Các phương pháp xử lý ảnh số trong viễn thám

XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM

•
•




Câu 1. Khái niệm viễn thám. Trình bày các thành phần cơ bản và quá trình của viễn
thám.
Viễn thám _ Remote Sensing được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương
pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của đối tượng (vật thể) mà không có những
tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Trình bày các thành phần cơ bản của viễn thám:
Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5 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 đất
- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí.
Trình tự của nguyên tắc vận hành viễn thám như sau:
1. Sự hiện diện của nguồn năng lượng điện từ
2. Sự lan truyền nguồn năng lượng điện từ đến bầu khí quyển
3. Sự tương tác giữa sóng điện từ với bề mặt trái đất.
4. Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ bề mặt trái đất đến sensor
5. Các sensor ghi nhận dữ liệu
6. Dữ liệu được truyền về trạm mặt đất và ghi vào băng từ
7. Phân tích, xử lý dữ liệu
8. Ứng dụng.

b. Trình bày các thành phần cơ bản và quá trình của viễn thám.

Quá trình 1: truyền năng lượng và thu nhận ảnh

1. Nguồn phát năng lượng (A) - nguồn năng lượng phát xạ để cung cấp năng lượng
điện từ tới đối tượng quan tâm.
2. Sóng điện từ và khí quyển (B) - khi năng lượng truyền từ nguồn phát đến
đối tượng, nó sẽ đi vào và tương tác với khí quyển. Sự tương tác này có thể xảy ra lần
thứ 2 khi năng lượng truyền từ đối tượng tới bộ cảm biến.
3. Sự tương tác với đối tượng (C) – sau khi xuyên qua khí quyển, nó tương tác với
đối tượng. Phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng và sóng điện từ mà năng lượng phản
xạ hay bức xạ của đối tượng có sự khác nhau.
4. Việc ghi năng lượng của bộ cảm biến (D) - sau khi năng lượng bị tán xạ hoặc phát
xạ từ đối tượng, bộ cảm biến thu nhận và ghi lại sóng điện từ.
5. Sự truyền tải, nhận và xử lý (E) - năng lượng được ghi nhận bởi bộ cảm biến phải
được truyền tải đến một trạm thu nhận và xử lý. Năng lượng được truyền đi thường ở
dạng điện. Trạm thu nhận sẽ xử lý năng lượng này để tạo ra ảnh dưới dạng bản cứng
hoặc là số.
Quá trình 2: Giải đoán, phân tích và sử dụng
6. Sự giải đoán và phân tích (F) - ảnh được xử lý ở trạm thu nhận sẽ được giải đoán
trực quan hoặc được phân loại bằng máy để tách thông tin về đối tượng.
7. Ứng dụng (G) - đây là thành phần cuối cùng trong qui trình xử lý của công nghệ
viễn thám. Thông tin sau khi được tách ra từ ảnh có thể được ứng dụng để hiểu tốt
hơn về đối tượng, khám phá một vài thông tin mới hoặc hỗ trợ cho việc giải quyết
một vấn đề cụ thể.
•

•
•

•

•
•

Câu 2. Ảnh hưởng của khí quyển đến sự truyền sáng.
Ảnh hưởng của khí quyển đến ánh sáng khi truyền qua nó phụ thuộc vào các yếu tố
-Thành phần vật chất.
-Vị trí của senor.
-Bề dày khí quyển.
Sự tán xa
- sự lan truyền của ánh sáng không định hướng
- gây bởi các phần tử nhỏ be
Đặc điểm:
- Độ dài bước sóng không đổi
- Theo mọi hướng
- Không đồng nhất về cường độ
Tuỳ thuộc mật độ, bề dày, độ dài bước sóng...mà người ta chia làm:
- Tán xạ Rayleigh( dhạt < λ ) do các hạt bụi, phân tử Nito hoặc oxy, xảy ra ở phần trên cùng
của khí quyển, phân tán gần như đồng đều. Tạo ra hiệu ứng bầu trời xanh, mặt trời đỏ.
- Tán xạ Mie(dhạt = λ ) do các hạt bụi lớn, hơi nước, khói. Xảy ra tầng dưới của khí quyển.
Phân tán không đồng đều. Gây ra các hiệu ứng mây trắng, sương mù trắng.
- Tán xạ không chọn lọc(dhạt > λ) do các giọt nước, các hạt bụi. Bước sóng của tia sáng phân
tán đồng đều. bule + green + red = white light.
Sự hấp thụ: Năng lượng bị hấp thụ, tại các bước sóng khác nhau, và phụ thuộc vào thành
phần hóa học.
Sự truyền qua: Một phần năng lượng mặt trời sau khi tán xạ, hấp thụ bởi khí quyển sẽ được
truyền qua đến được bề mặt trái đất.

•

Cửa sổ khí quyển: Vùng dải sóng mà ở đó năng lượng bị hấp thụ ít nhất. Trong dải sóng
phổ diện từ, năng lượng truyền qua nhiều nhất tại vùng ánh sáng nhìn thấy, chính vì thế, hầu
hết viễn thám quang học đều bố trí các bộ cảm trong vùng ánh sáng này.

