REMOTE SENSING


Mục lục

1. Nguyên lý viễn thám
1.1. Hệ thống cảm biến từ xa
 Mục tiêu (Targets): Là các sự vật, hiện tượng đang nghiên cứu...
 Nguồn năng lượng (Energy Sources): Sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên hay
nhân tạo (hiện tượng chiếu xạ). Hoặc sử dụng nguồn năng lượng do chính đối
tượng phát ra (hiên tượng phát xạ).
 Sự truyền năng lượng (Transmission): Liên quan đến môi trường...
 Bộ cảm biến (Sensors): Ghi nhận lại sự biến thiên năng lượng sau khi tương tác
với mục tiêu và xử lý tạo ra hình ảnh
1.2. Các dạng viễn thám không gian
 Viễn thám thụ động (Passive-RS): Bức xạ điện từ từ các nguồn năng lượng tự
nhiên (chủ yếu là mặt trời) chiếu xuống mặt đất. Sau khi tương tác với các đối
tượng, một phần tia bức xạ phản xạ trở lại không gian (Reflected Energy) mang
theo thông tin phản ánh bản chất của các đối tượng đó đến bộ cảm và được ghi
nhận lại. Phần lớn đây là các hệ thống quang học (Optical Systems).
 Viễn thám chủ động (Active-RS): Bức xạ điện từ do các nguồn năng lượng
nhân tạo trên các vật mang phát xuống mặt đất. Sau khi tương tác với các đối
tượng, một phần tia phản xạ hay tán xạ (Scattered) mang theo thông tin về các
đối tượng đó đến bộ cảm và được ghi nhận lại. Chủ yếu là các hệ thống vi sóng
(Radar).
 Viễn thám phát xạ (Emission-RS): Bức xạ điện từ phát ra từ chính các đối
tượng trên mặt đất (Emitted) mang theo thông tin về bản chất của các đối tượng
đó đến bộ cảm, được bộ cảm ghi nhận lại và chuyển thành hình ảnh. Các hệ
thống nhiệt (Thermal Systems).
1.3. Quá trình viễn thám
Hoạt động của hệ thống viễn thám điện từ là một quá trình thống nhất, bao gồm 2 công

đoạn chính với nhiều phân đoạn khác nhau:
2


 Công đoạn thu nhận dữ liệu (Data Acquisition): Liên quan đến các yếu tố:
Nguồn năng lượng bức xạ ; Môi trường truyền bức xạ ; Sự tương tác của bức xạ
với các đối tượng mặt đất ; Hệ thống thu nhận và Việc truyền dữ liệu về mặt đất
.
 Công đoạn phân tích dữ liệu (Data Analysis): Liên quan đến việc: Xử lý dữ
liệu, tạo ảnh, giải đoán ảnh thu thập thông tin ; Hình thành các sản phẩm thông
tin , cung cấp cho người sử dụng…
1.4. Các hệ thống viễn thám điện từ
 Hệ thống viễn thám thị tần và hồng ngoại phản xạ (Optical-RS): Còn gọi là viễn
thám quang học. Sử dụng nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời, hoạt động
trong vùng quang phổ có bước sóng từ 0,3÷0,9 um, tạo ra ảnh quang học
(Optical Images).
 Hệ thống viễn thám hồng ngoại nhiệt (Thermal-RS): Nguồn năng lượng sử
dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể phát ra, hoạt động trong vùng phổ có bước
sóng khoảng từ 3÷15um, tạo ra ảnh nhiệt (Thermal Images).
 Hệ thống viễn thám siêu cao tần (Microwave-RS): Còn gọi là viễn thám vi
sóng, sử dụng nguồn năng lượng chủ động, nằm trong vùng phổ vi ba có bước
sóng khoảng từ milimét đến mét.

3


2. Bức xạ điện từ
2.1. Sóng điện từ
Bức xạ điện từ (Electromagnetic Radiation) là một dạng vật chất đặc biệt tồn tại trong
tự nhiên. Đây là thành phần không thể thiếu được của viễn thám không gian. Bức xạ

