1 ®¹i häc quèc gia hμ néi
Tr−êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn
*****
NGUYÔN NGäC TH¹CH
c¬ së viÔn th¸m
CC S Hμ Néi 8-2005

Lời nói đầu

Viễn thám (Remote sensing) đang đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiêu lĩnh


Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển từ lâu, có mục đích
nghiên cứu thông tin về một vật và một hiện tợng thông qua việc phân tích dữ liệu
ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh hồng ngoại nhiệt và ảnh radar. Sự phát triển của
khoa học viễn thám đợc bắt đầu từ mục đích quân sự với việc nghiên cứu phim và
ảnh, đợc chụp lúc đầu từ khinh khí cầu và sau đó là trên máy bay ở các độ cao khác
nhau. Ngày nay, viễn thám ngoài việc tách lọc thông tin từ ảnh máy bay, còn áp
dụng các công nghệ hiện đại trong thu nhận và xử lý thông tin ảnh số, thu đợc từ các
bộ cảm có độ phân giải khác nhau, đợc đặt trên vệ tinh thuộc quỹ đạo trái đất. Viễn
thám đợc ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau nh quân sự, địa chất, địa
lý, môi trờng, khí tợng, thủy văn, thủy lợi, lâm nghiệp và nhiều ngành khoa học
khác. Các dữ liệu viễn thám, trong đó có ảnh vệ tinh đa phổ , siêu phổ và ảnh nhiệt
đợc dùng trong các nghiên cứu khác nhau nh: sử dụng đất, lớp phủ mặt đất, rừng,
thực vật, khí hậu khí tợng, nhiệt độ trên mặt đất và mặt biển, đặc điểm quyển khí và
tầng ozon, tai biến môi trờng Dữ liệu ảnh radar đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực
nghiên cứu khác nhau nh nghiên cú các mục tiêu quân sự, đo vận tốc gió, đo độ cao
bay và độ cao của sóng biển, nghiên cứu cấu trúc địa chất, sụt lún đất, theo dõi lũ lụt
ngoài ra, còn ứng dụng trong nghiên cứu bề mặt của các hành tinh khác.
1.1. Định nghĩa
Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) đợc hiểu là một khoa học và nghệ
thuật để thu nhận thông tin về một đối tợng, một khu vực hoặc một hiện tợng
thông qua việc phân tích t liệu thu nhận đợc bằng các phơng tiện. Những phơng
tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tợng, khu vực hoặc với hiện tợng
đợc nghiên cứu.
Thực hiện đợc những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn
giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tợng hoặc một hiện tợng mà
không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tợng hoặc hiện tợng đó.
Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhng mọi định nghĩa
đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin
về các đối tợng, hiện tợng trên trái đất". Dới đây là định nghĩa về viễn thám

vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đa ra báo cáo công trình nghiên
cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái
đất từ khinh khí cầu, đợc thực hiện vào năm 1858 do Gaspard Felix Tournachon -
nhà nhiếp ảnh ngời Pháp. Tác giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m,
chụp ảnh vùng Bievre, Pháp. Một trong những bức ảnh tiếp theo chụp bề mặt trái đất
từ khinh khí cầu là ảnh vùng Bostom của tác giả James Wallace Black, 1860.
Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽ
ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các nguyên
liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo). Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện
cho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho khả năng
nhìn ảnh nổi (stereo).Khả năng đó giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thông 3
tin từ ảnh có hiệu quả cao. Một ngành chụp ảnh, đợc thực hiện trên các phơng tiện
hàng không nh máy bay, khinh khí cầu và tàu lợn hoặc một phơng tiện trên
không khác, gọi là ngành chụp ảnh hàng không. Các ảnh thu đợc từ ngành chụp
ảnh hàng không gọi là không ảnh. Bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay, đợc thực
hiện vào năm 1910, do Wilbur Wright, một nhà nhiếp ảnh ngời ý, bằng việc thu
nhận ảnh di động trên vùng gần Centoceli thuộc nớc ý (bảng 1.1).
Bảng 1.1: Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện
Thời gian
(Năm)
Sự kiện
1800
1839
1847
1850-1860
1873
1909

Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1
Phát triển mạnh mẽ phơng pháp xử lý ảnh số
Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat
Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo
Phát triển bộ cảm thu đo phổ, tăng dải phổ và số lợng kênh phổ,
tăng độ phân giải của bộ cảm. Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới.
(Nguồn su tầm do Ngyễn Văn Đài, 2003). 4
Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu của
công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự. Công nghệ chụp ảnh từ máy
bay đã kéo theo nhiều ngời hoạt động trong lĩnh vực này, đặc biệt trong việc làm
ảnh và đo đạc ảnh. Những năm sau đó, các thiết kế khác nhau về các loại máy chụp
ảnh đợc phát triển mạnh mẽ. Đồng thời, nghệ thuật giải đoán không ảnh và đo đạc
từ ảnh đã phát triển mạnh, là cơ sở hình thành một ngành khoa học mới là đo đạc
ảnh (photogrametry). Đây là ngành ứng dụng thực tế trong việc đo đạc chính xác
các đối tợng từ dữ liệu ảnh chụp. Yêu cầu trên đòi hỏi việc phát triển các thiết bị
chính xác cao, đáp ứng cho việc phân tích không ảnh. Trong chiến tranh thế giới thứ
hai (1939 - 1945) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự. Trong thời kỳ
này, ngoài việc phát triển công nghệ radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp
sử dụng phổ hồng ngoại. Các bức ảnh thu đợc từ nguồn năng lợng nhân tạo là
radar, đã đợc sử dụng rộng rãi trong quân sự. Các ảnh chụp với kênh phổ hồng
ngoại cho ra khả năng triết lọc thông tin nhiều hơn. ảnh mầu, chụp bằng máy ảnh,
đã đợc dùng trong chiến tranh thế giới thứ hai. Việc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên
Xô cũ và Hoa Kỳ đã thúc đẩy việc nghiên cứu trái đất bằng viễn thám với các
phơng tiện kỹ thuật hiện đại. Các trung tâm nghiên cứu mặt đất đợc ra đời, nh
cơ quan vũ trụ châu Âu ESA (Aeropian Remote sensing Agency), Chơng trình Vũ
trụ NASA (Nationmal Aeromautics and Space Administration) Mỹ.
Ngoài các thống kê ở trên, có thể kể đến các chơng trình nghiên cứu trái đất

Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM
(1978). Từ 1982, các ảnh chuyên đề đợc thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4
và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Điều
này tạo nên một u thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau.
Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat-7 đã đợc phổ biến với giá rẻ hơn các
ảnh vệ tinh Landsat TM-5, cho phép ngời sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếp
cận với phơng pháp nghiên cứu môi trờng qua các dữ liệu vệ tinh (hình 1.1).
T liệu số
Hình 1.1: Viễn thám từ việc thu nhận thông tin đến ngời sử dụng
(Theo Ravi Gupta, 1991).
6
Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệ
SPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5, đã đa ra sản phẩm ảnh số thuộc hai
kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10 x 10m đến
2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT- XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh
thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m. Đặc tính của ảnh
vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tợng nổi (stereo)
trong không gian ba chiều. Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạt kết
quả cao, nhất là trong việc phân tích các yếu tố địa hình. Các ảnh vệ tinh của Nhật,
nh MOS-1, phục vụ cho quan sát biển (Marine Observation Satellite). Công nghệ
thu ảnh vệ tinh cũng đợc thực hiện trên các vệ tinh của ấn độ IRS-1A, tạo ra các
ảnh vệ tinh nh LISS thuộc nhiều hệ khác nhau.
Trong nghiên cứu môi trờng và khí hậu trái đất, các ảnh vệ tinh NOAA có độ
phủ lớn và có sự lặp lại hàng ngày, đã cho phép nghiên cứu các hiện tợng khí hậu
xảy ra trong quyển khí nh nhiệt độ, áp suất nhiệt đới hoặc dự báo bão.
Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám đợc đẩy mạnh
do áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh radar. Viễn

