
I.1.1. Khái niệm cơ b ản
Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của công nghệ vũ
trụ, phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin của các đối tượng trên mặt
đất.
Hiện nay, ảnh vệ tinh độ phân giải cao (1  4m) đang được các chuyên
gia sử dụng theo hưóng tích hợp với GPS (Global Positioning System) v à GIS
(Goegraphical Information System), nhằm khai thác dữ liệu không gian hiệu

quả phục vụ công tác thành lập bản đồ thành phố, quy hoạch giao thông, giám
sát biến động sử dụng đất… Trong đó, vệ tinh Ikonos được phóng vào tháng 4
năm 1999 đã cung cấp ảnh với độ phân giải không gian 1m và đặc biệt là vệ
tinh Quickbird được phóng vào tháng 10 năm 2001 cung cấp ảnh với độ phân
giải không gian 0.61m. Ảnh đa phổ độ phân giải khơng gian cao đã góp phần
quan trọng trong việc phát triển ứng dụng viễm thám trong nhiều lĩnh cực,
đáp ứng địi hỏi mức độ cung cấp thơng tin chi tiết và chính xác.
Ngồi việc thu thập thơng tin từ ảnh đa phổ độ phân giải cao, ảnh ra đa
được thu tgạp bởi kỹ thuật viễn thám siêu cao tần cũng đã được sử dụng phổ
biến từ đầu thế kỷ này.
I.1.1.1 - Viễn thám là gì?
o

Khái niệm về viễn thám

Viễn thám được định nghĩa là khoa học nghi ên cứu các phương pháp
thu thập, đo lường và phân tích thơng tin của vật thể quan sát mà khơng cần
tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Thuật ngữ viễn thám được sử dụng đầu ti ên ở Mỹ vào năm 1960, bao
gồm tất cả các lĩnh vực như không ảnh, giải đoán ảnh , địa chất ảnh…
Về bản chất, do các tính chất của vật thể có thể được xác định thông
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-3-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám là một công nghệ
nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông
qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ và bức xạ .
o

Nguyên lý:

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước
sóng đã xác định.
Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh
viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất
khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vt th.

Dữ liệu số
Tư liệu ảnh
Tư liệu
mặt đất

Hỡnh 1: Nguyờn lý thu nhận dữ liệu được sử dụng trong viễn thám

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-4-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

I.1.1.2 - Phương pháp viễn thám
Phương pháp viễn thám là ph ương pháp sử dụng bức xạ điện
từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một ph ương tiện để điều
tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng.
I.1.1.3 - Bộ cảm biến
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
được gọi là bộ cảm biến (Sensor). Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh
hoặc máy quét.
I.1.1.4 - Vật mang
Phương tiện mang các sensors được gọi là vật mang, có thể là
máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh.
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt
trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu
nhận bởi bộ cảm biến đặt trên vật mang.
Máy bay và vệ tinh là những vật mang chủ yếu cho sự quan trắc trong
viễn thám. Định nghĩa này loại trừ những quan trắc về điện từ và trọng lực và
những quan trắc chủ yếu là để đo đạc nhưng trường lực nhiều hơn là đo đạc
bức xạ điện từ. Các quan trắc về từ v à bức xạ thường được thực hiện từ máy
bay, nhưng thường được xem như những quan trắc địa vật lý từ máy bay
nhiều hơn là viễn thám.
Chụp ảnh máy bay là dạng đầu tiên của viễn thám , và tồn tại như một
phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Việc phân tích ảnh
hàng khơng đã góp phần đáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và
khoáng sản trầm tích. Sự thành cơng này sử dụng dải nhìn th ấy của sóng điện
từ và có thể hiệu quả hơn nếu sử dụng các dải sóng khác. Từ1960, sự tiến bộ
của khoa học kỹ thuật cho phép thu được các hình ảnh của dải sóng khác

nhau, bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và cực ngắn. Sự phát triển và sử dụng
các loại tàu vũ trụ có ng ười điều khiển và vệ tinh khơng có ng ười điều khiển
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-5-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

bắt đầu từ 1960 đã cung cấp khả năng từ trên quỹ đạo thu được hình ảnh của
trái đất.
Thông tin về năng l ượng phản xạ của các vật thể được ghi nhận bởi ảnh
viễn thám thông qua xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh
dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia. Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thô ng tin
liên quan đến các vật thể và hiện t ượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng
dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nơng lâm nghi ệp, địa chất, khí
tượng, mơi trường…
I.1.1.5 - Q trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám
Viễn thám được thực hiện từ nhiều khoảng cách, độ cao k hác nhau:
- Tầng mặt đất
- Tầng máy bay
- Tầng vũ trụ
Tồn bộ q trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành 5
thành phần cơ bản như sau:
- Nguồn cung cấp năng lượng
- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển

- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt trái đất
- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vạt thể thành dữliệu ảnh số bởi
bộ cảm biến
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý.
I.1.2. Phân loại viễn thám
Viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản ứng với vùng b ước
sóng sử dụng.
-

Loại 1: Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ
Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời và ảnh viễn thám nhận

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-6-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

được dựa vào sự đo lường năng lượng vùng ánh sang nhìn thấy và hồng ngoại
được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất. Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn
thám này được gọi chung là ảnh quang học.
-

Loại 2: Viễn thám hồng ngoại nhiệt.
Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra,

hầu như mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự sinh ra một bức xạ.
Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh nhiệt.
-

Loại 3: Viễn thám siêu cao tần
Trong viễn thám siêu cao tần, hai loại kỹ thuật chủ động và bị động đều

được áp dụng. Đối với viễn thám siêu cao tần chủ động , vệ tinh cung cấp
năng lượng riêng và phát trực tiếp đế n các vật thể, rồi thu lại năng lượng do
song phản xạ lại được đo lường để phân biệt giữa các đối tượng với nhau.
Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám siêu cao tần chủ động được gọi là ảnh
rađa.
Sự phân chia thành các dải phổ liên quan đến tính chất bức xạ tự nhiên
của các đối tượng, từ đó tạo thành các phương pháp viễn thám khác nhau.
Sóng điện từ được truyền trong mơi trường đồng nhất theo hình sin với
tốc độ gần 3 × 10 m/s (tốc độ ánh sáng).
Khoảng cách giữa các cực trị được gọi là bước sóng (λ) với đơn vị là độ
dài.
Số lượng các cực trị truyền qua một điểm nhất định trong thời gian 1
giây được gọi là tần số (υ - đơn vị: herzt).

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-7-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

§ I.2. Tư liệu ảnh vệ tinh có phổ biến ở Việt Nam.
I.2.1. Ảnh vệ tinh quang học
Ảnh nói chung là sự thể hiện hai chiều của các vật thể trong một
vùng đã được xác định, trong kỹ thuật viễn thám có hai loại ảnh th ường sử
dụng đó là ảnh tương tự và ảnh số.
Kết quả của việc thu nhận ảnh từ vệ tinh sẽ có những tấm ảnh ở dạng
tương tự hoặc số, được lưu trữ trên phim hay băng từ hay đĩa từ…
I.2.1.1. Ảnh tương t ự
Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen
bạc, ảnh tương tự thu được từ các bộ cảm tư ơng tự dùng phim chứ không sử
dụng các hệ thống quang đi ện tử.
Những tư liệu này có độ phân giải khơng gian cao nhưng kém về độ
phân giải phổ. Nói chung loại ảnh này thường có độ méo hình lớn do ảnh
hưởng của độ cong Trái đất.
Các bức ảnh có cấp độ sáng hoặc màu thay đổi liên t ục. Ví dụ như ảnh
hàng không, ảnh chụp từ các camera thông th ường được lưu trữ trên phim
hoặc giấy ảnh có thể xem trực tiếp.
I.2.1.2. Ảnh số
1. Khái niệm
Ảnh số là dạng tư liệu ảnh khơng lưu trên giấy ảnh ho ặc phim.
Nó được chia thành nhiều phần tử nhỏ thường được gọi là pixel (phần tử ảnh).
Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị khơng gian và có một giá trị ngun hữu
hạn ứng với từng cấp độ sáng. Ảnh số được lưu trữ trong máy tính ( hay các
phương tiện lưu trữ khác t ương ứng) để có thể xem trên máy tính.
Q trình chuyển từ ánh t ương tự sang ảnh số được gọi là số hoá,
bao gồm hai bước cơ bản:

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-8-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

- Quá trình chia mỗi ảnh tương tự thành các pixel được gọi là chia mẫu
(Sampling).
- Quá trình chia các độ xám liên tục thành một số nguyên hữu hạn gọi là
lượng tử hố.
Các pixel thường có dạng hình vuông và đ ược xác định bằng toạ độ là
chỉ số hàng (tăng dần từ trên xuốn g) và chỉ số cột ( từ trái sang phải). Trong
quá trình chia mẫu từ một ảnh tương tự thành ảnh số thì độ lớn của pixel hay
tần suất chia mẫu phải được chọn tối ưu. Nếu pixel quá lớn thì chất lượng ảnh
sẽ tồi cịn trong trường hợp ngược lại thì dung lượng thô ng tin cần lưu trữ lại
quá lớn.
Ảnh số được lưu trữ trong máy tính để thể hiện dữ liệu khơng gian theo
mơ hình raster, tuỳ thuộc vào số bít dung để ghi nhận thơng tin, mỗi pixel sẽ
có một giá trị( giá trị độ sáng của pixel: BV – Brighness Value hay DN –
Digital Number) ứng với cấp độ sáng nhất định khi thể hiện ảnh.Ví dụ, ảnh sử
dụng 8 bit để lượng tử hố, có 256 giá trị được sử dụng để lưu trữ ảnh và mỗi
phần tử ảnh sẽ nhận một trong những giá trị từ 0÷255 (0 tương ứng đen và
255 là trắng).
2. Ảnh vệ tinh
Ảnh vệ tinh hay còn gọi là ảnh viễn thám thư ờng được lưu dưới

