Chơng 3
Đặc điểm các loại t liệu Viễn thám
v các phơng pháp thu nhận t liệu viễn thám

Trong viễn thám có hai dạng t liệu cơ bản là t liệu ảnh (ảnh photograph, ảnh
image) và t liệu số (digital data: băng từ, đĩa từ ). Phần này sẽ giới thiệu chung về
các loại t liệu đó.
3.1. Đặc điểm phim ảnh đen trắng và màu
3.1.1. Phim đen trắng
Phim đen trắng có cấu tạo gồm hai lớp: lớp đế trong suốt có bề mặt nhám và
lớp nhũ tơng với thành phần là muối halogen bạc (AgCl) có độ dày khoảng 100m.
Các hạt muối bạc có đờng kính vài micromet hoặc nhỏ hơn. Khi có ánh sáng tác
động của các photon ánh sáng làm cho các nguyên tử bạc đợc giải phóng khỏi phân
tử muối halogen (hình 3.1 ; 3.2). Halogen bạc
Thể nhx tơng
(emulson
)
N
ền (polyester)
Bồi
Hạt halogen bạc
Gelatin


Phân tử A
g
Cl khôn
g
bị lộ sán
g

Phân tử A
g

Lớ
p
nhũ tơn
g
có chứa A
g
Cl
Đế phim hoặc giấy ảnh
A
B
C
Các tia
sáng tới
Hình 3.2: Cấu tạo phim ảnh đen trắng (A), quá trình lộ sáng (B)
và tráng phim đen trắng (C)
Khi tráng phim, các nguyên tử bạc đợc giải phóng sẽ liên kết để tạo thành lớp
phân tử bạc bền vững mờ đục, không cho ánh sáng truyền qua và bám vào đế phim,
ngời ta gọi đó là quá trình hình thành hình ảnh (latent image). Khi rửa phim sự
tơng tác đó đợc ngng tụ nhờ dung dịch hóa chất và những chỗ mà nhũ tơng còn

giác màu.
Filter màu: là các tấm lọc trong suốt đối với 1(hoặc 2) tia sáng đơn sắc,
nghĩa là chỉ cho một( hoặc 2 ) tia đơn sắc nhất định đi qua và không cho các tia sáng
khác đi qua. Trong thực tế có nhiều loại filter khác nhau: blue, green, red, cực tím,
yellow
Các màu dơng-hay màu cộng( additive colour ) là: Blue ( lơ )+ Green (
lục )+ Red ( đỏ ) khi kết hợp sẽ cho màu White ( trắng).
Cácmàu âm- hay màu trừ(substractive colour ) là: Yellow (vàng) + Cyan
(chàm) + Magenta (đỏ da cam), khi kết hợp sẽ cho màu Black (đen).
a. Tổ hợp các màu dơng b. Tổ hợp các màu âm

Hình 3.3: Kết hợp của các tia đơn sắc chính dơng (+) và âm (-).

Tam giác màu: là tam giác đều có cấu tạo nh sau (hình 3.4)
- Đỉnh tam giác là các màu dơng (cộng cơ bản):
- Cạnh tam giác là các màu âm (trừ):
Nguyên tắc hoạt động của các filter trong tam giác màu:
- Các fitter màu âm hấp thụ 1 màu dơng ở đỉnh đối diện của tam giác và cho
truyền qua 2 màu dơng ở hai cạnh tam giác. 35
Ví dụ: filter màu vàng (Yellow) hấp thụ ánh sáng xanh lơ (blue) và cho các tia
màu đỏ (Red) và lục (Green) đi qua.
- Ngợc lại các fitter màu dơng lại hấp thụ 2màu âm ở hai cạnh bên và cho
qua 1màu âm ở cạnh đối diện .
Ví dụ: fitter màu xanh lơ (Blue) thì hấp thụ hai màu đỏ da cam (Magenta) và
chàm (Cyan), cho màu vàng (Yellow )đi qua.
Nguyên tắc trên đợc áp dụng để chế tạo các tấm lọc fitter trong kỹ thuật chụp
ảnh hoặc trong kỹ thuật về màu sắc.

g
màu xanh lam
Lớ
p
nhuộm ma
g
enta kiểm soát màu lục
Lớ
p
nhuộm màu c
y
an kiểm soát màu đỏ
Xanh
lam
Xanh
lục
Đỏ

b) Độ nhạ
y

p
hổ của các lớ
p

p
him màu
Hình 3.5: Cấu trúc của phim hoặc ảnh màu và cơ chế tạo màu của các lớp nhũ tơng.
định hình)

Nhuộm màu Nhạy cảm phổSau khi in tráng ảnh

Y Y Y
Blue Yellow
M M M
Green Magenta
Phim dơn
g
bản hoặc
ảnh in ra (sau khi định
hình)
C C C
Red Cyan

Để phim

R G B W B
Màu tổn
g
hợ
p
trên
phim giấy ảnh
Lớ
p
nhuộm màu vàn
g
Cực tím
(a)
Logarit độ nhạy
(b)
Hình 3.7: Cấu trúc độ nhậy của phim hồng ngoại: (a)- mặt cắt;
(b) - độ nhậy của 3 lớp màu (theo Lillesand, Thomas M. và Ralph W. Kiefer, 2000)
- Lớp tạo màu Yellow: nhạy cảm với ánh sáng Green.
- Lớp tạo màu Magenta: nhạy cảm với ánh sáng Red.
- Lớp tạo màu Cyan: nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại gần (NIR)
Cả 3 lớp nhũ tơng đều nhạy cảm với ánh sáng Blue và đợc loại ra bằng
cách đặt một fitter phía trên ống kính. Hiện nay, phim hồng ngoại có phủ thêm một
lớp màu vàng trong suốt thay thế cho filter. 38
Cần lu ý rằng
khái niệm hồng ngoại không nói lên sự nóng mà chỉ nói lên
dải hồng ngoại phản xạ dùng để chụp ảnh. Đặc điểm màu của các đối tợng thay đổi
khác nhau giữa phim màu ảnh thờng và phim màu hồng ngoại (bảng 3.1).
Bảng 3.1: Đặc điểm màu của đối tợng trên phim màu thông thờng và hồng ngoại
Đối tợng
Trên phim màu bình
thờng
Trên phim màu hồng
ngoại
Thực vật khỏe:

trong y học còn việc ghi hình ảnh ở vùng hồng ngoại nhiệt đợc thực hiện theo
phơng pháp quét để tạo hình ảnh và các loại ảnh này sẽ đợc đề cập ở phần sau.
3.2. ảnh số, cấu trúc và phơng pháp lu trữ dữ liệu viẽn thám trong
ảnh số
3.2.1. Cấu trúc hình ảnh quét (Image - ảnh số)
- Hình ảnh số là một ma trận không gian của tập hợp các pixel (Picture
element) sắp xếp theo hàng và cột. Vị trí của mỗi pixel đợc xác định theo tọa độ
hàng và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái. Tùy theo hệ thống quét ảnh mà
kích thớc của hình ảnh (diện tích quét trên mặt đất). Ví dụ với hệ thống Landsat
MSS là 185 x 185km, với hệ thống SPOT là 65 x 65km, ảnh NOAA là 2400 x
2400km
- Phần tử ảnh (picture element) là một đơn vị nhỏ nhất về không gian trên
một file ảnh và nó chính là pixel ảnh hay một ô đơn vị trong ma trận ô vuông. Vị trí
của đơn vị ảnh là vị trí dòng và cột . Vị trí thật của đơn vị ảnh sẽ đợc tham chiếu
với một hệ tọa độ đợc dùng nh hệ tọa độ địa lý, UTM, Gauss, mặt phẳng nhà
nớc (State plane) Thông số của mỗi pixel trên ảnh là : hàng (row), cột ( colum ) 39
và giá trị số DN ( digital Number ). Mỗi pixel có 3 giá trị: X, Y và Z. Trong đó X, Y
là tọa độ hàng cột và Z là giá trị độ sáng (DN )của hình ảnh và giá trị này liên quan
đến tính chất phổ của các đối tợng, giá trị Z thờng đợc chuyển thành giá trị số
của nhiều (0 và 1). Độ sáng của hình ảnh đợc ghi ở 8 bit ( 2
8
= 256) với 256 cấp
độ: 0 là đen và 255 là trắng.
Kích thớc của mỗi pixel đợc xác định bởi góc nhìn tức thời (IFOV) của hệ
thống quét. Còn kích thớc của cả ảnh đợc xác định bởi trờng nhìn (hay góc
quét)của hệ thống (FOV). Kích thớc trên mặt đất của mỗi pixel đợc quan niệm là
độ phân giải không gian của hình ảnh số.