y
ba
y

tầng cao
Dữ liệu tầng thấp

Nếu biết trớc phổ phát xạ, phản xạ (emited/reflected) chuẩn của vật thể trong
phòng thí nghiệm, xác định bằng các máy đo phổ, ta có thể giải đoán vật thể bằng
cách phân tích đờng cong phổ thu đợc từ ảnh vệ tinh.
Các phần mềm xử lý ảnh số đợc phát triển, nhằm cho ra thông tin về phổ bức
xạ của các vật thể hoặc các hiện tợng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh. Xử lý
ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số, dựa
vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra.
Hiện nay, có rất nhiều phơng pháp xử lý ảnh số đợc thực hiện trên các phần
mềm xử lý ảnh nh IDRISI, ERDAS (PC), ERDAS Imagine (UNIX), PCI,
ERMAPER, DRAGON, ENVI,ILWIS
Giải đoán, tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh viễn thám đợc thực hiện dựa trên
các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:
1. Đa phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ từ nhìn thấy
đến sóng radar. 8
2. Đa nguồn dữ liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau ở các độ cao
khác nhau, nh ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ máy bay
trực thăng và phản lực đến các ảnh vệ tinh có ngời điều khiển hoặc tự động.
3. Đa thời gian: Dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời gian khác nhau.
4. Đa độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không gian, phổ
và thời gian.

và phân bố cách đều nhau 60
0
theo kinh tuyến.
Điều đó có nghĩa là, ở bất cứ điểm nào trên Trái Đất với hệ định vị toàn cầu có
thể nhận đợc tín hiệu ít nhất từ 4 vệ tinh. Hệ định vị toàn cầu, bắt đầu hoạt động
từ năm 1993, bao gồm 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng. Hình 1.4 là sơ đồ
hệ thống định vị toàn cầu với các vệ tinh đang hoạt động. Vị trí tại một điểm trên 9
trái đất đợc xác định bởi GPS nhờ thu nhận tín hiệu và so sánh chúng với ít nhất ba
vệ tinh. Khoảng cách từ một vệ tinh đến GPS là mặt cầu có bán kính từ vệ tinh đến
GPS. Khoảng cách từ GPS đến hai vệ tinh là giao của hai mặt cầu và kết quả sẽ là
một vòng tròn. Khoảng cách này nếu tính từ 3 vệ tinh sẽ là giao của hai vòng tròn
tức có kết quả là hai điểm, khoảng cách tính theo 4 vệ tinh sẽ là một điểm duy nhất.
Đối với mỗi tín hiệu nhận đợc, việc giải đoán mã hoặc đo pha cho phép tính toán
vị trí của vệ tinh trong không gian và khoảng cách của chúng đến GPS. Với dữ liệu
tính toán cho từng vệ tinh, vị trí nằm ngang của GPS đợc tính từ giao cắt duy nhất
của ba hình nón. Vị trí nằm ngang và đứng của GPS có thể tính toán đợc qua ba
hoặc bốn vệ tinh. Hệ định vị toàn cầu, về mức độ chính xác, đợc phân ra làm hai
loại. Trong quân sự, mã P, có độ chính xác ngang theo phơng nằm ngang là
17,8m và độ cao 28,4m. Hệ định vị toàn cầu cho mục đích dân dụng có độ chính
xác theo phơng ngang là 28,4m và theo phơng đứng là 44,5m. Độ chính xác
của vị trí có thể đợc nâng cao, nếu ta dùng đồng thời hai GPS. Để đo vị trí của một
điểm nào đó, ta sẽ xử dụng hệ đo gồm hai GPS là A và B (hình 1.4).
Chỉnh dữ liệu
Khi đã đợc biết giá trị tọa độ của điểm cho bởi hệ GPS A, ta đo sự khác nhau
với kết quả do hệ GPS B cung cấp. Nếu hai hệ GPS nằm cách nhau trong khoảng
cách 1000m, độ chính xác đạt từ 1 đến 2cm. Trong đại đa số trờng hợp định vị
điểm, khi sử dụng hai cặp GPS, độ chính xác về vị trí đạt từ 0,3 đến 20m. Độ chính