dạng ảnh số (ảnh hàng không dạng analog khơng đặt ra ở đây), trong đó năng
lượng sóng phản xạ (theo vùng phổ đã được xác định trước) từ các vị trí
tương ứng trên mặt đất, được bộ cảm biến thu nhận và chuyển thành tín hiệu
số xác định giá trị độ sang của mỗi pixel. Ứng với các giá trị này, mỗi pixel sẽ
có độ sáng khác nhau thay đổi từ đen đến trắng để cung cấp thông tin về các
vật thể. Tuỳ thuộc vào số kênh phổ được sử dụng, ảnh vệ tinh được ghi lại
theo những dải phổ khác nhau (từ cực tím đến sóng radio) nên người ta gọi là
dữ liệu đa phổ, đa kênh, đa băng tần hoặc nhiều lớp .

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-9-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

I.2.2. Các đặc trưng cơ bản của ảnh vệ tinh
I.2.2.1. Đặc trưng:
Các dữ liệu ảnh thu được trong viễn thám thường dưới dạ ng số và được
xử lý bởi máy tính để tạo ảnh cho người giải đốn nghiên cứu ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực khác nhau. Ảnh số được thể hiện bởi ma trận, trong đó các
phần tử ma trận (xác định bởi hàng và cột) ứng với các phần tử ảnh có từng
giá trị độ sáng riêng biệt. Ảnh vệ tinh được đặc trưng bởi một số thơng số cơ
bản như sau:
I.2.2.1.1. Tính chất hình học của ảnh vệ tinh
Trường nhìn khơng đổi IFOV (instantaneous file of vieư) được định

nghĩa là góc khơng gian tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất.
Lượng thông tin ghi được trong IFOV tương ứng với giá trị của pixel.
Góc nhìn tối đa mà một bộ cảm biến có thể thu được sóng điện từ được
gọi là trường nhìn FVO (field of vieư). Khoảng khơng gian trên mặt đất do
FVO tạo nên chính là bề rộng tuyến bay.
Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất mà bộ cảm có thể phân biệt được gọi là
độ phân giải không gian. Ảnh có độ phân giải khơng gian càng cao khi có
kích thước của pixel càng nhỏ. Độ phân giải khơng gian cũng được gọi là độ
phân giải mặt đất khi hình chiếu của một pixel tương ứng với một đơn vị chia
mẫu trên mặt đất Khi nói rằng ảnh SPOT có kích thước pixel là 20 × 20m có
nghĩa là một pixel trên ảnh tương ứng với diện tích 20 × 20m trên mặt đất. Để
xác định ảnh có độ phân giải cần thiết cho phép nhận biết đối tượng, thường
nên chọn ảnh có độ phân giải khơng gian bằng 1/2 k ích thước của vật thể cần
nhận biết. Bảng 7.1 tổng kết quan hệ giữa độ phân giải ảnh cần thiết và kích
thước của vật thể cần xác định.

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 10 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Độ
Kích thước
Kích thước vật thể

Độ phân giải
phân giải
vật thể
m
m
m
m
0.5
1.0
5.0
10.0
1.0
2.0
10.0
20.0
1.5
3.0
15.0
30.0
2.0
4.0
20.0
40.0
2.5
5.0
25.0
50.0
Bảng 1 - Quan hệ giữa độ phân giải và kích thước của vật thể cần xác định
I.2.2.2. Tính chất phổ của ảnh vệ tinh
Cùng một vùng phủ mặt đất tư ơng ứng, các pixel sẽ cho giá trị riêng