điện từ mang tính chất sóng và tính chất hạt.
Các thuộc tính cơ bản của sóng điện từ gồm: Bước sóng; Tần số; Tốc độ truyền sóng;
Hướng truyền; Sự phân cực…
 Bước sóng -Wavelength : Là khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng liên tiếp nhau
 Tần số -Frequency : Là số lượng đỉnh sóng lớn nhất truyền qua một điểm cố
định trong không gian trong khoảng thời gian một giây
 Tốc độ truyền sóng -Velocity (c, m/s): Tất cả các loại bức xạ điện từ có bước
sóng và tần số khác nhau, nhưng đều truyền đi trong không gian với cùng một
tốc độ, được coi bằng với tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không (xấp xỉ
3.108m/s). Theo đó, thời gian bức xạ điện từ truyền từ mặt trời tới mặt đất mất
khoảng 8 phút (tương đương với 149 triệu km). Quan hệ giữa 3 đại lượng trên
được biểu diễn bằng công thức: C = lamda * c
Tuy nhiên, khi truyền qua các môi trường vật chất có mật độ (hay chiết suất) khác
nhau, tốc độ truyền sóng và bước sóng thay đổi còn tần số không đổi.
 Hướng truyền và Sự phân cực
Khi tương tác với các thành phần vật chất khác nhau, sóng điện từ bị đổi hướng
do xảy ra hiện tượng khúc xạ (Refraction) hay phản xạ (Reflection). Cường độ
bức xạ cũng giảm dần theo khoảng cách lan truyền do sự hấp thụ của môi
trường truyền sóng. Ngoài ra, khi truyền qua một khe hẹp (hay lỗ nhỏ) sóng
điện từ bị nhiễu xạ, tán xạ hoặc giao thoa…
Sự phân cực (Polarization) xảy ra khi sóng điện từ truyền qua bộ lọc phân cực
(dọc hoặc ngang). Khi đó chỉ những sóng có định hướng song song với hướng
phân cực mới có thể truyền qua và ngược lại.
2.2. Năng lượng điện từ
Theo thuyết lượng tử của A. Einstain, bức xạ điện từ là một chùm hạt (Photons) mang
năng lượng điện từ (Electromagnetic Energy). Tính chất hạt của bức xạ được thể hiện
khi các photons tương tác với các đối tượng mặt đất.
4



- Năng lượng của một photon ánh sáng E (kJ/mol) có liên quan đến khối lượng của hạt
(m), tốc độ truyền sóng (c), tần số () theo công thức, trong đó h là hằng số Planck
(

h=6,626.10-34J.sec).

Theo đó, năng lượng bức xạ tỷ lệ thuận với tần số và tỷ lệ nghịch với bước sóng của
nó. Bức xạ có bước sóng càng ngắn (tức tần số càng lớn) các photons mang năng
lượng càng cao, sự tương tác với các đối tượng mặt đất càng mạnh và ngược lại...
- Năng lượng phát xạ (dưới dạng nhiệt) của một vật đen tuyệt đối (tức vật có hệ số hấp
thụ = 1) W (watt/m2) là một hàm của nhiệt độ bề mặt của nó T (oK), tuân theo định
luật Stefan-Boltzmann, trong đó  -là hằng số Stefan-Boltzmann ( = 5,6697.108W.m-2.oK-4).

- Cường độ phát xạ nhiệt của vật đen tuyệt đối như là một hàm của bước sóng trong sự
phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật thể. Khi nhiệt độ tăng, năng lượng phát xạ
tăng lên rất nhanh và cực đại năng lượng chuyển dịch về phía bước sóng ngắn. Bước
sóng cực đại (hay cực trị bức xạ) tương ứng với năng lượng phát xạ lớn nhất được
tính theo định luật Wien, với A -là hằng số Wien (2,898m.oK).

5


Nhiệt độ mặt trời 5.900oK, cực trị bức xạ rơi vào bước sóng 502nm (Green), gần
vùng nhạy cảm nhất của mắt người. Cơ thể người và động vật có nhiệt độ 300oK
(27oC), cực trị bức xạ rơi vào bước sóng 10um, là vùng hồng ngoại xa…
2.3. Phổ điện từ
Phổ điện từ (Electromagnetic Spectrum) trong tự nhiên mang tính liên tục của các dải
năng lượng điện từ, phân bố theo tần số () hay bước sóng (), được chia thành nhiều
vùng (Regions) khác nhau. Trong viễn thám, theo bước sóng tăng dần từ nhỏ nhất (1010m) đến lớn nhất (10+10m), phổ điện từ được chia thành 7 vùng chính:
1

2
3
4
5
6
7

Tia Gamma (Gamma Rays)
Tia X quang (X Rays)
Tia cực tím (Ultraviolet)
Phổ thị tần (Visible)
Tia hồng ngoại (Infrared)
Vi sóng (Microwaves)
Sóng vô tuyến (Radio)