6
x 4 30 x10
6
pixel. Đối với từng loại hệ thống thu ảnh
khác nhau thì số lợng các pixel trong ảnh cũng khác nhau, liên quan đến kích thớc
ảnh, số band phổ, kích thớc pixel ảnh (độ phân giải không gian) tức là liên quan
đến số hàng, số cột.
Hình ảnh của đối tợng không gian có thể đợc ghi nhận trên nhiều kênh phổ
khác nhau. Mỗi một kênh cho ra giá trị phổ dới dạng số riêng về cùng một đối
tợng đợc ghi. Quá trình chuyển đổi sóng điện từ sang tín hiệu điện và lu trữ trên
băng từ đợc thực hiện trực tiếp trên vệ tinh hoặc truyền tải trực tiếp xuống các trạm
thu vệ tinh mặt đất. Dữ liệu ảnh số đợc lu trữ trên băng từ tơng thích cho máy
tính CCT (Computer Compatible Tape) hoặc trên CD-ROM dới khuôn dạng của
các tệp ảnh số mà máy tính có thể đọc đợc. Thông thờng dữ liệu trên băng từ ghi
nhận về một vùng chụp bao gồm 3 tệp thông tin chính sau:
1. Tệp đầu ghi nhận thông tin chú giải về dữ liệu còn gọi là tệp header, ví dụ
thông tin về band phổ, độ phân giải, giờ, ngày tháng thu ảnh
2. Tệp thứ hai ghi nhận thông tin về chú giải nh nắn chỉnh phổ hoặc nắn
chỉnh hình học, cấu trúc của tệp (cách lu trữ )
3. Tệp chính có độ lớn nhất gọi là tệp dữ liệu.
3.2.2. Phơng thức lu trữ tệp ảnh số
Dữ liệu ảnh số cấu thành từ 3 tệp này thông thờng đợc lu trữ theo các cấu
trúc khác nhau là: BSQ, BIL hoặc BIP (hình 3.10). 41
Cấu trúc dữ liệu theo BIL (band interleaved by lines)

Cấu trúc BIL là cấu trúc dữ liệu đợc lu trữ tất cả các băng theo thứ tự dòng
không phụ thuộc vào số kênh. Giá trị số của tất cả các kênh sẽ lần lợt ghi nhận theo

đờng
q
uét 1
đờng quét 1
đờng quét m
đờng quét
m
Kênh1 Kênh2 Kênh3 Kênh4
Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc dữ liệu kiểu BSQ, BIl và BIP 42
Cấu trúc dữ liệu kiểu BIP ( band inteleaved by pixel)
Trong cấu trúc này, ghi nhận theo kiểu pixel 1, line1, kênh1, pixel 1 line 1
kênh 2, pixel 1 line 1 kênh 3.
Một số lu ý về khuôn dạng ảnh t liệu viễn thám nh sau:
Đối với sản phẩm ảnh ra, thờng là đợc lu trữ dạng BSQ vì có 3 band: R
(red- đỏ),G ( Green-lục ), B(Blue-lam) .
Trong các t liệu viễn thám thờng có thêm các thông tin về cấu trúc dữ liệu,
các thông số của vệ tinh, thông số của khí quyển và điều kiện chiếu sáng file lu
các thông tin này gọi là phần đầu của t liệu (header) , hoặc có thể ghi thành file
riêng gọi là file trợ giúp (Auxilary Data )
Kể từ năm 1982, hình ảnh do vệ tinh thu thờng đợc lu trong một khuôn
dạng chuẩn gọi là khuôn dạng chuẩnthế giới (World Standard Format-WSF), hay
LTWG (Specified by Landsat Technical Working Group).
Mặt khác, hai khuôn dạng dữ liệu là BIL và BSQ cũng đợc chọn là hai khuôn
dạng trong số những khuôn dạng chuẩn thế giới.
Hiện nay, một số vệ tinh của các nớc khác lại ghi dữ liệu ở những khuôn dạng
riêng của từng hệ thống, vì vậy, các phần mềm xử lý ảnh cũng luôn có sự bổ sung để
có thể đọc đợc các dạng t liệu khác nhau.

hình 3.11.
Máy ảnh sử dụng cho chụp ảnh khung là thiết bị quang học chính xác. Hợp
phần chính của nó bao gồm một thấu kính lồi và phim ghi nhận hình ảnh đặt đằng
sau thấu kính. Máy ảnh đợc chia ra làm 4 loại chính:
- Máy ảnh khung đơn thông dụng
- Hai máy chụp ảnh toàn cảnh
- Ba máy chụp ảnh theo đờng.
Máy ảnh loại này là máy ảnh sử dụng rộng rãi trong viến thám . Hợp phần
của máy ảnh bao gồm thấu kính lồi, ngăn để phim, và thiết bị hình nón. Ngăn để
phim - gọi là magazine, có chức năng giữ phim và cấu thành từ hai bộ phận trải và
cuộn phim.
- Bốn máy chụp đa kênh.
3.3.1.2. Các loại máy ảnh chính dùng trong chụp ảnh khung

Máy ảnh khung đơn phổ thông (hình 3.11)
Máy có thấu kính lồi đặt cách phim một khoảng nhất định. Máy ảnh thờng có
hai loại
- Loại dùng để lập bản đồ có chất lợng cao
- Loại máy chụp ở mức độ không chi tiết chủ yếu chỉ để nhận biết đối tợng. 44
Hớn
g
ba
y
Vùn
g
chụ
p

Phim
Đầu cuộn
Đầu cun
g
Vỏ má
y

Mặt tiêu c
ự
Cơ chế máy
Điểm tiêu cự lồi
Thấu kính lồi
Tiêu cự tới
Mặt đất
Hình 3.11: Sơ đồ máy ảnh phổ thông khung đơn 45
Kết quả là ảnh chụp có hình ảnh của cả một vùng rộng lớn nhng không phải là
hình ảnh chiếu trên mặt phẳng nằm ngang (hình 3.13).Với hình ảnh chụp theo
phơng pháp này đôi khi ta có thể nhìn tháy cả hai phía bầu trời đối diện nhau của
một khu vực.Hình 3.13: Một ảnh chụp toàn cảnh từ máy bay
Máy ảnh khung đa thấu kính hay đa kênh
Máy ảnh kiểu này dùng để thu
nhận ảnh đa kênh phổ. Các kênh phổ
đợc chia ra theo nguyên lý tổ hợp giữa
những bộ lọc phim khác nhau. Hình

11.56
0
4 kênh
phổ
6 đầu ghi phổ trên một dòng
và một kênh
Đờng quét hiện hành
từ tây sang đông
6 đờng quét
sau một lần quét
độ rộn
g
185
km
Vệt quét
mặt đất
Tâ
y

Nam
đôn
g
Bắc
Anten, hoặc
vệ tinh tru
y
ền
thông tin

Trạm thu

dao động, quét mặt đất theo đờng vuông góc với hớng bay. Năng lợng phổ đợc
ghi theo đờng quét từ trái sang phải (hoặc từ phải sang trái) theo hớng bay. Góc
quay của gơng tạo góc 90 đến 1200 (hình 3.17).

Hớn
g
ba
y

Hình 3.17: Hoạt động của một hệ quét đa phổ ngang từ máy bay
(Theo Thomas M. lillesand và Ralph W. Kứefer, 1999). 48
Tại một thời điểm bất kỳ, máy quét ghi nhận năng lợng phổ trên mặt đất theo
phạm vi của trờng nhìn tức thì- IFOV, đó là góc hình nón (góc ) vuông góc với
mặt đất, có diện quét phủ bởi gơng quay. Trờng nhìn tức thì này tơng ứng với
đơn vị phân giải mặt đất. Diện phủ của gơng trên mặt đất là một vòng tròn có
đờng kính D và đợc tính theo công thức:
D = H'

Hình 3.18: Trờng nhìn tức thì
và diện phủ vòng tròn trên mặt
đất chụp ảnh quét đa phổ
(Theo Thomas M. Llillesand và
Ralph W. Kiefer) 1999
Trờn
g
nhìn tức
thời (IFOV)-