biệt theo từng vùng phổ ứng với các loại bước sóng khác nhau (ảnh chụp đa
phổ - MSS). Do đó, thơng tin được cung cấp theo từng loại ảnh vệ tinh khác
nhau không chỉ phụ thuộc vào số bit dùng để ghi nhận, mà cịn phụ thuộc vào
phạm vi bước sóng.
Độ phân giải phổ thể hiện bởi kích thước và số kênh 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 vù ng phổ khác nhau. Ảnh có độ phân giải phổ thấp khi thể hiện cường
độ phản xạ của nhiều bước sóng đồng thời và bị hạn chế trong dải tần s óng
điện từ.
Độ phân giải bức xạ thể hiện độ nhạy tuyến tính của bộ cảm biến trong
khả năng phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản xạ sóng từ các vật
thể.
Ngoài ra, số bit dùng trong ghi nhận thông tin cũng là một đặc trưng
quan trọng của độ phân giải bức xạ , vì nó quyết định chất lượng ảnh (cấp độ
sáng) khi được hiển thị.
I.2.2.3. Độ phân giải thời gian của ảnh vệ tinh
Độ phân giải thời gian không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà chỉ liên
quan đến khả năng chụp lặp lại của vệ tinh. Ảnh được chụp vào những ngày
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 11 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

khác nhau cho phép so sánh đặc trưng bề mặt thời gian. Nếu dự án yêu cầu
đánh giá sự biến động, hoặc tác h những thay đổi thì cần phải biết có bao
nhiêu dữ liệu ảnh sẵn có cho khu vực nghiên cứu? Ảnh có thể chụp trở lại sau
thời gian bao lâu? Vệ tinh có thường xuyên chụp lại cùng vị trí?
Ưu thế của độ phân giải khơng gian là cho phép cung cấp thơng tin
chính xác hơn và nhận biết được sự biến động của một khu vực cần nghiên
cứu.
Hầu hết các vệ tinh đều bay qua cùng một điểm vào khoảng thời gian
cố định (mất từ vài ngày đến vài tuần) phụ thuộc vào quỹ đạo và độ phân giải
không gian.
I.2.2.4. Xác định độ phân giải thích hợp nhu cầu cơng việc
Tăng độ phân giải của ảnh vệ tinh dẫn đến tăng độ chính xác và cung
cấp được nhiều thơng tin có ích. Tuy nhiên, điều này không đúng cho một số
trường hợp, nên việc xác định độ phân giải tối thiểu để đáp ứng yêu cầu sẽ
cho phép tiết kiệm thời gian và kinh phí. Vì thường ảnh có độ phân giải cao
thì giá thành cao hơn và cần phải tăng dung lượng lưu trữ cũng như đòi hỏi
hardware và software đủ mạnh cho việc xử lý ảnh.
I.2.2.5. Hiển thị ảnh vệ tinh
Chất lượng của dữ liệu ảnh vệ ti nh được đánh giá qua tỷ số giữa tín
hiệu nhập S cần thiết và mức độ nhiễu N (signal to noise radio). Tỷ số S/N
được xác định thông qua biểu thức sau:
Tỷ số S/N = 20 log10 S/N

[dB]

Thông tin được lưu trữ trong dữ liệu ảnh số theo đơn vị bit, thông
thường các ảnh viễn thám được ghi theo 6,7,8 hoặc 10 bits ( vệ tinh NOAA
dùng 10 bits để ghi). Trong xử lý ảnh số bằng máy tính, đơn vị thường sử
dụng là byte (1 byte = 8 bits). Do đó, đối với ảnh thu được mã hố có số bít
nhỏ hơn hoặc bằng 8 thì được lưu 1 b yte ( byte type). Đối với ảnh có số bit

lớn hơn 8 được lưu ở dạng 2 byte hay trong một từ có thể lưu được 65536 cấp
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 12 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

độ xám. Toàn bộ dung lượng của một dữ liệu ảnh đa phổ được xác định bởi:
Dung lượng của một ảnh (byte) = {số hàng × số cột × số kênh × số bi t }/8
Dung lượng
Bề rộng ảnh
Độ phân giải
Mb
km
m
Landsat MSS
30
180
79
Landsat TM
300
180
30
SPOT XS
27

60
21
SPOT Pan
36
60
10
Bảng 2 - Quan hệ gữa dung lượng, độ phân giải và bề rộng của ảnh vệ tinh
Ảnh

