zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Công nghệ - Môi trường

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất

Chia sẻ: Lê Trung Hiếu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Báo xấu

319
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 ả nh máy bay và ảnh vệ tinh ta co khả năng nghiên cức các đối tuợng tự nhiên trên một diện rộng với độ phâ n 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 bi ến 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 hìn h học ảnh viễn thám, em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Kỹ thuật nắ n 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -1-
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM Chương I 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -2-
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Chương I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM § I.1. Một số vấn đề cơ bản về viễn th ám I.1.1. Khái niệm cơ b ản 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 nh iều 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? Khái niệm về viễn thám o 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -3-
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 . Nguyên lý: o 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 l ượng 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. D÷ liÖu sè T liÖu ¶nh T liÖu mÆt ®Êt Hình 1: Nguyên lý thu nhận dữ liệu được sử dụng trong viễn thám Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -4-
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất I.1.1.2 - Phương pháp viễn thám Phương pháp viễn thám là ph ương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một ph ương 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 l ượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời, năng l ượng 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 tr ường lực nhiều hơn là đo đạc bức xạ điện từ. Các quan trắc về từ v à bức xạ th ường 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. S ự phát triển và s ử dụng các loại tàu vũ trụ có ng ười điều khiển và vệ tinh không có ng ười điều khiển Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -5-
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất bắt đầu từ 1960 đã cung cấp khả năng từ trên quỹ đạo thu được hình ảnh của trái đất. Thông tin về năng l ượng 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 t ượng 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 k hác 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: V iễn 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -6-
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 đế n 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). Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -7-
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất § 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 th ường 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 t ự 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 đi ện tử. Những tư liệu này có độ phân giải không gian cao nhưng kém về độ phân giải phổ. Nói chung loại ảnh này th ường 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 th ường 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 t ử nhỏ thường được gọi là pixel (phần tử ảnh) . Mỗi pixel t ương ứng với một đơn vị khô ng 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 t ương ứng) để có thể xem trên máy tính. Quá trình chuyển từ ánh t ương tự sang ảnh số được gọi là số hoá, bao gồm hai bước cơ bản: Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -8-
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất - 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 thư ờng 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 gh i 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 . Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh -9-
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 dạ ng 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 p ixel 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 k ích 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 xá c định. Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 10 -
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Độ Kích thước Kích thước vật thể Độ phân giải ải vật thể phân gi m m m 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 d ùng để ghi nhận, mà còn phụ th uộc 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 vù ng 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 11 -
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất khác nhau cho phép so sánh đặc trưng bề mặt thời gian. Nếu dự án yêu cầu đánh giá sự biến động, hoặc tác h 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 ti nh 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 bit s ( 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 b yte ( byte type). Đối với ảnh có số b it lớn hơn 8 được lưu ở dạng 2 byte hay trong một từ có thể lưu được 65536 cấp Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 12 -
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 Dung lượng Bề rộng ảnh Độ phân giải Ảnh Mb km 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 hi ển 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 mộ t 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. Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 13 -
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 pi xel 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. Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 14 -
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất - 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 s ẽ 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 tr ên mặt đất. Thực tế một vật có thể có nă ng 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 d ẫn đến sự tương phản gi ữa hai loại vật chất khi được ghi nhận bằng một hệ thống viễn thám. Tuy nhiên trong thực tế, một số đối Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 15 -
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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 chấ t 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 16 -
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất 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. BVvao  BV min  BVt BV ra = BV max  BV min trong đó: - BV vào: Độ sáng nguyên thuỷ của hình ảnh : Dải các giá trị độ sáng cần được thể hiện ( nghĩa l à 256) - BVt - BV ra : Giá trị độ sáng sau khi tăng cường Ảnh nguyên thuỷ, sự phân bố độ xám (DN) ở kho ảng 50-128; ảnh được tăng cường : 0-200 (tối đa là 256). Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 17 -
Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Hình 2 - . Ả nh nguyên thuỷ và ảnh tăng cường độ tương phản. Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 18 -
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất Hình 3- Sơ đồ thể hiện kỹ thuật làm tăng độ tương phản không theo tuyến, chú ý các đoạn dốc là khoả ng được tăng cường. Một phương pháp hữu hiệu nhất là phương pháp làm giãn đều histogram (histogram squalization). Đầu tiên, h istogram 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 ả nh 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 Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49 Sinh viên Nguyễn Thị Oanh - 19 -

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA

165 tài liệu

2070 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.