Chtơng 3
Đặc điểm các loại t| liệu Viễn thám
v~ các ph|ơng pháp thu nhận t| liệu viễn thám
Trong viễn thám có hai dạng t liệu cơ bản l t liệu ảnh (ảnh photograph, ảnh
image) v t liệu số (digital data: băng từ, đĩa từ ). Phần ny sẽ giới thiệu chung về
các loại t liệu đó.
3.1. Đặc điểm phim ảnh đen trắng v mu
3.1.1. Phim đen trắng
Phim đen trắng có cấu tạo gồm hai lớp: lớp đế trong suốt có bề mặt nhám v
lớp nhũ tơng với thnh phần l muối halogen bạc (AgCl) có độ dy khoảng 100Pm.
Các hạt muối bạc có đờng kính vi micromet hoặc nhỏ hơn. Khi có ánh sáng tác
động của các photon ánh sáng lm 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
Thể nhũ tơng (emulson)
Nền giấy
(b)- Giấy ảnh
(
a)- Phim
Hình 3.9. Sơ đồ của phim đen trắng (a ) v giấy ảnh
(b) Giấy ảnh
(a) Phim
Lớ

C
Các tia
sáng tới
Hình 3.2: Cấu tạo phim ảnh đen trắng (A), quá trình lộ sáng (B)
v tráng phim đen trắng (C)
Khi tráng phim, các nguyên tử bạc đợc giải phóng sẽ liên kết để tạo thnh lớp
phân tử bạc bền vững mờ đục, không cho ánh sáng truyền qua v bám vo đế phim,
ngời ta gọi đó l quá trình hình thnh hình ảnh (latent image). Khi rửa phim sự
tơng tác đó đợc ngng tụ nhờ dung dịch hóa chất v những chỗ m nhũ tơng còn
cha bị ánh sáng tác động vo sẽ đợc rửa trôi đi v chỉ còn lại đế phim trong suốt.
Nh vậy khu vực no bị tác động ánh sáng sẽ có mu đen trên phim âm bản,
phần còn lại sẽ trong suốt.
Phim âm bản có hình ảnh ngợc lại với thực tế. Quá trình in ảnh hoặc tạo phim
dơng bản l quá trình rọi sáng ngợc trở lại với việc dùng phim âm bản lm tấm
lọc sáng để tạo nên một dơng bản có đặc điểm độ sáng giống nh điều kiện thực tế
ban đầu.
Trên phim, phần đợc chiếu sáng 100% sẽ trở nên đen v phần bị che kín hoặc
không đợc chiếu sáng 100% sẽ có mu trắng. Độ tối sáng của hình ảnh phụ thuộc
vo số lợng hạt nhũ tơng bị tác động ánh sáng để giải phóng bạc. Mỗi hạt có kích
thớc rất nhỏ. Nếu khối lợng khoảng 1Pm
3
thì đã chứa tới 10
10
nguyên tử bạc. Nh
vậy nếu với diện tích 6,5cm
2
bề mặt phim sẽ có khoảng 150 triệu hạt (trong khi đó
với băng từ thì chỉ có 3.200 phần tử có từ để thu tín hiệu). Với cấu tạo nh vậy, phim
ảnh sẽ có độ phân giải cao v có khả năng nhạy cảm với ton bộ dải nhìn thấy v
phần hồng ngoại phản xạ (0,38 - 0,9Pm). Phim ảnh có thể thu nhận tín hiệu ảnh

fitter mu xanh lơ (Blue) thì hấp thụ hai mu đỏ da cam (Magenta) v
chm (Cyan), cho mu vng (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 mu sắc.
Hình 3.4: Tam giác mu với các mu cộng v các mu trừ
3.1.2.2. Phim ảnh mu
Có hai loại phim mu âm bản v dơng bản, nguyên tắc chuyển đổi mu trong
phim tuân theo nguyên tắc tam giác mu.
Phim mu bao gồm 4 lớp, khi lộ sáng, lớp đế trong suốt v thô, phía trên l 3
lớp nhũ tơng có nhạy cảm với 3 mu dơng (Blue, Green, Red) (hình 3.5)
ở giữa lớp mu blue có lớp lọc khối cho tia blue nhằm loại bỏ sự tán xạ
reighler rất mạnh của khí quyển đối với tia blue. Hiện tợng ny luôn xảy ra vo
ban ngy, khi trời quang mây thì các phân tử của Ozon, Cácbonic, Nitơ,Oxitcacbon
.tác động lm tán xạ mạnh tia blue của ánh sáng mặt trời, hiện tợng ny lm cho
bầu trời luôn có mu xanh blue (xanh da trời). Kết quả sau khi lộ sáng v định hình,
phim âm bản xuất hiện các mu âm. Khi in ảnh mu, quá trình lộ sáng theo cơ chế
ngợc lại l nhạy cảm với các tia mu âm v nhuộm mu dơng giống nh mu ban
đầu của đối tợng tự nhiên (hình 3.6).
36
Lớp nhạy cảm mu xanh lam tạo lớp nhuộm mu vng
Lọc mu xanh lam
Lớp nhạy mu mu lục tạo mu magenta
Lớp nhạy mu đỏ tạo lớp nhuộm mu cyan
Nền
Lớp đáy
a) Mặt cắt chung
Log độ nhạy
Lớ
p
nhuộm vn