thông tin địa chất cần quan tâm. Một số ứng dụng của viễn thám trong địa chất có
thể kể ra nh sau:
* ứng dụng trong nghiên cứu địa mạo: các dạng địa hình đợc thể hiện rất rõ
trên ảnh viễn thám (địa hình kiến tạo, núi lửa, địa hình sông suối, địa hình tam giác
châu, địa hình thành tạo do cát, thành tạo do băng) và đợc giải đoán một cách
chính xác.
* Cấu trúc địa chất: giải đoán các bề mặt và độ dốc của tầng trầm tích, các yếu
tố uốn nếp, đứt gãy, linearment và chuyển động nâng hạ (dùng ảnh giao thoa radar), 11
các rift núi lửa hiện đại, các cấu trúc vòng, tiêm nhập, bất chỉnh hợp địa tầng, các
ứng dụng trong nghiên cứu địa động lực.
* Nghiên cứu thạch học: định các đá trầm tích, macma, biến chất và thành tạo
xen kẽ khác. Nghiên cứu trật tự địa tầng và tơng quan tuổi.
* ứng dụng trong khai khoáng và khai thác dầu.
* Điều tra khảo sát nớc ngầm, điều tra địa chất công trình
Nghiên cú môi trờng: Viễn thám là phơng tiện hữu hiệu để nghiên cứu
môi trờng đất liền ( xói mòn, ô nhiễm), môi trờng biển (đo nhiệt độ, màu nớc
biển, gió sóng),
Nghiên cú khí hậu và quyển khí (đặc điểm tầng ozon, mây, ma, nhiệt độ
quyển khí), dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tợng.
Nghiên cú thực vật, rừng: Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu
nghiên cứu thực vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai đoạn. Thực vật là
đối tợng đầu tiên mà ảnh viễn thám vệ tinh thu nhận đợc thông tin. Trên ảnh viễn
thám chúng ta có thể tính toán sinh khối, độ trởng thành và sâu bệnh dựa trên chỉ
số thực vật, có thể nghiên cứu cháy rừng qua các ảnh vệ tinh.
Nghiên cứu thủy văn: Mặt nớc và các hệ thống dòng chảy đợc hiển thị rất
rõ trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vi đợc chúng. Dữ liệu ảnh vệ tinh, đợc ghi
nhận trong mùa lũ, là dữ liệu đợc sử dụng để tính toán diện tích thiên tai và cho

đã phóng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo, trên đó có mang nhiều thiết bị viễn thám khác
nhau. Các trạm thu mặt đất phân bố đều trên toàn cầu có khả năng thu nhận nhiều
loại t liệu viễn thám do vệ tinh truyền xuống
Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm chính là viễn thám vệ tinh
địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) (hình 1.6).
Hình 1.6: Vệ tinh địa tĩnh ( trái ) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải)
Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra hai nhóm vệ tinh là: 13
+ Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay củatrái
đất, nghĩa là vị trí tơng đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên.
+ Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông
góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất. Tốc độ quay của
vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và đợc thiết kế riêng sao cho thời gian thu
ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phơng và thời gian thu lặp
lại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT là 18 ngày, SPOT là 26 ngày ).
Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phơng pháp thu
nhận thông tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế tạo. Có các nguyên tắc thu
nhận hình ảnh nh sau (chủ động, bị động, chụp khung, quét dọc, quét ngang, quét
bên sờn, ).
1.7. Vấn đề thu nhận và phân tích t liệu viễn thám
Năng lợng điện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí quyển
tơng tác với các đối tợng trên bề mặt Trái Đất và phản xạ lại để các thiết bị thu
của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó. Trên cơ sở các tín hiệu đó có thể tách
chiết các thông tin về đối tợng. Quá trình đó đợc thể hiện bằng các công đoạn
chính: phát hiện (detect), ghi (record) và phân tích (interprete) các tín hiệu.
Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là bớc rất quan trọng. Phát hiện về
dải sóng, về cờng độ và tính chất khác của nguồn năng lợng điện từ.
Ghi tín hiệu: các tín hiệu phát hiện đợc có thể ghi dới dạng hình ảnh