Câu 2. Ảnh hưởng của khí quyển đến sự truyền sáng.
Ảnh hưởng của khí quyển đến ánh sáng khi truyền qua nó phụ thuộc vào:
- Thành phần vật chất: Các chất khí: N2, O2, các hạt nhỏ (rắn hoặc lỏng), lơ lửng
trong khí quyển, kích thước hạt d: 0,001 µm < d < 100 µm
- Bề dày khí quyển
- Vị trí của bộ cảm (sensor)
Sự ảnh hưởng của khí quyển đến as được thể hiện bằng hiên tượng tán xạ, hấp thụ và
truyền qua.
 Sự tán xa của khí quyển là sự lan truyền của ánh sáng một cách không định hướng
gây ra bởi các phần tử nhỏ be có mặt trong khí quyển
Có 3 kiểu tán xạ khác nhau
+Sự tán xa Rayleigh
- Tán xạ Rayleigh: dhạt << λ
. do các hạt bụi, phân tử Nitơ hoặc Ôxy
. xảy ra ở phần trên cùng của khí quyển
. phân tán gần như đồng đều
. hiệu ứng: bầu trời xanh, mặt trời đỏ
Khi mặt trời ở gần đường chân trời, tia sáng mặt trời phải trải qua quãng đường dài
hơn để đến đc vị trí người quan sát so với khi mặt trời ở trên cao lúc giữa trưa. Sự tán
xạ và hấp thụ của các tia sáng có bước sóng ngắn gần như chấm dứt, chúng ta chi
nhìn được một phần nhỏ các tia được tán xạ có bước sóng dài hơn, trong dải nhìn
thấy, màu đỏ và da cam, vì thế mà ta quan sát được mặt trời có màu đỏ và da cam.
+Sự tán xa Mie dhạt = λ

. do hạt bụi lớn, hơi nước, khói
. xảy ra tầng dưới của khí quyển
. phân tán không đồng đều
. hiệu ứng: mây trắng, sương mù trắng
Thông thường xảy ra khi trời nhiều mây hoặc sương mù. Các tia lam, xanh lơ và đỏ
phân tán gần như đều nhau nên thường xuất hiện mày trắng (trắng đến xám là các
cung bậc khác nhau của màu trắng…)
+Sự tán xa không chọn lọc: dhạt > λ
. do các giọt nước, các hạt bụi
. bước sóng của tia sáng phân tán đồng đều

 Hiện tượng hấp thu là hiện tượng năng lượng bị hấp thụ bởi các phân tử có mặt

trong khí quyển ở các bước sóng khác nhau của ánh sáng. Hiện tượng hấp thụ phụ
thuộc vào thành phần hoá học của các chất lơ lửng có trong khí quyển.
Năng lượng mặt trời khi truyền qua khí quyển sẽ bị hấp thụ bởi hơi nước, ozon, khi
cacbonic.
Ozon hấp thụ các tia cực tím, UV, những tia này có hại cho sự sống trên trái đất.
Khí CO2 hấp thụ năng lượng các tia hồng ngoại nhiệt (infrared thermic) và giữ lại
trong không khí. Đây chính là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính, làm hiện tượng
BĐKH xảy ra nhanh hơn và rõ net hơn.
 Sự truyền qua: Là hiện tượng một phần năng lượng mặt trời (ngoài phần bị tán xạ,
phản xạ, hấp thụ) truyền qua được khí quyển để đến bề mặt trái đất.
Trong dải phổ, vùng dải sóng mà ở đó năng lượng bị hấp thu ít nhất tức là được
truyền qua nhiều nhất gọi là cửa sổ khí quyển (atmotspheric windows). Nhờ các cửa
sổ khí quyển mà năng lượng mặt trời có thể đến được trái đất và các cảm biển của
máy ảnh có thể ghi nhận được.
Hơi nước trong khí quyển hấp thụ phần lớn ánh sáng đi vào khí quyển có bước sóng

dài trong vùng hồng ngoại và bước sóng ngắn trong vùng cao tần (microwave, 22
micro đến 1m), không sử dụng được cho viễn thám.
Câu 3. Trình bày độ phân giải của ảnh số trong viễn thám.
a.Độ phân giải không gian
Độ phân giải không gian là kích thước nhỏ nhất của một vật mà bộ cảm ghi phổ (sensor) có
thể nhận biết được về một đối tượng không gian phân cách được với đối tượng không gian
khác nằm kề đối tượng này.Độ lớn của pixel ảnh sẽ là đơn vị xác định độ phân giải không
gian của hệ thống.Độ phân giải không gian của các ảnh số có thể từ 0.6m,1m,đến 6.4m(ảnh
radar),10m(SPOT),và 1 km (ảnh vệ tinh).một ảnh số có độ phân giải càng cao thì ảnh có
kích thước pixel càng nhỏ
b.Độ phân giải phổ
Độ phân giải phổ là số lượng kênh ảnh của một ảnh số về khu vực nào đó.Số lượng kênh
ảnh phụ thuộc vào khả năng ghi phổ của thiết bị ghi hay bộ cảm.Độ phân giải phổ cao nhất
đạt đến hơn 200 kênh gọi là hệ siêu phổ.Vệ tinh Landsat TM gồm 7 kênh phổ ,Landsat
ETM+có 8 kênh.Vệ tinh TERRA có ảnh MODIS với 36 kênh.Viễn thám radar hoạt động ở
8 kênh phổ khác nhau Ka,K,Ku,X,C,S,L,P.
c.Độ phân giải thời gian
Độ phân giải thời gian trong viễn thám thực chất không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà
chi liên quan đến khả năng chụp lặp lại của vệ tinh(liên quan đến quỹ đạo của vệ tinh).Một
vùng chụp vào các thời điểm khác nhau sẽ cho ra các thông tin về vùng đó chính xác hơn và
nhận biết được sự biến động của một khu vực.Mỗi loại vệ tinh có độ phân giải thời gian
khác nhau.Độ phân giải thời gian cao nhất là ảnh khí tượng với phân giải thời gian là
30p(GMS) và 6 giờ (NOAA).Với loại ảnh vệ tinh khí tượng ,có thể theo dõi chuyển động
của các đám mây ,của mỗi cơn bão…
Câu 4. Trình bày phổ phản xa của 1 số đối tượng tự nhiên.
Phản xa phổ của các đối tượng thực vật:

