Bài giảng viễn thám đại cương chương 2 TS lê thị kim thoa

9/28/2013

I. Một số khái niệm cơ bản

Chương II:

1. Viễn thám là gì
gì?
?

MỘT SỐ KHÁI NiỆM CƠ BẢN
VÀ NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH
CỦA ViỄN THÁM
GVGD: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn : xa
Thám:: thám sát
Thám
sát,, quan sát
sát..
Viễn thám
thám:: quan sát từ xa



Một ví dụ đơn giản
giản:: mắt con
người



Các dụng cụ hỗ trợ tầm nhìn
quan sát



Các dụng cụ ghi nhận đối
tượng quan sát



Khoa Địa Lý
Trường ĐH Khoa học Xã Hội và Nhân văn TP HCM

Các ‘photographs’ là viễn
thám?
thám
?



Viễn thám đại cương

I. Một số khái niệm cơ bản

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản
2. Thế nào là ảnh viễn thám
thám?
?







VT là 1 môn khoa học thu thập
các thông tin về các đối tượng
trên bề mặt trái đất thông qua
các thiết bị quan sát từ xa
xa..
VT là 1 môn khoa học thu thập
các thông tin về các đối tượng
từ một khoảng cách nào đó mà
không có sự tiếp xúc trực tiếp
đến vật thể đó.

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

I. Một số khái niệm cơ bản



3. Năng lượng sóng điện từ

Nguồn năng lượng mà nó lan truyền dựa trên các dao động
của trường điện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật
chất



Sóng điện từ được truyền trong môi trường đồng nhất theo
kiểu hình sin với tốc độ gần bằng với tốc độ ánh sáng
sáng..

Sóng điện từ được mô tả qua 3 khái niệm
niệm:: bước sóng
sóng,, tần
số và tốc độ lan truyền
truyền..
C = .
: tần số dao động của ánh sáng (frequency
(frequency-- Hz)
 : bước sóng của sóng điện từ (m)
C: tốc độ lan truyền = tốc độ ánh sáng (Velocity of lightlight-m/s)
C=299.793 km/s (trong
(trong môi trường chân không
không))
Đối với mục đích ứng dụng C= 3.108 m/s = tốc độ ánh sáng
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản

3. Năng lượng sóng điện từ


Là ảnh của các đối tượng trên bề mặt trái đất được
ghi nhận từ vệ tinh hay các thiết bị bay chụp khác
khác..

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

C =

Viễn thám đại cương

.

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

1


9/28/2013

I. Một số khái niệm cơ bản

I. Một số khái niệm cơ bản
3. Năng lượng sóng điện từ


Low Frequency
Low Energy

Unit
Hertz (Hz)
Kilohertz (KHz)
Megahertz (MHz)
Gigahertz (GHz)
Terahertz

Cycles per second
1
103
106
109
1012

High Frequency
High Energy

Unit
Distance
Kilometer (Km)
1000 m
Milimeter (mm)
0.001 m = 10 –3 m
10 –6 m
Micrometer (m)
Nanometer (nm)
10 –9 m
Angstrom (Ao)
10–10 m

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản
4. Phổ điện từ - Electro
Electro--Magnatic Spectrum (EMS)


Đây là bảng phân loại biến thiên của năng lượng điện từ
trong dãi bước sóng từ mét đến nanomet (nm) truyền tới với
tốc độ ánh sáng đi qua chân không
không..
• X-Rays and Gamma Rays
• Ultraviolet: 3 to 400 nm
• Visible Light:
Red: 610 - 700 nm
Orange: 590 - 610 nm
Yellow: 570 - 590 nm
Green: 500 - 570 nm
Blue: 450 - 500 nm
Indigo: 430 - 450 nm
Violet: 400 - 430 nm
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản





Tất cả sóng điện từ được truyền đi với cùng 1 tốc độ. Khi
tương tác với các vật chất khác nhau, sóng điện từ sẽ biến
đổi tính chất thể hiện qua nguồn bức xạ tới (incident
radiation)
Phương pháp viễn thám đo đạc và ghi nhận những thay
đổi này dưới dạng ảnh (photographs hoặc images) => Nhà
phân tích rút trích thông tin.
Ba loại năng lượng sóng điện từ cơ bản: (1) năng lượng tự
nhiên, (2) năng lượng từ vệ tinh, (3) bức xạ nhiệt của vật
thể.

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản
4. Phổ điện từ - Electro
Electro--Magnatic Spectrum (EMS)
• Infrared: 0.7 to 1000 µm
- Near Infrared (NIR):
0.7 to 1.5 µm.
- Short Wavelength Infrared
(SWIR): 1.5 to 3 µm.
- Mid Wavelength Infrared
(MWIR): 3 to 8 µm.
- Long Wanelength Infrared

(LWIR): 8 to 15 µm.
- Far Infrared (FIR):
longer than 15 µm.