YY
Yellow Blue
MM
Magenta Green
CC
Cyan Red
Để phim
CMY BW
Mu tổn
g
hợ
p
trên
p
him âm bản (sau khi
định hình)
Nhuộm mu Nhạy cảm phổ
Sau khi in tráng ảnh
YY Y
Blue Yellow
MMM
Green Magenta
Phim dơn
g
bản hoặc
ảnh in ra (sau khi định
hình)
CC C
Red Cyan
Để phim

Lớp nhuộm mu đỏ tơi magenta
Lớ
p
nhuộm mu vn
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 mu (theo Lillesand, Thomas M. v Ralph W. Kiefer, 2000)
- Lớp tạo mu Yellow: nhạy cảm với ánh sáng Green.
- Lớp tạo mu Magenta: nhạy cảm với ánh sáng Red.
- Lớp tạo mu Cyan: nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại gần (NIR)
Cả 3 lớp nhũ tơng đều nhạy cảm với ánh sáng Blue v đợc loại ra bằng
cách đặt một fitter phía trên ống kính. Hiện nay, phim hồng ngoại có phủ thêm một
lớp mu vng trong suốt thay thế cho filter.
38
Cần lu ý rằng khái niệm hồng ngoại không nói lên sự nóng m chỉ nói lên
dải hồng ngoại phản xạ dùng để chụp ảnh. Đặc điểm mu của các đối tợng thay đổi
khác nhau giữa phim mu ảnh thờng v phim mu hồng ngoại (bảng 3.1).
Bảng 3.1: Đặc điểm mu của đối tợng trên phim mu thông thờng v hồng ngoại
Đối tợng
Trên phim mu bình
thờng
Trên phim mu hồng
ngoại
Thực vật khỏe:
Lá rộng.
Lá kim.

element) sắp xếp theo hng v cột. Vị trí của mỗi pixel đợc xác định theo tọa độ
hng v cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái. Tùy theo hệ thống quét ảnh m
kích thớc của hình ảnh (diện tích quét trên mặt đất). Ví dụ với hệ thống Landsat
MSS l 185 x 185km, với hệ thống SPOT l 65 x 65km, ảnh NOAA l 2400 x
2400km
- Phần tử ảnh (picture element) l một đơn vị nhỏ nhất về không gian trên
một file ảnh v nó chính l pixel ảnh hay một ô đơn vị trong ma trận ô vuông. Vị trí
của đơn vị ảnh l vị trí dòng v 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 nh
nớc (State plane) Thông số của mỗi pixel trên ảnh l : hng (row), cột ( colum )
39
v giá trị số DN ( digital Number ). Mỗi pixel có 3 giá trị: X, Y v Z. Trong đó X, Y
l tọa độ hng cột v Z l giá trị độ sáng (DN )của hình ảnh v giá trị ny liên quan
đến tính chất phổ của các đối tợng, giá trị Z thờng đợc chuyển thnh giá trị số
của nhiều (0 v 1). Độ sáng của hình ảnh đợc ghi ở 8 bit ( 2
8
= 256) với 256 cấp
độ: 0 l đen v 255 l 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 l
độ phân giải không gian của hình ảnh số.
Ví dụ
: hình ảnh của Landsat MSS (Multispectrial Scanner Satellite) với 4
band phổ có 2.340 đờng quét (với mỗi đờng rộng 79m) v 3.240 cột (mỗi cột rộng
57m) (hình 3.9).
Lợng pixel trong một ảnh đợc tính bằng (số hng)x (số cột) x (số band
phổ), đây l một con số rất lớn (hình 3.8).
Kích thớc của 1 pixel l 57 x 79m song ngời ta tính tơng đối cho độ phân
giải không gian l 79 x 79m. Tổng số pixel trong 1 band của 1 hình ảnh (1 ảnh) l:

