Bộ tài nguyên và môi trờng
Trung tâm viễn thám

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ đề tài

Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật
xử lý ảnh viễn thám độ phân giải cao
cho mục đích thành lập bản đồ chuyên
đề tỷ lệ 1:10000 và lớn hơn
Chủ nhiệm đề tài: ts . nguyễn xuân lâm

6445
09/8/2007
Hà Nội- 2007


bộ tài nguyên và môi trờng
trung tâm viễn thám
108 Đờng Chùa Láng - Quận Đống Đa - Hà Nội
---------------***---------------

báo cáo tổng kết khoa học v kỹ thuật
đề ti:

Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật xử lý
ảnh viễn thám độ phân giải cao cho mục đích
thnh lập bản đồ chuyên đề
tỷ lệ 1:10000 v lớn hơn.
Số đăng ký:...........

Hà Nội, ngày

chủ tịch hội đồng

tháng

năm 2007

cơ quan quản lý đề ti
TL. bộ trởng
bộ tài nguyên và môi trờng
Q. vụ trởng vụ khoa học công nghệ

TS. Lê Kim Sơn
H nội, 6- 2007


Danh sách những ngời thực hiện đề ti

1. TS. Nguyễn Xuân Lâm

Trung tâm Viễn thám

Chủ nhiệm đề tài
2. KS. Nguyễn Khánh Linh

Trung tâm Viễn thám

3. KS. Nguyễn Việt An

Trung tâm Viễn thám


- Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm nhằm ứng dụng ảnh phân giải cao
(SPOT5 2,5 m, QUICK BIRD, IKONOS v.v...) cho bản đồ tỷ lệ lớn, cụ thể là hỗ trợ
thông tin trong hiện chỉnh và thành lập bản đồ, trong suy giải các yếu tố mặt đất phục
vụ thành lập một số loại bản đồ chuyên đề nh hiện trạng sử dụng đất, hiện chỉnh bản
đồ nền, biến động đất đô thị,v.v...
- Đề xuất quy trình công nghệ và thử nghiệm ở một khu vực xác định.
Đề tài đã áp dụng phơng pháp nghiên cứu nh sau: Thu thập thông tin, tài liệu
hiện có tìm hiểu khả năng lý thuyết của ảnh phân giải cao và siêu cao cho mục đích
bản đồ. Nghiên cứu tìm hiểu đặc tính kỹ thuật của các loại ảnh vệ tinh phân giải cao
hiện nay. Thực nghiệm trên các ảnh phân giải cao và siêu cao hiện có ở Việt Nam nh
ảnh SPOT5, Qickbird, IKONOS nhằm khảo sát ảnh hởng của các yếu tố nh độ chính
xác điểm khống chế ảnh, số lợng điểm khỗng chế sử dụng trong mô hình và phân bố
đồ hình của chúng, mô hình nắn chỉnh hình học và mô hình số độ cao để đảm bảo cho
việc nắn ảnh đạt độ chính xác hình học cao. Nghiên cứu độ chính xác đạt đợc cho
việc thành lập bình đồ ảnh vệ tinh.
Khảo sát khả năng thông tin của ảnh, đáp ứng nhu cầu khai thác thông tin cho
nội dung bản đồ tỷ lệ lớn và công tác hiện cỉnh bản đồ nền tỷ lệ 1:10 000 và lớn hơn,
lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ đô thị.v.v...
Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quy trình công
nghệ nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh phân giải cao và quy trình hiện chỉnh bản đồ nền,
bản đồ sử dụng đất và bản đồ đô thị tỷ lệ 1:10000 và 1:5000.


Xác định một khu vực cụ thể và tiến hành thử nghiệm theo quy trình đề xuất.
Sản phẩm của đề tài gồm có:
1-Báo cáo nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho mục đích bản đồ tỉ lệ
lớn.
2-Quy trình công nghệ lập bản đồ chuyên đề tỉ lệ lớn bằng ảnh vệ tinh.
3- Sản phẩm thực nghiệm : Các bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề (ví dụ minh hoạ
công nghệ).

II.1.4.1.1 Trờng hợp cảnh ảnh vệ tinh đơn:...................................................27
II.1.4.1.2 Thử nghiệm trên khối ảnh vệ tinh ...................................................31
II.1.4.2Khảo sát nắn ảnh QUICK BIRD..................................................................37
II.1.5 Nghiên cứu ảnh hởng của DEM:.....................................................................38
II.1.6 Các giải pháp nâng cao độ chính xác nắn chỉnh hình học: ..............................40
II.2 Nghiên cứu khả năng điều vẽ ảnh phân giải cao và các giải pháp nâng cao độ tin
cậy kết quả giải đoán cho bản đồ chuyên đề. .....................................................................41
II.2.1- Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh .................................................................41
II.2.1.1 ảnh SPOT Panchromatic phân giải 10 m ....................................................41
II.2.1.2 ảnh SPOT 5 màu tự nhiên phân giải 2,5 m ................................................43
II.2.1.3 ảnh phân giải siêu cao:...............................................................................44
II.2.2- Giải pháp kỹ thuật nâng cao độ tin cậy giải đoán ảnh vệ tinh: .......................46
Chơng III: Nghiên cứu quy trình thnh lập một số bản đồ
chuyên đề bằng ảnh vệ tinh , Thực nghiệm v đánh giá ...............49
III.1- Các bản đồ chuyên đề thử nghiệm: ...........................................................................49
III.2- Quy trình công nghệ đề xuất để xử lý ảnh vệ tinh phân giải cao để thành lập bản
đồ chuyên đề tỷ lệ lớn.........................................................................................................50
III.2.1 Quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh: .......................................50
III.2.2 Hiện chỉnh bản đồ :..........................................................................................53
1


III.2.2.1 Tài liệu sử dụng. ........................................................................................55
III.2.2.2 Khối lợng công việc đã làm.....................................................................56
III.2.2.3 Đánh giá về công việc điều vẽ 1/10000.....................................................56
III.2.3 Thực nghiệm thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất....................................59
III.2.3.1 Sơ đồ qui trình công nghệ:.........................................................................59
III.2.3.2 T liệu sử dụng: .........................................................................................60
III.2.3.3. Nội dung công việc đã tiến hành: .............................................................60
III.2.4 Thực nghiệm thành lập bản đồ diễn biến đất ven đô bằng ảnh QUICK

Hình II- 6: Đồ thị sai số đối với cảnh ảnh 271307 ......................................................29
Hình II- 7: Đồ thị sai số đối với dải ảnh 271308-271309 ở khu vực có địa hình bằng phẳng .....30
Hình II- 8 : Đồ thị sai số đối với dải ảnh ở khu vực có chênh cao địa hình lớn .........31
Hình II- 9: Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh theo phơng án 1 ........................32
Hình II- 10 : Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh theo phơng án 2 .....................32
Hình II- 11 : Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh theo phơng án 3 .....................33
Hình II- 12 : Đồ thị sai số trung phơng vị trí điểm đối với khối ảnh vệ tinh ...............33
Hình II- 13 : Đồ hình bố trí điểm treo 1 góc trên cảnh ảnh đơn đối với vùng có độ cao
trung bình 1m ........................................................................................................35
Hình II- 14 : Đồ hình bố trí điểm treo 1 góc trên cảnh ảnh đơn đối với vùng có độ cao
trung bình 70m ......................................................................................................35
Hình II- 15: Đồ hình bố trí điểm treo 1 góc trên dải ảnh gồm 2 ảnh đơn......................36
Hình II- 16: sai số vị trí của các điểm khống chế mặt đất khi sử dụng 12 điểm KCA..37
Hình III- 1: Sơ đồ quy trình nắn ảnh vệ tinh..................................................................50
Hình III- 2 : Sơ đồ bố trí điểm khống chế ảnh vệ tinh theo cảnh ảnh đơn.....................51
Hình III- 3 : Sơ đồ bố trí điểm khống chế ảnh vệ tinh theo segment.............................52
Hình III- 4 : Sơ đồ quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ nền tỷ lệ lớn bằng ảnh vệ tinh.............54
Hình III- 5 : Sơ đồ qui trình công nghệ .........................................................................59
Hình III- 6 : Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ đất ven đô bằng ảnh QUICK BIRD.....................65
Hình III- 7 : Bản đồ hiện trạng sử dụng đất ven đô .......................................................69
Hình III- 8: Sơ đồ quy trình công nghệ lập bản đồ biến động đất đô thị.......................69
Hình III- 9 : ảnh vệ tinh khu vực thực nghiệm .............................................................70
Hình III- 10 : Kết quả phân loại và xử lý sau phân loại đất đô thị từ ảnh vệ tinh.........71
Hình III- 11 : Kết quả sau khi phân tích, tính toán biến động đất đô thị giai đoạn 2001-2005......72
Hình III- 12 : Biểu đồ biến động đô thị khu vực quận Cầu Giấy, Hà Nội giai đoạn 2001-2005 ...73

3


Danh mục bảng biểu

là lớn nhất đối với một loại ảnh vệ tinh cụ thể
+Độ tin cậy kết quả điều vẽ trên ảnh vệ tinh đáp ứng cho tỷ lệ bản đồ nào
+ Các giải pháp nào có thể đợc áp dụng để nâng cao khả năng ứng dụng
của ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao.
Với mục đích nêu trên Trung tâm Viễn thám đề xuất và thực hiện đề tài có tên
gọi là: Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám độ phân giải
cao cho mục đích thành lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1: 10 000 và lớn hơn .
Thời gian thực hiện

12 tháng (từ tháng 6/2005 đến tháng 6/2006)

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Xuân Lâm
Học hàm, học vị, chuyên môn: Tiến sỹ
Chức vụ:

Phó giám đốc

Cơ quan: Trung tâm Viễn thám

Địa chỉ: 108 phố Chùa Láng - Đống Đa - Hà Nội

Điện thoại: 8 343 811

Cơ quan chủ quản: Bộ Tài nguyên và Môi trờng
Cơ quan chủ trì: Trung tâm Viễn thám
Mục tiêu đề tài là:
- Xác định giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh phân giải cao (nh SPOT5 2,5 m,
IKONOS,v.v...) cho thành lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn, cụ thể nh trong hiện
chỉnh và thành lập bản đồ địa hình, lập bản đồ hiện trạng và bản đồ biến động sử
dụng đất, bản đồ xói mòn tiềm năng, v.v...

sử dụng trong mô hình) để đảm bảo cho việc nắn ảnh đạt độ chính xác hình
học cao. Đo bổ sung các điểm khống chế ảnh bằng GPS khi cần thiết. Khảo
sát các phơng pháp mô hình hóa ảnh phân giải cao trên các phần mềm mô
hình hóa ảnh hiện có tại Trung tâm Viễn thám, lựa chọn phơng pháp thích
hợp. Nghiên cứu độ chính xác đạt đợc cho việc thành lập bình đồ ảnh vệ
tinh độ phân giải cao.



Khảo sát khả năng thông tin của ảnh, đáp ứng nhu cầu khai thác thông tin
cho nội dung bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn trong công tác địa chính, lập bản đồ
hiện trạng sử dụng đất v.v....



Nghiên cứu các phơng pháp khai thác thông tin từ ảnh vệ tinh để thành lập
bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn.



Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất quy trình thành lập bản đồ chuyên đề tỷ
lệ lớn.

6




Xác định một khu vực cụ thể và tiến hành thử nghiệm và hoàn thiện quy
trình đề xuất.

hành. Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98,7o
thời điểm bay qua xích đạo là 10h30 sáng và chu kỳ lặp 26 ngày. Khả năng chụp
nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với
góc chụp nghiêng khác nhau.
Vệ tinh SPOT - 5, phóng lên quỹ đạo ngày 03 tháng 5 năm 2002, đợc trang bị
một cặp Sensors HRG (High Resolution Geometric), là loại Sensor u việt hơn các loại
trớc đó. Mỗi một Sensor HRG có thể thu đợc ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và
10 m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt đuợc ảnh độ phân giải 2,5 m,
trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60 km đến 80 km.
Đây chính là u điểm của ảnh SPOT, điều mà các loại ảnh vệ tinh khác cùng
thời đều không đạt đợc độ phân giải này. Kỹ thuật thu ảnh HRG (High Resolution
Geometric) cho phép định vị ảnh với độ chính xác trên 50 m nhờ hệ thống định vị vệ
tinh DORIS và Star Tracker lắp đặt trên vệ tinh. Trên vệ tinh SPOT - 5 còn lắp thêm hai
máy chụp ảnh nữa.
Máy thứ nhất HRS (High Resolution Stereoscopic) - Máy chụp ảnh lập thể lực
phân giải cao. Máy này chụp ảnh lập thể dọc theo đờng bay với độ phủ 120x600 km.
Nhờ ảnh lập thể độ phủ rộng này mà tạo lập mô hình số độ cao (DEM) với độ chính
xác trên 10m mà không cần tới điểm không chế mặt đất.
Máy chụp ảnh thứ hai mang tên VEGETATION, giống nh VEGETATION lắp
trên vệ tinh SPOT4 hàng ngày chụp ảnh mặt đất trên một dải rộng 2250 km với kích
thớc phần tử ảnh (pixel) 1x1 km trong 4 kênh phổ. ảnh VEGETATION đợc sử dụng
rất hữu hiệu cho mục đích theo dõi biến động địa cầu và đo vẽ bản đồ hiện trạng đất.
ảnh SPOT đợc sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sử dụng đất, hiện trạng đất,
đo vẽ bản đồ và theo dõi biến động môi trờng nh mất rừng, xói mòn, phát triển đô thị
v.v... ảnh SPOT5 có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5 m mở ra triển vọng
của nhiều ứng dụng mà trớc đây chỉ có thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay nh
8


thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, quy hoạch đô thị, quản lý điều hành sân bay, bến cảng, quản


Thiết bị phóng

Boeing Delta II

Địa điểm phóng

Vandenberg Air Force Base, Caliornia

Độ cao quỹ đạo

450 km

Góc nghiêng quỹ đạo

97.2 độ, đồng bộ mặt trời

Tốc độ

7.1 km/giây

Thời gian cắt qua xích đạo

10h 30 sáng (điểm đi xuống)

Thời gian hoàn thành một quỹ đạo

93.5 phút

Thời gian lặp lại một vị trí

Từ khi phóng thành công vệ tinh Quickbird Digital Globe và có thể thu nhận
đợc dữ liệu, ảnh Quickbird nhanh chóng đợc đa ra và sử dụng một cách phổ thông
và rộng rãi để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng dữ liệu vệ tinh phân giải cao.
Lần đầu tiên vệ tinh cho ra ảnh toàn sắc panchromatic và ảnh đa phổ
Multispectral với độ phân giải 61 - 72 cm và 2.44 - 2.88 m, phụ thuộc vào hình ảnh
10


nadir thu nhận đợc với góc (0 - 25 độ). Bởi thế các đầu thu (sensor) có thể phủ trùm
độ rộng từ 16,5 - 19 km trong khi quét vuông góc với hớng chuyển động của vệ tinh
(across - track direction). Thêm vào đó theo hớng dọc (along - track) và hớng ngang
(across - track) có thể cung cấp một cặp ảnh lập thể với tần suất chụp lặp từ 1 - 3.5
ngày. Kết quả, dữ liệu có thể có nhiều khuôn dạng khác nhau, giữ liệu thô (Basic
Imagery), loại này đợc bảo toàn thông số hình học của vệ tinh, loại dữ liệu này đợc
quan tâm hơn trong trắc địa ảnh, cụ thể là tăng dày, đo vẽ và thành lập bản đồ. Sử dụng
loại dữ liệu thô này cho kết quả độ chính xác hiệu chỉnh hình học cao và sản phẩm về
ảnh phổ tốt hơn nhiều.
1.1.3 IKONOS

Hình I- 2 : Vệ tinh IKONOS
Vệ tinh viễn thám IKONOS đợc phóng lên quỹ đạo ngày 24 tháng 9 năm 1999
và do Space Imaging LLC của Mỹ quản lý, điều hành. Vệ tinh IKONOS là loại vệ tinh
phân giải cao, nó cho ảnh vệ tinh đa phổ với độ phân giải 3,2 m và ảnh toàn sắc với độ
phân giải 0,82 m. Đây là thế hệ vệ tinh thơng mại đầu tiên cung cấp ảnh chụp mặt đất
độ phân giải siêu cao 1 m. Các kênh đa phổ có độ phân giải mặt đất là 4 m, gồm kênh:
xanh chàm (0,45 - 0,52 m), xanh lục (0,51 - 0,60 m), đỏ (0,63 - 0,70 m), cận hồng
ngoại (0,76 - 0,85 m). Kênh toàn sắc (0,45 - 0,90 m) có độ phân giải 1 m.
Một cảnh ảnh IKONOS chuẩn có kích thớc 11x11km. Vệ tinh có thể chụp một
dải rộng 11 km và dài 1000 km liên tục hoặc chụp và tạo ảnh ghép thành khối rộng tới
12.000 km2.

Nadir :
0,82 m Panchromantic
3,2 m Multispectral
26o off Nadir
1,0 m Panchromantic
4,0 m Multispectral
11,3 km ở kiểu quét Nadir
13,8 km ở kiểu quét off - Nadir

Độ rộng dải quét ảnh
Thời gian bay qua mặt phẳng xích đạo

Bình thờng khoảng 10h30

Thời gian chụp lặp
Kênh ảnh

Xấp xỉ 3 ngày tại 40o kinh tuyến
Panchromatic (toàn sắc),xanh lam,
xanh lá cây, đỏ, cận hồng ngoại

Với ảnh viễn thám IKONOS, có thể làm đợc nhiều việc mà trớc đây chỉ có
thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay. Các ứng dụng ảnh IKONOS tập trung chủ yếu
vào nhiệm vụ quy hoạch và theo dõi các đề án lớn, quản lý sân bay, bến cảng, quản lý
và theo dõi thảm họa, tai biến thiên nhiên, quản lý rừng và theo dõi môi trờng, lập bản
đồ vùng bờ, nghiên cứu thực vật nhiệt đới, v.v ...

Hình I- 3 : ảnh vệ tinh IKONOS khu Thành cổ Hà nội

12

Bản đồ ảnh vệ tinh chuyên đề

2 - Về công dụng:
Bản đồ thông thờng cho ta biết các thông tin về vị trí, bản chất, mối quan hệ
giữa các đối tợng cần quan tâm .
Bản đồ ảnh địa hình cha suy giải chỉ cho ta biết về vị trí của đối tợng mà cha
thể cho ta biết về bản chất và mối quan hệ giữa các đối tợng. Nếu dùng bản đồ ảnh
chuyên đề và bản đồ đờng nét truyền thống sau khi đã suy giải thì sẽ cho ta biết đợc
tất cả các thông tin đó.
3- Về sản phẩm bản đồ ảnh:
Tuỳ thuộc vào quy trình công nghệ, bản đồ ảnh đợc sử dụng dới dạng số hoặc
dạng giấy ảnh, hoặc cả hai dạng. Bản đồ ảnh đợc sản xuất dới dạng số với các khuôn
13


dạng khác nhau. Các khuôn dạng xuất ảnh số phải bảo đảm có cả toạ độ đi kèm, các
khuôn dạng đó là TIFF, GEOTIF , v.v... Bản đồ ảnh dạng số có thể sử dụng trực tiếp
để suy giải trong các hệ thống xử lý ảnh số. Thông thờng trong sản xuất , ngời ta
xuất bản đồ ảnh dới dạng giấy ảnh.
Để đảm bảo đọc đợc hình ảnh bằng mắt thờng, độ phân giải của bản đồ ảnh
phải đạt đợc ít nhất là 5 pixels/mm. Khi cần có hình ảnh nét, chất lợng cao nên in
bình đồ ảnh với độ phân giải 8 pixels/mm.
* Tóm lại:
Về hình thức bản đồ ảnh vệ tinh giống nh bản đồ truyền thống về khía cạnh
hình học và các thông tin cơ bản nh lới tọa độ ...
Về nội dung có thể chia ra:
- Bản đồ ảnh vệ tinh địa hình: trên đó số liệu ảnh cha đợc suy giải, các yếu tố có
thể thêm vào là địa danh, đờng giao thông...hoặc điểm độ cao...và kèm theo mô tả
trong chú giải.
- Bản đồ ảnh vệ tinh chuyên đề: trên đó ảnh đã đợc suy giải theo chuyên đề đối

v.v... ảnh hởng nhiều đến khả năng khai ứng dụng của ảnh vệ tinh trong lĩnh vực này.
Dù sao các loại ảnh này vẫn thể hiện một tiềm năng ứng dụng cho việc thành lập nền
bình đồ trực ảnh khu vực đô thị ở tỷ lệ 1:10 000 và 1:5000. Với nền ảnh này có thể lập
một số bản đồ khu vực đô thị.
Trong thực tế còn nhiều thể loại bản đồ chuyên đề khác sử dụng ảnh vệ tinh.
Tuy nhiên tất cảc các loại bản đồ này đều đợc biên tập và thành lập trên cơ sở bình đồ
ảnh vệ tinh đã đợc nắn chỉnh và xử lý hình học
Trong cả 3 loại bản đồ nêu trên, các thử nghiệm sẽ đợc tiến hành với nhiều loại địa
hình khác nhau.

I.4. Các phơng pháp đo vẽ ảnh thành lập bản đồ :
Trong phơng pháp đo vẽ ảnh hàng không thông thờng áp dụng 2 phơng pháp
chính để thành lập bản đồ địa hình. Một là phơng pháp toàn năng và phơng pháp
khác là phơng pháp kết hợp.
Theo phơng pháp toàn năng, ảnh hàng không ở tỷ lệ gốc đợc xử lý trên các
máy đo vẽ toàn năng hoặc các máy đo vẽ ảnh số, tỷ lệ bản đồ thành lập thông thờng
lớn hơn tỷ lệ ảnh từ 3-5 lần (cá biệt có thể khai thác thông tin địa vật tới tỷ lệ đo vẽ lớn
hơn đến 10 lần) là đảm bảo độ chính xác đo vẽ địa hình dáng đất. Quá trình đo vẽ địa
vật cũng đợc thực hiện trực tiếp trên máy đo vẽ.
Theo phơng pháp kết hợp, ảnh hàng không đợc xử lý nắn chỉnh hình học về
hệ quy chiếu bản đồ và in thành bình đồ ảnh trên giấy ở tỷ lệ bản đồ thành lập. Các
thông tin địa hình và địa vật đợc đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng các máy toàn đạc.
Do hiện nay việc đo vẽ dáng đất từ ảnh vệ tinh ít đợc sử dụng. Khai thác thông
tin từ ảnh vệ tinh chủ yếu là các thông tin địa vật, nên ảnh vệ tinh chủ yếu đợc khai
thác thông qua phơng pháp tơng tự nh phơng pháp kết hợp. Theo phơng pháp này
15


quá trình đo vẽ thực địa trên nền bình đồ ảnh đợc hạn chế bằng việc chỉ điều vẽ ảnh
vệ tinh. Nội dung của công việc điều vẽ này bao gồm từ khâu điều vẽ nội nghiệp tới

16


ảnh hàng không vẫn sử dụng trong đo vẽ bản đồ là ảnh đợc chụp trên nền
phim thông qua xử lí hoá ảnh. Trong đo ảnh hàng không, khái niệm độ phân giải của
ảnh đợc biểu diễn bằng số cặp đờng nét trắng đen phân biệt đợc trên đơn vị độ dài
1mm. ảnh hàng không có độ phân giải trung bình là 40 đờng nét/1mm, nghĩa là một
vật nhỏ nhất có thể ghi đợc trên ảnh với độ lớn tơng ứng là 1mm/40 = 0,025 mm có
thể nhận biết đợc trên ảnh. Điều này cũng cho thấy độ chính xác của ảnh hàng không
là rất cao với độ chi tiết nh thế. ảnh hàng không tơng tự nh vậy đợc xử lý bằng
phơng pháp đo vẽ toàn năng. Trong đo vẽ ảnh số, ảnh hàng không trên phim phải
thông qua một quá trình quét phim trên các máy quét độ chính xác cao để chuyển
thành dạng số mới đa vào máy tính để xử lý đợc.
Đối với ảnh hàng không số, khả năng nhận biết và giải đoán ảnh để tạo file địa
vật và khả năng bắt điểm độ cao để tạo file địa hình đợc mô tả bằng lí thuyết lấy lại
mẫu ảnh. Quá trình từ phát hiện đến nhận biết điểm đòi hỏi vật phải có độ lớn tối thiểu
tơng ứng trên ảnh bằng 2 đến 3 pixel. Đây là điều kiện ngỡng và chính là độ phân
giải của ảnh. ảnh có độ phân giải là 1m có nghĩa là độ lớn pixel thực địa GSD (Ground
sampling distance - độ lớn tối thiểu của vật ở thực địa có thể đợc ghi trên CCD là 1m)
và khả năng phát hiện và nhận biết vật trên ảnh đòi hỏi vật đó phải có độ lớn từ 2 đến 3
lân pixel. Nếu thiết bị quét ảnh có đờng kính cửa mở ống quang học là d và trục
quang trùng với phơng dây dọi, với bớc sóng ánh sàng trong dải quang phổ toàn
sắc panchomatic, góc tán xạ ánh sáng (đơn vị mi-li-ra-đi-an) tơng ứng với độ lớn tối
thiểu của địa vật ngoài thực địa (độ lớn pixel thực địa = GSD) nhìn từ độ cao H, đợc
ghi nhận trên con chip CCD của bộ cảm biến, sẽ có mối liên hệ sau:
GSD (m) = .H = (1,22 /d) . H

(1)

Theo số liệu của nhà cung cấp dịch vụ

450 km

0,55 m

I.6. Mối quan hệ giữa tỷ lệ bản đồ thành lập và độ phân giải ảnh vệ tinh [2]
Mối liên hệ giữa dung lợng thông tin của ảnh và bản đồ :
Giữa dung lợng thông tin trên bản đồ và dung lợng thông tin trên ảnh có mối
quan hệ chặt chễ. Đặc biệt là khi thành lập bản đồ bằng phơng pháp ảnh thì mức độ
17


thông tin trên bản đồ phụ thuộc trực tiếp vào mức độ thông tin của ảnh. Với ảnh số mối
liên hệ này thể hiện thông qua độ lớn pixel thực địa (GSD) của ảnh và tỷ lệ bản đồ
1 : Mb . Giá trị GSD càng nhỏ thì dung luợng thông tin trên ảnh càng lớn, cho nên dung
lợng thông tin trên bản đồ càng phong phú.
Trong ảnh số nói chung và đo ảnh vệ tinh nói riêng :
- Mỗi đờng quét ảnh ở mỗi thời điểm khác nhau, có tâm chiếu khác nhau và
góc xoay nghiêng cũng khác nhau, một cảnh ảnh bao gồm nhiều đờng quét.
- Hai thiết bị quét ảnh số mặc dù có cùng độ lớn pixel thực địa GSD (độ lớn
tối thiểu của vật ở thực địa có thể ghi trên CCD), nhng độ lớn pixel trên ảnh sẽ khác
nhau và tỷ lệ sẽ khác nhau.
Phụ thuộc vào khả năng phân biệt của mắt ngời và độ chính xác khi in bản đồ,
vật có kích thớc nhỏ nhất đợc thể hiện trên bản đồ có độ lớn không nhỏ hơn 0.2mm.
Để vật trên ảnh có thể dợc giải đoán đòi hỏi vật đó phải có độ lớn tối thiểu trên ảnh là
2 đến 3 pixel. Do vậy, độ lớn pixel của vật đó trên bản đồ sẽ là 0.2mm/(2 đến 3) =
(0.07 đến 0.1)mm.
Rõ ràng, giữa dung lợng thông tin ảnh số và bản đồ có mối liên hệ thông qua
độ lớn pixel thực địa GSD và mẫu số tỷ lệ bản đồ Mb nh sau [3]:
(2)
GSD (m) = (0.07 đến 0.1) Mb


Từ công thức (1) và (2) chúng ta có mối liên hệ hàm số giữa mẫu số tỷ lệ bản đồ
và các tham số , d, H nghĩa là Mb = F(,d,H) có dạng sau :
Mb =

H
1.22
(0.07 0.1) d

(3)

Qua công thức (3) chúng ta nhận thấy tỷ lệ bản đồ cần thành lập từ ảnh vệ tinh
phân giải cao không phụ thuộc vào độ dài tiêu cự f của thiết bị quét ảnh quang điện
(trong công thức (3) không thấy sự xuất hiện của f mà chỉ phụ thuộc vào độ mở ống
18


kính d và độ cao quĩ đạo H. Nghĩa là không tồn tại mối quan hệ giữa tỷ lệ ảnh Ma và tỷ
lệ bản đồ Mb nh trong ảnh hàng không.
Độ lớn pixel thực địa GSD là một thông số quan trong để đánh giá chất lợng và
dung lợng thông tin của ảnh vệ tinh độ phân giải cao và đợc coi là giá trị lí thuyết.
Trong thực tế chúng ta có thể kiểm nghiệm giá trị này thông qua phân tích mặt cắt giá
trị độ mờ quang học của ảnh tại các vùng có giá trị đột biến dựa vào hàm biến đổi MTF
( Modulation transfer function). Bảng (3) giới thiệu giá trị lí thuyết và và giá trị thực tế
kiểm nghiệm độ lớn pixel thực địa của một số ảnh vệ tinh độ phân giải cao và tỷ số
biến đổi k.
ảnh vệ tinh

Bảng I- 5 : Giá trị lý thuyết và thực nghiệm của GSD (m)
GSD t

1 :10 000 và 1 :7000 tơng ứng.
Về mặt địa vật, khi thành lập bản đồ trực ảnh, nếu chấp nhận bản đồ trực ảnh có
độ phân giải 8 pixel/1mm thì ảnh SPOT5 cho phép thành lập bình đồ trực ảnh 1:
20000, ảnh IKONOS và Quickbird cho phép thành lập bình đồ trực ảnh 1: 8000 và 1:
5000 tơng ứng.
Bởi vì :

độ phân giải SPOT5 = 2,5m = (1mm/8) x 20.000
độ phân giải IKONOS = 1 m = (1mm/8) x 8.000
độ phân giải Quickbird = 0,62 m (1mm/8) x 5.000

Nếu bình đồ trực ảnh đợc lập với độ phân giải 5 pixel/mm thì ảnh SPOT 5 cho
phép thành lập bình đồ trực ảnh 1: 12500 , ảnh IKONOS và Quickbird cho pháp thành
lập bình đồ trực ảnh 1: 5000 và 1: 3000.
Bởi vì :

độ phân giải SPOT5 = 2,5m = (1mm/5) x 12.500
độ phân giải IKONOS = 1 m = (1mm/5) x 5.000
độ phân giải Quickbird = 0,62 m (1mm/5) x 3.000
19


Đây chính là một số nội dung về tiềm năng bản đồ của ảnh vệ tinh phân giải cao
ở tỷ lệ thích hợp dựa vào độ lớn pixel thực địa của ảnh. Một công đoạn cực kì cần thiết
trớc khi sử dụng ảnh vệ tinh phân giải cao vào sản xuất là cần thiết tiến hành khảo sát
thực tiễn. Công đoạn này không chỉ khảng định sự đúng đắn của cơ sở lí thuyết mà
còn chứng minh trình độ áp dụng công nghệ của cơ sở sản xuất và hiệu quả kinh tế
trong ứng dụng.
Kết luận kết quả nghiên cứu Chơng I:
- ảnh vệ tinh phân giải cao đợc thu nhận bằng các máy thu(sensor) có chất