Bài giảng Ứng dụng GIS và viễn thám

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Kỹ thuật Tài Nguyên Nước
Bộ Môn Trắc địa

ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM
GVGD: Nguyễn Cẩm Vân
Email:
ĐT: 0982427986
Hà Nội, 02/2020


Ứng dụng viễn thám


Chương 1: Ảnh vệ tinh quang học
1.1. Giới thiệu

- Ảnh tương tự: là bức ảnh được lưu trữ trên phim hoặc giấy ảnh, có thể xem
trực tiếp, có cấp độ sáng hoặc màu thay đổi liên tục như ảnh hàng không, ảnh
chụp từ máy ảnh thông thường.
- Ảnh số: Là dạng dữ liệu ảnh được lưu trữ trên máy tính, được chia thành nhiều
phần tử ảnh (pixel). Mỗi pixel ứng với 01 đơn vị khơng gian và có giá trị
ngun hữu hạn ứng với từng cấp độ sáng



Ảnh vệ tinh quang học
Quá trình chuyển từ ảnh tương tự sang ảnh số được gọi là quá trình số hóa, gồm có 2
bước:
- Chia mẫu: Chia ảnh tương tự thành các phần tử ảnh (pixel)

- Lượng tử hóa: Chuyển đổi cấp độ sáng liên tục ứng với từng pixel thành số ngun
hữu hạn
- Pixel: dạng hình vng, có tọa độ là chỉ số hàng, chỉ số cột. Độ lớn pixel hay tần suất
chia mẫu phải được chọn tối ưu.



Ảnh vệ tinh quang học
– Ảnh số thể hiện theo mơ hình raster, cung cấp dữ liệu khơng gian cho GIS.
– Dùng số bit để ghi nhận thông tin của ảnh trong q trình lượng tử hóa, mỗi pixel sẽ
có 01 giá trị số nguyên ứng với cấp độ sáng hoặc cấp độ xám DN ( DIGITAL
NUMBER)
– Ví dụ: Ảnh lưu trữ dưới dạng 1 bit coi như là ảnh nhị phân, giá trị cấp độ sáng biến
thiên từ 0 đến 1
Ảnh lưu trữ dưới dạng 8 bit để lượng tử hóa, thì sẽ có 2^8= 256 cấp độ sáng từ
0-255 ( 0 là đen, 255 là sáng)



Ảnh vệ tinh quang học
– Ảnh viễn thám lưu trữ dưới dạng số. Năng lượng sóng phản xạ từ các vị trí tương ứng
trên mặt đất được cảm biến thu nhận và chuyển thành tín hiệu số xác định độ sáng của
mỗi pixel.
– Ảnh được ghi nhận theo từng dải phổ khác nhau từ cực tím đến sóng radio nên gọi dữ
liệu đa phổ. Khi hiển thị, ảnh màu hoặc ảnh đen trắng.


Dữ liệu
ảnh đa
phổ

Tổ
hợp
màu


Giá trị pixel
ghi nhận ở
các kênh phổ
khác nhau


Đặc điểm ảnh vệ tinh
1.2. Đặc điểm hình học
- Trường nhìn khơng đổi IFOV: Góc khơng gian
ứng với 1 đơn vị diện tích chia mẫu
- Trường nhìn FOV: góc nhìn tối đa mà bộ cảm có
thể thu nhận được song điện từ
- Bề rộng tuyến chụp L: Khoảng không gian trên
mặt đất do FOV tạo nên


1.2. Đặc điểm hình học
– Độ phân giải khơng gian: là diện tích nhỏ nhất trên mặt đất mà bộ cảm có thể phân
biệt được
– Độ phân giải khơng gian coi là độ phân giải mặt đất khi hình chiếu 1 pixel tương ứng
với 1 đơn vị chia mẫu
– Độ phân giải thời gian

– Ví dụ:
Ảnh Sentinel-2 độ phân giải 10mx10m có nghĩa là 1 pixel bằng 100m2 trên mặt đất
Do đó để xác định đối tượng cần thiết trên ảnh thì phải chọn ảnh có độ phân giải
khơng gian bằng ½ đối tượng cần xác định


Mối quan
hệ không
gian và
bề rộng
tuyến
chụp


1.3. Tính chất phổ của ảnh
– Độ phân giải phổ ( spectral resolution)
– Độ phân giải bức xạ

– Độ phân giải thời gian của ảnh


Độ phân giải phổ (spectral resolution)

– Thể hiện bởi kích thước, số kênh
phổ, bề rộng phổ hoặc sự phân chia
vùng phổ mà ảnh vệ tinh có thể phân
biệt được một số lượng lớn các bước

song có kích thước tương tự, cũng như

tách biệt các bức xạ từ ở các vùng phổ
khác nhau


Độ phân giải bức xạ (radiometric resolution)
-

Độ phân giải bức xạ là thể hiện độ nhạy
tuyến tính của các bộ cảm trong khả năng
phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của độ phản
xạ sóng từ của vật thể

-

Ví dụ: ảnh 2 bit thì có 2^2 giá trị= 4

Ảnh 6 bit thì có 2^6= 64 giá trị


Độ phân giải thời gian ( temporal resolution)
– Là khả năng chụp lặp lại của vệ tinh.
– Ví dụ: Landsat chụp lặp 16 ngày
– Quỹ đạo bay và vận tốc chuyển động của vệ tinh là các nhân
tố ảnh hưởng đến độ phân giải thời gian


Độ phân giải không gian và thời gian phổ biến của một số vệ
tinh

1.4. Hiển thị ảnh vệ tinh
– Chất lượng dữ liệu ảnh được đánh giá qua tỷ số giữa tín hiệu nhập S cần
thiết và mức độ nhiễu N, kí hiệu là SNR ( Signal to noise ratio) được
tính qua biểu thức
𝑆
𝑁

=

𝐵
20𝑙𝑜𝑔10
𝑁

- Thông tin lưu trong dữ liệu ảnh trong đơn vị bit. Trong xử lý ảnh số bằng
máy tính, dung lượng ảnh thường sử dụng là byte.
Dung lượng ảnh (byte) = (số hàng x số cột x số kênh x số bit)/8


1.5. Khuôn dạng dữ liệu ảnh vệ tinh
– Dữ liệu ảnh số được ghi lại và tổ chức
theo trật tự nhất định gọi là khuôn
dạng.
– Khuôn dạng BSQ (Band Sequence): là
khn dạng trong đó các kênh phổ
được lưu tuần tự hết kênh này sang
kênh khác. Nghĩa là một ảnh ứng với
một kênh.