Thu thập các tài liệu tham khảo bao gồm các công việc nh tập hợp các số liệu đo
đạc, quan trắc về đối tợng, về các hiện tợng mà viễn thám nghiên cứu. Các tài liệu
đó có thể là bất kỳ một dạng nào và có thể đợc thu thập từ nhiều nguồn (ví dụ:
nguồn nghiên cứu về đất, nguồn nghiên cứu về nớc, nguồn nghiên cứu về thực vật
hoặc từ nguồn t liệu ảnh khác). Các tài liệu kiểm tra ngoài thực địa cũng đợc sử
dụng nh: tình trạng đất, mùa màng, tình trạng rừng, các loại cây, vấn đề ô nhiễm
nguồn nớc. T liệu kiểm tra thực địa bao gồm các số liệu đo đạc về tính chất cơ
học hoặc tính chất hóa học của đối tợng. Các số liệu xác định về vị trí đối tợng
trên bản đồ, vị trí của đối tợng trên hệ thống đo đạc toàn cầu (GPS) cũng đợc xác
định hoặc đo đạc tự động ngoài thực địa.
Tất cả các dạng t liệu, số liệu tham khảo nói trên đợc xếp vào khái niệm thực
tế mặt đất (Ground Truth). Khái niệm này đợc sử dụng phổ biến trong viễn thám,
song thực ra nó không thật đúng về nguyên tắc từ ngữ, vì rằng các tài liệu đó không
đợc thu thập đồng thời với thời điểm thu nhận tín hiệu viễn thám (thời gian chụp
ảnh). Do đó, tài liệu thực tế bề mặt đất chỉ có thể nói lên một cách tơng đối về đặc
điểm của đối tợng trên t liệu viễn thám. Nh vậy, tài liệu thực tế mặt đất đợc sử
dụng rộng rãi theo khái niệm là tài liệu tham khảo, với các mục đích sau:
- Định hớng cho việc phân tích xử lý t liệu viễn thám.
- Hiệu chỉnh thiết bị thu nhận.
- Kiểm chứng các thông tin tách chiết đợc từ t liệu viễn thám. Cũng vì các
mục đích trên đó mà tài liệu tham khảo thờng đợc thu thập theo nguyên tắc của sự
thiết kế chọn mẫu thống kê. 15
Việc lựa chọn các tài liệu thực tế để thu thập tùy thuộc vào mục tiêu và tính
chất của đối tợng cần nghiên cứu. Thời điểm thu thập t liệu là rất quan trọng trong
trờng hợp nghiên cứu các đối tợng hoặc hiện tợng tự nhiên có nhiều biến động.
Ví dụ nghiên cứu thực vật, nghiên cứu nớc. Tuy nhiên với những đối tợng ít có sự
biến động thì có thể thu thập tài liệu ở bất cứ thời gian nào (ví dụ các đối tợng địa
16
3. Tiết kiệm thời gian và đợc ứng dụng cho nhiều ngành: địa chất khoáng sản,
nớc, môi trờng, sử dụng đất, nông nghiệp, thực vật, rừng, khí hậu
Khi xét về khía cạnh truyền và thu nhận thông tin viễn thám thì cấu trúc của
một hệ thống viễn thám lý tởng bao gồm các hợp phần sau:
Nguồn năng lợng đồng nhất: nguồn năng lợng này có thể cung cấp năng
lợng trên toàn bộ các dải phổ một cách đồng nhất, rõ ràng với năng lợng cao và
không phụ thuộc vào thời gian và vị trí.
Khí quyển không can thiệp: đó là môi trờng khí quyển không có sự tơng
tác vào nguồn năng lợng truyền qua nó, kể cả lúc truyền đến hoặc phản xạ ngợc
từ Trái Đất. Nh vậy, về mặt lý tởng, có thể thu nhận thông tin ở bất kỳ một bớc
sóng, một độ cao, một vị trí hay bất kỳ thời gian nào.
Một loạt các tơng tác đồng nhất giữa năng lợng và vật chất trên bề mặt
Trái Đất. Các thành phần năng lợng phản xạ hoặc truyền qua đều đồng nhất ở các
dải sóng, không có sự khác biệt đối với mỗi kiểu đối tợng trên bề mặt Trái Đất.
Một thiết bị thu hoàn hảo: là thiết bị thu có độ nhạy cảm rất cao trên toàn
bộ các dải sóng, từ đó làm rõ nét mọi đặc điểm của đối tợng do có độ sáng tuyệt
đối (hay phát xạ tuyệt đối) trên hình ảnh thu đợc. Độ sáng đó là hàm của bớc sóng
và năng lợng phổ. Thiết bị thu đó chỉ cần vận hành với ít năng lợng, giá rẻ và cấu
tạo nhỏ gọn.
Hệ thống thu nhận thông tin mặt đất cùng thời gian. Đồng thời với thời
điểm thu nhận hình ảnh, các thiết bị đo và công việc thu thập tài liệu mặt đất phải
đợc tiến hành đồng thời. Các thông tin thu đợc phải có cùng khuôn dạng để dễ
dàng phân tích xử lý đối sánh.
Nhiều đối tợng sử dụng khác nhau trên cùng một nguồn tài liệu (multiple
data users). Những ngời sử dụng này phải có trình độ hiểu biết cả về kỹ thuật viễn
thám và về chuyên môn của mình. Nh vậy với cùng một nguồn t liệu viễn thám,
có thể phân tích đồng thời nhiều thông tin khác nhau trên một khu vực rộng. Từ đó

- Phân tích t liệu để thu nhận thông tin về các đối tợng, về một khu vực
hoặc một hiện tợng.
Các thành phần của năng lợng điện từ trong viễn thám
- Năng lợng nguồn (có thể là từ mặt trời hoặc từ nguồn khác).
- Năng lợng truyền qua khí quyển.
- Năng lợng tơng tác với bề mặt đối tợng (hấp thụ, khúc xạ, phản xạ ).
- Năng lợng tơng tác truyền lại qua khí quyển đến thiết bị thu .
Quá trình thu nhận và xử lý thông tin viễn thám
Các hệ thống thăm dò (từ vệ tinh, máy bay).
Các dạng t liệu sử dụng trong viễn thám :
- T liệu hình ảnh. 18
- T liệu dạng số.
- Các t liệu tham khảo (bản đồ, báo cáo, thông kê, ).
Xử lý và phân tích thông tin - phân tích (giải đoán) và vẽ bản đồ. Xử lý
thông tin (xử lý số), tham khảo các thông tin bổ sung và thông tin kiểm tra, tách
chiết các thông tin về đối tợng, vùng hoặc hiện tợng cần nghiên cứu
- Thông tin về vị trí các đối tợng.
- Thông tin về quy mô phân bố của các đối tợng.
-

Thông tin về tình trạng của các đối tợng khác nhau trong t liệu thu đợc.


Xử lý tổng hợp các dạng thông tin thu đợc trong hệ thông tin địa lý (GIS) nhằm
cung cấp thông tin phân tích cho ngời sử dụng để đa ra nhũng quyết định thực
hiện.
Cần phải khẳng định rằng những thành công trong ứng dụng của viễn thám có

hớng vuông góc với nhau, chuyển động tuân theo nguyên lý của sóng điều hòa
(hình 2.1).

Hình 2.1: Bức xạ điện từ với các trờng sóng của ánh sáng
Hớng
truyền

Trờng từ Trờng điện
Tính chất sóng của ánh sáng đợc thể hiện qua phơng trình truyền ánh sáng:
C = x
trong đó: C - hằng số tốc độ ánh sáng (3 x 10
8 m
/s) (coi tốc độ ánh sáng trong
không khí gần giống nh trong môi trờng chân không)
- tần số dao động của ánh sáng;
- bớc sóng của ánh sáng.
Trong viễn thám, các sóng điện từ đợc sử dụng với các dải bớc sóng của
quang phổ điện từ. Đơn vị của bớc sóng đợc đo phổ biến bằng micromet
(m, 1 m = 10
-6
m), hay nanomet ( Nm, 1 Nm= 10
-9
m).
Sóng điện từ có các tính chất cơ bản nh sau:
- Sóng điện từ đợc truyền trong môi trờng đồng nhất theo kiểu hình sin với
tốc độ gần bằng 3 x 10
8