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

4. Phổ điện từ - Electro-Magnatic Spectrum (EMS)

4. Phổ điện từ - Electro
Electro--Magnatic Spectrum (EMS)
• Microwaves: 1 mm to 1 m
- P band:
0.3 - 1 GHz (30 - 100 cm)
- L band:
1 - 2 GHz (15 - 30 cm)
- S band:
2 - 4 GHz (7.5 - 15 cm)
- C band:
4 - 8 GHz (3.8 - 7.5 cm)
-X band:
8 - 12.5 GHz (2.4 - 3.8 cm)
- Ku band: 12.5 - 18 GHz (1.7 - 2.4 cm)
- K band: 18 - 26.5 GHz (1.1 - 1.7 cm)
-Ka band: 26.5 - 40 GHz (0.75 - 1.1 cm)
• Radio: 10 cm to 10 km
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

2


9/28/2013

I. Một số khái niệm cơ bản
5- Con mắt điện tử - Detector

I. Một số khái niệm cơ bản
- Có 2 loại bộ cảm biến điện từ (bộ cảm
cảm))

- Thiết bị dùng để ghi nhận sóng phản xạ hay bức
xạ của vật thể lên các kênh phổ nhất định
định..

6- Bộ cảm biến điện từ
từ-- sensor

Passive (thụ
(thụ động
động)
)
Sensors ghi nhận hình ảnh
các đối tượng dựa vào nguồn

năng lượng bên ngoài

- Thiết bị chứa các con mắt
điện tử
tử,, dùng để ghi nhận sóng
phản xạ hay bức xạ của vật thể
lên các kênh phổ nhất định
định..

Active (Chủ
(Chủ động
động)
)

Vd: MSS, TM, HRV…

Sensor ghi nhận hình ảnh các
đối tượng dựa vào chính nguồn
năng lượng thiết bị này phát ra

- Một sensor có thể chứa từ
một đến hàng ngàn con mắt
điện tử
tử..
Viễn thám đại cương

Vd: Radar
GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản

7- Vật mang
mang-- Flatform

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản
8- Ảnh viễn thám
thám-- imageries/ photographs

- Phương tiện dùng để chuyên chở các bộ cảm biến điện từ
từ..

- Ảnh được ghi nhận từ các sensors
Analogue: ảnh được lưu
trên giấy hoặc phim
- Camera

Spaceborne
- Satellite
- Shuttle

Airborne
-

Aeroplane
Helicopter
Hot air balloon
Air ship

Tethered balloon

Digital
-

Ground--based
Ground

- Hand
Hand--held
- Raised platform

Sensor
Camera
Video
Radar
LiDAR


Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

I. Một số khái niệm cơ bản

10-- Trường nhìn -FOV
10

9- Trường nhìn tức thời - IFOV

- FOV
FOV-- Field of view: Góc không gian bao gồm toàn bộ các góc
nhìn của IFOV nằm trên 1 đường quét của 1 ảnh viễn thám

IFOV-- Instantaneous Field of view:
IFOV
- Góc không gian tương ứng với 1
đơn vị chia mẫu trên mặt đất (pixel)
hoặc.
- Giá trị của pixel tương ứng với
lượng thông tin ghi được trong góc
nhìn đó.

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

3


9/28/2013

I. Một số khái niệm cơ bản

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III


Viewed numerically as
Digital Numbers (DNs)
Satellite
path

59

88

132

128

134

135

12

14

56

124

118

128

5

8

15

25

78

112

5

7

7

12

18

45

Image
data set

Trong nguyên tắc vận hành của viễn thám
thám,, để có
được bức ảnh viễn thám
thám,, cần quan tâm 3 vấn đề
sau::
sau

1- Đối tượng quan sát
Picture
element
or ‘pixel’

‘Raster’ grid

Field of
view

(objects)

2- Thiết bị ghi nhận
(sensors)
3- Vật truyền tải thông tin
(information carrier)

Ground track
(imaged area)

Viewed graphically
as image

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III
User

Sensor

Sun

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III
- Trình tự của nguyên tắc vận hành viễn thám như sau:
1- Sự hiện diện của nguồn năng lượng điện từ

Incoming
solar
radiation

Atmospheric
distortion

Received
radiation

Data
supply
Data
download

Scattered
radiation

Reflected
radiation

Ground

receiving
station

2- Sự lan truyền nguồn năng lượng điện từ đến bầu khí quyển
3- Sự tương tác giữa sóng điện từ với bề mặt trái đất
4- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ bề mặt trái đất đến sensor
5- Các sensors ghi nhận dữ liệu
6- Dữ liệu được truyền về trạm mặt đất và ghi vào băng từ
7- Phân tích, xử lý dữ liệu
8- Ứng dụng

