Nội dung chính
1. Giới thiệu ảnh vệ tinh Landsat
1.1. Sơ lược lịch sử của Landsat 7+ETM
Landsat 1 là vệ tinh quan trắc trái đất đầu tiên trên thế giới được phóng bởi người Mỹ vào năm 1972. Nó mở ra kỷ nguyên mới về nghiên cứu trái đất bằng công nghệ viễn thám tiên tiến. Tiếp theo đó các thế hệ vệ tinh Landsat 2, 3, 4, 5 và 7 lần lượt được phóng lên quỹ đạo.
Hiện tại Landsat 7 vẫn đang hoạt động và được xem là hệ thống thu nhận chính của Landsat. Landsat 5 gồm có hệ thống thiết bị quét đa phổ MSS và hệ thống quét dành cho làm bản đồ chuyên đề TM. MSS là bộ cảm quang học được thiết kế để thu nhận bức xạ phổ từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, được tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm. TM là phiên bản nâng cấp của thiết bị quan trắc được dùng trong hệ thống quét đa phổ MSS. Nó dùng để quan trắc bề mặt trái đất theo 7 kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại nhiệt.
1.2. Đặc trưng kỹ thuật của bộ cảm ảnh vệ tinh Landsat 7
Bộ cảm bản đồ chuyên đề TM là bộ quét đa phổ nâng cao. Bộ cảm nghiên cứu tài nguyên trái đất được thiết kế để thu nhận ảnh có độ phân giải cao hơn, tách các phổ có độ nét cao hơn, cải thiện được độ chính xác hình học và độ chính xác bức xạ khí quyển tốt hơn bộ cảm MSS. Bộ cảm này cũng có độ rộng dải quét là 185 km, mỗi pixel mặt đất có kích cỡ là 30 m x30 m, trừ kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 7 có độ phân giải 120 mx120 m).
Bộ cảm TM có 7 kênh ghi đồng thời sự phản xạ hoặc bức xạ phát ra từ bề mặt trái đất dưới dạng màu lam-lục (kênh 1), lục (kênh 2), đỏ (kênh 3), cận hồng ngoại (kênh 4), hồng ngoại giữa (kênh 5 và 7), hồng ngoại xa (kênh 6) theo dải phổ sóng điện từ. Kênh 2 của bộ cảm TM phát hiện phản xạ lục từ thực vật sinh trưởng tốt và kênh 3 được thiết kế để phát hiện sự hấp thụ chất diệp lục của thực vật. Kênh 4 TM dùng để nhận biết phản xạ cận hồng ngoại đối với thực vật màu lục sinh trưởng tốt, ranh giới giữa đất và nước. Kênh 1 TM có thể xuyên qua nước để lập các bản đồ độ sâu dọc theo vùng ven bờ và được dùng phổ biến để phân loại đất và thực phủ cũng như phân loại rừng. Hai kênh hồng ngoại giữa TM được dùng để nghiên cứu thực vật và đất ẩm, xét đoán giữa đá và khoáng sản. Kênh hồng ngoại xa TM được thiết kế để trợ giúp thành lập bản đồ nhiệt và nghiên cứu vùng đất ẩm và thực vật.
Vệ tinh LANDSAT-7 được phóng thành công tại căn cứ không quân Vandenburg vào ngày 15/4/1999. Vệ tinh LANDSAT-7 nặng 2.270 kg, bay ở độ cao 705 km đồng bộ với mặt trời, chu kỳ lặp quanh trái đất là 16 ngày.
LANDSAT-7 được trang bị thêm với bộ bản đồ chuyên đề nâng cấp ETM+ được kế thừa từ bộ TM. Các kênh quan trắc chủ yếu tương tự như như bộ TM, và kênh mới được thêm vào là kênh đen trắng (kênh 8) có độ phân giải là 15 m. Tuy nhiên, ngày 31/5/2003 thiết bị đã gặp sự cố kỹ thuật. Kết quả là tất cả các cảnh Landsat 7 được thu nhận kể từ ngày 14/7/2003 đến nay đều ở chế độ “SLC-off” nghĩa là xuất hiện các vết sọc đen cách đều.
TM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), đặt trên Landsat 7. Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM, và 15 m đối với ảnh toàn sắc. Đặc trưng bộ cảm của LANDSAT TM, ETM+ như sau:
Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat hoàn toàn có thể khai thác miễn phí từ trên mạng Internet qua địa chỉ http://glovis.usgs.gov/. Việc xử lý phổ và nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh Landsat 7 dễ dàng thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như Envi, Erdas. Cải chính sai số hệ thống (mức 1G) và xử lý vết kẻ sọc (SLC-off) bao gồm cải chính nhiễu bức xạ, cải chính hình học và bổ sung những pixel bị thiếu ở chế độ SLC-off. Việc tính toán các pixel thiếu dựa vào so khớp độ xám từ một hay nhiều các cảnh bù được chụp ở các thời điểm khác nhau. Các ảnh này được xoay và định hướng theo các phép chiếu do người dùng tuỳ chọn. Cảnh mặt nạ cho các khe hở được cung cấp kèm theo các cảnh ở SLC-off.
2. Phương pháp tổ hợp màu
2.1. Tổ hợp màu thật và màu giả
Phương pháp tổ hợp hợp màu là phương pháp được sử dụng rộng rãi dựa trên chuẩn nền màu trong viễn thám để hỗ trợ cho công tác giải đoán ảnh. Lợi thế của ảnh chụp đa phổ là có thể sử dụng tích hợp các kênh phổ khác nhau để phân tích giải đoán các đối tượng theo các đặc trưng bức xạ phổ.
