GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 1
Chương 5 VIỄN THÁM
REMOTE SENSING
5.1 Nguyên tắc cơ bản về viễn thám
5.2 Bộ cảm biến
5.3 Vật mang
5.4 Các vệ tinh viễn thám
5.5 Dữ liệu sử dụng trong viễn thám
5.6 Giải đoán ảnh
5.7 Các hệ xử lý ảnh
5.8 Xử lý ảnh
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 2
5.1 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN VỀ VIỄN THÁM
FUNDAMENTALS OF REMOTE SENSING
5.1.1. Lòch sử công nghệ Trắc Đòa
Technological history of Surveying
• 11C - 12C : La bàn (Hàng hải)
• 14C - 15C : Kinh độ (quan sát mặt trăng)
• 16C : World Atlas
• 17C : Lưới tam giác (Snell, Pháp)
• 18C : Lưới chiếu Bản đồ ở Pháp
Cassini Map (1:86.400)
Đồng hồ độ chính xác cao
Kinh độ chính xác (John Harrison, Anh)
• 19C : Không ảnh (bắt đầu của RS)
Thành lập bản đồ hiệu quả hơn
20C : Thời kỳ áp dụng điện tử trong TĐ
1940 : Rada
1950 : Đo dài quang điện (Computer)
1960 : Chụp ảnh từ vệ tinh (NNSS)
Navy Navigation Satellite System

1970 : nh số vệ tinh (LANDSAT 1972)
1980 : CCD Image Sensor
(Charge Coupled Devices)
: Geographical Information System GIS
1990 : Global Positioning System - GPS
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 3
5.1.2 Nguyên lý của viễn thám (Principle of Remote Sensing)
Thu thập, đo lường và phân tích thông tin của vật thể mà không có sự tiếp xúc trực tiếp.
Vật thể
Computer
• Sóng điện từ
• Sóng âm
Bức xạ hay phản xạ
Sóng từ các vật thể khác
Dữ liệu & thông tin
vật thể
Sensor
Xử lý dữ liệu
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 4
5.1.3. Khái niệm về viễn thám (Concept of Remote Sensing)
Bức xạ hay phản xạ sóng điện từ là nguồn năng lượng sử dụng phổ biến trong viễn thám.
Sensor (bộ cảm biến): thiết bò tách bức xạ hay phản xạ sóng từ vật thể (Cameras, Scanners)
Platform (vật mang): phương tiện mang bộ cảm biến
Vệ tinh đòa tónh Cao độ :36.000Km Quan sát từ 1 vò trí cố đònh
Vệ tinh quỹ đạo tròn 500Km - 1.000Km Quan sát đều theo chu kỳ
Tàu con thoi 240Km - 350Km Quan sát không đều (theo dự án)
Máy bay 10Km - 12Km Nghiên cứu nhiều đối tượng khác nhau
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 5
5.1.4. Đặc trưng bức xạ sóng điện từ (Characteristics of Electro-Magnetic Radiation)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 6