Ảnh đa phổ bao gồm nhiều kênh phổ. Để hi ển thị, từng kênh của ảnh đa
phổ được thể hiện lần lượt dưới dạng ảnh grey scale (cấp độ xám) mà mỗi
pixel sẽ có giá trị hữu hạn ứng với từng cường độ phản xạ năng lượng của vật
thể trên mặt đất, hoạc phối hợp ba kênh ảnh hiển thị cùng lúc dưới dạng ảnh
tổ hợp màu. Khi sử dụng chọn từng kênh phổ nào đó được hiển thị theo một
màu cụ thể. Do máy tính sử dụng ba màu cơ bản (red, green, blue) nên chỉ có
ba kênh duy nhất được phép hiển thị đồng thời (tổ hợp màu).
I.2.2.6.Thu nhỏ và phóng to hình ảnh
1. Thu nhỏ hình ảnh
Một hệ thống xử lý ảnh số chỉ có thể trình bày trên màn hình một hình
ảnh có kích thước ≤ 512 × 512 pixel trong một lần, vì vậy cần thu nhỏ hình
ảnh để có thể chuyển tồn cảnh thành một hay vài hình ảnh để có thể xem xét
tổng quan.
Để thu nhỏ mộ t hình ảnh nguyên thuỷ, mỗi một hàng (row) thứ m và
mỗi cột (colum) thứ n của hình ảnh được lụă chọn một cách hệ thống. Ví dụ
với một ảnh Landsat MSS có 2.340 hàng và 3.240 cột, khi thu thành 1170
hàng và 1620 cột thì được pixel trên ảnh thu nhỏ chỉ cịn 25 %, tương tự đối
với ảnh Landsat TM, có 5.940 cột mỗi band, việc thu nhỏ hình ản là điều cần
thiết và khi đó m có thể là 30.Lúc đó thu nhỏ hình ảnh cho phép xem xét
được hình ảnh một cách tổng quát.

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 13 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

2. Phóng đại hình ảnh (magnification )
Cũng có thể hiểu là kỹ thuật phóng to hình ảnh (zoomming). Thơng
thường áp dụng cho mục đích giải đốn bằng mắt, đó là sự sao ngun bản
hình ảnh bị thu nhỏ, các hàng và cột của ảnh vẫn được giữ nguyên. Trong xử
lý ảnh số, ảnh bị phóng đại tăng kích thước pixel lên nhiều lần . Nếu tỷ lệ
phóng đại là m thì kích thước pixel sẽ là m 2.
Hình ảnh phóng đại đơi khi giúp người giải đốn phân tích kỹ được các
chi tiết của một pixel.
3. Kỹ thuật cắt hình ảnh
Việc phân tích giá trị thơng tin độ xám từ điểm A tới điểm B trong hình
ảnh là quan trọng trong nhiều ứng dụng viễn thám. Các giá trị độ xámcủa các
pixel theo một lát cắt của hình ảnh cho phép xác định mối liên hệ bằng cách
chấm trên sơ đồ cột. Ví dụ, một khoảng cách từ điểm A đến B dài 5940m
(198pixel × 30m /pixel = 5940m). Những pixel ở giữa có độ sáng lớn hơn
được làm nổi rõ. Phương pháp này cho phép quay hình ảnh để phân tích kỹ
tính chất của từng pixel theo cả cạnh huyền chứ không thuần tuý xe nằm
ngang của trục toạ độ.
I.2.3. Một số kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh số
Kỹ thuật xử lý ảnh số (Digital image processing)

Các phương pháp xử lý ảnh số có thể ghép vào 3 nhóm chính sau:
 Kỹ thuật chỉnh, khơi phục hình ảnh.
Nhằm khắc phục những sai sót của tài liệu, nhiễu và lệch hình học sinh
ra trong quá trình quét, ghi và truyền về.
- Khơi phục sự bỏ sót các đường quét theo quy luật
- Khôi phục các đường chấm ngắt quãng theo quy luật.
- Lọc những nhiễu xuất hiện tản mạn trên hình ảnh.

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 14 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

- Hiệu chỉnh sự tán xạ của khí quyển.
- Hiệu chỉnh sự méo hình học.
 Tăng cường chất lượng ảnh.
Để giúp cho người giải đốn có khả năng nâng cao lượng thông tin:
- Tăng cường độ tương phản.
- Chuyển mật độ, tone màu và mật độ.
- Làm điều mật độ trên ảnh.
- Tăng cường đường biên.
- Ghép nối số hố ảnh.
- Tạo ảnh lập thể.
 Chiết tách thơng tin.

Sử dụng khả năng xử lý thông tin của máy tinh để nhận dạng, phân loại
các pixel trên cơ sở các tính số của chúng.
- Tạo ảnh thành phần chính.
- Tạo ảnh tỷ số.
- Phân loại đa phổ .
- Tạo các ảnh có thay đổi khả năng thảm sát.
Để phục vụ cho mục đích giải đốn, dưới đây sẽ đề cập cụ thể một số
kỹ thuật tăng cường chất lượng ảnh bằng máy tính với tư liệu Landsat, song
cũng có thể sử dụng cho các loại tư liệu ảnh số khác.
I.2.3.1. Biến đổi độ tương phản
Các Sensor ghi lại các tia phản xạ và bứ xạ từ các vật chất tr ên mặt đất.
Thực tế một vật có thể có nă ng lượng phản xạ rất mạnh ở một bước sóng nào
đấy, trong khi đó những vật chất khác có thể lại có năng lượng rất yếu ở chính
bước sóng đó. Điều đó dẫn đến sự tương phản gi ữa hai loại vật chất khi được
ghi nhận bằng một hệ thống viễn thám. Tuy nhiên trong thực tế, một số đối
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 15 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