- Vùng thị tần (Visible-VIS)
Chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong toàn bộ dải phổ điện từ. Nghĩa là, mắt người bình thường chỉ
có thể cảm nhận được vùng phổ có bước sóng từ  0,4÷0,7m và gọi là vùng quang
phổ. Quang phổ nhận được nhờ một lăng kính khi phân tách chùm ánh sáng trắng
thành các ánh sáng có màu sắc khác nhau với bước sóng (hay tần số) xác định.
Trong đó, ba màu: Lam (Blue); Lục (Green); Đỏ (Red) gọi là ánh sáng đơn sắc hay các
màu cộng cơ bản. Nếu tổ hợp với tỷ lệ bằng nhau của ba màu cộng cơ bản sẽ tạo ra
ánh sáng trắng. Các ánh sáng không đơn sắc trong tự nhiên là sự tổ hợp ở những tỷ lệ
khác nhau của ba màu cộng cơ bản này.
Hệ thống viễn thám quang học sử dụng 3 màu cộng cơ bản tương ứng với 3 kênh phổ
(Channels) hay băng phổ (Bands): Band Blue (0,4÷0,5m); Band Green (0,5÷0,6m);
Band Red (0,6÷0,7m), tạo ra các ảnh quang học.
- Vùng hồng ngoại (InfraRed-IR)
Là phần cận sau của vùng thị tần, chiếm tỷ lệ tương đối lớn trong dải phổ điện từ, có
bước sóng khoảng từ 0,7÷>15m. Vùng IR được chia ra dải hồng ngoại phản xạ

(Reflected IR; 0,7÷3,0m) và dải hồng ngoại nhiệt (Thermal IR; 3÷ >15m).
Trong đó, dải hồng ngoại phản xạ chia thành 2 bands: Band Near IR (NIR,
0,7÷1,3m) và Band ShortWave IR (SWIR, 1,3÷3,0m).
6


Dải hồng ngoại nhiệt được chia thành 3 bands:
• MidWave IR (MWIR, 38m)
• LongWave IR (LWIR, 815µm)
• Far IR - FIR (> 15µm).
- Vùng vi sóng (Microwaves)
Là phần tiếp theo của vùng hồng ngoại, chiếm tỷ lệ rất lớn trong dải phổ điện từ, có
bước sóng khoảng từ milimét đến mét. Đây là vùng phổ đóng vai trò đặc biệt quan
trọng trong các hệ thống viễn thám chủ động (Viễn thám siêu cao tần).
Các kênh phổ có thể được chia theo bước sóng () hay tần số (v). Hiện nay nhiều
kênh phổ đã và đang được nghiên cứu sử dụng để thu nhận hình ảnh, đặc biệt là các
kênh:
•  L-band: 1530cm (1:2GHz)
•  C-band: 3,87,5cm (4:8GHz)
•  X-band: 2,43,8cm (8:12,5GHz)
2.4. Sự truyền bức xạ qua khí quyển
2.4.1. Cấu trúc khí quyển
Lớp khí quyển trái đất (Atmosphere) dày  9.600km và không có ranh giới rõ ràng
với vũ trụ. Thành phần chính là hỗn hợp khí, chủ yếu là N2 (78%) và O2 (21%).
Hơn 99% tổng lượng khí quyển phân bố ở độ cao  80km. Chia thành 4 tầng:
- Tầng đối lưu (Troposphere): Đặc trưng của tầng này là sự giảm đáng kể của nhiệt
độ theo độ cao ( 6,5oC/1km, lên đến trên 10km). Hầu hết các hiện tượng thời tiết,
khí hậu xảy ra ở đây. Một lớp bụi khí quyển (Aerosols) thường tồn tại gần mặt đất và
tụ tập theo hàm số mũ khi độ cao tăng lên, tới khoảng 2km...
- Tầng bình lưu (Stratosphere): Đặc trưng của tầng này là nhiệt độ khá ổn định

trong phạm vi dưới 20km, sau đó tăng nhanh theo độ cao, lên tới khoảng 50km.
Tầng ozone tồn tại chủ yếu trên đỉnh của tầng này (Stratopause).
- Tầng trung lưu (Mesosphere): Đặc trưng của tầng này là nhiệt độ giảm mạnh, từ
độ cao 50km đến khoảng 85km.
- Tầng điện ly (Thermosphere): Tầng này kéo từ 85km đến  640km. Nhiệt độ dao
động từ 500÷2000oK. Các chất khí tồn tại dưới dạng lỏng, bị ion hóa... do sự bắn phá
của các tia cực tím và tia vũ trụ. Các vệ tinh viễn thám thường bay phía trên của tầng
này (độ cao khoảng 800km).
7