5.1.5. Thang sóng điện từ (Wavelength Regions of Electro-Magnetic Radiation)
Cực tím (Ultraviolet) 0,3 - 0,4 µm ÁS nhìn thấy (Visible light) 0,4 - 0,7 µm
Gần hồng ngoại sóng ngắn & nhiệt (Near shortwave & thermal infrared) 0,7 - 14 µm
Sóng siêu cao tần (Micro wave) 1mm - 1 m: Kỹ thuật Radar
Hồng ngoại phản xạ (Reflective infrared) 0,7 - 3 µm: Phản xạ chủ yếu từ ánh sáng mặt trời
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 7
5.1.6. Các loại viễn thám (Types of Remote Sensing): 3 loại ứng với vùng bước sóng sử dụng
• Vùng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ (Visible and Reflective Infrared Remote Sensing)
Dữ liệu nhận được dựa vào phản xạ năng lượng mặt trời từ các vật thể. Cực đại với λ= 0,5µm
• Hồng ngoại nhiệt (Thermal Infrared Remote Sensing)
Sử dụng năng lượng bức xạ từ các vật thể. Cực đại ứng với λ= 10µm
• Vùng sóng cực ngắn (Microwave Remote Sensing): Chủ động và bò động
Viễn thám bò động: ghi nhận bức xạ sóng cực ngắn từ các vật thể
VT chủ động: ghi nhận phản xạ sóng từ các vật thể khi được cung cấp năng lượng riêng (Radar)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 8
5.1.7. Phản xạ phổ của lớp phủ mặt đất (Spectral reflectance of Land covers)
GIS TRONG QUN Lí TNMT 9
5.2 BO CAM BIEN (SENSORS)
5.2.1 Phaõn loaùi (Types of Sensors)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 10
Phân loại (Types of Sensors)
5.2.2. Đặc tính của bộ cảm quang học (Characteristics of Optical Sensors)
Phổ Kênh phổ & bề rộng của chúng
Độ nhậy của phim, khả năng của kính lọc phổ
Bộ cảm quang học Cảm biến chính xác
Bức xạ Mức độ nhiễu
Độ nhậy tuyến tính
Hình học Trường nhìn; trường nhìn không đổi
Biến dạng…
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 11

5.2.3. Máy quét quang cơ (Optical Mechanical Scanner)
ĐN: Máy đo bức xạ đa phổ tạo ảnh 2 chiều dựa trên sự phối hợp chuyển động của platform và
gương quay quét vuông góc với hướng bay
Cấu tạo: Hệ thống quang học: thấu kính thiên văn; Phổ ký: gương lưỡng sắc, lọc ánh sáng
Hệ thống quét: gương quay hoặc dao động;
Bộ tách sóng (phân tích): chuyển năng lượng điện từ sang tín hiệu điện (Diod quang điện )
Hệ thống kiểm tra (tham khảo): nguồn sáng có cường độ và nhiệt độ cố đònh để kiểm tra tín hiệu điện
LANDSAT: MSS (Multispectral Scanner System) TM (Thematic mapper)
NOAA: AVHRR (Advandced Very High Resolution Radiometer)
Ưu điểm: góc nhìn hẹp ⇒ sai số giữa các dải sóng nhỏ; độ phân giải cao
Nhược: tỉ số (tín hiệu / nhiễu) nhỏ
(do thơì gian tích hợp tại bộ tách quang không thể kéo dài)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 12
5.2.4. Máy quét điện tử (Pushbroom Scanner)
ĐN: Máy không có gương quét cơ học, nhưng cho phép tạo dòng ảnh đồng thời dựa trên mảng
tuyến tính của tách sóng bán dẫn
Cấu tạo: Nhờ thấu kính quang, dòng ảnh được tách đồng thời vuông góc với hướng bay
CCD (Charge Couple Devices) được sử dụng phổ biến cho bộ cảm mảng tuyến tính
SPOT: HRV (High Resolution Visible imaging system)
MOS-1: MESSER
Ưu điểm: ổn đònh cơ học cao
Nhược: nhiễu trên một số dòng (do khác biệt giữa các bộ tách sóng)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 13
5.3 VẬT MANG (PLATFORMS)
5.3.1. Phân loại (Types of Platforms)
Vệ tinh đòa tónh Cao độ: 36.000Km Vệ tinh quỹ đạo tròn 500Km - 1.000Km
Tàu con thoi 240Km - 350Km Máy bay 10Km - 12Km
Cao độ của Platforms xác đònh độ phân giải của mặt đất nếu IFOV (instantaneous field of view)
của bộ cảm biến là constant
5.3.2. Vò thế của Platforms (Attitude of Platforms)