Ưu điểm của phương pháp tổ hợp màu là sử dụng các kênh ảnh đa phổ hiển thị cùng một lúc trên 3 kênh ảnh được gắn tương ứng với 3 loại màu cơ bản là đỏ, xanh lá cây và xanh lam hay còn gọi là RGB. Phương pháp này có thể tổ hợp hiển thị 3 kênh ảnh của cùng một loại ảnh vệ tinh, của các ảnh vệ tinh khác nhau cùng độ phân giải, hoặc của ảnh vệ tinh và ảnh máy bay cùng độ phân giải, của ảnh radar với các thời gian chụp khác nhau. Trong một ảnh vệ tinh có nhiều kênh phổ khác nhau, ví dụ ảnh vệ tinh Landsat-5 TM, Landsat-7 TM có 6 kênh phổ (các kênh 1-5, và 7) có thể dùng để tổ hợp màu theo tổ hợp chập 3 của 6, sẽ cho ra 6x5x4 = 120 kiểu tổ hợp khác nhau trên 3 màu RGB.
Nếu trong tổ hợp màu kênh phổ có dải sóng được gắn đúng với màu thì được gọi là tổ hợp màu thật và trong các trường hợp khác gọi là tổ hợp giả màu. Ví dụ các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat-7 ETM có các kênh 1 (kênh phổ xanh lam – blue) được gắn màu xanh lam, kênh 2 (phổ xanh lá cây – green) được gắn màu lục và kênh 3 (phổ đỏ – red) được gắn màu đỏ khi hiển thị màu, nghĩa là Band 1 = blue, Band 2 = green, and Band 3 = red và tổ hợp này được gọi là tổ hợp màu thật.
2.2. Một số dạng tổ hợp màu ảnh Landsat cơ bản
- Tổ hợp dạng 123: Band 1 = red, Band 3 = green, Band 2 = blue làm nổi bật các đối tượng trầm tích như cát, sạn, bùn ven bờ biển, chúng có màu đỏ. Còn các vùng thực vật tăng trưởng có màu xanh nước biển blue.
- Tổ hợp dạng 675: Band 6 = red, Band 7 = green, Band 5 = blue, tổ hợp này sử dụng kênh nhiệt, rất nhạy với bức xạ phổ nhiệt (độ phân giải thấp hơn so với các kênh khác 120m). Màu đỏ thể hiện bề mặt ấm hơn, màu xanh da trời blue thể hiện bề mặt lạnh hơn. Một số vùng có màu xanh da trời ở vị trí sườn núi có thực phủ, bãi cỏ. Dân cư đô thị với các tuyến phố thì có màu đỏ vì có chứa nhiều vật liệu hấp thụ nhiệt và có ít cây cối, nhiệt phát ra từ các lò sưởi, máy điều hoà và các hoạt động của con người. Cũng rất dễ nhận biết những đốm trắng được phát ra từ các nhà máy hạt nhân. Nhưng chất trầm lắng ven cửa sông, bờ biển sẽ hoàn toàn không nhận biết được từ tổ hợp này.
- Tổ hợp dạng 174: Band 1 = red, Band 7 = green, Band 4 = blue thực vật có màu xanh lam, màu xanh lam nhạt hơn là các bãi cỏ. Màu đỏ và đỏ tím nhận biết là các bãi cát, bùn và khu thị trấn. Còn các tuyến phố do có hàng cây nên xuất hiện màu xanh lam blue. Màu xanh lá cây là các vùng đồi trọc hoặc các vùng đất trống không canh tác.
3. Ứng dụng tổ hợp màu ảnh vệ tinh Landsat trong phân tích giải đoán bằng mắt
Dựa trên nguyên lý tổ hợp màu cơ bản của ảnh vệ tinh, trong công tác hiện chỉnh bản đồ thông thường sử dụng các mẫu tổ hợp chính sau:
4. Kết luận
Ảnh của vệ tinh viễn thám ngày càng được hoàn thiện theo hướng nâng cao độ phân giải không gian, độ phân giải phổ và giảm thời gian chụp lặp lại. Các ảnh vệ tinh có độ phân giải cao và siêu cao (đến dưới 1m) trước đây chỉ được dùng trong quân sự, nay đã được thương mại hoá và được sử dụng rộng rãi vào nhiều mục đích khác nhau.
Ưu thế của ảnh vệ tinh là được chụp liên tục theo quĩ đạo và giá thành ngày càng rẻ, thậm chí một số loại có thể khai thác miễn phí qua mạng Internet. Với trang Web của Google Earth chúng ta sẽ có được các thông tin mới nhất của bề mặt địa hình từ nền ảnh vệ tinh Landsat, SPOT, QuickBird và GeoEye liên tục được cập nhật.
Hơn nữa, ảnh vệ tinh được thu nhận ở nhiều kênh phổ khác nhau nên thể hiện tương đối đầy đủ các đặc trưng nổi bật và chi tiết của các đối tượng trên bề mặt trái đất. Nhưng vấn đề cốt lõi để có thể đọc, chiết suất các thông tin hữu ích từ ảnh viễn thám là phải có kiến thức chuyên gia về giải đoán ảnh. Do vậy phương pháp phân tích phổ và tổ hợp màu được xem như là “chìa khóa” để giải đoán nhanh chóng và chính xác từ ảnh chụp các thông tin về đối tượng.
Bài báo đã đề cập đến một vấn đề rất cơ bản trong viễn thám, đó là tổ hợp màu. Nó được xem như là phương pháp tối ưu trợ giúp cho công tác giải đoán ảnh.
Hy vọng rằng với kết quả nghiên cứu ban đầu về tổ hợp màu ảnh viễn thám sẽ giúp cho các bạn dễ dàng hơn trong điều vẽ ảnh vệ tinh Landsat phục vụ cho thành lập bản đồ địa hình 1:250.000.