tượng có độ sáng tương tự như nhau ở vùng nhìn thấy và gần, kết quả là hình
ảnh có độ tương phản thấp. Thêm vào đó, bên cạnh đặc điểm có độ phản xạ
thấp của thực vật (biophysicalmaterials) thì những động tác nhân tạo cũng
làm cho vật chất có độ phản xạ thấp đi. Ví dụ, ở các nước đang phát triển,

nhân dân hay dùng các vật kiệu tự nhiên (như gỗ, đất vv..) để xây dựng nhà ở
đô thị. Kết quả là trên ảnh vùng đô thị hố của các nước đang phát triển
thường có độ tương phản hơn vì các vật liệu xây dựng ở đó thường là gạch
nhự đường và cây trồng màu xanh được chăm sóc phát triển tốt. Như vậy, các
vật liệu thực vật là yếu tố quan trọng có tác động làm phân tán sự tương phản
của hình ảnh.
Ví dụ một hình ảnh ghi bức xạ của các vật iệu có độ tương phản cao
trong dải rộng ( từ 0 đến 127 hoặc từ 0 đến 255) thì ảnh sẽ khơng có những
vùng tập trung. Kỹ thuật xử lý số cho phép làm giảm độ tương phản của ảnh
đi (ví dụ, trong giải từ 10 -50) để xuất hiện các vùng vật chất có độ tương
phản tập trung dễ phân biệt.
Ngược lại để làm tăng độ tương phản của tư liệu viễn thám dạng số, kỹ
thuật xử lý số được áp dụng trong tồn bộ dải độ sáng ở khoảng trung bình
giống như trên màn hình video hay phim sao chụp từ đĩa cứng. Kỹ thuật xử lý
số có thể làm thoả mãn yêu cầu tăng cường độ tương phản hình ảnh. Để làm
điều này, thường hay áp dụng kỹ thuật làm tăng độ tương phản theo tuyến
hoặc không theo tuyến.
I.2.3.2. Tăng cường độ tương phản theo tuyến
Tăng cường độ tương phảntheo tuyến là sự tương phản (được hiểu là sự
tương phản kéo dãn) nhằm mở rộng độ sáng của thông tin ban đầu và sản
phẩm đưa ra gồm toàn bộ giải độ sáng (như ở ảnh TM đó là giải từ 0 - 255.)
Với hình ảnh ngun thuỷ, rất khó phân biệt các đối tượng trên ảnh
song lại dễ dàng phân tích ở ảnh đã tăng cường. Ảnh tăng cường, độ tương
phản theo tuyến tốt nhất khi áp dụng các histogram (sơ đồ cột) Gaussian và

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 16 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

cận Gaussian , trong đó tồn bộ giá trị độ sáng ở dạng đơn sơ và trong trường
hợp dải hẹp của ơ đồ cột, khi đó chỉ có một hình ảnh được xuất hiện . Tất
nhiên trường hợp này là hiếm và thường được dùng để phân biệt các đối
tượng đất và nước có diện tích rộng.
Các giá trị cực đại và cực tiểu của hình ảnh được xác định riêng biệt
bằng công thức.
BV ra =

BVvao  BV min
 BVt
BV max  BV min

trong đó:
- BV vào: Độ sáng nguyên thuỷ của hình ảnh
- BVt

: Dải các giá trị độ sáng cần được thể hiện ( nghĩa l à 256)

- BV ra : Giá trị độ sáng sau khi tăng cường
Ảnh nguyên thuỷ, sự phân bố độ xám (DN) ở khoảng 50-128; ảnh được
tăng cường: 0-200 (tối đa là 256).

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 17 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Hình 2 - . Ảnh nguyên thuỷ và ảnh tăng cường độ tương phản.

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 18 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Hình 3- Sơ đồ thể hiện kỹ thuật làm tăng độ tương phản không theo tuyến,
chú ý các đoạn dốc là khoả ng được tăng cường.
Một phương pháp hữu hiệu nhất là phương pháp làm giãn đều
histogram (histogram squalization). Đầu tiên, histogram của hình ảnh được
lập nên, sau đó người sử dụng tách ra các lớp cấp độ xám tương ứng với các
lớp đối tượng phân b ố trên ả nh và áp dụng thuật tính tốn để quy cho các
nhóm pixel bằng nhau đó những giá trị độ xám khác nhau. Số lượng các pixel
bằng nhau đó tương ứng với giá tri của các cấp độ xám của 32 lớp. Như vậy

sẽ tạo nên ảnh mới có độ tương phả n rõ hơn. Có thể tự động làm giảm độ
tương phản các phần tử rất sáng đến rất tối trong tổ hợp hình ảnh bằng việc
kéo dãn sự phân bố ở histogram bình thường.
Sự làm giãn đều histogram để biến đổi sự tương phản của hình ảnh
được sử dụng nhiều trong xử lý ảnh vì ưu điểm của nó là cần rấ t ít thơng tin
bổ xung từ việc phân tích, do đó nó được sử dụng rộng rãi nhằm giới thiệu
phương pháp cho một dãy tư liệu mang tính giả thiết. Điển hình cho phương

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 19 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

pháp này là phép làm giãn Gaussian.
Là một phương pháp dãn không theo theo tuyến để làm tăng độ tương
phản ở giữa những phần phụ của histogram. Ví dụ toàn cảnh một vùng núi
lửa, trên ảnh nguyên thuỷ, sự phân bố của histogram cho thấy độ xám của ảnh
phân bố từ 0 – 255. Trên ảnh đó các mảng dung nham được tách biệt khá rõ
ràng song thiếu chi tiết bê n trong. Khi tăng cường độ tương phản ở dải độ
xám trung bình, các yếu tố chi tiết được thể hiện rõ hơn: các mẫu ảnh của uốn
nếp, cấu tạo các miệng núi lửa…Tuy nhiên, phương pháp này cũng dễ gây lẫn
lộn xử lý cho toàn ảnh nên thường áp dụng cho từng phần c ủa ảnh.


Làm biến đối màu sắc, mật độ và cường độ màu trên ảnh

Như phần trên đã nêu, các màu dương bản nguyên thuỷ và đỏ, xanh lục
và xanh lơ hay gọi là hệ thống RGB. Cịn có một khái niệm tiếp cận về màu
nữa là sắc (hue) và cường độ (intensity), mật độ (saturation) hay còn gọi là hệ
thống HIS.
Khái niệm đó cũng rất hữu ít cho người quan sát khi nhận định về màu của
đối tượng.
Mối quan hệ về hai hệ thống RGB và HIS được thể hiện trên hình 3
Các giá trị số có thể tách chiết từ sơ đồ n ày để thể hiện theo hệ thống
này hay hệ thống kia .
Sự chuyển dời đó được tính theo công thức sau: R.Hayden, 1982
(3.1)

I = R+G+B

(3.2)

H =

GB
I  3B

(3.3)

S =

1  3B
I

Trong khoảng 0 < H < 1 thì 1< H < 3. Sau khi làm tăng cường mật độ
hình ảnh, các giá trị HIS được chuyển thành hệ thống hình ảnh RGB vào
phương trình chuyển đổi ngược.
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 20 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Sự chuyển đổi HIS sang RGB và ngược lại là hữu ích đ ể tổng hợp các
hình ảnh với các kiểu khác nhau. Ví dụ màn ảnh rađa có thể hiệu chỉnh hình
học và chuyển đổi sang hệ thống TM nhiệt. Sau khi các band TM được
chuyển sang các giá trị HIS, ảnh rađa có thể được thay thể bởi ảnh có cường
độ mạnh. (Tổ hợp mới ảnh rađa, sắc ảnh và nhiệt độ tăng cường) có thể được
chuyển laị hệ ảnh RGB để kết hợp giữa ảnh rada và TM.

Hình 3 - Liên hệ giữa hai hệ thống RGB và HIS
I.2.3.4. Kỹ thuật tăng cường đường gờ.
Trong phân tích ảnh, người phân tích hay quan tâm đến việc nhận dạng
các yếu tố dạng tuyến như các vết g ãy địa chất, các chỗ giao nhau và các
lineament hoặc các yếu tố nhân tạo dạng tuyến như: đường cao tốc, kê nh
đào...nhiều yếu tố dạng tuyến xuất hiện dưới dạng các đường song song tạo
nên sự tương p hản mạnh với nền chung của ảnh. Một số yếu tố dạng tuyến tạo
nên sự tương phản giữa các vùng kề nhau. Đa số trường hợp, yếu tố dạng
tuyến xuất hiện với các đường gờ với sự tương phản rõ ràng nên dễ phân biệt

song cũng có yếu tố dạng tuyến xuất hiện mờ ảo khó nhận biết. Kỹ thật tăng
cường độ tương phản có thể làm nhấn mạnh sự khác biệt về độ sáng cùng với
các yếu tố dạng tuyến. Tất nhiên kỹ thuật này không chỉ sử dụng riêng cho
việc làm nổi rõ yếu tố dạng tuyến vì tồn bộ ảnh được làm tăng cường chất
lượng chứ không chỉ riêng yếu tố dạng tuyến. Tuy nhiện, sử dụng các loại lọc
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 21 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

sẽ cho phép làm nổi rõ một cách riêng biệt các đường gờ trên ảnh. Có hai kiểu
lọc trên hình là lọc theo hướng (directional filler) và lọc khơng theo hướng
(non directional filler) ngồi ra cịn có hai kiểu lọc khác là lọc t ầng số cao
(high-pass-filltering hay high- frequency filltering) và lọc tầng số thấp (lowpass- filltering- hay low- frequency filltering).