Môi trường xung quanh ⇒ Mất ổn đònh: góc quay quanh 3 trục & dao động ngẫu nhiên
Biết vò thế chính xác (thông số mô tả vò thế) ⇒ Hiệu chỉnh hình học chính xác dữ liệu thu được
(Tốc độ & cao đô kế, Radar Doppler, Xác đònh đường chân trời, Camera vô tuyến, Nhật ký bay
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 14
5.3.3. Các phần tử quỹ đạo của vệ tinh (Orbital Elements of Satellite)
Vệ tinh chuyển động theo đònh luật Kepler ⇒ 6 phần tử cơ bản
Kích thước & hình dạng: A & e; Mặt phẳng: i & h; Vò trí bán trục lớn: g; Vò trí vệ tinh: V
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 15
5.3.4. Quỹ đạo của vệ tinh (Orbit of Satellite)
Chuyển động Vệ tinh ⇒ Kích thước & hình dạng; góc nghiêng; chu kỳ & tần xuất lặp
Quỹ đạo đồng bộ trái đất (Geosynchronous orbit): cùng vận tốc gốc với TĐ (24h # 86164,1”)
Nếu góc nghiêng = 0 ⇒ Quỹ đạo đòa tónh (Geostationary orbit): Meteorological & Communication S.
Quỹ đạo đồng bộ mặt trời (Sun synchronous orbit): mặt phẳng quỹ đạo quay theo chiếu sáng của MT/year
Vệ tinh tài nguyên (Landsat ) sử dụng phổ biến vì điều kiện chiếu sáng ổn đònh
Quỹ đạo có chu kỳ lặp (Semi-recurrent orbit): Vệ tinh trở lại điểm Nadir trong ngày hoặc sau nhiều ngày
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 16
5.4 CÁC VỆ TINH VIỄN THÁM
(REMOTE SENSING SATELLITES)
5.4.1. Khái niệm
Các vệ tinh này được phân biệt bởi các đặc trưng về độ cao, quỹ đạo và bộ cảm biến được
sử dụng. Vệ tinh viễn thám có thể được chia thành các nhóm chính sau:
Vệ tinh khí tượng đòa tónh: GMS (Geosynchronous Meteorological Satellite) 36.000km
Vệ tinh khí tượng quỹ đạo cực: NOAA (quan sát khí tượng &ø giám sát thực phủ) 850km
Vệ tinh tài nguyên: Landsat - 705km, SPOT - 832km… (quan sát tài nguyên mặt đất).
Các hệ thống thiết bò chính của vệ tinh viễn thám bao gồm:
Kiểm tra theo dõi tuyến bay TACS (Tracking And Control System)
Hệ thống kiểm tra hoạt động của vệ tinh (Operation Control System)
Hệ thống thu nhận số liệu (Data Acquisition System)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 17
5.4.2. Vệ tinh Landsat

Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám đầu tiên được phóng lên quỹ đạo năm 1972.
Cho đến nay đã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu
được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới được cung cấp từ 15 trạm thu phục vụ quản
lý tài nguyên và giám sát môi trường. Riêng vệ tinh Landsat 7 phóng vào 15/04/99
mang bộ cảm ETM+ cung cấp kênh hồng ngoại nhiệt (band 6) với độ phân giải 60m,
và thêm kênh ảnh toàn sắc (panchromatic) 15m.
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 18
5.4.2. Vệ tinh Landsat (tt)
a. Quỹ đạo vệ tinh Landsat 4, 5, 6 và 7 được đặc trưng bởi các thông số sau:
 Độ cao bay: 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 98 độ
 Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp lại (chu kỳ lặp 16 ngày)
 Thời điểm bay qua xích đạo 9:39 sáng
 Bề rộng tuyến chụp: 185km
b. Bộ cảm:
 MSS (Multispectral Scanner) và TM (Thematic Mapper)
Cả hai bộ cảm biến này đều là máy quét quang cơ.
Dữ liệu cung cấp bởi TM và MSS được chia thành các cảnh phủ một vùng trên
mặt đất 185x170km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của
tuyến và hàng (path, row). Các giá trò của pixel được mã 8 bit tức là cấp độ xám
ở trong khoảng 0 - 255.
 ETM (Thematic Mapper Plus); ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 19
5.4.2. Veä tinh Landsat (tt)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 20
5.4.3. Vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng không Pháp phóng lên quỹ đạo năm 1986,
sau đó vào các năm 1990, 1993 và 1998 lần lượt các vệ tinh SPOT-2, 3 và 4
được đưa vào hoạt động. Đây là loại vệ tinh có khả năng cho ảnh lập thể dựa
trên nguyên lý thám sát nghiêng. SPOT-5 phóng vào năm 2002 có kênh toàn sắc
với độ phân giải 5m, 2,5m, các kênh đa phổ là 10m, riêng kênh hồng ngoại sóng