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 l tệp header, ví dụ
thông tin về band phổ, độ phân giải, giờ, ngy 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 l tệp dữ liệu.
3.2.2. Phơng thức lu trữ tệp ảnh số
Dữ liệu ảnh số cấu thnh từ 3 tệp ny thông thờng đợc lu trữ theo các cấu
trúc khác nhau l: BSQ, BIL hoặc BIP (hình 3.10).
41
Cấu trúc dữ liệu theo BIL (band interleaved by lines)
Cấu trúc BIL l cấu trúc dữ liệu đợc lu trữ tất cả các băng theo thứ tự dòng
không phụ thuộc vo số kênh. Giá trị số của tất cả các kênh sẽ lần lợt ghi nhận theo
thứ tự từ dòng một cho đến hết. Ghi nhận theo kiểu BIL sẽ cho ra một tệp dữ liệu
chung cho tất cả các kênh ảnh
Cấu trúc dữ liệu kiểu BSQ (band sequential )
Trong cấu trúc dữ liệu kiểu ny tất cả dữ liệu thuộc một kênh ảnh đợc lu trữ
riêng thnh một tệp. Nếu nh ảnh số về một khu vực no đó bao gồm nhiều kênh thì
sẽ có bấy nhiêu tệp về dữ liệu. Ví dụ, ảnh SPOT có ba kênh thì cần có 3 tệp riêng để
lu trữ.
Đờng
quét
pixel
Cấu trúc BSQ
Kênh 1
Kênh 4
Cấu trúc BIL
Quét
đờng 1
Q

Kể từ năm 1982, hình ảnh do vệ tinh thu thờng đợc lu trong một khuôn
dạng chuẩn gọi l khuôn dạng chuẩnthế giới (World Standard Format-WSF), hay
LTWG (Specified by Landsat Technical Working Group).
Mặt khác, hai khuôn dạng dữ liệu l BIL v BSQ cũng đợc chọn l 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.
3.3. Phơng pháp thu nhận ảnh v đặc điểm các loại ảnh trong viễn
thám
Để tạo hình ảnh trong viễn thám có hai phơng pháp: chụp ảnh bằng máy ảnh
theo nguyên tắc quang học v thu ảnh thep phơng pháp quét. Cả hai phơng pháp,
kết quả đều cho ra sản phẩm l hình ảnh của đối tợng, song về nguyên tắc tạo ảnh
v đặc điểm của hình ảnh hon ton khác nhau.
3.3.1. Chụp ảnh theo nguyên tắc khung (Framming)
Sử dụng máy ảnh v phim ảnh để tạo hình ảnh của đối tợng dới mặt đất.
Thông thờng ngời ta áp dụng phơng pháp ny cho việc chụp ảnh máy bay song
cũng có thể chụp từ về tinh hoặc tu vũ trụ. Chụp theo nguyên tắc khung, về ý nghĩa
l chụp một khung lên địa hình để ghi nhận hình ảnh trong thời gian mở ống kính
của máy chụp ảnh.
ảnh đợc chụp đồng thời trong thời điểm mở cửa ống kính máy ảnh, diện tích
mặt đất đợc chụp phụ thuộc vo ống kính của máy ảnh. Những đặc điểm cơ bản
của ảnh chụp theo nguyên tắc khung l: độ phân giải, tỉ lệ ảnh v độ lệch của địa
hình l những đặc điểm cần quan tâm.
43
Thông thờng cách chụp ảnh có hai kiểu: chụp đứng v xiên. Chụp đứng khi
máy ảnh có trục của máy nằm theo phơng thẳng đứng. Tuy nhiên chụp thẳng đứng
tuyệt đối thờng không đạt đợc v bao giờ cũng có độ lệch nhất định, độ lệch đó
từ 1-3 độ. Khi trục của máy ảnh nằm xiên thì ảnh thu đợc gọi l ảnh chụp nghiêng.
Nếu trên ảnh xuất hiện đờng chân trời thì lúc đó, độ nghiêng của máy ảnh l quá

