Đề tài Kỹ thuật nắn ảnh vệ tinh để thành lập bình đồ tỷ lệ 1 : 50.000

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 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 1 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 vô 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 môi trường và phòng chống thiên tai vv... Viễm thám là một phương thức thu nhận thông tin về các đối tượng đó. Các thông 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 thông 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 không 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 không, 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 biến 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 ngoài. Vì vậy, trong quy trình công nghệ xử lý ảnh viễn thám cho các mục đích trên, công 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 nắn 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 2 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 cô và các bạn góp ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Oanh Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 3 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Chương I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM § I.1. Một số vấn đề cơ bản về viễn thám I.1.1. Khái niệm cơ bản 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 không gian cao đã góp phần quan trọng trong việc phát triển ứng dụng viễm thám trong nhiều lĩnh cực, đáp ứng đòi hỏi mức độ cung cấp thông tin chi tiết và chính xác. Ngoài việc thu thập thông 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 thông tin của vật thể quan sát mà không 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 4 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 vật thể. Hình 1: Nguyên lý thu nhận dữ liệu được sử dụng trong viễn thám D÷ liÖu sè T­ liÖu ¶nh T­ liÖu mÆt ®Êt Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 5 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 I.1.1.2 - Phương pháp viễn thám Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một phương 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 không đã góp phần đáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và khoáng sản trầm tích. Sự thành công 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 người điều khiển và vệ tinh không có người điều khiển Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 6 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 bắt đầu từ 1960 đã cung cấp khả năng từ trên quỹ đạo thu được hình ảnh của trái đất. Thông tin về năng lượng 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 tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nông lâm nghi ệp, địa chất, khí tượng, môi trường… I.1.1.5 - Quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám Viễn thám được thực hiện từ nhiều khoảng cách, độ cao khác nhau: - Tầng mặt đất - Tầng máy bay - Tầng vũ trụ Toàn bộ quá 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 7 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 đến 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 môi 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). Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 8 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 § 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 thường 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 tự 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 điện tử. Những tư liệu này có độ phân giải không 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 thường 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 không 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 không gian và có một giá trị nguyên hữu hạn ứng với từng cấp độ sáng. Ảnh số được lưu trữ trong máy tính (hay các phương tiện lưu trữ khác tương ứng) để có thể xem trên máy tính. Quá trình chuyển từ ánh tương tự sang ảnh số được gọi là số hoá, bao gồm hai bước cơ bản: Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 9 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - 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 hoá. 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 còn 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 không gian theo mô hình raster, tuỳ thuộc vào số bít dung để ghi nhận thông 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 hoá, 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 thường được lưu dưới dạng ảnh số (ảnh hàng không dạng analog không 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 . Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 10 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 dạng số và được xử lý bởi máy tính để tạo ảnh cho người giải đoán 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 thông số cơ bản như sau: I.2.2.1.1. Tính chất hình học của ảnh vệ tinh Trường nhìn không đổi IFOV (instantaneous file of vieư) được định nghĩa là góc không 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 không 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 không gian càng cao khi có kích thước của pixel càng nhỏ. Độ phân giải không 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 không gian bằng 1/2 kích 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. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 11 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Độ phân giải m Kích thước vật thể m Độ phân giải m Kích thước vật thể 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, thông tin được cung cấp theo từng loại ảnh vệ tinh khác nhau không chỉ phụ thuộc vào số bit dùng để ghi nhận, mà còn 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 vùng 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 12 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 khác nhau cho phép so sánh đặc trưng bề mặt thời gian. Nếu dự án yêu cầu đánh giá sự biến động, hoặc tách 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 không gian là cho phép cung cấp thông 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 công việc Tăng độ phân giải của ảnh vệ tinh dẫn đến tăng độ chính xác và cung cấp được nhiều thông 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 tinh 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 hoá có số bít nhỏ hơn hoặc bằng 8 thì được lưu 1 byte ( 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 13 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 Ảnh Dung lượngMb Bề rộng ảnh km Độ phân giải 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 đa phổ bao gồm nhiều kênh phổ. Để hiển 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 toàn cảnh thành một hay vài hình ảnh để có thể xem xét tổng quan. Để thu nhỏ một 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 còn 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. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 14 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 2. Phóng đại hình ảnh (magnification) Cũng có thể hiểu là kỹ thuật phóng to hình ảnh (zoomming). Thông thường áp dụng cho mục đích giải đoán bằng mắt, đó là sự sao nguyên 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 đôi khi giúp người giải đoán phân tích kỹ được các chi tiết của một pixel. 3. Kỹ thuật cắt hình ảnh Việc phân tích giá trị thông 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, khôi 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. - Khôi 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. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 15 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - Hiệu chỉnh sự tán xạ của khí quyển. - Hiệu chỉnh sự méo hình học.  Tăng cường chất lượng ảnh. Để giúp cho người giải đoán 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 hoá ảnh. - Tạo ảnh lập thể.  Chiết tách thông 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 đoán, 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 trên mặt đất. Thực tế một vật có thể có năng 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 giữa hai loại vật chất khi được ghi nhận bằng một hệ thống viễn thám. Tuy nhiên trong thực tế, một số đối Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 16 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 hoá 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 không 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 toàn 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 nguyên 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 17 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 cận Gaussian, trong đó toàn 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 = BVt BVBV BVBVvao   minmax min trong đó: - BV vào: Độ sáng nguyên thuỷ của hình ảnh - BVt : Dải các giá trị độ sáng cần được thể hiện ( nghĩa là 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). Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 18 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 2 - . Ảnh nguyên thuỷ và ảnh tăng cường độ tương phản. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 19 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 3- Sơ đồ thể hiện kỹ thuật làm tăng độ tương phản không theo tuyến, chú ý các đoạn dốc là khoảng 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 ảnh và áp dụng thuật tính toán 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 thông 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 20 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 bên 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. Còn 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 = BI BG 3  (3.3) S = I B31 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. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 21 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sự chuyển đổi HIS sang RGB và ngược lại là hữu ích để 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 gãy địa chất, các chỗ giao nhau và các lineament hoặc các yếu tố nhân tạo dạng tuyến như: đường cao tốc, kênh đào...nhiều yếu tố dạng tuyến xuất hiện dưới dạng các đường song song tạo nên sự tương phản 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 toàn bộ ảnh được làm tăng cường chất lượng chứ không chỉ riêng yếu tố dạng tuyến. Tuy nhiện, sử dụng các loại lọc Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 22 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 không theo hướng (non directional filler) ngoài ra còn có hai kiểu lọc khác là lọc tầng số cao (high-pass-filltering hay high- frequency filltering) và lọc tầng số thấp (low- pass- filltering- hay low- frequency filltering). Hình 4. Lọc đường biên không 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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 23 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 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 không thấy rõ trên hình ảnh nguyên thuỷ và được làm rõ trên ảnh tăng cường . Các vết gẫy hướng Bắc đôi 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 mạng 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 Đông bắc là âm bản cò 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. Khi đó tổng của mỗi pixel là 10. - Xác định sin của góc (sin = 45o= -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 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 24 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 trung tâm của giá trị ban đầu. Kết quả của các bước đó thể hiện trên hình 59B với các giá 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 mô 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). Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 25 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 5 Ảnh lọc không theo hướng và lọc theo hướng từ ảnh Landsat và bản đồ phân tích lineament. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 26 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 6 - . Cửa lọc kenel và kết quả lọc. Các ảnh liền kề nhau được hiệu chỉnh hình học so với ảnh khác bằng việc nhận dạng các điểm kiểm tra mặt đất (ground control poit - GCP) ở vùng phủ chồng. Các pixel được hiệu chỉnh hình học phù hợp với bản đồ đia hình . Bước tiếp theo là loại trừ từ file số liệu các pixel đã bị nhân đôi nằm trong vùng phủ chồng. Kỹ thuật làm kéo giãn độ tương phản tới đã được áp dụng cho toàn bộ các pixel, từ đó sẽ tạo nên hình ảnh có độ đồng nhất cả ở vùng Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 27 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 ghép nối. I.2.3.6. Thiết lập hình ảnh tổng hợp nổi. Các điểm kiểm tra trên mặt đất có thể được sử dụng để xác định vị trí các dải pixel của ảnh Landsat lên các dải tư liệu khác cũng như lên bản đồ địa hình. Sự xác định đó cũng cho biết giá trị độ cao cho mỗi pixel ảnh. Với thông tin đó, máy tính có thể thể hiện giá trị độ cao cho mỗi pixel trong một đường quét trong mối liên hệ với pixel ở trung tâm đường quét. Kết quả là xác định được độ cao tương đối của các đối tượng trên ảnh vệ tinh tương tự như do parallax ở ảnh hàng không. Điểm cơ bản trên ảnh bị lệch đi và ảnh thứ hai được tạo nên với các đặc điểm chênh cao như tạo vùng có độ phủ chồng của ảnh máy bay. Tuy nhiên, độ cao trên ảnh nổi như vậy không phải là giá trị thật đo được từ ảnh còn với trên ảnh máy bay, giá trị đó là thực. I.2.3.7. Kỹ thuật chiết tách thông tin. I.2.3.7.1. Tạo các ảnh thành phần chính. Đối với mỗi pixel trong bức ảnh đa phổ, các giá trị DN thường có liên quan giữa band này với band khác. Mối liên quan đó được thể hiện trong hình 7 với các chấm là các pixel trong TM band 1 và 2 tạo nên hình ô -van thon dài. Ở đó độ sáng tăng dần theo sự phân bố các pixel với các giá trị cả hai band 1 và 2. Sơ đồ 3 chiều (không thể hiện trong hình) của band 3 là 1, 2 và 3 cũng có thể biểu hiện trên hình elipsoid dạng thon dài về sự liên hệ giữa 3 band. Sơ đồ đó có ý nghĩa là nếu biết gía trị của pixcel ở một band (ví dụ band 2) thì có thể biết cả giá trị của nó ở hai band còn lại (1 và 3). Sự liên hệ đó cũ ng nêu lên sự dư thừa nhiều trong dải tư liệu đa phổ. Nếu sự dư thừa đó giảm đi thì tổng số tư liệu cần thiết để mô tả hình ảnh đa phổ có thể được cô đọng lại. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 28 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 7: Các dạng mạng lưới thuỷ văn cpư bản Phương pháp này đầu tiên gọi là phương phương pháp biến đổi karahunen- loeve (do loeve đưa ra năm 1995) được dùng để nén ép dải tư liệu đa phổ bằng việc tính toán một hệ toạ độ mới. Với 2 band tư liệu, việc biến đổi định ra một trục mới (Y1) có hướng dọc theo hướng phân bố và trục thứ hai (Y2) vuông góc với Y1. Việc tính toán làm phép tổ hợp tuyến của các giá trị pixel trên toạ độ ban đầu chuyển thành các gía trị pixel trên toạ độ mới. Y1 = 11X1 + 12X2 Y2 = 21X1 + 12X2 trong đó: X1, X2 là pixel ở toạ độ ban đầu. Y1, Y2 là các pixel trên toạ độ mới. 11, 12, 21 và 22 là các hằng số. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 29 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 8 -. Phương pháp biến đổi thành phần chính dùng để tạo ảnh thành phần chính (PC) cho 6 band của LANDSAT. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 30 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Lưu ý rằng trên hình 5, dải giá trị pixel Y1 là lớn hơn gía trị X1 ở toạ độ ban đầu và so với giá trị X2 ở toạ độ ban đầu thì giá trị Y 2 ở toạ độ mới lại nhỏ. Phương pháp biến đổi thành phần chính được áp dụng cho 3 band nhìn thấy và 3 band hồng ngoại của tư liệu. Mỗi bức ảnh 3 thành phần chính có thể tổng hợp để tạo nên hình ảnh màu bằng việc gán cho mỗi thành phần một code màu riêng biệt. Nhìn chung, việc biến đổi ảnh thành phần chính có một số ưu điểm sau: - Hầu hết sự khác biệt trong dãy tư liệu đa phổ có thể nén ép về hình ảnh của một hoặc hai thành phần chính. - Có thể loại bỏ các nhiễu ở ảnh gốc. - Mọi sự khác biệt về phổ giữa các vật chất có thể xuất hiện rỏ trên hình ảnh thành phần chính so với ảnh của các band riêng lẻ. I.2.3.7.2. Tạo các ảnh tỷ số. Ảnh tỷ số được tạo nên bằng cách chia giá trị độ sáng trên một band cho giá trị của chính pixel đó trên các band khác rồi làm giãn các trị số đó để xác định các giá trị mới của pixel. Kết quả tạo được ảnh mới với giá trị độ sáng của pixel khác với giá trị của ảnh ban đầu. Hàm toán sử dụng để tạo ảnh tỷ số là: Bvi.j.r = LjBvi kjBvi .. .. trong đó : Bvi.j.r - Giá trị ảnh tỷ số i - Hàng thứ i j - Cột thứ j Bvi.j.K - Giá trị độ sáng ở vị trí tại band K. Bvi.j.L - Giá trị độ sáng ở band L. Giống như ảnh thành phần chính, ảnh tỷ số có thể được tạo màu với c ác Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 31 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 tổ hợp màu khác nhau của các band. Ví dụ: 3/1, 5/7, 3/5. Ảnh tỷ số cũng có thể được tạo nên bằng cách chia hiệu số giá trị độ sáng của pixel trên 2 band cho tổng các giá trị đó để tạo nên hình ảnh mới. Ảnh tỷ số được sử dụng cho nhiều mục đích ứng dụng như: nghiên cứu thảm thực vật (band7/ band 5), nghiên cứu địa chất (band 7/ band 4), nghiên cứu thổ nhưỡng (band 7/ band 4 hoặc band 7/ band 3). I.2.3.7.3. Phân loại đa phổ. Với mỗi pixel trên mỗi hình ảnh MSS hoặc TM có độ sáng phổ được ghi ở 4 hoặc 6 band sóng riêng biệt. Một pixel có thể được đặc trưng bởi dấu hiệu phổ của nó, dấu hiệu này xác định bởi quan hệ phổ phản xạ ở mỗi band sóng khác nhau. Sự phân loại đa phổ là quá trình chiết tách thông tin, xử lý các dấu hiệu phổ rồi qui định thành các chỉ t iêu dựa trên các dấu hiệu tương tự. Trên hình 9 các đối tượng địa hình thể hiện là nước, cây trồng công nghiệp, sa mạc và các vùng núi. Các chấm tư liệu được xác định từ trung tâm của dãy phổ trên mỗi band MSS với các trục của toạ độ 3 chiều. Các chấm trung tâm của mỗi cụm là tiêu biểu của 4 nhóm đối tượng. Các pixel ở xung quanh cũng thuộc về nhóm đối tượng và tạo nên từng đám hoặc hình elipsoid. Bề mặt của hình elipsoid tạo nên một đường ranh giới qui định bao trùm toàn bộ các pixel thuộc về tiêu chuẩn của loại địa hình đó. Các chương trình phân loại làm tách biệt các chỉ tiêu của chúng để xác định nên các đường ranh giới quy định. Trong nhiều chương trình người phân tích có thể điều chỉnh các đường ranh giới đó để đạt được các kết quả tối ưu. Hình 9 chỉ mô tả sơ đồ đơn giản trên 3 trục toạ độ (tương ứng 3 band phổ). Trên thực tế, máy tính phải sử dụng các trục riêng biệt cho nhiều band phổ: 4 cho MSS và 5, 6 hoặc 7 cho TM. Mỗi một ranh giới của một tập hợp các pixel cùng loại hay cùng một lớp phổ được xác định rõ trong hệ thống nhiều pixel của một hình ảnh, Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 32 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 phương pháp phân loại đa phổ giải quyết việc đó bằng các thuật toán phân loại. Các phương pháp phân loại chính: Hình9 - . Nguyên tắc phân loại ảnh đa phổ. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 33 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 10 - Sơ đồ mô tả sự phân loại đa phổ hình 15 1- Phân loại có kiểm tra (supervice clasification): Người phân tích lựa chọn một vùng nhỏ gọi là vị trí kiểm tra (training site) hay một điểm kiểm tra. Vị trí kiểm tra thể hiện cho một tiêu chuẩn trên địa hình hay một lớp địa hình. Các giá trị ph ổ của mỗi pixel ở trong vị trí kiểm tra được dùng để xác định các không gian quy định cho lớp đó. Sau khi các cụm của vị trí kiểm tra được xác định thì dựa vào các chỉ tiêu đó máy tính phân loại toàn bộ các pixel còn lại trong hình ảnh. Như vậy trong phân loại có kiểm tra có một số đặc điểm sau: - Các lớp đối tượng được xác định một cách rõ r àng dựa vào tính chất của đối tượng xác định trên các vị trí kiểm tra. - Tuy nhiên trong thực tế khá nhiều đối tượng khác nhau song lại hiện phổ giống nhau. Bên cạnh đó có nhiều dấu hiệu phổ khác nhau song lại thuộc Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 34 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 về một đối tượng , do đó có những ảnh hưởng khác làm thay đổi tín hiệu phổ của từng pixel . Do đó cần phải có sự phân loại bằng việc kết hợp nhiều dấu hiệu phổ thể hiện một lớp tương đối. Công vịêc này cần phải có sự hiệu biệt kỹ về từng đối tượng cần phân loại . 2 - Phân loại không kiểm tra (unsuperviced clasification): Giá trị độ sáng của pixel trên một hình ảnh MSS hay TM tối đa có thể được phân chia thành 256 cấp (0 -255). Dựa vào các pixel (sử dụng hystogram)mà người ta phân tích có thể tự động hóa phân chia thành hình ảnh ra nhiều lớp đối tượng. Mỗi lớp đối tượng tương ứng với khoảng giá trị độ sáng nhất định. Số lớp đối tượng có thể là 8, 10, 12, 16,... Sự phân loại n ày chỉ cho thấy sự khác biệt về giá trị độ sáng giữa các nhóm pixel trên hình ảnh chứ không xác định chính xác bản chất (hay tên gọi) của chúng. Do đó sự phân loại không kiểm tra chỉ cho kiết quả có tính giả thuyết ban đấu. I.2.3.7.4. Tạo các ảnh có sự thay đổi (change detection images). Các ảnh có sự thay đổi cung cấp thông tin về sự biến đổi theo mùa hoặc các sự thay đổi khác. Các thông tin này được tách ra bằng việc so sánh hay hoặc nhiều hình ảnh của một vùng , song được thu thập theo nhiều thời gian. Bước đầu tiên là phải xác định tọa độ của hình ảnh tại một thời điểm, trên cơ sở các điểm kiểm tra mặt đất, tiếp theo sự xác định khối lượng đó là trừ các số lượng các pixel của các ảnh thu được nhận trước hoặc sau thời điểm đó. Các giá trị sau khi trừ có thể là dương, âm hoặc bằng 0 (bằng không là không có thay đổi). Bước tiếp theo là đánh dấu các giá trị đó như một hình ảnh với độ xám trung gian thể hiện bằng 0. Màu đen và màu trắng là sự thay đổi âm cực đại hoặc dương cực đại. Phương pháp kéo giãn độ tương phản được sử dụng để nhấn mạnh sự khác biệt đó. Phương pháp này rất có ích cho việc nghiên cứu các quá trình biến đổi, Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 35 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 trên cơ sở phân tích các tư liệu viễm thám như biến đổi nhiệt độ, biến đổi mùa màng, biến đổi lượng phù sa vùng của sông, sự thay đổi mạng lưới sông suối biến đổi diện tích của các đợn vị sử dụng đất. Để xử lý số hóa ảnh, cần thiết phải có những chương trình phần mềm (sofware) chuyên dụng. Theo kinh nghiệm hiện nay, các phần mềm giá cả hợp lý có thể ứng dụng ngay cho người sử dụng với mục đích nghiên cứu đánh giá tài nguyên mội trường và trao đổi thông tin là các phần mềm đã phổ biến trên thế giới như: ERDAS, PERICOLOR, ILWIS, ARC VIEW, PCI,... với các version khác nhau luôn được cải tiến và nâng cao. Có nhiều thuật toán phân loại khác nhau như: phân loại theo khoảng cách gần nhất, phương pháp phân loại hì nh hộp, phương pháp phân loại “ theo người láng giềng gần nhất (Nearest Neiboughoud)”...Các thuật toán đó được sử dụng để xây dựng các modul xử lý phân loại ảnh. I.2.3. Một số tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến ở Việt Nam Như ở trên đã nói, ứng với vùng bước sóng sử dụng ảnh viễn thám được phân ra làm 3 loại ứng với 3 loại viễn thám : ảnh đa phổ, ảnh nhiệt, ảnh rađa. - Một số ảnh đa phổ hiện có: Landsat, Spot, Quickbird, Cosmos… Orbview, Ikonos... - Ảnh nhiệt: NOAA - Ảnh rađa: Radasat I.2.3.1. Tư liệu ảnh LANDSAT Vệ tinh Landsat của Mỹ là hệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực ( với góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98.20), lúc đầu có tên là ERTS (Earth Remote Sensing Satellite), sau 2 năm kể từ lúc phóng ERTS-1 ngày 23 tháng 7 năm 1972, đến năm 1976, được đổi tên là Landsat (Land Satellite), sau đó có tên là Landsat-TM (Thematic Mapper) và Landsat – ETM Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 36 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 (Enhanced Thematic mapper). Chương trình được thực hiện giữa Bộ nội vụ và Trung tâm nghiên cứu vũ trụ Quốc gia NASA của Mỹ. Như vậy hệ thống Landsat được phóng lên quỹ đạo lần đàu tiên năm 1972, cho đến nay đã có 6 thế hệ vệ tinh được phóng. Mỗi vệ tinh được t rang bị một bộ quét đa phổ MSS, một bộ chụp ảnh vô tuyến truyền hình RBP. Hệ thống Landsat – 4,5 đựơc trang bị thêm một sồ bộ quét đa phổ TM, hệ thống Landsat 6 được trang bị thêm…………….. ETM. Tư liệu vệ tinh Landsat là tư liệu đang được sử dụng rộng rãi tr ên toàn thế giới và Việt Nam. 1. Mô hình trên quỹ đạo của Landsat: §é cao 705 km Chu kú quÜ ®¹o 98,9 phót QuÜ ®¹o vÖ tinh Gãc nghiªng 98,20 Thêi gian ngµy giê ®Þa ph­¬ng 9:45' s¸ng VÐt quÐt mÆt ®Êt Hình 11: Quỹ đạo đồng bộ mặt trời của vệ tinh Landsat- 4,5 ( Phỏng theo sơ đồ của NASA) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 37 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 2. Thông số kỹ thuật của các vệ tinh Landsat - Bảng 3 – các thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat - Bảng 4 - Hệ thống các thiết bị thu và tính chất cơ bản của Landsat: Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 38 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 3. Ảnh của vệ tinh Landsat có các đặc điểm sau: - Ảnh Landsat có kích thước 185 × 185 Km - Vị trí mỗi cảnh của vệ tinh Landsat được xác định theo sơ đồ: Số thứ tự hàng (row) Số thứ tự tuyến bay (path) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 39 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 4.Các ảnh Landsat có ở Việt Nam: Hình 12 - Các ảnh Landsat có ở Việt Nam I.2.3.2. Tư liệu ảnh SPOT Hình 13 - Vệ tinh SPOT Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 40 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Vào năm 1986, cơ quan hàng không Pháp đã phóng vệ tinh Spot (Systeme Protatoire d’ Observation De La Terre), trên cơ sở tên lửa phóng của Mỹ đặt ở Guyana thuộc Pháp. 1. Quỹ đạo: Độ cao quỹ đạo của Spot là 932 km và quỹ đạo đồng trục tương tự như Landsat. Các quỹ đạo cắt ở vĩ độ 400 Bắc vào 10h sáng theo giờ điạ phương, các bức ảnh chụp mặt đất được lặp lại sau 26 ngày. 2. Bộ cảm: Spot có sử dụng hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ phân giải cao (high resolution visible - HRV). Đó là hệ thống quét vệt dọc.  Đặc điểm đầu thu HRG: - Có khả năng nghiêng về 2 phía tối đa là 27độ theo hướng thẳng góc với dải bay - Đầu thu HRG có trường nhìn là 4 độ tương ứng với độ rộng 60km trên mặt đất - Hai đầu thu thường hoạt động độc lập với nhau - Các độ phân giải phổ và không gian:  Toàn sắc : 0.49 – 0.69 μm 5m  Đa phổ : Kênh 1 0.50 – 0.59 μm 10m Kênh 2 0.61 – 0.68 μm 10m Kênh 3 0.79 – 0.89 μm 10m  Thực phủ: 1.58 – 1.75 μm 20m  Đặc điểm của đầu thu HRS - Độ rộng dải bay: 120 km - Không có khả năng xoay về 2 phía của dải ba - Độ phân giải ảnh chụp: 10m, toàn sắc (0.49 – 0.69 μm) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 41 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - Có khả năng xoay về phía trước và phía sau của dải bay góc tối đa là 200, cho phép thu được cặp ảnh lập thể gần như tức thời trên cùng dải bay - Độ chính xác của mô hình số địa hình tạo ra là 15m hoặc cao hơn Ảnh Spot cho khả năng nhìn lập thể rõ, sự phóng đại chiều cao khá lớn. Các trạm thu ảnh Landsat TM có thể thu ảnh Spot. Cho đến nay đã có 5 thế hệ Spot được phóng lên quỹ đạo . Tư liệu vệ tínhPOT là tư liệu viễn thám hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam 3.