ngắn (1,58 – 1,75 micro m) là 20m.
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 21
5.4.3. Vệ tinh SPOT (tt)
a. Quỹ đạo
 Độ cao bay: 832km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo 98.7 độ
 Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp lại (chu kỳ lặp 26 ngày)
 Thời điểm vệ tinh bay qua xích đạo 10:30 sáng.
b. Bộ cảm
Bộ cảm HRV (High Resolution Visible) là máy quét điện tử CCD. HRV
có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương đònh hướng. Gương này cho
phép quan sát nghiêng 27 độ nên có thể thu được ảnh lập thể. Riêng
SPOT-4, 5 được trang bò bộ cảm HRVIR (High Resolution Visible and
Middle Infrared)
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 22
5.4.3. Veä tinh SPOT (tt)
SPOT 5 Supermode natural colour composition 2,5m
SPOT 5 Supermode natural colour composition 2,5m
Paris
Eiffel tower
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 23
WORLDVIEW 2 0,5 m
WORLDVIEW 2 0,5 m
Paris
Eiffel tower
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 24
5.5 DỮ LIỆU SỬ DỤNG TRONG VIỄN THÁM
5.5.1. Dữ liệu ảnh số
Các bức ảnh có cấp độ xám hoặc màu thay đổi liên tục ví dụ như ảnh chụp thông
thường lưu trên phim hoặc giấy ảnh được gọi là ảnh tương tự.
Ảnh số là một dạng dữ liệu ảnh không lưu trên giấy ảnh hoặc phim, nó được chia

thành nhiều phần tử nhỏ thường được gọi là pixel (phần tử ảnh). Mỗi pixel tương
ứng với một đơn vò không gian và có giá trò nguyên hữu hạn ứng với từng cấp độ
xám.
Quá trình chia một ảnh tương tự thành các pixel được gọi là chia mẫu (sampling) và
chuyển đổi cấp độ xám liên tục thành một số nguyên hữu hạn gọi là lượng tử hoá
(quantization).
Các pixel thường có hình dạng vuông và được xác đònh bằng tọa độ là chỉ số hàng
(tăng dần từ trên xuống) và chỉ số cột (từ trái sang phải).
GIS TRONG QUẢN LÝ TNMT 25
5.5.1. Dữ liệu ảnh số (tt)
Trường nhìn không đổi (instantaneous field of view) IFOV được đònh nghóa là góc
không gian tương ứng với một đơn vò chia mẫu trên mặt đất. Lượng thông tin ghi
được trong IFOV tương ứng với giá trò của pixel.
Góc nhìn tối đa mà một bộ cảm có thể thu được sóng điện từ được gọi là trường
nhìn (field of view) FOV. Khoảng không gian trên mặt đất do FOV tạo nên chính là
bề rộng tuyến bay.
Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất mà bộ cảm có thể thu nhận được gọi là độ phân giải
mặt đất. Đôi khi hình chiếu của một pixel lên mặt đất cũng được gọi là độ phân giải
mặt đất.
Tương quan giữa IFOV và FOV Chụp ảnh đa phổ