2.4.2. Ảnh hưởng của khí quyển trái đất
Khi truyền qua tầng khí quyển trái đất, các tính chất của bức xạ điện từ (hướng truyền,
bước sóng, tốc độ, cường độ, sự phân cực, thành phần phổ…) bị thay đổi. Nguyên
nhân chính là do cơ chế tán xạ (Scattering) và hấp thụ (Absorption) của khí quyển gây
ra.
Khí quyển trái đất chỉ cho phép một số tia bức xạ nhất định xuyên qua với mức độ
khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào bước sóng, tạo nên các cửa sổ khí quyển
(Atmospheric Windows). Đồng thời hấp thụ một số tia có bước sóng đặc biệt, tạo ra
các bands hấp thụ.
- Tán xạ (Scattering): Là hiện tượng năng lượng bức xạ bị phân tán khi tương tác với
các phần tử có kích thước rất bé lơ lửng trong không khí, phụ thuộc chủ yếu vào bước
sóng và thành phần bụi khí quyển (Aerosol).
Các bức xạ sóng ngắn (tia cực tím) tán xạ mạnh gấp 16 lần so với các bức xạ sóng dài
(tia đỏ). Bụi khí quyển có kích thước bé tán xạ mạnh các tia BLUE tạo nên một sự
“vẩn đục” có màu xanh trong khí quyển, cho ta cảm giác bầu trời xanh và sẽ xuất hiện
màu đen khi hiện tượng tán xạ không xảy ra.
Hiện tượng tán xạ làm mờ ảnh, giảm độ tương phản, độ nét… Tuy nhiên, có tác dụng
nhất định trong việc chiếu sáng các phần che bóng của vật thể.
- Hấp thụ (Absorption): Là hiện tượng làm mất năng lượng bức xạ do các thành phần

hóa học khác nhau trong khí quyển gây ra.
Các loại tia sóng cực ngắn (Cosmic Rays) và phần lớn tia cực tím (Ultraviolet) bị ngăn
cản và hấp thụ bởi tầng ozon của khí quyển, nhờ vậy cho phép sự sống tồn tại trên trái
đất.
Hiện tượng hấp thụ ảnh hưởng chính đến các bands thị tần và hồng ngoại. Tuy nhiên,
vùng thị tần bị hấp thụ tương đối ít. Vùng hồng ngoại bị hấp thụ khá mạnh ở một số
bước sóng xen kẽ với các cửa sổ quang học do hơi nước và carbondioxide gây ra, tạo
nên nhiều băng hấp thụ. Đặc biệt, vùng vi sóng và lớn hơn hầu như không bị hấp thụ
hay tán xạ bởi khí quyển.

8


3. Hiện tượng phản xạ phổ
3.1. Sự tương tác của bức xạ với mặt đất
Khi bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất, năng lượng điện từ hay tia tới (Incident
Energy) sẽ tương tác với các đối tượng mặt đất có thành phần vật chất khác nhau. Kết
quả xảy ra ba hiện tượng chính: (1) Phản xạ (2) Truyền qua và (3) Hấp thụ. Nghĩa là,
năng lượng bức xạ điện từ được chuyển thành ba dạng năng lượng thành phần tương
ứng: Năng lượng phản xạ ER(lamda); Năng lượng truyền qua ET() và Năng lượng
hấp thụ EA().
- Phản xạ (Reflection): Hiện tượng một phần nhất định tia bức xa,sau khi tương tác với
các đối tượng, từ bề mặt vật chất quay trở lại không gian theo các hướng khác nhau
(còn gọi là hiện tượng bề mặt). Đây là hiện tượng được viễn thám quan tâm, đặc biệt là
phần phản xạ trở lại theo hướng của tia tới.
- Truyền qua (Transmission): Sự cho phép bức xạ đi qua các môi trường vật chất có
mật độ (hay chiết suất) khác nhau trên bề mặt trái đất (còn gọi là hiện tượng bên
ngoài). Hiện tượng truyền qua gây ra sự biến đổi lớn về cường độ, hướng truyền, thành
phần phổ… của tia bức xạ.
- Hấp thụ (Absorption): Hiện tượng năng lượng bức xạ điện từ làm nóng các thành

phần vật chất trên mặt đất khi tương tác (còn gọi là hiện tượng bên trong). Năng lượng
điện từ bị vật chất hấp thụ nhiều hay ít phụ thuộc vào bước sóng và loại vật thể. Hiện
tượng hấp thụ làm suy yếu cường độ bức xạ, thay đổi thành phần phổ…
Tỷ lệ phần trăm các dạng năng lượng thành phần (phản xa, truyền qua, hấp thụ) không
chỉ phụ thuộc vào bản chất của đối tượng tương tác (như tính chất vật lý, thành phần
hóa học, loại lớp phủ, dạng bề mặt, trạng thái cấu trúc, đặc tính sinh học…) mà còn
phụ thuộc rất lớn vào bước sóng. Nói cách khác: Năng lượng là một hàm của bước
sóng trong sự phụ thuộc với bản chất của vật thể tương tác.
Nếu không kể đến ảnh hưởng của tầng khí quyển trái đất, theo địnhluật bảo toàn năng
lượng, phương trình cần bằng năng lượng có thể được viết:

9


Trong dải thị tần, sự biến đổi phổ hấp thu và phản xạ có liên quan đến bước sóng,
được thể hiện bằng màu sắc của vật thể. Một vật cómàu lục vì nó phản xạ mạnh vùng
phổ màu xanh lục, một vật có màu đỏ vì nó hấp thụ tất cả các tia bức xạ khác ngoại trừ
tia đỏ…
3.2. Các kiểu phản xạ chính
Có 3 kiểu phản xạ đặc trưng: Phản xạ gương (phản xạ phản chiếu);Phản xạ tán xạ và
Phản xạ ngược. Phần lớn các dạng bề mặt trên trái đất là mặt phản chiếu (Specular)
hay mặt tán xạ (Diffuse).
• Phản xạ gương: Khi toàn bộ năng lượng điện từ phản xạ trực tiếp từ bề mặt vật thể
theo một hướng xác định…
• Phản xạ tán xạ: Khi bề mặt vật thể gồ ghề, năng lượng điện từ bị khuếch tán theo
nhiều hướng khác nhau…
• Phản xạ ngược: Khi một phần năng lượng điện từ phản xạ trở lại hướng của tia chiếu
chính…
Mặc dù hiện tượng phản xạ có thể xảy ra theo các hướng khác nhau, nhưng sự phản xạ
theo hướng quan sát của các hệ thống viễn thám mang tính quyết định đến chất lượng

hình ảnh và kết quả giải đoán thông tin từ ảnh.
Tùy thuộc các kiểu phản xạ trong mối quan hệ với nhiều yếu tố ảnhhưởng, các hệ
thống viễn thám, các bước sóng khác nhau… hình ảnh các đối tượng được ghi nhận có
độ xám (Tone), màu sắc (Color), độ sáng (Brightness), độ tương phản (Contrast)…
khác nhau. Đây là cơ sở quan trọng cho việc giải đoán ảnh viễn thám sau này.
3.3. Hệ số phổ phản xạ
Năng lực phản xạ của vật chất có thể đặc trưng bằng một hệ số tương đối gọi là hệ số
phổ phản xạ (Reflectance). Hệ số phổ phản xạ của các đối tượng riêng biệt phụ thuộc
chủ yếu vào bước sóng của tia tới, bản chất của vật thể, dạng bề mặt, trạng thái… và
có thể được xác định bằng đo đạc thực nghiệm.
10


Kỹ thuật viễn thám ghi nhận lại sự thay đổi của năng lượng phản xạ từ các thành phần
vật chất khác nhau bằng việc xử lý và phân tích các hình ảnh của chúng. Kết quả là
xác định được bản chất của vật thể tạo ra sự thay đổi đó.
Biểu đồ hệ số phổ phản xạ của một đối tượng là một hàm của bước sóng gọi là đường
cong phổ phản xạ (Spectral Reflectance Curve).
Dạng đường cong cho biết bản chất các đặc trưng phổ của một vật, là yếu tố chỉ thị
cho chủng loại, thành phần, trạng thái… của vật thể.
Đường cong phổ phản xạ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc chọn vùng phổ,
trong đó các thông tin viễn thám được ghi nhận. Là cơ sở để lựa chọn bộ cảm biến, số
kênh phổ, bề rộng từng kênh… và là căn cứ để phân loại các dạng lớp phủ mặt đất
(Land Covers).
Việc đo bức xạ mặt trời (Solar Irradiation), bức xạ nhiệt (Thermal) và khả năng phản
xạ phổ (Reflectance) của các đối tượng có thể được thực hiện ngay trên mặt đất hay từ
các bộ cảm trong không gian. Tuy nhiên, sau khi đi qua khí quyển, phổ bức xạ mặt trời
(Spectrum) tại mặt đất có thể bị biến đổi. Năng lượng có ý nghĩa còn lại chỉ nằm trong
phạm vi dải sóng khoảng từ 0,25÷3µm.
3.4. Phổ phản xạ của các loại bề mặt chính