Đặc tính cơ bản của hệ thống Spot Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 42 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Bảng 5. Đặc điểm hệ thống chụp ảnh vùng nhìn thấy có độ phân giải cao của SPOT. Các band Đa phổ Toàn sắc (panchomatic) Xanh lá cây 0,5 - 0,59 m 0,51 - 0,73 m Đỏ 0,61 - 0,68 m Hồng ngoại phản xạ 0,79 - 0,89 m Góc nhìn 4013 4013 Độ phân dải mặt đất (cell) (tại tâm điểm) 20  20 m 10 10 m Số dector trên 1 band 3.000 6.000 Dải rộng mặt đất nhìn tại tâm 60 km 60 km Độ phủ dọc 117 km 117 km Độ phủ bên 3 km 3 km Độ cao vệ tinh 932 km - Hệ thống Spot – XS gồm 4 kênh đa phổ (độ phân giải 10m) và 1 kênh toàn sắc (độ phân giải 5m) - Sensor thực vật độ phân giải 1km thu hàng ngày - Độ phân giải 2.5m bằng cách quét với 2 Sensor lệch nhau ½ pixel với 2 kênh toàn sắc 0.48 – 0.71,độ phân giải 5m gộp lại - Cảnh Spot: o Độ rộng: 60 km × 60 km o Các kênh phổ: Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 43 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49  Panchromatic (toàn sắc): 0.51 – 0.73 μm  Đa phổ: - XS1: 0.50 – 0.59 μm (sóng xanh lá cây) - XS2: 0.61 - 0.68 μm (sóng đỏ) - XS3: 0.79 – 0.89 μm (sóng cận hồng ngoại) - XI (sóng hồng ngoại ngắn SWIR) - Độ phân giải: o Pan: 10m, 5m. Super mode: 2.5m o XS : 20m, 10m I.2.2.3. Tư liệu COSMOS Tư liệu vệ tinh Cosmos là tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi trên thế giới va ở Việt Nam. Ảnh vệ tinh của Liên Xô có hai loại: Hình 14 - Ảnh vệ tinh Spot 3 khu vực Hà Nội chụp tháng 10 – 1995 (độ phân giải 20m) Ảnh vệ tinh Spot 5 chụp ngày 11-10- 2002 (độ phân giải 5m) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 44 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 1. Ảnh có độ phân giải cao: - Độ cao bay chụp là: 270 km - Tiêu cự máy chụp: f = 1000 mm - Kích thước ảnh: 30 × 30 cm - Độ phân giải mặt đất: 6 – 7 m - Chụp ở hai kênh phổ - Độ phủ dọc > 60% 2. Ảnh có độ phân giải trung bình: - Độ cao bay chụp: 250 km - Tiêu cự máy chup: f = 200 m - Kích thước ảnh: 18 × 18 cm - Độ phân giải mặt đất: 30m - Chụp ở ba kênh phổ : 510 – 600 μm 600 - 700 μm 700 - 850 μm - Độ phủ dọc > 60% Kết quả của việc thu nhận ảnh từ vệ tinh hay máy bay ta sẽ có những tắm ảnh ở dạng tương tự hay dạng số, lưu trữ trên phim hoặc trên băng từ I.2.2.4. Tư liệu Quickbird Hình 15- Vệ tinh Quickbird Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 45 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 1. Vệ tinh Quickbird được phóng lên vũ vào ngày 18 tháng 10 năm 2001, là hệ tạo ảnh vệ tinh thứ hai sau Ikonos cho ra ảnh có độ phân giải cao so với ảnh chụp photos. Nó cho ra khả năng cao nhất về độ phân giải. Từ khi phóng thành công vệ tinh Quickbird Digital Globe và có thể thu nhận được dữ liệu, ảnh Quickbird nhanh chóng được đưa ra sử dụng một cách phổ thông và rộng rãi để thành lập bản đồ tỉ lệ lớn bằng dữ liệu vệ tinh phân giải cao. Lần đầu tiên vệ tinh cho ra ảnh toàn sắc Panchromatic và ảnh đa phổ Multispectral với độ phân giải 61 – 72 cm và 2.44 – 2.88 m, phụ thuộc vào hình ảnh nadir thu nhận được với góc (0 - 25º). Bởi thế các đầu thu (sensor) có thể phủ chum độ rộng từ 16.5 – 19 km trong khi quét vuông góc với hướng chuyển động của vệ tinh (across-track diretion).Thêm vào đó, theo hướng dọc (along-track) và hướng ngang (across-track) có thể cung cấp một cặp ảnh lập thể với tần suất chụp lặp từ 1 -3.5 ngày. Kết quả, dữ liệu có thể có nhiều khuôn dạng khác nhau, dữ liệu thô(Basic Imagẻy),. loại này được bảo toàn thông số hình học của vệ tinh, loại dữ liệu này được quan tâm hơn trong Trắc địa ảnh, cụ thể là tăng dày, đo vẽ và thành lập bản đồ. Sử dụng loại dữ liệu thô này cho kết quả độ chính xác hiệu chỉnh hình học cao và sản phẩm về ảnh phổ tốt hơn nhiều. 2. Các đặc điểm của Quickbird - bảng 7 Ngày phóng 18 tháng 10 năm 2001 Thiết bị phóng Boeing Delta II Địa điểm phóng Vandenberg Air Force Base, Caliornia Độ cao quỹ đạo 450 km Góc nghiêng quỹ đạo 972º, đồng bộ mặt trời Tốc độ 7.1 km/s Thời gian cắt qua xích đạo 10h30' sáng (điểm đi xuống) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 46 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Thời gian hoàn thành một quỹ đạo 93.5 phút Thời gian lặp lại một vị trí 1 – 3.5 ngày phụ thuộc vĩ độ (30º tính từđiểm thiên đế) Độ rộng dải quét 16.5 km × 16.5 km tại điểm thiên đế Độ chính xác tính theo hệ mét 23 m mặt phẳng (theo tieu chuẩn CE 90) Dữ liệu số 11 bits Độ phân giải Ảnh đen trắng 61 cm (tại điêm thiên đế) đến 72 cm (25º tính từ điểm thiên đế) Ảnh đa phổ 2.44 m đến 2.88 m tương ứng Các kênh ảnh Đen trắng (pan):450 – 900 nm Lam (blue): 450 – 520 nm Lục (green): 520 – 600 nm Đỏ (red): 630 – 690 nm Cận hồng ngoại (NIR): 760 – 900 nm Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 47 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 § I.3. Khả năng thành lập bản đồ bằng ảnh vệ tinh Ưu thế của công nghệ viễn thám so với phương pháp truyền thống là ảnh chụp phủ trên vùng rộng với chu kỳ lặp rất ngắn (tối đa 26 ngàytuỳ thuộc vệ tinh), đối tượng được thể hiện trên ảnh rõ rang (tuỳ thuộc vào độ phân giải ảnh). Thông thường, dữ liệu viễn thám sau khi xử lý sẽ được chuyển về các dạng dữ liệu đồng nhất với các dữ liệu sẵn có trong cơ sở dữ liệu GIS (khuôn dạng và toạ độ tham chiếu trong GIS), từ đó có thể chồng lớp chính sác lớp raster (ảnh viễn thám) với các lớp dữ liệu vector (đang được lưu trữ và cần được cập nhật trong GIS). Điều này giúp tiết kiệm chi phí rất nhiều khi tích hợp hai công nghệ trong việc cập nhật dữ liệu không gian. Có thể nói rằng đây là phương pháp rẻ và nhanh nhất để thu được thông tin mới nhất trên một khu vực rộng lớn. Ảnh vệ tinh được sử dụng như ảnh nền, sử dụng các công cụ để đo vẽ điểm, đường thảng gấp khúc, đa giác bất kỳ…để cập nhật hoặc thành lập mới các lớp dữ liệu không gian tương ứng. I.3.2. Mối liên hệ giữa độ phân giải và tỷ lệ bản đ ồ 1. Công thức liên hệ ? 2. Độ phân giải không gian của một số Sensor hiện nay Độ phân giải (m) Tỷ lệ bản đồ phù hợp 1 × 1 1 : 5.000 2 × 2 1 : 10.000 10 × 10 1 : 50.000 30 × 30 1 : 150.000 100 × 100 1 : 500.000 500 × 500 1 : 2.500.000 Bảng 8 - Mối quan hệ giữa độ phân giải không gian và tỷ lệ bản đồ Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 48 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Trong những năm trở lại đây, ảnh vệ tinh có độ phân giải cao như Ikonos, Quickbird, Orb View (Mỹ), Alos (Nhật), Irs (Ấn Độ), Spot (Pháp)vv.. đang là đề tài nghiên cứu ứng dụng sôi động trên phạm vi toàn thế giới. Xu thế sử dụng ảnh vệ tinh phân giải cao ngày càng cạnh tranh mạnh mẽ với ảnh số hàng không , trong đố có sản phẩm bản đồ trực ảnh được nắn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao. Để có được bản đồ trực ảnh từ dữ liệu là ảnh vệ tinh phân giải cao, chúng ta phải tiến hành nắn chỉnh hình học ảnh gốc và hiệu chỉnh, xử lý phổ tấm ảnh đó. Quá trình nắn ảnh viễn thám giữ một vai trò quan trọng trong công nghệ xử lí ảnh viễn thám. Việc nắn chỉnh này sẽ giúp chúng ta hoàn thiện các quá trình xử lí gia công các thông tin trong bài toán phân loại ảnh, thành lập hoặc hoàn hiện chỉnh bản đồ, chồng xếp c ác thông tin bản đồ chuyên đề, xây dựng cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lí… Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 49 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Chương 2: NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH VỆ TINH Biến dạng hình học của ảnh đựơc hiểu như sự sai lệch vị trí giữa toạ độ ảnh thực tế (đo được) và toạ độ ảnh lý tưở ng được tạo bởi bộ cảm có thiết kế hình học chính xác và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng, nhằm loại trừ sai số giữa toạ độ ảnh thực tế và toạ độ ảnh lý tưởng cần phải tiến hành hiệu chỉnh hình học. Sự cần thiết của việc hiệu chỉnh hình học ảnh viễn thám? - Do bản chất của các phương pháp thu chụp ảnh của các camera/sensor trên máy bay/ vệ tinh nên hình ảnh của mặt đất nhận được trên các tấm ảnh còn chứa nhiều sai số. - Các băng ảnh của mỗi cảnh ảnh vệ tinh cần phải được xử lý hiệu chỉnh để khớp, chỉnh để có thể đưa ra hình ảnh chân thực, chính xác nhất, phục vụ cho các công việc nghiên cứu trên nó tốt hơn. - Các đối tượng được nghiên cứu trên tư liệu ảnh viễn thám cần phải được chỉ ra vị trí chính xác của chúng trong một hệ tọa độ tham chiếu xác định. § II.1. Nguyên nhân làm cho biến dạng ảnh vệ tinh II.1.1. Các nguyên nhân gây sai số méo hình của ảnh vệ tinh : Các sai số làm méo hình ảnh viễn thám có thể được chia thành hai nhóm là sai số méo hình hình học của chính hệ thống Sensor và sai số méo hình do ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài hệ thống. 1. Sai số méo hình hình học của hệ thống Sens or: Sai số này phát sinh chủ yếu do có sự thay đổi trong hoạt động của Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 50 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sensor như các méo hình quang học của Sensor, sự thay đổi tốc độ quét tuyến tính và sự lặp lại của các đường quét. Ảnh hưởng của các sai số này khi kiểm định thường rất nhỏ so với các sai số ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài. Vì thế, trong một chừng mực nào đó chúng ta không cần thiết phải quan tâm đến yếu tố này. 2. Sai số do các yếu tố bên ngoài: Chủ yếu gây ra do sự thay đổi của các nguyên tố định hướng ngoài (vị trí quĩ đạo của Sensor), khúc xạ khí quyển, độ cong của quả đất, chênh cao địa hình…ảnh hưởng hầu hết của các loại sai số này tương tự như trong ảnh hàng không, tuy nhiên trong viễn thám một số sai số này có tính khác biệt… Khi nhận ảnh thẳng đứng, hình ảnh tạo ra cho từng hệ thống Sensor sẽ có khuôn mẫu hình học khác nhau, các khuôn mẫu này phụ thuộc vào máy chụp ảnh sử dụng. Do đó sự méo hình sẽ có quan hệ tương xứng với khuôn dạng hình học tạo ảnh. Sự méo hình toàn cảnh (méo hình tổng hợp) thể hiện như hình vẽ. Hình 16 – Méo hình tổng hợp II.1.2. Một số yếu tố gây nên biến dạng hình học ảnh vệ tinh - Do chuyển động của vệ tinh, sai lệch quỹ đạo, sai lệch vận tốc… - Do bản thân camera: sai số của thiết bị điện tử, sai số kiểm định các yếu tố định hướng ngoài… Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 51 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - Do việc ghi liên tục trên quỹ đạo, do cá góc nghiêng, xiên của vệ tinh… - Do chuyển động xoay của Trái đất - Do độ cong Trái đất, do địa hình thay đổi - Do chiết quang khí quyển - Do phép chiếu bản đồ. II.1.3. Một số dạng méo hình của ảnh vệ tinh - Méo hình do bản thân bộ cảm biến của vệ tinh: - Méo hình do các yếu tố bên ngoài Hình 17 - Một số dạng méo hình của ảnh vệ tinh Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 52 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 II.1.4. Bản chất của hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh Hiệu chỉnh hình học phải được thực hiện để loại trừ sự biến dạng về mặt hình học của ảnh. Như vậy, hiệu chỉnh biến dạng hình học của ảnh là quá trình chuyển các điểm trên ảnh bị biến dạng về toạ độ thực của chúng trong hệ toạ độ mặt đất và được hiểu như quá trình xử lý nhằm loại bỏ sai số nội sai gây bởi tính chất hình học của bộ cảm và ngoại sai gây bởi vị thế của vật mang và sự thay đổi của địa hình. Như vậy, sau quá trình xử lý về mặt hình học, ảnh thực tế (thu được) sẽ không còn bị biến dạng và kết quả nhận được giống như ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học chính xác và thu nhận ảnh trong các điều kiện lý tưởng. Những biến dạng hình học cần phải được loại trừ trước khi đưa ảnh vào sử dụng để: 1. Xác định toạ độ của các đối tượng (điểm, đường, vùng) hoặc tạo ảnh lập thể. 2. Chồng các ảnh với nhau để tích hợp trong xử lý và phân tích ảnh . 