Ảnh vệ tinh quang học

Ảnh viễn thám vệ tinh trong công tác
giám sát tài nguyên và bảo vệ môi trường

Chuyên đề: Ảnh vệ tinh quang học

PHẦN II: XỬ LÝ ẢNH








Hà Nội, 12-2007
TSKH. LƢƠNG CHÍNH KẾ
1
NỘI DUNG PHẦN II: XỬ LÝ ẢNH
1. Tái khôi phục cấu trúc ảnh/ Hiệu chỉnh ảnh
1.1. Tái cấu trúc ảnh (reconstruction)
1.2. Hiệu chỉnh bức xạ ảnh
1.3. Hiệu chỉnh hình học ảnh

2. Biến đổi ảnh (Image transformation)
2.1. Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh
2.2. Biến đổi không gian ảnh (spatial transformation)
2.3. Biến đổi hình học ảnh (geometric transformation)

3. Phân lớp ảnh
3.1. Phân vùng (segmentation)

3.2. Phân lớp ảnh (classification)
3.3. Giải đoán ảnh (image understanding)

2
Tái cấu trúc ảnh
a/ Độ phân giải phổ:
b/ Độ phân giải bức xạ:
0,40µm
0,70µm
Lam Lục Đỏ
Ảnh đen trắng
0,40µm
0,70µm
Lam Lục Đỏ
Ảnh mầu
- Độ xám quang học: D = logO = log 1/T = log F/Fo với

F - lƣợng ánh sáng đi ra khỏi âm bản;
Fo - Lƣợng ánh sáng đi vào âm bản.

- Lớp độ xám quang học: l = 2
M
M - số bit, 8 bit = 1 byte
c/ Độ phân giải không gian:
- Độ lớn pixel thực địa = Độ dài mẫu thực địa GSD (m) = α.H = (1,22 λ /d).H

- Độ phân giải không gian = (2 – 3). GSD
3
Khái niệm về độ phân giải ảnh
Ảnh số

4
Pixel ảnh
5
Pixel ảnh
6
Kích thước pixel và kích thước ảnh
7
Kích thước pixel và GSD
8
Độ phân giải phổ
9
Cấp độ sáng của các pixel ảnh
10
Tổ hợp mầu
11
Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh
12
0 1 3 2 4 3
2 4 2 1 2 2
7 8 5 6 4 3
4 9 8 5 5 5
4 8 7 5 4 5
0 3 4
7 5 4
4 7 4
0 1 3 2 4 3
2 4 2 1 2 2
7 7 5 5 4 4
7 7 5
5

4 4
4 8 7 5 4 5
0 3 4
7 5 4
4 7 4
Thu nhỏ
Phóng to
ZOOM ẢNH
Biến đổi độ tƣơng phản
13
Biến đổi tuyến tính:

BV
out
= ((BV
in
– min
k
)/(max
k
– min
k
))255

Trong đó: k – kênh phổ
min, max - giá trị cực tiểu , cực đại cấp độ sáng BV
0
255
0 255
85

152
Biến đổi phi tuyến (biểu đồ - histogam):
Biến đổi ảnh
14
Ảnh tỷ số:
BV
ij(out)
= BV
ijK
/ BV
ijL


Trong đó: K, L - chỉ số kênh phổ,
i, j - Chỉ số pixel, BV – giá trị cấp độ sáng
5,0 NDVITVI
5,0
)5,0(
5,0



 NDVI
NDVIabs
NDVI
TVI
Ảnh tỷ số chỉ số thực vật:

Các chỉ số thực vật: NDVI = (BVij4 – BVij3) / (BVij4 + BVij3) (LandSat TM)
Lọc ảnh

15
Lọc trong không gian thực Lọc trong không gian Fourie
Lọc tần số thấp Lọc tần số cao
Phin lọc
c1 c3
c3
c4 c5
c6
c7 c8
c9
Phin lọc 3X3
LFF
5(out)
= ∑(c
i
BV
i
)/n
i=9
i=1
Trong đó: BV
i
– là cấp độ sáng của 9 ô ảnh (3X3)
i = 1 đến 9
LFF
5
- Low-Frequency filter của ô giữa số 5
Tăng cƣờng làm rõ nét mép bờ: sử dụng các loại phin lọc khác nhau
Phân lớp ảnh
16

Phân lớp theo giám định
Phân lớp phi giám định
Lớp mẫu
Thuật toán phân lớp
theo khoảng cách cực
tiẻu
Thuật toán phân lớp
theo đối tượng xa nhất
(max. Likelihood)
Thuật toán phân lớp
Theo hình hộp
Phân lớp theo lƣới nơ-ron
thần kinh nhân tạo
Phân lớp theo tập hợp mờ
Phân lớp theo giám định
17

ckckijkckck
sBVs 

ckckijkckck
sBVs 

c = 1, 2, 3, m – số lớp, k = 1, 2, 3, n - số kênh phổ, µ - Trị cấp độ sáng trung
bình, s – độ lệch chuẩn, BV – Giá trị cấp độ sáng của pixel i, j.
Phân lớp phi giám định
18
Phân lớp phi giám định
19
Sơ đồ

HiỆU CHỈNH ẢNH
Hiệu chỉnh bức xạ
ảnh
Hiệu chỉnh hình học
ảnh
Độ nhậy
của bộ
cảm biến
Góc chiếu
mặt trời và
địa hình
Khí
quyển
Bộ cảm
quang
Bộ cảm
quang-
điện
Mờ
ảnh
Góc
chiếu
mặt
trời
Chênh
cao địa
hình
Hấp
thụ,
tán xạ

Ảnh đơn
Ảnh lập thể
Trực
ảnh
Mô
hình
Bản
đồ
ảnh
DEM
BĐ
đường
nét
20
Các bƣớc hiệu chỉnh bức xạ ảnh
Độ nhậy của bộ
cảm biến
Góc chiếu
mặt trời và
địa hình
Khí quyển
21

Hiệu chỉnh sai số bộ cảm biến

Đường cong đặc trưng y = a + bx
Tỷ số tín hiệu vào (S) / nhiễu (N): SNR = 20 X log10 (S/N)
Hiệu chỉnh bức xạ ảnh
22
Hiện tượng Hoa tiết

V = cos
n
θ

Trong đó: θ là góc tới
Kết quả hiệu chỉnh
Ảnh gốc Ảnh sau khi hiệu chỉnh
23
Hiệu chỉnh khí quyển
Các ảnh hưởng của khí quyển
Tia sáng không bị tán xạ Tia tới bị tán xạ
Tia phản xạ bị tán xạ Phản xạ nhiều lần
Bức xạ bầu trời
24
Phƣơng trình truyền bức xạ trong khí quyển
T
θv
L
I
L
P
E
d
E
0
T
θ0
1
2
3

4
5
L
T
L
S
1, 3,5
Bức xạ
khuyếch tán
bầu trời, E
d

Khí quyển
90
0

θ
0
θ
v
R – phản xạ trung bình của pixel vật

Phản xạ trung bình mặt đất
của pixel kề cận - R
b
25