Hình 4. Lọc đường biên khơng theo hướng sử dụng filter laplacian


Lọc không theo hướng .
Lọc lapalacian là kiểu lọc không theo hướng. Cửa lọc gồm 9 pixel với

các giá trị 0 ở góc và -1 ở giữa cạnh . Ở trung tâm pixel có giá trị là 4.
Kết quả biến đổi của phép lọc là lần lượ t làm thay đổi giá trị DN của
các pixel ở trung tâm. Quá trình lọc là liên tục từ trái sang phải và từ phải

sang trái, kết quả là từ dải pixel nguyên thuỷ đã tạo nên một dải tư liệu mới

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 22 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

với các pixel mới các giá trị mới của các pixel cho phép làm tăng độ tương
phản của các pixel ở vi trí có các đường gờ và như vậy các đường gờ sẽ nổi rõ
trên ảnh .
Phần phiá Nam của cao nguyên các vết gẫy hướng Tây bắc là khơng
thấy rõ trên hình ảnh ngun thuỷ và được làm rõ trên ảnh tăng cường .
Các vết gẫy hướng Bắc đơi chỗ thì nhìn thấy rõ trên ảnh tăng cường
song phần lớn là bị lưu mờ bởi các vết gẫy hướng Tây Bắc.
Các yếu tố hình học như mạn g lưới thuỷ văn, đường sông núi được thể
hiện sắc nét và rõ trên ảnh được tăng cường .


Lọc theo hướng
Sử dụng phép lọc để làm nổi các hướng dạng tuyến trên hình ảnh với

các cửa lọc khác nhau. Cửa lọc bên trái nhân với cos góc A (góc tính theo
hướng Bắc của hướng cần làm tăng cường), c ửa lọc bên phải nhân với sin A.
Góc ở phần tư phía Đơng bắc là âm bản cị n góc phần tư phía Tây bắc là

dương bảng. Cửa lọc được thể hiện bằng cách đưa vào dải tư liệu,( hình 4b) ở
đó vùng độ sáng (DN=40) được tách biệt với vùng tối (DN= 35) dọc theo
lineament hướng Đông bắc (A=45o). Mặt cắt AB có sự chênh lệch độ sáng
DN=5 dọc theo lineament. Cửa lọc được thể hiện bằng cách nhân nó với dải
của chính pixel trong từng khung của tư liệu nguyên thuỷ, hình 4b quá trình
xử lý như sau:
- Đặt cửa sổ lọc vào bên phải trên các pixel nguyên thuỷ và nhân với giá
trị của mỗi pixel tương ứng. K hi đó tổng của mỗi pixel là 10.
- Xác định sin của góc (sin = 45 o= -0.71) và nhân với giá trị lọc của tổng
(=10). Kết quả là tạo nên giá trị lọc là (-0.71x10=-7.1).
- Đặt filter bên trái lên dải các pixel và làm lại như vậy. Kết quả cũ ng
cho giá trị lọc là -7.
- Cộng hai giá trị lọc đó (= - 14), giá trị nầy đặt thay cho giá trị pixel ở

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 23 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

trung tâm của giá trị ban đầu. Kết quả của các bước đó thể hiện trên hình 59B
với các gi á trị của các pixel và mặt cắt.
- Đem các giá trị được lọc cho mỗi pixel kết hợp với giá trị của các pixel
ban đầu để tạo nên dải số liệu mới và mặt cắt mới nghiã là tạo nên ảnh mới có
các hướng được nổi rõ . Phương pháp lọc theo hướng được sử dụng hình học

Landsat với hướng góc làm tăng cường là 55 o Tây (A=55o), nhờ đó các đứt
gẫy theo hướng Tây bắc được làm nổi r õ.
I.2.3.5.

Kỹ thuật ghép nối ảnh số.
Ghép nối ảnh Landsat có thể được chuẩn bị bằng cách ghép và

nối một hình ảnh riêng biệt như đã mơ tả như ở phần trước. Sự khác biệt về
độ tương phản và tone ảnh ở phần ghép nối các ảnh như dạng bàn cờ là
thường xảy ra đối với một tấm ảnh ghép, điều này có thể khắc phục bằng việc
ghép nối trực tiếp từ băng từ số hoá CCT (Bernstein và ferney hough, 1975).

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 24 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49