Vùn
g
chụ
p
Hớn
g
ba
y
Hệ gơng
quay
Phim tịnh tiến sau mỗi lần
thấu kính quay
Hình 3.12: Nguyên lý họat động của máy ảnh ton cảnh
(Theo Lllesand v Kiefer, 1987)
x Máy ảnh chụp ton cảnh:
L loại máy ảnh sử dụng để chụp có hình ảnh khái quát về một vùng rộng
lớn. Trong quá trình chụp, máy có sự quay đồng thời ống kính trong quá trình chụp
(hình 3.12).
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

Bộ phận lu
dữ liệu
Gơn
g
dao độn
g
Thấu kính
Độ cao
918km
Góc quét
11.56
0
4 kênh
phổ
6 đầu ghi phổ trên một dòng
v một kênh
Đờng quét hiện hnh
từ tây sang đông
6 đờng quét
sau một lần quét
độ rộn
g
185
km
Vệt quét
mặt đất
Tâ
y
Nam
đôn

quét nghiêng
Hình 3.16: Các kiểu quét tạo ảnh ( Floy.Sabin 1987).
x Thiết bị thu phổ quét ngang
Hệ quét phổ ngang l hệ m đờng quét phổ vuông góc với đờng bay của
máy bay. Cấu trúc một hệ quét phổ ngang bao gồm: một gơng quay, hay gơng
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 v 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 l góc hình nón (góc E) vuông góc với
mặt đất, có diện quét phủ bởi gơng quay. Trờng nhìn tức thì ny tơng ứng với
đơn vị phân giải mặt đất. Diện phủ của gơng trên mặt đất l một vòng tròn có
đờng kính D v đợc tính theo công thức:
D = H'E
Hình 3.18: Trờng nhìn tức thì
v diện phủ vòng tròn trên mặt
đất chụp ảnh quét đa phổ
(Theo Thomas M. Llillesand v
Ralph W. Kiefer) 1999
Trờn
g
nhìn tức
thời (IFOV)-

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) m chúng
thờng nhỏ hơn (hình 3.19). Khoảng cách ny 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
l 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 ny còn gọi
l khoảng cách lấy mẫu trên mặt đất (GDS) v cũng l 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 v kích thớc của pixel theo IFOV).
x Thiết bị thu phổ quét dọc
Quét đa phổ dọc, hay còn gọi l quét chổi (pushbroom), đợc thực hiện theo
nguyên tắc: máy đo phổ quét ảnh đa phổ theo khoảng mở mặt đất dọc theo hớng
bay của máy bay. Hình 3.27 minh họa cho nguyên lý đo phổ ny.
50
Nguyên tắc thu ảnh quét phổ dọc khác với quét phổ ngang. Trong quét phổ
ngang dùng gơng, còn quét phổ dọc đo phổ dùng hệ chuỗi đo phổ (ditector). Chuỗi
đo phổ tuyến gồm bộ đo phổ ghép cặp đôi liền kề nhau (Charge-coupled-Devices -
CCDs). Mỗi một đầu ghi trong chuỗi tuyến sẽ ghi phổ theo cột (có phơng trùng với
hớng bay) v định độ phân giải trên mặt đất theo IFOV của đầu ghi ny. Trên ảnh
số, độ phân giải đợc xác định theo khoảng thời gian 'T khi chuyển tín hiệu alalog

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
Hình 3.27: Nguyên tắc quét đa phổ kiểu dạng tuyến
51
2 0,42 0,45 Xanh lơ (blue)
3 0,45 0,50 Xanh lơ (blue)
4 0,50 0,55 Xanh lá cây (gree)
Band
Bớc sóng (
P
m)
Vùng phổ
5 0,55 0,60 Xanh lá cây (green
6 0,60 0,65 Đỏ (red)
7 0,65 0,70 Đỏ (red)
8 0,70 0,75 Hồng ngoại phản xạ (Reflected IR)
9 0,75 0,80 Hồng ngoại phản xạ (Reflected IR)

(ảnh radar), 10 m (SPOT), v 1 km (ảnh vệ tinh NOAA). Một ảnh số có độ phân giải
cng cao l ảnh có kích thớc pixel cng 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 l 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 l số lợng kênh ảnh của một ảnh số về một khu vực no đó.
Số lợng kênh ảnh phụ thuộc vo khả năng ghi phổ của thiết bị ghi hay bộ cảm. Độ
phân giải phổ cao nhất đạt đến hơn 200 kênh gọi l 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 l Ka,K,Ku,X,C,S,L,P( sẽ
nêu chi tiết ở chuơng 6)
53
Độ
p
hân
g
iải mặt đất theo
IFOV
Độ rộng của
p
ixel theo t
ỷ
số
mẫu
c) Độ phân giải thời gian: