Giáo trình Viễn thám cơ sở - Phần 1

Nội dung text: Giáo trình Viễn thám cơ sở - Phần 1

1. NỘI DUNG YÊU CẦU THỰC HÀNH VIỄN THÁM CƠ SỞ I. YÊU CẦU BÀI TẬP CHO TỪNG SINH VIÊN Mỗi sinh viên sau phần thực hành sẽ phải hoàn thành bắt buộc nội dung 4 bài thực hành Nội dung mỗi bài: 1. Các kết quả sinh viên đã thực hiện 2. Một bài viết (*.doc) 1 trang A4 nhận xét các kết quả thực hành Kết quả của mỗi sinh viên sẽ chép vào thực mục: 1. vào 2. sharesinhvien pass là sharesinhvien 3. Tạo tên nhóm (vd: nhom_2 là kết quả các sinh viên nhóm 2) 4. Trong Nhom_2 tạo thư mục kết quả từng sinh viên của nhóm và chép kết quả thực hiện vào II. BÀI TẬP NHÓM Trên cơ sở các bài tập đã thực hiện của các sinh viên trong nhóm, Nhóm thực hiện tổng hợp kết quả làm thành một bài tiểu luận cho phần thực hành. 1. Các kết quả sinh viên đã thực hiện (đọc ảnh, tăng cường chất lượng, nắn chỉnh ảnh, phân loại ảnh) 2. Một bài viết (*.doc) 1 trang A4 nhận xét các kết quả thực hành III. YÊU CẦU MỘT SỐ NỘI DUNG BÀI THỰC HÀNH Bài 1: Đọc ảnh Trong bài 1 SV phải thực hiện và nhận xét các nội dung: 1. Các đặc điểm nguồn dữ liệu ảnh (hàng, cột, ) 2. Nhận dạng ít nhất 3 đối tượng (nước, thực vật, đất) và các đối tượng khác. Mô tả chi tiết các đặc điểm nhận dạng và giải thích. 3. Thể hiện ảnh ở các bảng màu khác nhau, nhận xét ý nghĩa của sử dụng bảng màu Bài 2: Tăng cường chất lượng (SV làm một trong các nội dung) 1. Xây dựng và nhận xét biểu đồ histogram của từng kênh ảnh 2. Nhân xét tương quan giữa các đối tượng trên ảnh và histogram 3. Thực hiện giãn ảnh làm nổi bật một yếu tố (ví dụ nước) 4. Tính diện tích các đối tượng sau khi giãn ảnh 5. Thực hiện lọc ảnh và nhận xét kết quả 6. Thực hiện tổ hợp màu, nhận xét ảnh tổ hợp màu thực, giả. Bài 3: Nắn chỉnh hình học ảnh Nhằm loại bỏ những biến dạng hình học trên ảnh. Yêu cầu: 1. Mô tả lựa chọn các điểm khống chế trên ảnh và trên chuẩn dùng nắn như (bản đồ, Google Earth, vv ) 2. Kết quả ảnh sau khi nắn gồm: hình ảnh, tọa độ không gian, phân giải vv 3. Lưu file thông tin kết quả nắn (chú ý sai số RMSE) 4. Thể hiện ảnh nắn trong phần mềm MapInfo Bài 4: Phân loại ảnh Nhận dạng và phân loại các đối tượng trên ảnh. Yêu cầu: 1. Phân loại không kiểm định (ý nghĩa, nhận xét) 2. Phân loại có kiểm định gồm (chọn vùng mẫu, đặc điểm các vùng mẫu ). Nhận xét kết quả. 3. Tính diện tích các đối tượng sau phân loại
2. Giới thiêu chung Mục tiêu: Phần thực hành Viễn thám cơ sở nhằm trang bị cho sinh viên nắm được một số kỹ năng cơ trong viễn thám, cũng như các em ôn lại những kiến thức cơ bản môn học viễn thám Yêu cầu của môn học Học sinh nắm vững những kiến thức cơ bản về viễn thám. Sử dụng thành thạo hệ điều hành Windows Có kiến thức về bản đồ và môi trường tự nhiên. Nội dung: Thực hành các kỹ năng: 1. Sử dụng phần mềm IDRISI và đọc ảnh, hiển thị ảnh 2. Xử lý hình ảnh viễn thám 3. Nắn chỉnh hình học 4. Phân loại ảnh Các bài thực hành Những bài thực hành trong cuốn sách gồm 5 bài thực hành Thực tập Viễn Thám Cơ Sở
3. Bài 1 : Viễn thám và những hình ảnh viễn thám. Bài 2 : Phép đo trên ảnh Bài 3 : Nhận dạng các đối tượng ảnh. Bài 4 : Ảnh số các định dạng dữ liệu. Bài 5 : Hiển thị ảnh và thao tác con trỏ Bài 6 : Tổ hợp màu ảnh vệ tinh. Trong mỗi bài có cấu trúc như sau: Mục đích bài thực tập Những kiến thức cần thiết Nội dung thực tập Những câu hỏi Dữ liệu ảnh sử dụng trong thực tập Dữ liệu ảnh sử dụng trong thực tập cần tuân theo một số qui định sau: Dữ liệu chỉ sử dụng với mục đích học tập và nghiên cứu. Không sử dụng dữ liệu này trao đổi hoặc mua bán. Mô tả dữ liệu thực tập Ảnh Landsat TM Ảnh MODIS Ảnh NASDA Ảnh RADAR Yêu cầu: Thực tập Viễn Thám Cơ Sở
4. Học sinh phải đọc thêm tài liệu tham khảo (trên sách, giáo trình, mạng internet vv ) (giáo viên sẽ cung cấp một nghiên cứu mẫu). Học sinh sẽ thực hiện nghiên cứu của mình trên ảnh được cung cấp. Đánh giá kết quả Thực tập Viễn Thám Cơ Sở
5. Kết quả đánh giá học sinh: Học sinh trình bày kết quả bài thực tập thành báo cáo (tối thiểu 4 trang giấy khổ A4, cỡ chữ 12) Nội dung trình bày gồm: I. Giới thiệu khái quát vùng nghiên cứu II. Những vấn đề nổi bật về môi trường tự nhiên khu vực (môi trường đất, nước, lớp phủ thực vật, con người vv ) - thật ngắn gọn III. Phương pháp viễn thám trong nghiên cứu của học sinh (tập trung vào phần này) IV. Kết quả thực hiện được Thực tập Viễn Thám Cơ Sở
6. Nội dung yêu cầu môn học “Viễn thám cơ sở” Hình thức đánh giá Thi vấn đáp (học sinh bắt câu hỏi, chuẩn bị bài trong 5 phút). SV mang theo cuốn bài tập thực hành nhóm và tờ ảnh máy bay Nội dung cần nắm 1. Khái niệm viễn thám, diễn giải quá trình viễn thám, thế mạnh của viễn thám? 2. Phân loại viễn thám, cho ví dụ ? 3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phản xạ phổ điện từ. ý nghĩa đường phản xạ phổ? 4. Đặc điểm phản xạ phổ của Đất, Nước, Thực vật ? 5. Ưu điểm viễn thám đa thời, đa tầng , đa phổ ? 6. Đặc điểm dữ liệu viễn thám của Landsat (MSS, TM, eTM+, SPOT, ASTER)? 7. Đặc điểm Viễn thám hồng ngoại nhiệt, khả năng ứng dụng? 8. Viễn thám chủ động (RADAR), ưu điểm trong nghiên cứu môi trường? 9. Các yếu tố giải đoán ảnh (tone/màu, độ phân giải, kích thước, hình dạng, hoa văn, vị trí, kết hợp, chiều cao, bóng đổ, địa hình, mương xói, mạng dòng chảy, thực vật và sử dụng đất)? 10. Dữ liệu ảnh số trong Viễn thám (Cấu trúc, khuôn dạng (BSQ, BIL, BIP), phân giải, dữ liệu mặt đất, bản đồ, mô hình số độ cao ) ? 11. Trình tự xử lý ảnh số trong viễn thám ? 12. Biểu đồ Histogram và ý nghĩa ? 13. Tăng cường chất lượng ảnh gồm: Tổ hợp màu (màu thực, màu giả), giãn, lọc ? 14. Hiệu chỉnh hình học ảnh (Ý nghĩa, nội dung, sai số RMSE )? 15. Phân loại ảnh (Ý nghĩa, nội dung, các phương pháp )?
7. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Bài 1 PHẦN MỀM IDRISI32- HIỂN THỊ ẢNH VÀ THAO TÁC CON TRỎ Mục đích bài thực tập Làm quen với phần mềm IDRISI 32. Đọc và hiểu các thông số ảnh số Hiển thị ảnh cấp độ xám HS làm quen với một số loại ảnh số thu nhận từ các loại thiết bị viễn thám khác nhau. Các dữ liệu được hiển thị trong dạng dữ liệu “thô”. Những kiến thức cần thiết Các phương pháp hiệu chỉnh ảnh Cấu trúc ảnh Raster, Cấp độ xám ảnh, thống kê ảnh. Phân giải ảnh ảnh số, Tọa độ ảnh số Các loại dữ liệu viễn thám, các kênh ảnh số (Ảnh MSS, TM, SPOT, MODISS, NOAA vv ) Các định dạng dữ liệu ảnh số (BSQ, BIP, BIL) Các đầu thu viễn thám, các thông số phân giải phổ, phân giải thời gian, phân giải không gian của ảnh (Landsat TM, MSS,MERR, MODIS, Radar) Ảnh ETM (Landsat 7), Ảnh AVHRR Ảnh SeaWiFS web address: (seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS.html) Ảnh – RADAR Biên soạn: Trần Tuấn Tú
8. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Nội dung thực tập Thực tập 1: Thiết đặt môi trường làm việc, làm quen với các Menu. Trước khi thực tập cần chọn thư mục làm việc bắt buộc khi sử dụng dữ liệu trong IDRISI. Tất cả dữ liệu làm việc của HS lưu trữ trong thư mục này. Trong lần mở đầu tiên, cần khai báo thư mục làm việc. Thực hiện bởi ENVIRON. IDRISI lưu trữ những đường dẫn này trong file ASCII (IDRISI.ENV) và nằm trong thư mục cài đặt IDRISI. Trong cách thức chung các chức năng IDRISI tạo ra từ một tới nhiều ảnh như đầu vào và tính toán tạo ra một hay nhiều ảnh raster. Một vài modul tạo ra bảng kết quả, một số khác tạo ra biểu đồ. Tránh tình trạng ghi chồng dữ liệu, chuyển chế độ Overwrite Protection trong menu ENVIRONMENT. Thực hiện Nhấn menu File Data Paths. Nhấn biểu tượng. Cho phép truy xuất tới biến môi trường xác định thự mục làm việc (Working Folder). Thực tập 2: Các thanh công cụ Thực tập 3: Sử dụng menu FILE>Idrisi file Explorer Xem danh sách các loại file trong thư mục làm việc Biên soạn: Trần Tuấn Tú
9. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Cửa sổ Map Composer Window: Đây là công cụ sẽ tự động mở khi hiển thị ảnh. Nó cho phép người sử dụng thêm các lớp dữ liệu vector, thay đổi bảng màu hiển thị trong lớp dữ liệu Biên soạn: Trần Tuấn Tú
10. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Thực tập 4: Xác định thông số ảnh Ảnh viễn thám (ảnh số) xây dựng trên cơ sở cấu trúc raster nên có một số thông số cơ bản sau: Số hàng. Số cột Kiểu dữ liệu (Bye, Interger, real). Kiểu file (Binary, ASCII). Hệ thống tọa độ ảnh. Giá trị nhỏ nhất và lớn nhất cấp độ sáng trên ảnh. Header, ngày tháng chụp ảnh. Đơn vị đo trên ảnh. Dạng format. Các thông số này rất quan trọng đối với phân tích và xử lý ảnh. Thực hiện: Vào Menu File Idrisi file Explorer. Chọn từng kênh ảnh theo dõi các thông số ảnh hiện ra bên cửa sổ bên phải. Thực tập 5: Hiển thị ảnh thô Nhằm mục đích hiển thị ảnh từng kênh trên màn hình máy tính, phục vụ cho việc phân tích ảnh, người phân tích sẽ quan sát trên màn hình và thực hiện các phân tích chuyên môn. Thực hiện: Nhấn biểu tượng Display ( ). Hay Menu Display Display launcher. Biên soạn: Trần Tuấn Tú
11. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Chọn kiểu file dữ liệu hiển thị. Chọn file dữ liệu. Chọn bảng màu thể hiện Palette file: Nhấn OK. Hiển thị ảnh. Quan sát và thực tập các chức năng trong cửa sổ window composer Thay đổi bảng màu, thể hiện ảnh với các bảng màu khác nhau. Thực tập 6: Sử dụng các công cụ phóng to, thu nhỏ vùng hiển thị ảnh. Thực tập 7: Xem cấp độ xám từng điểm ảnh. Nhằm mục đích quan sát cấp độ xám từng điểm ảnh. Thực hiện: Nhấn biểu tượng dấu hỏi. Tìm hiểu các con số khi nhấn con trỏ trên màn hình. Thực tập 8: Sử dụng menu FILE>Import để chuyển đổi cấu trúc ảnh Biên soạn: Trần Tuấn Tú
12. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Các thông số ảnh được ghi trong thư mục cùng ảnh gốc Câu hỏi Lập bảng danh sách cấp độ xám lớn nhất và nhỏ nhất các kênh ảnh 1, 2, 3, 4, 5, 7. Tại sao khi hiển thị ảnh toàn bộ khoảng sáng không sử dụng, giải thích tại sao? Cho biết nguyên nhân cái gì ảnh hưởng tới cấp độ xám của những điểm tối nhất trên ảnh ? Band ảnh nào có khoảng cấp độ xám hẹp nhất vì vậy có độ tương phản ít nhất? Tìm hiểu thiết bị ghi các loại ảnh trên? Khái niệm phân giải không gian? (sử dụng sách giáo trình) Tính diện tích vùng nghiên cứu sử dụng số hàng số cột ảnh. Khác nhau giữa ETM - Landsat 7 và Landsat 5? Phân giải thời gian Landsat? Biên soạn: Trần Tuấn Tú
13. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Bài 2 TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG ẢNH Mục đích bài thực tập Hiểu rõ biểu đồ Histogram Hiểu rõ phương pháp giãn ảnh Nắm vững phương pháp tổ hợp màu (tổ hợp màu thực, màu giả, giả hồng ngoại). Những kiến thức cần thiết Cấp độ xám ảnh, thống kê ảnh. Các phương pháp giãn ảnh Các kênh ảnh số (Ảnh MSS, TM, SPOT, MODISS, NOAA vv ) Tổ hợp cộng màu, trừ màu. Nội dung thực tập Thực tập 1: Hiển thị biểu đồ ảnh – histogram Thực hiện: Trên Menu Display chọn HISTO. Xuất hiện cửa sổ HISTOGRM. Chọn File ảnh cần xây dựng histogram. Chọn độ rộng bước tính. Giới hạn hiển thị. Chọn kiểu hiển thị histogram (dạng số, dạng đồ thị) Biên soạn: Trần Tuấn Tú
14. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Thực tập trên 3 kênh ảnh, ra hai dạng số và đồ thị So sánh biểu đồ histogram của các kênh ảnh khác nhau trên ảnh TM. Biên soạn: Trần Tuấn Tú
15. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Trục X thể hiện giá trị cấp độ xám (DN 0-255). Trục Y chỉ ra số điểm ảnh (pixels) tại giá trị x (tần số). Giá trị lớn nhất trục y sẽ tùy thuộc vào từng ảnh. Thực tập tính biểu đồ histogram xuất ra dạng biểu đồ. Thực tập tính biểu đồ histogram xuất ra dạng text. Thực tập tính biểu đồ histogram cho các kênh ảnh và nhận xét. Thực tập 2: Tăng cường độ tương phản trên ảnh (giãn ảnh) Mục đích làm ảnh rõ, sáng hơn, dễ dàng phân biệt các đối tượng trên ảnh. Thực hiện: Chọn Display->STRETCH . Một cửa sổ thực hiện chức năng giãn ảnh hiện ra. Biên soạn: Trần Tuấn Tú
16. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Chọn một trong 3 phương pháp tuyến tính, cân bằng histogram, tuyến tính với độ tập trung. Chọn file ảnh tạo ra. Nhấn OK. Xem lại file ảnh vừa thực hiện. Thực tập 3: Thực hiện tăng cường độ tương phản trên kênh ảnh Thực hiện: Tham khảo biểu đồ histogram Biểu diễn histogram của kênh ảnh (TM4), Biểu diễn sự riêng biệt của đất và nước bằng cách xác định cấp độ xám từ ảnh TM4 và từ histogram. Sử dụng thanh trượt trong Layer properties Thực tập 4: Tăng cường độ mịn ảnh, loại bỏ nhiễu trên ảnh. Lọc ảnh: Mục đích làm ảnh rõ, loại bỏ những tín hiệu nhiễu khi thu ảnh, đồng nhất các đối tượng trên ảnh hay nhằm làm rõ một kiểu yếu tố trên ảnh theo mục đích người phân tích. Thực hiện: Chọn Menu Image processing->Enhancement->FILTER. Cửa sổ FILTER hiện ra. Chọn phương pháp lọc ảnh. Biên soạn: Trần Tuấn Tú
17. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Chọn file ảnh lọc. Chọn file ảnh tạo ra. Thực tập với các phương pháp lọc ảnh, theo dõi kết quả từng phương pháp. Thực tập 5: Tổ hợp màu ảnh. Tổ hợp màu: Mục đích phân tích các yếu tố, cấu trúc, thành phần đối tượng trên ảnh trên cơ sở tổ hợp những kênh ảnh khác nhau và gán những màu khác nhau. Thực hiện: Chọn Display->COMPOSIT. Cửa sổ COMPOSIT hiện ra. Chọn 3 kênh màu gồm kênh red, green, blue. Chọn file kết quả tổ hợp màu. Chọn phương pháp tổ hợp màu. Biên soạn: Trần Tuấn Tú
18. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở Thực tập với các kênh ảnh khác nhau và với các phương pháp khác nhau, theo dõi kết quả. Ví dụ: Thừa nhận rằng chúng ta sử dụng ảnh đã tăng cường chất lượng từ dữ liệu ảnh thô. Nó thể hiện những con số từ 3 kênh phổ như mã màu (RGB- color codes). Chúng ta sẽ hiển thị những đặc điểm thành hiển thị trên ảnh: những đối tượng có giá trị phản xạ rất cao ví dụ trong kênh 3 sẽ xuất hiện phần màu đỏ lấy từ kênh này. Trong kết quả cho phép hiển thị theo tiêu tổ hợp chuẩn (normal), màu giả (false color) và màu tùy ý (arbitrary color). Tùy thuộc vào đối tượng cần quan tâm, HS chọn cách kết hợp tốt nhất. Một số ví dụ tổ hợp từ ảnh Landsat TM 5. Có 7 kênh và có 4 cách kết hợp khác nhau (phân giải không gian 120 m của kênh 6 – so với 30 m của các kênh khác – nó sẽ mờ hơn): BAND 1 BAND 2 BAND 3 BAND 4 BAND 5 BAND 6 Biên soạn: Trần Tuấn Tú
19. Giáo trình thực tập - Viễn Thám Cơ Sở RGB 741 RGB 572 BAND 7 RGB 543 RGB 432 Biên soạn: Trần Tuấn Tú