•
•

-

Thực vật: phụ thuộc vào sắc tố, cấu trúc tế bào, thành phần nước và đặc biệt là diệp lục.
Diệp lục sẽ:
Quyết định tính chất màu sắc của ánh sang phản xạ
Hấp thụ tia sáng màu lam và đỏ.
Phát xạ rất mạnh các tia sáng màu lục => các lá cây có màu xanh.
Hàm lượng diệp lục giảm =>sự phát xạ của các tia màu xanh giảm và thay đổi bởi các tia
khác.
Phản xa phổ
-Vùng ánh sáng nhìn thấy
-Vùng cận hồng ngoại

•
•







Thực vật
-phản xạ mạnh ở tia lục và hấp thụ tia đỏ
và cam.
-Phản xạ mạnh phụ thuộc vào cấu trúc lá
và sự phát triển của lá.

Phản xa phổ của đất:
Phụ thuộc vào:

Thành phần cơ giới: tỷ lệ đất cát, thịt, set…
Độ ẩm: khô, ẩm hay bão hòa
Thành phần hữu cơ của đất
Oxit sắt và 1 số khoáng vật màu khác
Độ nhám bề mặt: nếu thấp thì phản xạ nhiều hơn còn cao thì phản xạ ít hơn…
Sự phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào tính chất của đất: khô hay ẩm.
Yếu tố nước trong đất quyết định sự suy giảm khả năng phản xạ phổ của đất.
Khả năng phản xạ phổ của đất rõ ở bước sóng dài: từ 0,5µm – 2,5 µm.
Nhận xét:
Đồ thị đường cong phản xạ của 1 số loại đất phụ thuộc vào thành phần độ hạt, lượng ẩm và
đất.
Đất cát: phản xạ mạnh nhưng nếu độ ẩm tăng thì sự phản xạ giảm.
Đất set: phản xạ mạnh nhưng khi độ ẩm cao thì đất có màu tối đi.
Hàm lượng chất hữu cơ: đất có chất hữu cơ cao thì khả năng phản xạ thấp…

Câu 5. Khái niệm bộ cảm và phân loai chúng.
Bộ cảm viễn thám là thiết bị thu nhận các năng lượng điện từ do vật có thể bức xạ hoặc
phản xạ nguồn cung cấp tự nhiên và nhân tạo, chuyển nó thành tín hiệu.
*Phân loại bộ cảm:
a.Theo nguồn năng lượng:
• Bộ cảm bị động.
+Ghi nhận sóng phản xạ của vật thể khi có nguồn năng lượng tự nhiên. Thu tín hiệu điện
trường ở vùng cửa sổ nhìn thấy(0,4-0,7µm) và vùng đỏ-hồng ngoại(0,7-1,4 µm).
+Vào ban đêm không thu nhậ ảnh.
+Ghi nhận sóng bức xạ phát ra từ chính vật thể của chúng.
+Mỗi vật thể thường có nguồn bức xạ nhiệt riêng, tồn tại trong thành phần cấu tại của
chúng.
+Ưu khuyết điểm:
- Lệ thuộc vào nguồn năng lượng tự nhiên.
- Hoạt động kem tại những vùng ở gần vĩ độ cực.

•

-

•

•
•
•
•
•
•

Ảnh hưởng bới điều kiện thời tiết.
+Các vệ tinh mang các bộ cảm bị động: Landsat, SPOT…
Bộ cảm chủ động.
+Vật mang bộ cảm phát ra nguồn năng lượng điện từ đến các vật thể quan tâm.
+Khi chùm tia năng lượng này tới các vật thể thì nó phản xạ về thiết bị ghi nhận.
+Ưu khuyết điểm.
Ghi nhận cả ngày lẫn đêm, hay tất cả các mùa trong năm, ngay cả khi điều kiện thời tiết xấu.
Có thể bổ sung nguồn thông tin đối tượng quan tâm trong thời điểm bộ cảm thụ động không
cung cấp được.
Cần có nguồn năng lượng lớn đủ sức thay thế nguồn năng lượng tự nhiên.
+Các vệ tinh mang các bộ cảm chủ động: SLR, SLAR..
b. Phân loai theo bước sóng phổ điện từ
Bộ cảm quang học: cận cực tím,nhìn thấy,gần hồng ngoại (0.25-3Mm)
+các sóng phản xạ của vật thể hầu như chi diễn ra trong vùng cực tím,nhìn thấy và gấn hồng
ngoại

+vùng tia cực tím
+vùng tia hồng ngoại
Trong vùng hồng ngoại bộ cảm quang học chi ghi nhận được phản xạ của vật thể ở vùng
hồng ngoại (0.7-3Mm)
Bộ cảm hồng ngoại nhiệt ghi nhận tín hiệu các vật thể bằng nguồn năng lượng
Bộ cảm radar
Câu 6. Khái niệm hệ thống thu ảnh viễn thám và phân loai chúng
Hệ thống thu ảnh viến thám: là chụp 1 khung lên địa hình để ghi nhận hình ảnh trong thời
gian mở ống kính của máy chụp ảnh.
Phân loai hệ thống chup ảnh viễn thám
a.Hệ thống chụp ảnh khung.
Hệ thống chụp ảnh phim.
-Các camera chụp phim có bước sóng từ vùng cận cực tím, nhìn thấy đến cận hồng ngoại.
Hệ thống chụp ảnh băng từ.
-Sử dụng camera ghi nhận tức thời hình ảnh của 1 vùng. Sau đó ghi chúng vào băng từ dạng
raster.
-Các camera chụp phim hay ghi băng từ có bước sóng từ vùng cận cực tím, nhìn thấy đến
cận hồng ngoại.
b. Hệ thống quét đa phổ.
- Dựa vào số lượng các kênh phổ, hệ thống tạo ảnh quet đa phổ có 3 dạng:
+ Ảnh quet đa phổ (Multiple spectral): lượng kênh phổ < 10.
+ Ảnh quet siêu phổ (supperspectral): lượng kênh phổ > 10.
+ Ảnh quet siêu siêu phổ (hyperspectral imageries): có số lượng kênh phổ từ 200 hơn.
- Dựa vào cách thức quet, có 3 hệ thống tạo ảnh quet đa phổ
+ Hệ thống tạo ảnh theo kiểu quet ngang (across track scanning- whisk broom scanning)
+ Hệ thống tạo ảnh theo quet dọc (Along track scanning – Push broom scanning)
+ Hệ thống tạo ảnh theo kiểu quet bên sườn : Radar
-Dựa vào bước sóng trong dãy phổ điện từ, ảnh được chụp từ hệ thống quet đa phổ có 3
loại:

- Ảnh quang học: hệ thống quet đa phổ sử dụng bước sóng vùng cận cực tím, nhìn thấy, cận
hồng ngọai (0,3 – 3 micromet).
- Ảnh nhiệt: hệ thống quet đa phổ sử dụng bước sóng vùng hồng ngọai giữa ( 3 – 1mm).
- Ảnh radar: hệ thống quet đa phổ sử dụng bước sóng vùng microwave (1mm-1m).

•
•
-

•
•
-

•
•
•
•

•
-

Câu 7. Nêu khái niệm về viễn thám Radar và Radar chủ động. Trình bày đặc điểm về
độ phân giải không gian, bóng, độ nhám bề mặt và khả năng tao ảnh lập thể của
Radar (lấy ví du minh họa).
Viễn thám Radar là viễn thám sử dụng bức xạ siêu cao tần từ 1cm đến 1m cho phep quan
sát vật thể trong mọi thời điểm trong ngày và ko bị ảnh hưởng tới thời tiết.
Viễn thám Radar chủ động: Viễn thám Laser (LIDAR)
Sử dụng tia laser để thăm dò các đối tượng.
Là phương pháp viễn thám với cường độ mạnh, các tia laser được phóng xuống địa hình rồi

phản hồi trở lại, ghi lại thành các tín hiệu điện hoặc từ.
Tín hiệu trở về có cường độ khác nhau do tác động của các đối tượng tự nhiên, khoảng cách
từ đối tượng đến thiết bị.
=>Các tín hiệu laser thu đc có thể phản ánh 1 số tính chất của đối tượng như độ cao của cây,
sinh khối, độ sâu đáy của vùng có nước che phủ…
Đặc điểm về độ phân giải không gian:
Độ phân giải của 1 ảnh radar phụ thuộc vào độ dài của xung và độ rộng của chum anten
Gồm: độ phân giải theo hướng bắn và độ phân giải theo phương vị.
Phân theo hướng bắn: là khả năng phân cách 2 đối tượng không gian nằm gần nhau theo
hướng bắn tia radar
Khi có sự phân cách đủ lớn thì độ phân giải theo hướng bắn đc thể hiện trên mặt đất và gọi
là độ phân giải mặt đất.
Bóng trên ảnh radar
Do tia radar phóng ra nhìn nghiêng 1 phía so với địa hình, phần sườn phơi ra phía tia chiếu
tới sẽ có sự phản hồi lại.
ở phần sau của đối tượng, không có sự phản hồi trở về của tia radar => ko có tín hiệu.
khu vực đó trên ảnh có màu đen và gọi đó là bóng radar.
Có 2 yếu tố cho phối độ dài bóng trong ảnh radar:
+ Đối tượng có sự chênh cao tương đối với đáy thì bóng càng dài.
+ Càng xa hướng bay (góc ep càng nhỏ) thì bóng càng dài.
Độ nhám bề mặt của ảnh Radar
Là thông số quan trọng của ảnh radar. Có 3 tiêu chuẩn chính về độ nhám.
Nhẵn
Trung bình
Thô
Giá trị độ cao, độ nhám khác nhau thì thu được các dải sóng radar khác nhau.
Khả năng tao ảnh lập thể của radar:
Hai ảnh radar chụp ở 2 góc ep khác nhau cùng hướng bay hoặc từ 2 hướng ngược nhau hoặc
từ 2 độ cao khác nhau sẽ cho khả năng tạo ảnh lập thể.
Tạo ảnh radar lập thể theo nguyên tắc giao thoa sóng phản hồi, với năng lượng là hàm của

bước sóng radar và thời gian truyền => cho độ chính xác cao.
VD: ảnh radar chụp giao thoa để nghiên cứu độ cao của địa hình.

•
•
•
•
-

-

•
-

Câu 8. Nêu khái niệm về viễn thám Radar và Radar bị động. Trình bày đặc điểm về độ
phân giải không gian, độ méo hình học, hiệu ứng phản xa góc và hệ số phản xa thể tích
của Radar (lấy ví du minh họa).
Viễn thám Radar là viễn thám sử dụng bức xạ siêu cao tần từ 1cm đến 1m cho phep quan
sát vật thể trong mọi thời điểm trong ngày và ko bị ảnh hưởng tới thời tiết.
Radar bị động:
Dựa trên nguyên tắc kỹ thuật của lĩnh vực bức xạ điện từ.
Do nguồn bức xạ tia radar là nguồn tự nhiên phản hồi lại ánh sáng mặt trời nên rất yếu.
Để thu đc tín hiệu của radar này cần sử dụng nguyên tắc biểu thị nhiệt độ anten: là hệ thống
hiệu chinh tín hiệu nhiệt của anten.
Chi chụp ảnh vào ban ngày.
Đặc điểm về độ phân giải không gian:
Độ phân giải của 1 ảnh radar phụ thuộc vào độ dài của xung và độ rộng của chum anten
Gồm: độ phân giải theo hướng bắn và độ phân giải theo phương vị.
Phân theo hướng bắn: là khả năng phân cách 2 đối tượng không gian nằm gần nhau theo

hướng bắn tia radar
Khi có sự phân cách đủ lớn thì độ phân giải theo hướng bắn đc thể hiện trên mặt đất và gọi
là độ phân giải mặt đất.
Độ méo hình học của ảnh radar:
Sự meo hệ thống của ảnh:
+ Phụ thuộc vào hướng bắn của tia radar.
+ Trên hình ảnh thu theo hướng bắn, kích thước của các đối tượng theo xu hướng ngày càng
xa hướng bắn càng bị meo, hình ảnh của đối tượng càng bị keo dài hơn.
Độ lệch của địa hình: phụ thuộc vào hướng bay và hướng bắn, góc ep của tia.
+ Các đối tượng có chiều cao lớn hơn thì đinh có xu hướng tiến gần tới hướng đường bay
hơn phần đáy của đối tượng còn phần thấp của địa hình có xu hướng nằm ở xa đường bay
hơn.
Hiệu ứng phản xa góc của ảnh radar:
Là hiện tượng tia radar chiếu tới các vật thể có độ nhám lớn.
Tia radar tới đc phản xạ tại vị trí góc của đối tượng và năng lượng radar phản hồi trở về là
cực đại.
Hiện tượng phản xạ góc xảy ra phụ thuộc vào độ nhám của đối tượng: gồm chiều cao đối
tượng và bước sóng của tia radar.
VD:

•

Hệ số phản xa thể tích của Radar:
Nếu vật chất không đồng nhất về hình dạng ,thành phần ,độ ẩm thì năng lượng truyền tới
tiếp tục tán xạ.Một phần phản xạ này tới được radar cho thông tin về phần dưới lớp phủ.

Câu 9. Trình bày đặc điểm về ảnh của viễn thám hồng ngoai nhiệt.
Phương pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt là phương pháp ghi nhận bức xạ nhiệt ở dải sóng
hồng ngoại nhiệt ( từ 3 đến 14 µm). Vì bức xạ nhiệt có cường độ yếu, lại bị hấp thụ mạnh

bởi khí quyển, nên để thu được các tín hiệu nhiệt phải có thiết bị quet nhiệt với độ nhạy cảm
cao.
 Rất hay bị meo do ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như: gió, mưa, mây, thực vật…
 Rất khác nhau giữa ảnh ban ngày và ban đêm phụ thuộc vào mô hình nhiệt của các vật khác
nhau.
 Các đối tượng có nhiệt độ cực đại và tốc độ nóng lên hoặc lạnh đi khác nhau phụ thuộc vào
thành phần vật chất và trạng thái của đối tượng.
Trên ảnh hồng ngoại độ sáng của ảnh sẽ thể hiện nhiệt độ của đối tượng, vùng nóng nhiệt độ
sẽ cao, ảnh sẽ có màu từ sáng đến trắng. Vùng lạnh sẽ có màu đen, xám. Mức độ xám sẽ thể
hiện thang nhiệt độ của ảnh của khu vực.

•

•




Câu 10. Trình bày các nguyên nhân phải tiến hành hiệu chỉnh bức xa ảnh và các hiệu
ứng của các nguyên nhân đó gây ra trên ảnh.
Nguyên nhân phải tiến hành hiệu chỉnh bức xa:
-Do độ nhạy của cảm biến.
-Do địa hình và góc chiếu mặt trời.
-Do ảnh hướng của tầng khí quyển.
Hiệu ứng của các nguyên nhân:
Do độ nhạy của cảm biến:
Cảm biến quang – hiệu ứng vignetting
Hiệu chinh bức xạ: xác định sai khác giữa cường độ bức xạ trước và sau sensor.
Mất dòng ảnh:
+Nguyên nhân: bộ tách sóng của mảng tuyến tính không hoạt động hoặc bị lỗi.

+Kết quả: mất một hoặc nhiều dòng ảnh (BV trên dòng bị mất = 0).
+Hiệu chinh:
Tính trị trung bình BV của các dòng ảnh  xác định dòng bị ảnh hưởng






•






•

BV của pixel trên dòng bị mất = TB BV các pixel xung quanh.
Vệt dòng ảnh
+Nguyên nhân: : không đồng bộ giữa các bộ tách sóng trong cùng mảng tuyến tính.
+Kết quả: : dòng quet của bộ tách sóng lỗi sẽ sáng hơn hoặc tối hơn.
+Hiệu chinh:
BV trên vệt ảnh bằng trị trung bình pixel xung quanh
Chuẩn hóa Histogram dựa trên histogram của các bộ tách sóng khác trên cùng
một mảng tuyến tính.
Nhiễu ngẫu nhiên
+Nguyên nhân: sai số trong khí quyển dữ liệu hoặc bị gián đoạn tạm thời.
+ Kết quả: tạo các điểm sáng hoặc sậm đen trên ảnh.

+Hiệu chinh: sử dụng cửa sổ lọc.
Cảm biến từ- hiệu ứng uncertaindetector.
Do địa hình và góc chiếu mặt trời: tao hiệu ứng góc chiếu mặt trời.
Bóng chói
+Nguyên nhân: cường độ chiếu và góc chiếu của mặt trời.
+Hiệu ứng: giống vigneting.
+Hiệu chinh: ước tính đường cong bóng râm  phân tích chuỗi Fourier  loại bỏ
thành phần tần số thấp.
Bóng râm.
+Nguyên nhân: địa hình (đồi núi, khu nhà cao tầng,…).
+Hiệu ứng: che khuất nguồn bức xạ hoặc phản xạ.
+Hiệu chinh: DEM, tọa độ vệ tinh (góc giữa tia bức xạ và vector trực giao với bề
mặt địa hình).
Góc chiếu mặt trời.
+Nguyên nhân: cường độ và góc chiếu của mặt trời.
+Hiệu ứng: ảnh chụp cùng khu vực vào các mùa khác nhau sẽ có cường độ chiếu
sáng khác nhau.
+Hiệu chinh: dựa trên góc tới của mặt trời.
Do ảnh hưởng của khí quyển: gây ra hiệu ứng hập thu và tán xa

Câu 11. Trình bày và vẽ sơ đồ các bước tiến hành hiệu chỉnh bức xa để đưa về phổ
phản xa đối tượng tai bề mặt đất.
• Sơ đồ:

• Các bước tiến hành:
1. Độ nhạy - Bộ cảm biến quang
- Hiệu ứng Vignetting

-

•
•
•
•
•
•
•
•
•
2.

Độ nhạy - Bộ cảm biến quang - điện tử
+ Hiệu chinh bức xạ: xác định sai khác giữa cường độ bức xạ trước và sau sensor
+ Dữ liệu bị lỗi: Mất dòng ảnh, Vệt dòng ảnh, và Nhiễu ngẫu nhiên
+ Mất dòng ảnh
Nguyên nhân: bộ tách sóng của mảng tuyến tính không hoạt động hoặc bị lỗi
Kết quả: mất một hoặc nhiều dòng ảnh (BV trên dòng bị mất = 0)
Hiệu chinh:
Tính trị trung bình BV của các dòng ảnh  xác định dòng bị ảnh hưởng
BV của pixel trên dòng bị mất = TB BV các pixel xung quanh
+ Vệt dòng ảnh
Nguyên nhân: không đồng bộ giữa các bộ tách sóng trong cùng mảng tuyến tính
Kết quả: dòng quet của bộ tách sóng lỗi sẽ sáng hơn hoặc tối hơn
Hiệu chinh:
BV trên vệt ảnh bằng trị trung bình pixel xung quanh
Chuẩn hóa Histogram dựa trên histogram của các bộ tách sóng khác trên cùng một mảng
tuyến tính
…
+ Nhiễu ngẫu nhiên

Nguyên nhân: sai số trong truyền dữ liệu hoặc bị gián đoạn tạm thời
Kết quả: tạo các điểm sáng hoặc sậm đen trên ảnh
Hiệu chinh: sử dụng cửa sổ lọc (lọc tần số không gian)
Địa hình và góc chiếu mặt trời

•
•
•
•
•
•
•
•
•
3.

- Bóng chói
Nguyên nhân: cường độ chiếu và góc chiếu của mặt trời
Hiệu ứng: giống vigneting
Hiệu chinh: ước tính đường cong bóng râm  phân tích chuỗi Fourier  loại bỏ thành
phần tần số thấp
Bóng chói
Nguyên nhân: cường độ chiếu và góc chiếu của mặt trời
Hiệu ứng: giống vigneting
Hiệu chinh: ước tính đường cong bóng râm  phân tích chuỗi Fourier  loại bỏ thành
phần tần số thấp
Góc chiếu mặt trời
Nguyên nhân: cường độ và góc chiếu của mặt trời
Hiệu ứng: ảnh chụp cùng khu vực vào các mùa khác nhau sẽ có cường độ chiếu sáng khác

nhau
Hiệu chinh: dựa trên góc tới của mặt trời
Ảnh hưởng của khí quyển

Câu 12. Tai sao phải hiệu chỉnh hình học? Trình bày các phương pháp hiệu chỉnh
hình học và nguyên tắc chọn điểm khống chế mặt đất.
• Nguyên nhân phải hiệu chỉnh hình học
-Nội sai: phụ thuộc vào tính chất của sensor dẫn đến lỗi hình học của vật mang.
-Ngoại sai:
+ Địa hình: vị trí, độ cao, vẫn tốc của vệ tinh chụp ảnh.
+Vật mang.
• Phương pháp hiệu chỉnh hình học
- Phương pháp: Thiết lập 1 quan hệ toán học giữa pixel ảnh với tọa độ điểm trên bề mặt trái
đất , dùng phep biến hình để hiệu chinh.
+ Giả định: đã có 1 bản đồ của ảnh nghiên cứu và đã được nắn chinh.
+Xác định 2 hệ tọa độ (x,y) của bản đồ(u,v) của ảnh cần chinh

Câu 13. Trình bày quy trình và nguyên tắc về yếu tố ảnh trong giải đoán ảnh bằng mắt
thường.
• Quy trình giải đoán ảnh bằng mắt thường.

•

















Nguyên tắc về yếu tố ảnh trong giải đoán ảnh bằng mắt thường.
Các yếu tố ảnh.
Tông ảnh: tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ về từ mặt đối tượng.
Hình dạng: chú ý đến hình ảnh bên ngoài của đối tượng, hình ảnh hai chiều, net chung nhất
hoặc đặc thù của đối tượng.
Kích thước: thông số về độ lớn dài rộng của đối tượng, liên quan đến ti lệ ảnh.
Mẫu.
Kiến trúc: tần số biến đổi độ sáng trên ảnh, tập hợp đặc điểm của hình ảnh.
Bóng: phần bị che lấp, cho phep xác định độ cao tương đối, màu đen trên ảnh đen trắng,
màu xẫm đến đen trên ảnh màu.
Vị trí: vị trí không gian của đối tượng nghiên cứu. Cùng dấu hiệu ảnh vị trí khác nhau cho
đối tượng khác nhau.
Màu.
Các yếu tố kỹ thuật.
Mạng lưới thủy văn
Hệ thông khe nứt: cần biết hướng , mật độ, hình dạng, độ lớn…
Hiện trạng sử dụng đất: Vừa là mục tiêu vừa là dấu hiệu. Cung cấp các thông tin gián tiếp
và quan trọng trong việc các định các hướng đối tượng.
Dạng địa hình: cho phep nhận biết các yếu tố sơ bộ. Định hướng phân tích giải đoán ảnh.
Thực vật: kiểu thực vật mức độ phát triển của thực vật cho phep xác định các yếu tố tự
nhiên dưới nó như loại đất, mức độ ẩm, độ sâu mực nước ngầm, kể cả chất lượng nước.

Câu 14. Khái niệm phân loai ảnh có kiểm định? Vẽ sơ đồ và trình bày quá trình phân
loai ảnh có kiểm định.
• Phân loai có kiểm định: Phân chia một cách có kiểm định các giá trị DN của các pixel ảnh
theo từng nhóm đơn vị lớp phủ mặt đất.
• Vẽ sơ đồ:

•
-

Quá trình phân loai ảnh có kiểm định.
Xác định lớp đối tượng: phụ thuộc vào mục tiêu và đặc điểm của khu vực nghiên cứu. Các
lớp đối tượng phải được xác định rõ.
Lựa chọn vùng mẫu cho từng đối tượng: sử dụng nguồn tư liệu bổ sung. Vùng mẫu chắc
chắn chính xác đủ lớn. Số lượng vùng mẫu đủ lớn, phân bố đều, tránh chọn ở biển,..
Chọn thuật toán phân loại: MLC là thuật toán dựa trên nguyên tắc xác suất của 1 pixel có
thể được gán vào 1 trong m đối tượng định trước được.

Câu 15. Khái niệm phân loai ảnh không kiểm định? Vẽ sơ đồ và trình bày quá trình
phân loai ảnh không kiểm định.
• Phân loai ảnh ko kiểm định:
- Là việc phân loại thuần túy theo tính chất phổ.
- Số lượng và tên các lớp được xác định tương đối khi so sánh với tài liệu mặt đất.
- Tạo nhóm phổ dựa trên thuật toán thống kê khoảng giá trị phổ hay gọi là chùm phổ.
• Sơ đồ và quá trình phân loai ảnh ko kiểm định

Xác định lớp đối tượng: phụ thuộc vào mục tiêu và đặc điểm của khu vực nghiên cứu. Các
lớp đối tượng phải được xác định rõ.

- Chọn thuật toán phân loại: Isodata – kỹ thuật tự sắp xếp số liệu có lặp lại.
+ Lựa chọn ngẫu nhiên các lớp đối tượng -> tính toán trọng tâm các lớp này.
+ Hình thành lớp mới.
+ Tính toán khoảng cách từ các pixel đến trọng tâm các lớp mới.
+ Lặp lại cho đến khi khoảng cách trên là không đổi.
+ Các tham số phải xác định trước của Isodata
 N là số lượng tối đa các nhóm đối tượng sẽ phân loại.
 M là số lần lặp tối đa.
 T là ngưỡng thay đổi, là ngưỡng mà sau mỗi lẫn lặp số % pixel của các nhóm không vượt
quá T.
-

Câu 16. Trình bày thuật toán phân loai ảnh có kiểm định Maximum Likelihood
Classifiacation (MLC) (có vẽ hình minh hoa). Ưu nhược điểm của thuật toán phân loai
MLC.
• Thuật toán phân loai theo xác suất cực đai:
- Là phương pháp phân loại có kiểm định
- Sử dụng số liệu mẫu để xác định
- Mỗi pixel được tính xác suất thuộc vào 1 lớp nào đó và được gán vào lớp có xác suất lớn
nhất.
•

Vẽ hình minh họa

•
-

Ưu nhược điểm của thuật toán phân loai MLC:
Ưu điểm: Độ chính xác cao do cơ sở toán học chặt chẽ.

Chú ý khi sử dụng:
+ Số lượng các khu vực lấy mẫu phải đủ lớn để các giá trị trung bình cũng như ma trận
phương sai, hiệp phương sai tính cho 1 lớp nào đó có giá trị đúng với thực tế.
+ Ma trận nghịch đảo của ma trận phương sai hiệp phương sai sẽ không ổn định khi độ
tương quan giữa các kênh phổ gần nhau quá cao.

Câu 17: Trình bày thuật toán phân loai ảnh không kiểm định Isodata (có vẽ hình minh
hoa). Ưu nhược điểm của thuật toán phân loai Isodata.
• Trình bày thuật toán phân loai ảnh không kiểm định Isodata
Phương pháp ISODATA là một trong những thuật toán lặp tối ưu cơ bản tiêu biểu nhất được
thực
hiện
gồm
các
bước
sau:
Bước 1: Chọn C điểm nào đó trên ảnh xem như là trọng tâm của C nhóm tương ứng với số
loại có trên ảnh, do đó giá trị của pixel tại điểm chi định được xem là trung bình của nhóm
mi(i=1,…,
C).
Bước 2: Tính khoảng cách từng pixel trên ảnh đến trung bình của nhóm mi, gộp pixel vào
nhóm
thích
hợp
dựa
vào
khoảng
cách
ngắn
nhất.

Bước 3: Tính giá trị trung bình của các nhóm mới hình thành mi (i=1,…, C).
Bước
4:Nếu
mi=
mi*
cho tất cả các nhóm thì quá trình lặp kết thúc, ngược lại tính lại trọng tâm các nhóm và tiếp
tục lặp cho đến khi các nhóm ổn định.

•

Vẽ hình minh họa
Input

X= {x1,x2,…,xn}
Ngưỡng T

Isodata

Xi thuộc Cj

Output

Chọn 1 phần tử trung tâm
M
Begin

Tính d(Xi,M)
So sánh d(Xi, M) với T
để tách đôi X

Xác định tâm mới Mnew (theo avg)
Tìm d(Xi, Mnew)

Nhóm các vùng theo ngưỡng đưa ra
•
-

•
•
•
•
-

Ưu nhược điểm của thuật toán phân loai Isodata.
Ưu điểm:
Không cần phải biết nhiều về dữ liệu trước
Người sử dụng dùng Isodata rất hiệu quả để xác định các cụm quang phổ trong dữ liệu.
Nhược điểm:
Có thể mất thời gian nếu dữ liệu rất phi cấu trúc.
Thuật toán có thể tràn ra không kiểm soát chi để lại 1 lớp.
Câu 18: Ưu nhược điểm của phân loai ảnh không kiểm định, có kiểm định.
Phân loai ảnh có kiểm định
Ưu điểm:
Người đoán đọc có thể kiểm soát việc lựa chọn vùng mẫu, các lớp đối tượng nhằm đáp ứng
1 mục tiêu hay 1 đặc điểm của khu vực nghiên cứu.
Có thể đánh giá kết quả bằng các vùng mẫu bổ sung.
Gắn kết chặt chẽ với các vùng nghiên cứu đã biết trước các đặc tính.
Nhược điểm:
Người đoán đọc bị rang buộc vào thuật toán phân loại lựa chọn.
Vùng mẫu đc xây dựng dựa trên thông tin đối tượng chứ ko phải thuộc tính phổ ảnh.

Lựa chọn vùng mẫu tốn thời gian và công sức.
Vùng mẫu có thể không đại diện cho toàn bộ đối tượng trong ảnh.
Phân loai ảnh không có kiểm định
Ưu điểm:
Không đòi hỏi kiến thức mở rộng về khu vực nghiên cứu.
Cơ hội để giảm thiểu sai số do người đoán đọc.
Các lớp đối tượng đồng nhất được nhận biết riêng biệt.
Giảm bớt các công việc sau phân loại.
Nhược điểm:
Việc gộp các nhóm ko tương ứng tốt với các đối tượng ngoài tự nhiên.

-

Không có sự kiểm soát về việc lựa chọn các lớp đối tượng và các thông số cuẩ chúng.
Các thông tin phổ của các nhóm đối tượng thay đổi theo thời gian => khó khăn khi chồng
xếp và đánh giá biến động.

Bài tập:
Dạng bài 1.
Mô tả phổ phản xạ của thực vật, nước trên ảnh SPOT.
Sử dụng phương pháp phối màu RGB, hãy giải thích màu của chúng trên ảnh màu giả
(IR,G,B), biết đường cong phổ phản xạ của chúng được thể hiện như trên hình.

Dạng bài 2. Chuyển định dạng
Một ảnh vệ tinh X có 3 kênh phổ đang lưu trữ ở dạng BIP, hãy chuyển sang dạng BSQ



 đáp án

Dạng bài 3. Tính độ phân giải ảnh radar
Vd1 Hệ thống SLAR có thời gian truyền cho 1 độ dài của xung là 0,1 micro giây. Tính độ phân giải
mặt đất theo hướng nhìn của 2 điểm AB trên mặt đất. Biết rằng góc ep của máy bay hướng về AB là
50 độ và độ dài xung của hệ thống SLAR là 50m, AB có phân biệt được không?
Ví dụ2. Hệ thống SLAR có thời gian truyền cho 1 độ dài của xung là 0,1 micro giây. Tính độ phân
giải mặt đất theo hướng nhìn của các điểm AB, CD trên mặt đất. Biết rằng góc ep của máy bay
hướng về AB là 30 độ và CD là 45 độ. Nếu độ dài xung của hệ thống là 40m, AB,CD có phân biêt
ddwocwj ko?