3. Hiển thị ảnh trong môi trường GIS, thông thường để tạo ảnh nền cho các dữ liệu vector trong GIS đòi hỏi ảnh vệ tinh phải được đăng ký theo toạ độ được sử dung bởi GIS. Như vậy bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn (có thể là h ệ toạ độ mặt đất vuông góc hoặc địa lý) dụa vào các điểm khống chế mặt đất, vị thế của sensor, điều kiện khí quyển… Hay nói một cách cụ thể, hiệu chỉnh hình học:  Là một trong những bước xử lý ảnh cơ bản để phục vụ các công việc chiết tách thông tin tiếp theo.  Loại bỏ các sai số méo hình (tùy theo các mức độ xử lý) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 53 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49  Đăng ký tấm ảnh về một hệ tọa độ tham chiếu xác định.  Công việc này được thực hiện qua việc áp dụng các mô hình toán học, các điểm khống chế mặt đất và mô hình số độ cao.  Trong đo ảnh, viễn thám, hiệu chỉnh hình học ảnh ở những mức cao nhất cũng còn gọi là nắn ảnh và nắn ảnh trực giao. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 54 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 §II.2. Nguyên lý chung để nắn chỉnh ảnh vệ tinh II.2.1. Nguyên lí nắn ảnh số chung Ảnh số có thể xem như là mảng giá trị độ xám được lưu trữ trong máy tính, vì vậy việc nắn chỉnh ảnh số là sự thay đổi vị trí của các con số này và hiển thị lại giá trị độ xám của các pixel nằm trong mảng sắp xếp của ảnh số. Sự biến đổi này dụa trên hàm số chuyển đổi toạ độ tức là phải xác định mối quan hệ hình học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn và các phương pháp tái chia mẫu được lựa chọn thích hợp. Trong nắn chỉnh hình học ảnh số, vấn đề đầu tiên cần phải xác định là mối quan hệ hình học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn. Giả sử rằng toạ độ của pixel P nào đó trước và sau khi nắn là (x,y) và (X,Y) chúng ta sẽ có quan hệ hàm số sau: Xp = Fx(xp,yp) Yp = Fy(xp,yp) ( * ) Và xp = fx(Xp,Yp) yp = fy(Xp,Yp) ( * * ) Hàm số * tương đương với nắn ảnh trực tiếp. Theo phương pháp này đầu tiên tính toạ độ (X,Y) của điểm ảnh trên ảnh nắn từ toạ độ (x,y) trên ảnh gốc. Ngay sau khi tính chuyển , giá trị độ xám của pixel đó sẽ được gán từ giá trị nội suy theo các phương pháp tái chia mẫu thích hợp. Hàm số * * tương ứng với phương pháp nắn ảnh gián tiếp. Ngược với phương pháp nắn ảnh trực tiếp, phương pháp này lấy ảnh nắn làm cơ sở cho sự lựa chọn. Đối với từng pixel trong ảnh nắn, việc hiệu chỉnh vị trí của chúng trong ảnh gốc cần phải được tính toán trước tiên thông qua hàm số chuyển đổi * *. Theo vị trí tính toán được chỉ ranhờ toạ độ (X,Y) thì giá trị độ xám có thể nhận được từ ảnh gốc và từ đó gán sang pixel vừa gán được trong ảnh nắn. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 55 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Các hàm số Fx, Fy hoặc fx, fy thường là các biểu thức toán học của hình học chiếu hoặc đa thức. Khi nắn chỉnh hình học ảnh số (tức là vị trí hình học của các pixel đã thay đổi), nếu chúng ta muốn biết các giá trị độ xám của các pixel thì cần lấy lại mẫu lần nữa trên cơ sở đã lấy lại mẫu trước đây trên ảnh gốc. Các hàm số thường được sử dụng trong thực tế để nội suy lại giá trị độ xám của các pixel là hàm song tuyến, hàm bậc ba… Trong nắn ảnh vệ tinh, chênh cao địa hình trên ảnh rất nhỏ so với độ cao bay của vệ tinh, vì vậy ta có thể sử dụng các hám số trên làm cơ sở để giải bài toán nắn ảnh. Tuy nhiên, khi nắn ảnh đòi hỏi độ chính xác cao, ngoài ảnh hưởng của chênh cao địa hình, chúng ta còn quan tâm đến ảnh hưởng của độ cong Trái đất. Vì vậy, ngoài các yếu tố định hướng của ảnh, chúng ta cần có số liệu độ caocủa vùng cần nắn DEM sử dụng trong mô hình nắn. Kh i đó ta sử dụng phương trình biến đổi hình học tương ứng (phương trình đồng phương) để thực hiện chuyển đổi giữa toạ độ (x,y) của ảnh gốc và (X,Y) của ảnh nắn với độ cao Z của chúng. Vì khối lượng tính toán đòi hỏi rất lớn nên ta có thể chia nhỏ ảnh để thực hiện. Đối với 4 điểm nằm ở 4 góc vùng nắn được chia nhỏ, ta sử dụng phương trình thay đổi hình học chiếu chặt chẽ, ngược lại đối với các điểm nắn khác lúc đó ta có thể sử dụng đa thức đơn giản để tính toán. II.2.2. Đối với ảnh viễn thám Dựa trên cơ sở mô hình toán học được sử dụng, các phương pháp nắn ảnh số có thể được chia làm hai nhóm là phương pháp sử dụng thông số và không sử dụng thông số. Phương pháp sử dụng thông số là phương pháp sử dụng phương trình số hiệu chỉnh. Phương trình này dựa trên cơ s ở phương trình tạo ảnh hình học của hệ thống Sensor. Trong khi đó, phương pháp không sử dụng thông số bỏ qua vấn đề tạo ảnh hình học mà chỉ mô tả sự méo hình của chính bản thân tấm ảnh theo đa thức và phương pháp nội suy trong lĩnh vực xác suất thống kê. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 56 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 § II.3. Mô hình toán học II.3.1. Một số mô hình toán học Để hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh phân giải cao, phép chiếu hình, góc nghiêng, vệt quét, điều kiện khí quyển, độ cong trái đất, chênh cao địa hìnhvv…chính là nguyên nhân gây biến dạng ảnh vệ tinh. Rất cần thiết để hiệu chỉnh biến dạng này trước khi sử dụng nó. Độ chính xác khi dung các ảnh vệ tinh phân giải cao sẽ phù hợp với việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. Trước đây, điều này đã được xem xét đến, khi mà các thông số của quĩ đạo còn chưa biết rõ. Sử dụng mô hình toán học để bù đắp lại và hiệu chỉnh sự méo hình, phương pháp này được gọi là phương pháp loại bỏ méo hình hình học. Nó không quan tân đến tất cả các nguồn gây méo mó hình ảnh nhưng nó rất cần kết hợp với các điểm khống chế mặt đất. Chính điều này tạo nên các công đoạn hiệu chỉnh hình học dễ dàng hơn khi không đủ các thông số. Một vài trường hợp biến đổi 2D hay 3D được sử dụng số lượng điểm khống chế khác nhau. Sử dụng mô hình toán học này cùng cung cấp đầy đủ thông tin về ảnh hưởng của độ cao bề mặt Trái đất đến ảnh nắn. Có thể áp dụng nhiều mô hình toán học sau: II.3.1.1. Phương pháp mô hình vật lý 1. Mô hình vật lý: - Dựa trên các thiết bị GPS gắn trên vệ tinh, bộ theo dõi sao, thiết bị hồi chuyển… có thể xác lập được các mối quan hệ toán h ọc giữa:  Toạ độ cục bộ của thiết bị chụp  Vị trí vệ tinh  Hệ tọa độ điều khiển vệ tin  Hệ tọa độ tham chiếu; hệ tọa độ trắc địa; lưới chiếu bản đồ và các điểm khống chế mặt đất. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 57 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - Tuy nhiên, vì nhiều lý do mà hầu hết các nhà cung cấp ảnh không công khai, hoặc cung cấp dữ liệu về mô hình vật lý thu chụp ảnh cho khách hàng. Riêng nhà cung cấp ảnh SPOT cung cấp dữ liệu này công khai cho khách hàng. 2. Các kiểu mô hình vật lý: 1 – Mô hình 1 cảnh: Là mô hình cho từng cảnh riêng (60 km × 60 km) 2 – Mô hình theo dải: Mô hình gắn kết các cảnh chụp cùng thời điểm trong dải bay. Có thể gắn 9 cảnh trong 1 dải (60 km × 540 km) 3 – Mô hình khối: Mô hình này gắn kết các dải và cảnh chụp các thời điểm khác nhau - Ưu điểm: Số lượng điểm khống chế cần tối thiểu Độ chính xác cao trong khu vực rộng lớn - Nhược điểm: Cần thiết bị phần cứng và phần mềm chuyên dụng (đắt tiền) Minh hoạ mô hình hình học ảnh vệ tinh Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 58 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 18 : Hệ toạ độ địa tâm và hệ toạ độ quĩ đạo cục bộ Z X Y L T V R S G Giá trị T, L, R xác định trong hệ toạ độ địa tâm G (X,Y,Z) Hệ toạ độ quỹ đạo cục bộ (T,L,R) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 59 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 II.3.1.2. Phương pháp mô hình tham số / mô hình chặt chẽ: Dựa trên điều kiện cơ bản của đo ảnh, đó là sự đồng tuyến của các véc - tơ điểm địa vật và điểm ảnh trên mỗi đường ảnh của đầu thu CCD. X’ = 3 góc xoay αi, biểu diễn trong ma trận R qua các phần tử Rij Y Z X h  ’ h’ ’ Y Z p0 0 q L T R Z X Y L T V R S G Toạ độ ảnh trong hệ toạ độ cuc bộ LRT Hệ toạ độ địa tâm XYZ Hệ toạ độ trắc địa λ . φ . h Hệ toạ độ bản đồ x y Z (Z: độ cao Geoid)        '/' '/' ZY ZX c y x                                   )()()( )()()( )()()( ' ' ' 333231 232221 131211 ccc ccc ccc c c c ZZrYYrXXr ZZrYYrXXr ZZrYYrXXr ZZ YY XX R Z Y X   211 210 tptppXr ccc XXX    212 210 tptppYr ccc YYY    212 210 tptppZr ccc ZZZ  2 210 tptpp iiii    Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 60 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hiện nay, việc truy cập vào các dữ liệu mô hình camera: thông số kiểm định, các dữ liệu định hướng ngoài của các loại sensor đa phần là không thể. - Quan điểm của các nhà cung cấp ảnh: không muốn cung cấp thông tin độc quyền, vì cả lý do cạnh tranh. - Quan điểm của công nghệ đo ảnh / viễn thám: khó chấp nhận, vì điều này là trở ngại cho việc khai thác thông tin ảnh 1 cách chính xác nhất. - Giải pháp dung hòa: xây dựng các hàm số hữu tỷ: Rational Functions . II.3.1.3. Phương pháp mô hình hàm đa thức hữu tỷ Mô hình hàm đa thức hữu tỷ là bài toán mô hình không tham số (non - parametric model), mô hình loại này là một công cụ của hầu hết các phần mềm hoàn chỉnh để xử lí ảnh vệ tinh. Loại mô hình này tiến dần đến việc s ử dụng các loại ảnh thương mại cho phép đ ưa ra sản phẩm có giá trị cao, như là các bản đồ trực ảnh (ortho) không thể thiếu sự cần thiết của một mô hình đầu thu ảnh, nhưng có kèm các hệ số trong mối quan hệ hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ mặt đất. Mô hình hàm đa thức hữu ty đưa ra một mối quan hệ xác định rõ ràng giữa hệ toạ độ ảnh (x,y) và hệ toạ độ trắc địa 3D (x,y,z) thông qua liên hệ đa thức, xem hàm số sau: Trong đó P1,P2,P3,P4 là các giá trị đa thức bậc 3, tương ứng với 20 hệ số Dựa trên các hệ số của hàm đa thức hữu tỷ, được cung cấp bởi nhà cung cấp ảnh, hoặc được xác định qua các mức xử lý ảnh. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 61 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - Mô hình này thường áp dụng cho các vệ tinh chụp ảnh độ phân giải siêu cao (VHRS). - Người dùng có thể không cần biết hết thông tin về loại camera/sensor của vệ tinh. - Đã được nghiên cứu và kiểm chứng qua thực nghiệm; đã được các nhà cung cấp ảnh/quản lý vệ tinh thừa nhận. - Nhà cung cấp ảnh cung cấp các hệ số của hàm đa thức hữu tỷ trong siêu dữ liệu đi cùng dữ liệu ảnh. - Hầu hết các gói phần mềm xử lý ảnh vệ tinh thương mại đều cập nhật mô hình này cho các loại vệ tinh VHRS. - Độ chính xác được cải thiện, giảm được số lượng điểm khống chế ảnh, đặc biệt là trong các trường hợp bình sai khối ảnh. II.3.1.4. Phương pháp hàm đa thức Mô hình hàm đa thức thường dung để chuyển từ hệ toạ độ ảnh sang hệ toạ độ trắc địa. Việc chuyển đổi toạ độ có thể nhanh hay chậm phụ thuộc vào số bậc khác nhau của hàm đa thức làm cơ sở cho hiệu chỉnh sự méo mó hình học của ảnh, với sự tham gia của số lượng điểm khống chế và loaị địa hình. Biến đổi bậc 1 là sự biến đổi tuyến tính (linear), loại này có thể xác định vị trí, tỷ lệ, độ nghiêng và góc xoay của ảnh. Trong hầu hết cá trường hợp, hàm đa thức bậc 1 được dùng vào phép chiếu hình ảnh thô, chuyển từ đối tượng đến một vùng phủ nhỏ dữ liệu. Biến đổi đa thức bậc 2 hoặc cao hơn là các biến đổi không tuyến tính (nonlinear) điều này có thể được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu kinh độ/vĩ độ đến đối tượng hoặc hiệu chỉnh biến dạng không tuyến tính như là sự uốn cong của Trái đất, biến dạng của ống kính camera. Dựa theo phương trình biến đổi của mô hình hàm đa thức 2D và 3D: Đa thức tuyến tính: Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 62 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Đa thức bậc 2: Đa thức bậc 3: Đa thức tổng quát 3 chiều 3D : Trong đó a, b là ma trận hệ số, (X,Y) là ma trận tha m số. I.3.1.5. Phương pháp mô hình projective Mô hình projective diễn tả mối quan hệ giữa hai không gian dựa trên cơ sở phép chiếu phối cảnh. Các yếu tố cơ bản của phép chiếu phối cảnhbao gồm điểm tâm chiếu phối cảnh, chum tia chiếu đi từ điểm này đến mặt phẳng thứ hai khác của các chum tia mà không chứa tâm chiếu. Hai không gian này được định nghĩa trong công việc của chúng ta như là không gian ảnh và không gian vật. Mối quan hệ giữa hai không gian này được diễn tả qua công thức: 8 thông số biến đổi: trong đó: L là hệ số, (x,y) là toạ độ ảnh và (X,Y) là toạ độ trắc địa - Mô hình DLT : Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 63 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 II.3.1.6. Phương pháp mô hình Affine: Việc chấp nhận mô hình Affine coi như là đối ngược với mô hình của phép chiếu phối cảnh đối với ảnh vệ tinh quét theo tuyến như là ảnh SPOT và MOMS-02 và kết quả được chỉ ra rằng mô hình Affine đòi hỏi định hướng và tăng dày ảnh phải vững chắc, kết cấu phải ổn định. Mỗi điểm định hướng (noteworthy) được sử dụng trong mô hình affine có thể lưu giữ ít nhất 30 phần trăm giá trị ảnh bởi bậc của ảnh lập thể không cần đến đối với hàm hữu tỷ. Mỗi quan sát mặt đất của 1 điểm khống chế GCP sẽ tạo nên 2 phương trình điều kiện affine nhận được từ mối quan hệ giữa hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ trắc địa GCP trong hệ thống địa cầu trung tâm. Hai phương trình điều kiện affine đó như sau: - 3D: x = a0 + a1X + a2Y + a3Z (8) y = b0 + b1X + b2Y + b3Z - 2D: x = aX + bY + e ( 9) y = cX + dY + f trong đó: (x,y) là hệ toạ độ ảnh, (X,Y,Z) là hệ toạ độ trắc địa II.3.2. Trình tự cơ bản để hiệu chỉnh hình học Các bước cơ bản của quá trình hiệu chỉnh hình học như sau: 1. Chọn phương pháp: Chọn phương pháp phải dựa trên bản chất sự biến dạng của ảnh và số lượng điểm khống chế mặt đất sẵn có (thể hiện trên ảnh) để chọn phương pháp hiệu chỉnh thích hợp. Ba phương pháp sau đây thường được sử dụng: a) Hiệu chỉnh hệ thống: Áp dụng loại trừ biến dạng do nội sai do thiết bị chế tạo không hoàn chỉnh. Trường hợp này, nếu có dữ liệu tham chiếu hình học hay số liệu hình học của sensor thì biến dạng hình học của ảnh do sai số hệ thống được loại trừ hoàn toàn. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 64 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 b) Hiệu chỉnh phi hệ thống: Lập đa thức tương quan giữa hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn (dung phương pháp số bình phương nhỏ nhất). Trong phương pháp này đòi hỏi phải có một số điểm đã biết toạ độ thực trên mặt đất và được thể hiện rõ rang trên ảnh, các điểm này được gọi là điểm khống chế mặt đất (GCP), Quá trình xác định toạ độ ảnh (cho bởi hàng, cột) của các điểm này trong ảnh bị biến dạng và đưa về toạ độ thực của chúng trong hệ toạ độ mặt đất cho trên bản đồ, được gọi là đăng ký hình học của ảnh. Khi chọn các điểm này cần phải lưu ý đến sự phân bố vị trí của các điểm trên ảnh (không nên tập trung ở vùng nhỏ của ảnh) vì sự phân bố tốt sẽ nâng cao độ chính xác hiệu chỉnh. Đa thức tương quan giữa hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn của các điểm GCP sẽ được xử lý bởi chương trình t rên máy tính và sau khi chuyển đổi ảnh sẽ có hệ toạ độ mặt đất. Độ chính xác đạt được phụ thuộc vào bậc của đa thức, số điểm khống chế và sự phân bố của chúng. Quá trình đăng ký hình học của ảnh đối với bản đồ được gọi là image - to-map registration, trong thực tế có thể áp dụng phương pháp này để đăng ký từ toạ độ của một ảnh này đối với ảnh khác và được gọi là image -to-image registration. c) Hiệu chỉnh phối hợp: Hiệu chỉnh hệ thống được áp dụng trước đối với ảnh nhằm loại trừ sai số hệ thống do thiết bị (nội sai), sau đó sai số còn lại (ngoại sai) sẽ được loại trừ bằng đa thức bậc thấp hơn để nhận được ảnh có sai số là tối thiểu sau khi hiệu chỉnh hình học. 2. Kiểm tra độ chính xác Sau khi đăng ký toạ độ ảnh, độ chính xác của việc hiệu chỉnh hình học cần phải được kiểm tra bởi các cặp điểm GCP mà không tham gia trong quá trình chuyển đổi (điểm kiểm tra). Nếu độ chính xác không thoả mãn tiêu Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 65 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 chuẩn yêu cấu (sai số 1 pixel) thì phải kiểm tra lại dữ liệu toạ độ được nhập trong quá trình chuyển đổi hoặcchọn mô hình toán khác sao cho kết quả đạt được là tốt nhất. 3. Nội suy và tái chia mẫu Đây là giai đoạn cuối cùng của hiệu chỉnh hình học, vì ảnh sau khi hiệu chỉnh sẽ có sự thay đổi vị trí nên giá trị độ sáng của các pixel cần phải được tính và gán lại theo vị trí mới. Phương pháp nội suy và tái chia mẫu nhằm xác định giá trị độ sáng các pixel trên ảnh đã hiệu chỉnh từ các giá trị độ sang của các pixel trên ảnh gốc. Hình 19 :Trình tự các bước hiệu chỉnh II.3.3. Độ chính xác hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh: Độ chính xác hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Phụ thuộc vào độ chính xác (toạ độ, độ cao) của các điểm khống chế mặt đất  Phụ thuộc vào độ chính xác của việc xác định vị trí các điểm khống chế mặt đất ở trên ảnh  Phụ thuộc vào số lượng, đồ hình bố trí điểm khống chế mặt đất trong cảnh ảnh, trong khối. Trong một số trường hợp, độ chính xác hiệu chỉnh hình học cũng phụ thuộc vào số lượng, vị trí phân bố, độ chính xác đo các điểm liên kết ảnh  Phụ thuộc vào mô hình toán học được sử dụng  Phụ thuộc chất lượng, độ chính xác của mô hình số độ cao. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 66 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 20: Hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh - Độ chính xác độ cao mô hình lập thể: Độ chính xác xác định độ cao được tính theo công thức: h = ± b h . f h . px ở đây: h - độ cao bay chụp ảnh b - độ dài đường đáy chụp ảnh f – tiêu cự máy chụp σpx - độ chính xác đo thi sai Từ công thức trên có thể thấy thông số có thể điều chỉnh được để nâng cao độ chính xác là thay đổi tỷ số b/h (tỷ số giữa đường đáy ảnh và độ cao bay chụp). Đối với ảnh Spot lập thể, tỷ số này phụ thuộc vào góc chụp cặp ảnh: b/h = tgαt + tgαp. - Giá trị dịch vị trí điểm ảnh do chênh cao địa hình Áp dụng theo công thức tính giá trị xê dịch vị trí điểm ảnh trong đo ảnh hàng không do chênh cao địa hình gây nên ∆r = ∆h (f/H)R/ (H-∆h) Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 67 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Bảng 9: Lựa chọn độ chính xác DEM cho nắn trực ảnh vệ tinh So sánh ảnh của phép chiếu trực giao và ảnh của phép chiếu xuyên tâm Hình 22 Hình 21: Ảnh hưởng của độ chính xác mô hình số độ cao đến độ chính xác trực ảnh Có thể áp dụng công thức gần đúng như sau: tghX . Sai số vị trí điểm trên ảnh nắn phụ thuộc vào độ chính xác của DEM và góc nghiêng của trục quang của ảnh. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 68 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 So sánh ảnh trực giao sử dụng mô hình DEM có và không có độ cao của các địa vật Hình 23 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 69 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Chương III: KHẢO SÁT KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH SPOT ĐỂ THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ TỶ LỆ 1:50.000 §III.1. Giới thiệu khu thực nghiệm III.1.1. Điều kiện tự nhiên 1.Vị trí địa lý: Hà Nội - thủ đô của Việt Nam - nằm ở vị trí trung tâm đồng bằng Bắc Bộ. Giới hạn trong khoảng từ:  Vĩ độ Bắc: 20º53' đến 21º23'  Kinh độ đông: 105º44' đến 106º02'  Tiếp giáp với 5 tỉnh: Thái Nguyên ở phía bắc, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía đông và đông nam, Hà Tây và Vĩnh Phúc ở phía nam và phía tây. Hà Nội nằm hai bên bờ sông Hồng, giữa vùng đồng bằng Bắc Bộ trù phú. Với vị trí và địa thế đẹp, thuận lợi, Hà Nội là trung tâm chính trị ,văn hoá và khoa học lớn, đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam. Hình 24 : Hồ Hoàn kiếm trung tâm của thủ đô Hà Nội  Diện tích tự nhiên 970 km2  Chiều dài nhất từ phía bắc xuống phía nam là hơ n 50km Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 70 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49  Chỗ rộng nhất từ tây sang đông là 30km  Cao nhất là núi Chân Chim : 462m (huyện Sóc Sơn)  Thấp nhất thuộc xã Gia Thuỵ (huyện Gia Lâ m), 12m so với mặt nước biển 2.Địa hình Dạng địa hình chủ yếu của Hà Nội là đồng bằng được b ồi đắp bởi các dòng sông với các bãi bồi đại, bãi bồi cao và các bậc thềm. Xen giữa các bãi bồi đại và các bãi bồi cao còn có các vùng trũng với các hố, đầm (dấu vết của các lòng sông cổ). Phần lớn diện tích Hà Nội nắm trong cùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với độ cao trung bình từ 15m đến 20m so với mặt nước biển. Còn lại chỉ có khu vực đồi núi ở phía bắc và phía tây bắc của huyện Sóc Sơn thuộc rìa phía nam của dãy núi Tam Đảo có độ cao từ 20m đến hơn 400m, đỉnh Chân Chim cao nhất là 462m. 3.Khí hậu Khí hậu Hà nội là khí hậu nhiệt đói gió mùa ẩm. Mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, mưa ít. Nằm trong vùng nhiệt đới, Hà Nội quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời dồi dào và có nhiệt độ cao. Do chịu ảnh hưởng của biển, Hà nội có độ ẩm và lượng mưa khá lớn  Trung bình hằng năm, nhiệt độ không khí 23.6ºC, đôh ẩm 79%, lượng mưa 1245 mm  Mỗi năm có khoảng 114 ngày mưa. Hà Nội có đủ bốn mùa xuân, hạ, thu, đông. Sự luân chuyển của các mùalàm cho khí hậu Hà Nội thêm phong phú, đa dạng và có những nét riêng.  Từ tháng 5 đến tháng 8 là mùa hè: nóng và thi thoảng có mưa rào Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 71 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49  Từ tháng 9 đến tháng 11 là mùa thu: thời tiết khô ráo, trời cao, xanh ngắt, gió mát nắng vàng  Từ tháng 11 đến tháng 1 năm sau là mùa đông: thời tiết lạnh, khô ráo  Từ tháng 2 đến tháng 4 là mùa xuân: cây cối xanh tốt với hàng ngàn loài hoa khoe sắc: mùa của những lễ hội truyền thống độc đáo, mở đầu là tết Nguyên Đán - lễ hội lớn và quan trọng nhất của người Việt Nam.  Nhiệt độ thấp nhất: 2.7ºC (tháng 1/1955)  Nhiệt độ cao nhất: 42.8ºC (tháng 5/1926)  Khách du lịch có thể tới thăm Hà Nội quanh năm. Tuy nhiên, mùa xuân, mùa thu và mùa đông rất thích hợp với du khách ở những vùng hàn đới 4.Thuỷ hệ Hà Nội là thành phố gắn liền với những con sông, trong đó có sông Hồng là lớn nhất. Sông Hồng bắt đầu từ dãy Nguỵ Sơn (Trung Quốc), ở độ cao 1776m, chảy theo hướng tây - bắc - đông – nam vào Việt Nam từ Lào Cai và chảy ra vịnh Bắc Bộ. Sông Hồng chảy qua Hà Nội dài khoảng 30 km. Đê sông Hồng được đắp từ năm 1108, đoạn từ Nghi Tàm đến Thanh Trì, gọi là đê Cơ Xá. Ngày nay sông Hồng ở Việt Nam có 1267 klm đê ở cả hai bên tả, hữu ngạn. Độ cao mặt đê tại Hà Nội là 14m so với mặt nước biển. Sông hồng góp phần quan trọng trong sinh hoạt đời sống cũng như trong sản xuất. Lượng phù sa của sông hồng rất lớn, trung bình 100 triệu tấn/năm. Phù sa giúp cho đồng ruộng thêm màu mỡ, đồng thời bồi đắp và mở rộng vùng châu thổ. Nguồn cá bột của sông Hồng đã cung cấp cá giống đáng kể cho nghề nuôi cá nước ngọt ở đồng bằng Bắc Bộ. Ngoài sông Hồng, trong địa phận Hà Nội còn có sông Tô Lịch, sông Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 72 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Kim Ngưu, sông Nhuệ và sông Cà Lồ. III.1.2. Điều kiện dân cư, kinh tế, văn hoá – xã hội 1) Dân cư Số dân của thành phố tính đến ngày 31 tháng 12 năm 2003 có 3.055.300 người trong đó dân số nnội thành chiếm 53%, dân số ngoại thành chiếm 47%. 1.1. Mật độ dân số Dân cư Hà Nội phân bố không đều giữa các vùng lãnh thổhành chính cà giữa các vùng sinh thái. Mật độ dân số trung bình của Hà Nội là 2881 người/km² (mật độ trung bình ở nội thành 19163 người/km², riêng quận Hoàn Kiếm là 37265 người/km², ở ngoại thành 1721 người/km²). Mật độ này cao gấp 12 lần so với mức trung bình của cả nước, gần gấp đôi mật độ dân số ở vùng đồng bằng sông Hồng và là thành phố có mật độ cao nhất cả nước 1.2. Các đơn vị hành chính Hà Nội Hà Nội tính tới nay gồm chin quận nội thành: Ba Đình, Hoàn Kiếm, Hai Bà Trưng, Đống Đa, Tây Hồ, Thanh Xuân, Cầu Giấy, Long Biên, Hoàng Mai và năm huyện ngoại thành: Đông Anh, Gia Lâm, Sóc Sơn, Thanh Trì, Từ Liêm, Tổng diện tích 920.97 km² (nội thành chiếm 19.97% và ngoại thành chiếm 83.03%, bằng 0.28% diện tích của cả nước). Dân số: 3.055.300 người 2) Kinh tế Tính đến năm 2002, GDP Hà Nội đạt 20.280 tỷ đồng chiếm 7 .8% tổng sản phẩm nội của cả nước với tốc độ tăng trưởng 10.37% so với năm 2001. Trong đó tỷ trọng ngành nông nghiệp chiếm 2.4%: ngành công nhiệp và xây dựng cơ bản chiếm 38.8% và ngành dịch vụ chiếm 58.8%. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 73 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Tốc độ tăng trưởng kinh tế những năm 2000 -2002 của Hà Nội đều tăng hơn 10% mỗi năm 3) Văn hoá – xã hội Tất cả các cơ quan thông tấn, báo chí xuất bản cấp quốc gia đều đóng tại Hà Nội. Tin tức của mọi vùng lãnh thổ trên đất nước cũng được phát ra từ đây trên song phát thanh và truyền hình. Hàng trăm tờ báo và tạp chí, hàng chục đầu sách mới của gần 40 nhà xuất bản trung ương phát hành khắp nơi, ra cả nước ngoài làm phong phú đời sống văn hoá của nhân dân và giới thiệu hình ảnh Việt Nam với bạn bè thế giới. Về số lượng nhà bảo tàng, thư viện, nhà văn hoá, câu lạc bộ, rạp hát, chiếu bong, hiệu sách,…di tích lịch sử văn hoá, kiến trúc và cách mạng, Hà Nội đứng đầu, 521 trong số hơn 2000 di tích đã được Bộ Văn hoá - Thông tin công nhận xếp hạng. Hà Nội là một trong những địa phương đi đầu trong cả nước về xây dựngnếp sống văn minh và gia đình văn hoá. Giáo dục và đào tạo: Hà Nội tập trung hơn 44 trường đại học và cao đẳng của đất nước, với hơn 330 nghìn học sinh – sinh viên. Sau cách mạng Tháng Tám 1945, tất cả các truờng ở Việt Nam đều dùng tiếng Việt. Với hơn một trăm viện nghiên cứu ở hai trung tâm Khoa học tự nhiên và Khoa học xã hội và nhân văn quốc gia, ở các học viện và các cán bộ, các ngành, Hà Nội là nơi hội tụ nhân tài của đất nước. Phần lớn các chuyên gia đầu ngành đang công tác, nghiên cứu khoa học và giảng dạy ở thủ đô. Có thể nói đây là một nguồn tài nguyên quý giá, một lợi thế nhất trong cả nước về nhu cầu hợp tác khoa học kỹ thuật với các nước và các địa phương khác trong nước. Hà Nội là trung tâm chính trị, nơi làm việc của các cơ quan đầu não của Viẹt Nam như: Trung Ương Đảng, Chính phủ, các Bộ chuyên ngành…Hà Nội có nền tảng chính trị ổn định, chính sách kinh tế đối ngoại Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 74 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 mở cửa linh hoạt, an ninh chính trị và trật tự xã hội đảm bảo. Hà Nội còn là nơi có vị thế thuận lợi, là trung tâm giao dịch kinh tế và trung tâm giao kưu quốc tế quan trọng của cả nước. Hà Nội là một thành phố tập trung nguồn nhân lực, trí tuệ dồi dào chiếm trên 62% số cán bộ khoa học và quản lý có trình độ trên đại học, giáo sư, tiến sĩ, thạc sĩ của cả nước hiện đang sống và làm việc tại Hà Nội. Người dân Hà nội có trình độ dân trí và tay nghề khá cao, có khả năng tiếp nhận nhanh chóng các công nghệ hiện đại cũng như trình độ quản lý tiên tiến. Giá nhân công lao động ở Hà Nội hợp lý. Tiềm năng thị trường Hà Nội lớn, vùng ảnh h ưởng thị trường Hà Nội đến các tỉnh, thành phố phía Bắc cũng như thị trường Nam Trung Quốc, Lào có nhiều triển vọng. Nguồn cung cấp điện năng, cung cấp nước sạch cho các doanh nghiệp thuận lợi và ổn định. Thủ tục hành chính về xem xét duyệt cấp giấy phép đ ầu tư cho các dự án (nhất là các dự án công nghiệp) được tiến hành đơn giản, thuận lợi, nhanh chóng. Các chi phí như: dịch vị xã hội, thuế bất động sản, nhà đất, điện, nước thấp hơn so với một số đô thị thương mại khác ở Việt nam (đặc biệt là giá thuê đất giảm khoảng 25% so với trước đ ây. Các chính sách thuế được hưởng chế độ ưu đãi, đặc biệt các dự án công nghiệp và các dự án đặc biệt khuyến khích và khuyến khích đầu tư. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 75 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 § III.2. Quy trình công nghệ nắn ảnh vệ tinh để thành lập bình đồ ảnh III.2.1. Quy trình thành lập bình ảnh vệ tinh III.2.1. Sơ đồ: 1. Tạo Project 2. Nhập ảnh Spot 3. Nhập các thông số định hướng của ảnh 4. Lựa chọn mô hình định hướng bộ cảm biến vệ tinh 5. Đo điểm khống chế, điểm kiểm tra và điểm Tie point (điểm liên kết ảnh) (ở trên ảnh) 6. Tính toán, bình sai với mô hình đã chọn 7. Kiểm tra kết quả bình sai, chọn lại điểm (nếu cần thiết 8. Lựa chọn mô hình số độ cao 9. Nắn ảnh (ktra đcx ảnh nắn) 10. Cắt ghép bình đồ ảnh 10. Xử lý phổ 11. In ấn sản phẩm Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 76 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Hình 25: Quy trình thành lập bình đồ bừng ảnh vệ tinh ¶nh vÖ tinh T¹o project nhËp th«ng sè NhËp c¸c th«ng sè ®Þnh h­íng cña ¶nh NhËp ¶nh SPOT §o ®iÓm khèng chÕ, B×nh sai N¾n ¶nh C¾t ghÐp b×nh ®å ¶nh Xö lý phæ In Ên s¶n phÈm DEM §¹t Kh«ng ®¹t Khèng chÕ ¶nh ngo¹i nghiÖp Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 77 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 III.2.2. Các mức xử lý ảnh viễn thám Nắn ảnh vệ tinh phân giải cao phân thành 3 mức cơ bản: 1. Mức 1A: ٭ Ảnh hình vuông ٭ Khuôn dạng ảnh: là ảnh gốc đặc biệt nên nó chỉ có thể nhập được bằng một số phần mếm nhất định ٭ Về hình học: chưa được xử lý ٭ Về phổ: chỉ hiệu chỉnh nhiễu Radio – khí quyển 2. Mức 1 B: ٭ Ảnh dạng hình thang ٭ Khuôn dạng đã chuẩn hoá ٭ Về hình học: đã chỉnh lý - khử độ cong Trái đất ٭ Về phổ: có lọc nhiễu Radio 3. Mức 2A: ٭ Hiệu chỉnh hình học chính xác với độ chính xác bản đồ. ٭ Mức 2A nắn ảnh đưa vè một lưới chiếu nào đ ó nhưng không dung điểm khống chế mặt đất. 4. Mức 2B: ٭ Xử lý hiệu chỉnh hình học, đua về lưới chiếu bản đồ có sử dụng các điểm khống chế mặt đất, nên độ chính xác của điểm đạt cao hơn. ٭ Sau mức xử lý 2B thì trên ảnh vẫn còn ảnh hưởng của chênh cao địa hình. 5. Mức 3: ٭ Loại trừ cả ảnh hưởng của chênh cao địa hình (có dung mô hình số trong khi nắn), hình ảnh có độ chính xác hình học của bản đồ trong một lưới chiếu nhất định. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 78 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 ٭ Hình ảnh được tăng cường chất lượng. III.2.3. Khái niệm về bình đồ ảnh và việc lập bình đồ ảnh Bình đồ ảnh là hình ảnh của miềm thực địa, được thành lập từ những tấm ảnh nắn trên cơ sở từ các điểm định hướng (điểm nắn) rồi tiến hành cắt, dán ghép chúnh lại với nhau theo khuôn khổ từng mảnh bản đồ cùng tỷ lệ. So với bản đồ thì bình đồ chứa lượng th ông tin lớn và địa vật được thể hiện một cách chi tiết rõ ràng. Các đặc trưng của địa hình có thể dễ nhận biết như: chố đứt gãy, chỗ uốn nếp. Tuy vậy, bình đồ ảnh cho thấy hình ảnh của các địa vật chưa khái quát hoá bằng các ký hiệu quy ước dễ đọc như trên bản đồ, đồng thời chưa có các kí hiệu về dáng đất độ cao. Bình đồ ảnh được sử dụng rộng rãi như dung để trực tiếp đo vữe địa hình và địa vật, dung để thiết kế và bố trí mặt bằng tổng quát, dung trong việc lập kế hoạch kỹ thuật. Bình đồ ảnh thường được sử dụng khi thành lập bản đồ địa hình, đôi khi có thể thay thế bản đồ trong công tác khảo sát thăm dò. Trong lĩnh vực quân sự, bình đồ ảnh là tài liệu dẫn đường hành quân di chuyển. Trong chiến đấu nó là tài liệu quan trọng giúp người chỉ huy trận đánh, cũng như trong bảo vệ các mục tiêu quan trọng. Trong huấn luyện, bình đồ ảnh là tài liệu học tập. 1. Tư liệu ảnh dung trong thử nghiệm là ảnh SPOT 5 2. Phần mềm nắn chỉnh hình học là ERDAS do hang LEICA IMAGINE của Mỹ vây dựng. Phần mềm ERDAS thực hiện nắn chỉnh hình học ảnh SPOT theo mô hình vật lý của quá trình thu nhận ảnh ( theo phương trnhf tạo ảnh hình học), trong đố các thông số đặc trưng của vệ tinh cũng như các thiết bị thu nhận đều được cung cấp từ nhà sản xuất cho nên có khả năng đạt độ chính xác cao. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 79 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 III.2.4. Giới thiệu về ảnh SPOT 5 ♦ Ảnh đa phổ với đầu thu HRG: có độ phân giải 10 m, 3 kênh ♦ Ảnh toàn sắc với đầu thu HRG: có độ phân giải 5 m ♦ Ảnh toàn sắc với đầu thu HRG: có độ phân giải 2.5 m (supermode) ♦ Diện tích phủ trùm: 60 km × 60 km Các mức xử lý ảnh SPOT  Mức 1A: - Ảnh thô, chưa xử lý hình học và phổ (Hình học ảnh được xử lý hệ thống).  Mức 1B: - Hình học của ảnh tương đương mức 1A Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 80 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - Phổ được loại trừ yếu tố nhiễu  Mức 2A: - Xử lý hình học bằng mô hình vật lý không có điểm khốn g chế - Phổ ở mức 1B  Mức 2B: - Xử lý hình học bằng mô hình vật lý, dung điểm khống chế mặt đất - Có xử lý phổ bằng các thuật toán tăng cường chất lượng ảnh - Có sử dụng phép lọc ảnh  Mức 3: - Xử lý hình học bằng mô hình vật lý, dung điểm khống chế mặt đất - Sử dụng mô hình số địa hình (DEM) loại bỏ biến dạng do chênh cao địa hình - Có xử lý phổ bằng các thuật toán tăng cường chất lượng ảnh - Có sử dụng phép lọc ảnh III.2.5. Giới thiệu về phần mềm ERDAS ERDAS và ERDAS IMAGINE ERDAS là tên của một hãng sản xuất phần mềm của Mỹ, được sử dụng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở những nước có sự đầu tư cho khoa học Viễn thám – GIS. ERDAS là phần mềm mạnh cả về chức năng xử lý ảnh và GIS. ERDAS và ERDAS – IMAGINE đã trở thành một chuẩn mực để các ph ần mềm khác giao diện III.2.2. Quy trình nắn ảnh SPOT 5 sử dụng phần mềm ERDAS thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ 1: 50.000 1. Trình tự nắn ảnh trong phần mềm ERDAS Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 81 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49  Chuẩn bị tài liệu: Ảnh vệ tinh (tìm số hiệu dựa vào sơ đồ ảnh), DEM, sơ đồ điểm khống chế (GCP).  Tiến hành: 1. Trên thanh công cụ của ERDAS, nhấn chọn LPS (Leica Photogrammetry Suite) 2. Tạo mới file block (.blk): File > New > Hiện cửa sổ Create New Block File > Đặt tên block 3. Chọn thông số về loại mô hình hình học là Orbital Pushbroom: 4. Nhấn OK, hiện cửa sổ Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 82 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 5. Nhấn nút Set, hiện cửa sổ chọn thiết lập hệ toạ độ Trong mục Custom chọn các thông số như hình: Chọn Save để lưu lại các thông số, nhấn OK để kết thúc. 6. Mở ảnh để nắn: Edit > Add Frame Ví dụ: Mở 4 ảnh SPOT (2 ảnh PAN và 2 ảnh XS với đuôi .DIM) 7. Đo điểm (GCPs, Tie Points) Edit > Point Measurement hoặc chọn nút trên thanh công cụ.  Hiện cửa sổ ảnh 8. Chọn các điểm khống chế ảnh: dựa vào sơ đồ điểm KC và sơ hoạ vị trí điểm KC trên ảnh. Chú ý: Đối với các điểm KC chung cho cả 4 ảnh: Sau khi chọn xong trên một cặp ảnh, đối với cặp ảnh còn lại phải chọn lại các điểm đó trong bảng danh sách điểm (trên cửa sổ ảnh) và đo lại. 9. Đặt các thông số cho quá trình bình sai: nút Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 83 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 10. Kiểm tra độ chính xác GCPs : nút Nhấn nút Report để xem kết quả sai số vị trí điểm. 11. Chọn điểm liên kết ảnh (Tie Points) - Mở 2 ảnh Pan: chọn Tie Points phân bố đều, theo hình zíc zắc. - Tiếp tục mở 2 ảnh XS và thao tác tương tự. 12. Kiểm tra độ chính xác (nút ), nếu đạt thì nhấn Accept, sau đó thoát khỏi cửa sổ ảnh. 13. Trong cửa sổ chính LPS, thực hiện nắn từng ảnh - Kích đúp vào ô Ortho (đang màu đỏ) bên cạnh tên file ảnh cần nắn hoặc vào menu Process > Ortho Rectification > Resampling (Tái chia mẫu) - Chọn các thông số cho ảnh cần nắn: chọn đường dẫn và đặt tên cho file nắn, chọn DEM (.BIL,…), độ phân giải của ảnh (Pan: 2.5m, XS: 10m). - Nhấn OK để bắt đầu nắn. 14. Kiểm tra sai số tiếp biên Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 84 - Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 - ERDAS > Viewer > Mở lần lượt từng cặp ảnh (Pan, Pan), (XS, XS) - Vào Utility > Blend (Swipe hoặc Flicker) 2. Việc nắn ảnh, ghép và cắt mảnh bình đồ ảnh: 2.1. Định vị ảnh vệ tinh từ ảnh đơn - Mỗi một mảnh bản đồ cần chọn, hoặc tăng dày thêm từ 9 đến 12 điểm nắn ảnh. Khi ảnh hưởng của chenh cao địa hình gây ra sai số dịch vị trí điểm ảnh không lớn hơn 0.3 mm ở tỉ lệ bình đồ ảnh thành lập thì có thể áp dụng nắn ảnh theo mô hình đa thức. Khi giá trị dịch vị trí điểm ảnh lớn hơn 0.3 mm ở tỷ lệ bình đồ ảnh thành lập thì phải áp dụng phương pháp nắn ảnh có sử dụng mô hình số độ cao. - Giá trị độ xám của điểm ảnh được tính theo thuật toán nội suy bậc ba. - Sản phẩm ảnh số nắn phải đạt độ chính xác hình học so với bản đồ cùng tỷ lệ. - Trường hợp mảnh bình đồ ảnh không nằm trọn trên một cảnh ảnh vệ tinh mà để phủ kín nó phải dùng một số cảnh ảnh vệ tinh thì phải tiến hành ghép các cảnh ảnh vệ tinh này. Vết ghép không được đi qua các điểm khống chế. Vết ghép phải đi qua các điểm địa vật có sai số tiếp khớp nhỏ nhất, không được cắt theo địa vật hình tuyến. Thông thường, góc kẹp giữa vết ghép và địa vật h ình tuyến ở trong khoảng từ 30º - 150º. Bình đồ ảnh được cắt mảnh theo danh pháp mảnh bản đồ, hình ảnh cắt chờm ra ngoài khung toạ độ địa lý ít nhất 8 mm ở tỷ lệ bản đồ thành lập . Đối với khung bản đồ tự do, bình đồ ảnh phải cắt chờm ra ngoài khung ít nhất 10 mm. Đối với khung bản đồ tiếp phải cắt chờm ra ngoài ít nhất 8 mm ở tỷ lệ bản đồ thành lập. 2.2. Đối với khối ảnh