Absorbed/transmi
tted radiation

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III

1- Sự tương tác giữa sóng điện từ với bầu khí quyển:
Tán xạ
(Scattering)
Bầu khí quyển

-Phần tử khí: Nitơ, oxy,
carbon, Argon, hơi nước…
- Các vật thể khác: bụi,
sương mù, đất, mãnh vỡ…

Sóng điện từ
Phần tử khí

-Vật thể kích
thước lớn

Trong suốt
Atmospheric
windows

Hấp thụ
(absorption)

Lan truyền
(transmission)
Viễn thám đại cương

Bề mặt trái đất

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

4


9/28/2013

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III

2- Sự tương tác giữa sóng điện tới bề mặt trái đất:
(lan truyền)

(phản chiếu)

Phản xạ
(Reflectance)

Tán xạ
(Scattering)

Bức xạ
(Emission)

(hấp thu)

(tán xạ/ khuếch tán)

Hấp thụ
(absorption)
Lan truyền
(transmission)
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III
3- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ trái đất đến sensor

- Thông tin viễn thám về các vật thể trên bề mặt trái đất
được hệ thống sensor ghi nhận dựa vào sóng phản xạ
hay bức xạ phát ra từ chính vật thể đó.

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III
3- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ trái đất đến sensor
- Cường độ sóng điện từ phản xạ từ các vật thể đến các
sensor phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
+ Tính vật lý của vật thể
+ Địa hình ghồ ghề hay bằng phẳng
+ Góc tới của sóng điện từ
+ Độ dài của bước sóng
- Do những khác biệt trên, phổ phản xạ của mỗi đối
tượng sẽ khác nhau. Dựa vào sự khác biệt này, ta có thể
nhận diện ra chúng.

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III

Viễn thám đại cương

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III
- Ảnh vệ tinh có nhiều kênh phổ

Concrete
‘High’ reflectance
‘Light’ appearance

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Near infrared

- Bức xạ của 1 đối tượng sẽ khác
nhau trên từng kênh phổ
- Mỗi kênh phổ được xem là 1 lớp
dữ liệu
Green

Red

Water
‘Low’ reflectance
‘Dark’ appearance

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

5


9/28/2013

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

Ảnh chụp vùng nhìn
thấy (màu thật)

Ảnh chụp vùng cận
hồng ngoại (màu giả)

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III
- Sơ đồ phản xạ phổ của một số đối tượng

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III
- Sơ đồ phản xạ phổ của một số đối tượng

- Nước sạch: max 4%
- Nước dơ: max 4,5 %
- Đất trống: 5 – 20%
- Thực vật: 1- 4% - 50%
2- 1% - 90%

Phản xạ phổ của 5 loại thực phủ
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III
- Sơ đồ phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

6


9/28/2013

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III
- Sự đồ phản xạ phổ của cây tùng bách và cây rụng lá

Bê tơng

Đá cuội
Đất khơ

Sỏi

Viễn thám đại cương

Nhựa đường

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

nh chụp trong vùng nhìn thấy: 0.4 - 0.7 um
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III

nh chụp trong vùng cận hồng ngọai:
i: 0.7 - 0.9 um
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

III-- Ngun tắc vận hành trong viễn thám
III
- Thực tế, sơ đồ phản xạ phổ của từng đối tượng ngồi sự
ảnh hưởng của bầu khí quyển, còn chịu ảnh hưởng của 2
yếu tố sau:

+ Ảnh hưởng khơng gian (spatial effect):
• Cùng 1 đối tượng trong cùng 1 thời điểm nhưng vị trí
khác nhau có thể sẽ có phổ phản xạ khác nhau.
• Ngun nhân?
+ Ảnh hưởng thời gian (temporal effect):
• Sự thay đổi đặc tính của đối tượng theo thời gian
• VD: theo mùa, chu kỳ tăng trưởng …

nh chụp trong vùng cận hồng ngọai: 0.7 - 0.9 um
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

7


9/28/2013

III-- Nguyên tắc vận hành trong viễn thám
III
4- Sensor (bộ cảm biến) ghi nhận dữ liệu
- Sensor ghi nhận năng lượng phản xạ của các vật thể dưới
dạng các tín hiệu (signal).
- Các tín hiệu này được mã hóa thành dữ liệu dạng số,
băng từ hay trên phim.
- Việc ghi nhận này được tiến hành qua 3 giai đoạn: thám

sát (detection), ghi nhận (record) và mã hóa (interpretation)

Thank you!
Viễn thám đại cương

GV: TS. Lê Thị Kim Thoa

8