3.4.1. Đối với thực vật
Đường cong phổ phản xạ khá đặc thù cho phép phân biệt rõ nét với các loại lớp phủ
khác trên ảnh quang học.
- Trong vùng thị tần (VIS), năng lực phản xạ phổ yếu, nhất là năng lượng có bước
sóng 0,45 (Blue) và 0,67m (Red) do diệp lục tố hấp thụ gây ra. Khả năng phản
xạ phổ đạt cực đại ở bước sóng 0,55m (Green). Do vậy, cho ta cảm giác thực vật
có màu lục…
- Trong vùng hồng ngoại (IR), năng lực phản xạ phổ của thảm thực vật tăng lên
11


đột biến (40%) và có sự khác biệt rõ rệt giữa các loại cây.
Đường cong phổ phản xạ của hai dạng thực vật đặc trưng lá kim (Coniferous) và lá
rộng (Deciduous) cho thấy, trong vùng thị tần khả năng phản xạ phổ đều yếu. Do đó,
bằng các loại bộ cảm thông thường khó có thể phân biệt được.
Vấn đề sẽ được giải quyết nếu sử dụng bộ cảm hồng ngoại gần (NIR). Vì thực vật lá
rộng phản xạ rất mạnh với tia hồng ngoại nên xuất hiện độ xám trên ảnh sáng hơn
nhiều so với thực vật lá kim... Mặc dù có dạng đặc trưng chung, song đường cong phổ
phản xạ của các loài thực vật khác biệt khá rõ rệt ngay trong vùng VIS, đặc biệt là
vùng NIR, cho phép khả năng phân biệt đến từng loài cây, loại hình sử dụng đất. Cây
ăn quả (Citrus) phản xạ mạnh trong nhiềuvùng, nhất là vùng NIR. Cà chua (Tomato)
phản xạ mạnh trong vùng NIR, nhưng yếu nhất trong vùng VIS. Trong khi đó, so với
các loài cây khác, bông vải (Cotton) phản xạ yếu nhất trong vùng NIR.
- Trong vùng hồng ngoại sóng ngắn (SWIR), khả năng phản xạ phổ của thực vật biến
thiên phức tạp, phụ thuộc chủ yếu vào loài cây, đặc biệt là lượng nước trong lá. Nước
hấp thụ mạnh các bands xung quanh dải phổ 1,45m và 1,95÷2,5µm.
Ngoài phạm vi các bands hấp thụ, năng lực phản xạ phổ tăng lên khi lượng nước trong
lá giảm đi. Đặc điểm này được sử dụng để nhận biết các loài cây và trạng thái của
chúng… từ ảnh viễn thám.
- Trong vùng hồng ngoại nhiệt (Thermal IR) có thể phát hiện được sự khô héo của cây

cối, thảm thực vật gây cháy, vùng bị cháy cũng như mức độ cháy…, nhất là vào ban
đêm.
Trên cơ sở phân tích đặc trưng phổ của thực vật, các bands phổ sau
đây thường được sử dụng trong viễn thám quang học để nghiên cứu
thảm thực vật:
A: Band Blue (B)
B: Band Green (G)
C: Band Red (R)
D: Band Near Infrared (NIR)
E: Band ShortWave Infrared (SWIR)

12


3.4.2. Đối với đất
Năng lực phản xạ phổ phụ thuộc nhiều yếu tố, chủ yếu là độ ẩm, kích thước hạt, thành
phần khoáng, hàm lượng mùn, kết cấu, độ nhám bề mặt… Trong đó, độ ẩm đất (Soil
Moisture) là yếu tố ảnh hưởng đáng kể.
Trong vùng thị tần, hệ số phổ phản xạ tăng lên rất nhanh khi bước sóng tăng và biến
thiên phức tạp ở vùng hồng ngoại. Độ ẩm càng cao năng lực phản xạ phổ của đất càng
giảm và ngược lại.
3.4.3. Đối với nước
Đường cong đặc trưng cho thấy năng lực phản xạ phổ của nước rất thấp và chỉ xảy ra
trong vùng thị tần. Nước hấp thụ khá mạnh nhiều bước sóng khác nhau, ngay trong dải
hồng ngoại gần, cho dù là nước trong tự nhiên (ao hồ, sông suối…) hay nước chứa
trong vật thể (thực vật, đất…).
Hệ số phổ phản xạ phổ đạt cực đại ở cuối phổ Blue và giảm rất nhanh khi chuyển sang
vùng hồng ngoại. Vì vậy trên ảnh nước sạch thể hiện rất tối, trong khi nước bẩn (do
trầm tích khoáng) làm tăng khả năng phản xạ cuối phổ Red nên xuất hiện màu hơi
nâu…