-4
- 10
-1
m (hay 0,1) m. - 0,4 m, thờng đợc
sử dụng trong y học. Riêng dải từ 0,3-0,4 m gọi là vùng cực tím tạo ảnh, có thể sử
dụng trong viễn thám tia cực tím
- Dải tia nhìn thấy có từ 0,4 0,7 m là dải phổ của ánh sáng trắng.Trong
dải nhìn thấy có chia nhỏ thành các dải ánh sáng đơn sắc:
* Blue (xanh lơ-lam): 0,4 - 0,5 m
* Green (xanh lá cây lục ): 0,5 - 0,6 m
* Red (đỏ) : 0,6 - 0,7 m.
- Sau vùng đỏ là dải hồng ngoại (infrared): từ 0,7-14 m,trong đó lại chia
thành các vùng :
* Hồng ngoại phản xạ: 0,7-3 m
* Hồng ngoại trung ( giữa ) : 3- 7m
* Hồng ngoại nhiệt ( xa ) : 7- 14m.
- Vùng sóng Radar hay vi sóng (vi sóng - microwave): là các vùng có bớc
sóng dài hơn nhiều so với vùng hồng ngoại, độ dài sóng từ 1mm đến 1m.
- Sau vùng Radar là sóng radio có bớc sóng > 30 cm.
21


22
h - hằng số plank (h = 6,626 x 10
-34
J/s);
v- tần số (Hz).
Nếu giải hai phơng trình trên, ta có:
v = C /
Q = h x C / .
Công thức này thể hiện sự liên quan giữa Q và . Khi h và C là các hằng số, sự
liên quan đó thể hiện là khi ánh sáng có bớc sóng dài hơn thì năng lợng của nó sẽ
nhỏ đi (tơng quan tỉ lệ nghịch). Điều này có ý nghĩa quan trọng trong viễn thám.
Trong áp dụng, việc thu nhận bức xạ truyền đi của một đối tợng ở vùng sóng dài là
khó hơn nhiều so với các bức xạ ở vùng sóng ngắn (ví dụ việc thu tín hiệu sóng cực
ngắn phát ra từ đối tợng là khó hơn nhiều so với việc thu bức xạ nhiệt của đối
tợng). Do năng lợng ở vùng sóng dài thấp nên trong viễn thám, hệ thống thu nhận
tín hiệu bức xạ điện từ với bớc
sóng dài thờng phải có trờng nhìn rộng nhằm thu
đợc những tín hiệu bức xạ đó.

Mặt trời thờng là nguồn năng lợng bức xạ điện từ điển hình trong viễn thám.
Tất nhiên, toàn bộ các vật chất có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tuyệt đối (K hay 273
0

C) đều thờng xuyên phát xạ bức xạ điện từ. Nh vậy các đối tợng trên trái đất đều
là những nguồn bức xạ tự nhiên, mặc dù chúng dờng nh có những sự khác biệt về
biên độ và thành phần phổ so với mặt trời.
Có thể tính toán năng lợng bức xạ phát ra từ bề mặt một đối tợng theo quy
luật Stefan - Bolzman:
M = . T
4

m = A / T
trong đó: m - bớc sóng mà ở đó có sự phát xạ cực đại ( m);
A = 2.898 mK;
T - nhiệt độ K.
Hình 2.3:
Sự thay đổi cực trị của đờng cong bức xạ nhiệt của vật chất ở
Toả nhiệt của vật đen
Nhiệt độ của Mặt Trời
Nhiệt độ đốt cháy
Nhiệt độ đèn sáng
Nhiệt độTrái Đất
Sự toả bức x
ạ
phổ
Bớc sóng

M
nhiệt độ khác nhau
.
Mặt trời có bức xạ giống nh của vật đen tuyệt đối khi nhiệt độ của vật đen
lên tới 6.000 K, các bóng đèn sợi đốt thờng có nhiệt độ khoảng 3.000 K. Kết quả là
bóng đèn sợi đốt thờng phát ra ánh sáng màu xanh với năng lợng thấp và không
giống nh cấu thành trong dải phổ của mặt trời.
Ta có thể quan sát thấy hiện tợng này khi một mẩu thép đợc nung nóng đỏ.
Khi nhiệt độ tăng dần lên thì màu của mẩu thép chuyển từ màu đỏ sang da cam,
vàng và cuối cùng là màu trắng. Nh vậy khi nhiệt độ của vật tăng lên , cực trị bức
xạ chuyển dần từ vùng sóng dài không nhìn thấy, sang vùng sóng ngắn nhìn