Độ phân giải không gian sẽ là:
D = 1000 m x (2.5 x 10
-3
rad) = 2.5 m
Độ phân giải sẽ giảm dần (kích thớc của D sẽ tăng dần) khi bộ đo phổ quét
nghiêng về hai phía, khoảng cách giữ máy bay và diện phủ của trờng nhìn tức thì
trên mặt đất sẽ tăng dần theo sự tăng của góc nghiêng giữ hớng nhìn và đờng
vuông góc với mặt đất.
Trờng nhìn IFOV của máy quét đa phổ có kích thớc từ 0.5 đến 5 milliradian.
IFOV càng nhỏ thì ảnh càng nét. Hầu hết các bộ cảm đa phổ dùng gơng
vuông, và đờng quét sao cho mỗi khi quét chúng tạo nên một chuỗi các pixel vừa
chạm nhau trên mặt đất. Khoảng cách giữ hai điểm đo phổ trên ảnh số không nhất
thiết phải bằng kích thớc của IFOV (độ phân giải không gian của hệ đo) mà chúng
thờng nhỏ hơn (hình 3.19). Khoảng cách này trên ảnh số đợc xác định bởi khoảng
thời gian ( T), sử dụng trong quá trình chuyển đổi tín hiệu điện sang dạng số, gọi
là quá trình chuyển tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số ( Alalog sang Digital) hay A
sang D. Trên hình 3.18, độ rộng của kích thớc một pixel ảnh, xác định trên ảnh số
thu đợc khi chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu số trong khoảng thời gian T,
nhỏ hơn kích thớc (độ phân giải không gian) của IFOV. Khoảng cách này còn gọi
là khoảng cách lấy mẫu trên mặt đất (GDS) và cũng là độ phân giải của một pixel
trên ảnh số (hình 3.20).
Độ phân giải của
pixel theo IFOV
Độ phân giải của pixel
trên ảnh số theo T
Độ cao của
pixel theo
IFOV
Hình 3.20: Quan niệm về khoảng cách đo trên mặt đất (kích thớc của 1 pixel
ảnh số và kích thớc của pixel theo IFOV).

tuyến
Bảng 3.4: Các kênh phổ của máy quét đặt trên máy bay AIS của Mỹ
Độ cao bay chụp :19,5km
Góc mở của tia quét IFOV: 1,25mrad
Độ phân giải mặt đất : 24 x 24m
Góc quét : 42
0
Độ rộng của dải : 14,7km
Band
Bớc sóng (m)
Vùng phổ
1 0,38 0,42 Cực tím và xanh lơ
Hình 3.26. Sơ đồ nguyên tắc thu nhận quét đa phổ kiểu
dạng tuyến

Hớng chuyển
động của máy bay
Thấu kính
Chuỗi do
d
ạ
n
g
tu
y
ến
Mặt chiếu của
chuỗi trên mặt đất
Độ mở vệt quét
mặt đất

các band phổ rất hẹp, điều này rất hữu ích cho việc phân tích quang phổ và lập bản
đồ một cách chi tiết các đối tợng trên mặt đất.
- T liệu số từ các máy quét là rất phức tạp, đắt tiền và đòi hỏi xử lý máy tính
để tạo hình ảnh. Kỹ thuật quét bên sờn là một ứng dụng trực tiếp của kỹ thuật quét
để nghiên cứu các đối tợng trên mặt đất nh địa hình, địa chất, sử dụng đất 52
3.4. Các khái niệm về độ phân giải của t liệu viễn thám
Theo quy ớc chung, có các khái niệm phân giải của t liệu viễn thám
nh sau:
a) Độ phân giải không gian
Độ phân giải không gian là kích thớc nhỏ nhất của một vật mà bộ cảm ghi
phổ (sensor) có thể nhận biết đợc về một đối tợng không gian phân cách đợc với
đối tợng không gian khác nằm kề đối tợng 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 0,6 m (vệ tinh Quickbird), 1 m (SPIN2 và IKONOS), đến 6.4 m
(ảnh radar), 10 m (SPOT), và 1 km (ảnh vệ tinh NOAA). Một ảnh số có độ phân giải
càng cao là ảnh có kích thớc pixel càng nhỏ (hình 4.17 ).

30m
250m
500m
1000m
Hình 4.17: Các độ phân giải không gian của ảnh tại 1 vùng
T liệu thu đợc có thể là dạngphim ảnh (analoge) sử dụng trong giải đoán
bằng mắt, hoặc ảnh số (digital) sử dụng trong xử lý số.
b) Độ phân giải phổ
Độ phân giải phổ là số lợng kênh ảnh của một ảnh số về một khu vực nào đó.
Số lợng kênh ảnh phụ thuộc vào khả năng ghi phổ của thiết bị ghi hay bộ cảm. Độ

thể theo dõi chuyển động của các đám mây, của mỗi cơn bão
54