13


4. Hệ thống quét hình
4.1. Nguyên lý quét hình
- Nguyên tắc hoạt động của máy quét là sử dụng các tế bào quang điện hay bộ dò
(Detectors) cảm nhận hình ảnh bề mặt trái đất theo các dòng quét (Scanlines) ngang
hay dọc so với hướng đường bay của vật mang.
Thực chất là ghi nhận sự biến thiên của năng lượng điện từ phản xạ hay phát xạ từ các
đối tượng mặt đất theo từng bước sóng khác nhau trong một vùng phổ xác định.
- Nhiệm vụ của bộ cảm biến (Sensors) là thu nhận năng lượng điện từ phản xạ hay
phát xạ từ mặt đất theo từng bước sóng khác nhau trong một vùng phổ xác định. Biến
đổi quang năng thành điện năng. Chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu số (giá trị của
Pixels tương ứng với năng lượng bức xạ mà bộ cảm thu nhận được) để tạo ra ảnh số
(Digital Images).
- Giá trị độ sáng của phần tử ảnh (Pixel Brightness Value) phụ thuộc vào khả năng
lượng tử hóa (số bits) của thiết bị. Số bits dùng để ghi nhận sự phân cấp độ xám (tức
sự thay đổi nhỏ nhất về cường độ sóng phản xạ từ vật) gọi là độ phân giải bức xạ. Các
máy quét hiện nay sử dụng mức lượng tử 8 bits cho phép ghi nhận thông tin trong 2 8 =
256 cấp, cấp 1 là 0 (đen) đến cấp cuối cùng là 255 (trắng).
Các tế bào quang điện sử dụng để ghi nhận tín hiệu chia 2 dạng: Dạng rời rạc (Discrete
Detectors) và Dạng dải (Linear Arrays).
- Hiện nay có 2 loại máy quét hoạt động theo hai nguyên lý khác nhau: Nguyên lý quét
quang cơ (Whiskbroom) và Nguyên lý quét quang điện tử (Pushbroom).
+ Máy quét quang cơ (Wiskbroom Scanner): Quét bề mặt đất theo các dòng quét liên
tục (one line at a time) theo hướng vuông góc với tuyến bay. Trong đó, mỗi dòng quét
được tạo thành từ nhiều phần tử riêng biệt nối tiếp nhau (point to point) ứng với
“trường nhìn tức thời”  (IFOV-Instantaneous Field of View), có kích thước tương
ứng trên mặt đất (X, Y) gọi là phần tử phân giải mặt đất (Ground Resolution

Element), biểu thị cho độ phân giải của ảnh.
• Độ phân giải hình học: Máy quét quang cơ cho độ phân giải hình học (kích
thước phần tử phân giải mặt đất) không đồng nhất.

14


+ Máy quét quang điện tử (Pushbroon Scanner) Các dòng quét bề mặt đất vuông góc
với hướng bay được thực hiện một cách đồng thời theo nguyên lý phép chiếu xuyên
tâm, nhờ cấu trúc đặc biệt của bộ cảm mảng tuyến tính CCD-Sensor.
• Độ phân giải hình học: Máy quét quang điện tử cho độ phân giải hình học (kích
thước phần tử mặt đất tương ứng với Pixel) đồng nhất theo cả 2 hướng, hướng bay và
hướng vuông góc với tuyến bay.
Độ phân giải hình học được tính theo: Tốc độ bay của vật mang (v);
Thời gian lộ quang (t); Độ cao bay (H); Kích thước Pixel (x, y);
Bề rộng dải quét (F) và Số lượng phần tử của bộ cảm (n).
4.2. Phương pháp quét đa phổ
Máy quét đa phổ (Multispectral Scanner) là một phức hệ liên kết nhiều bộ cảm trong
một thể thống nhất. Các tia phản xạ từ mặt đất trước khi tới cảm biến được tách sóng
nhờ bộ tách phổ (Prism) hay các kính vật mang bộ lọc (Filters) thích hợp. Ngoài ra,
nhờ kết cấu đặc biệt của hệ thống, thiết bị này còn cho phép quét ảnh lập thể.
4.3. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy quét
(1). Tổng số kênh phổ sử dụng
(2). Phạm vi quang phổ từng kênh
(3). Trường nhìn toàn bộ (FOV)
(4). Trường nhìn tức thời (IFOV) hay kích thước của Pixel
(5). Các đặc trưng về bức xạ (sự nhiễu, độ nhạy, số bits…) và thời
gian (thông số thời gian của bộ cảm, vệ tinh…).
4.4. Các vệ tinh viễn thám
Vệ tinh (Satellites) là vật mang chủ yếu nhất trong các hệ thống viễn thám không gian.

Được chia ra 2 nhóm chính:
• Nhóm vệ tinh khí tượng: Dùng để giám sát và dự báo điều kiện thời tiết, khí hậu, môi
trường. Vệ tinh GMS (Nhật); NOAA, GEOS (Mỹ); METEOSAT (Châu âu)… Sử dụng
quỹ đạo địa tĩnh, độ cao bay lớn, bộ cảm có độ phân giải không gian thấp nhưng độ
phân giải thời gian cao, tầm hoạt động rộng lớn…
• Nhóm vệ tinh tài nguyên: Dùng để điều tra giám sát tài nguyên trên mặt đất. Sử dụng
quỹ đạo cận cực đồng bộ mặt trời, độ cao bay từ 700-900km, mang các bộ cảm có độ
phân giải cao, nhiều kênh phổ. Mục đích chính là giám sát biến động trên mặt đất và
15


thành lập bản đồ. Hiện nay, có nhiều loại vệ tinh quan trắc trái đất, mang các thiết bị
thu nhận khác nhau, phục vụ đa mục tiêu hay trong từng lĩnh vực nghiên cứu.
Vệ tinh viễn thám thường được phân loại theo độ phân giải không gian (Spatial
Resolution) của cảm biến sử dụng:
• Hệ thống vệ tinh độ phân giải thấp (>1km): Bao gồm các vệ tinh địa tĩnh
(Geostationary), vệ tinh khí tượng (Meteorological)...
• Hệ thống vệ tinh độ phân giải trung (>100m÷1km): Gồm các vệ tinh: Terra-Modis;
EnviSat-Meris; Adeos2-GLI...
• Hệ thống vệ tinh độ phân giải cao (>5m÷100m): Gồm các vệ tinh như LandSat; Spot
1, 2, 4; MOS; EO-1; IRS...
• Hệ thống vệ tinh độ phân giải rất cao (>=1m÷5m): Gồm các vệ tinh: Ikonos; ErosA1; QuickBird; Spot-5; OrbView...
• Hệ thống vệ tinh độ phân giải siêu cao (<1m): Các vệ tinh ALOS (Advanced Land
Observing Satellites): Ikonos (0,82m); QuickBird (0,61m); Pleiades-1 (0,5m);
WorldView-1,2

(0,46m);

GeoEye-1


(0,41m);

GeoEye-2

(0,25m-năm

2013);

WorldView-3 (năm 2014)…
4.4.1. Vệ tinh LandSat
Là hệ thống vệ tinh nghiên cứu tài nguyên trái đất(Earth Resource Observation
System-EROS) do cơ quan hàng không vũ trụ của Mỹ-NASA (The National
Aeronautics and Space Administration) thực hiện từ năm 1972. Cho phép thu nhận
hình ảnh toàn bộ bề mặt trái đất, truyền qua 15 trạm thu được quản lý thống nhất. Quỹ
đạo chuyển động của vệ tinh theo hướng bắc nam, cận cực (nghiêng 98,20 so với xích
đạo), đồng bộ mặt trời (cùng giờ địa phương từ 9h30-10h30).
- Thế hệ thứ nhất bao gồm các vệ tinh LandSat-1 (1972), LandSat-2 (1975) và
LandSat-3 (1978), cung cấp hàng triệu bức ảnh có giá trị về bề mặt trái đất, hiện đã
ngừng hoạt động.
- Thế hệ thứ 2 gồm các vệ tinh LandSat-4 (1982), LandSat-5 (1984) đang hoạt động.
Vệ tinh LandSat-6 (1993) bị mất quỹ đạo, dự kiến hoạt động trong 20 năm, thực hiện
chức năng đa nhiệm, mang bộ cảm ETM (Enhanced Thematic Mapper) tương tự TM
và thêm băng Panchromatic (0,50÷0,86m).
16


- Thế hệ thứ 3, vệ tinh LandSat-7, được phóng lên quỹ đạo 7/1998, mang sứ mệnh
cung cấp nguồn dữ liệu ảnh chất lượng cao (độ phân giải, dạng số, đã qua xử lý…) cho
người sử dụng trên khắp thế giới, với giá thành hạ, phục vụ đa mục tiêu, nhanh chóng
tiện lợi… trong thế kỷ 21.

- Bộ cảm MSS (MultiSpectral Scanner): Là hệ thống quét quang cơ dùng trên các thế
hệ vệ tinh LandSat-1÷5, có 4 kênh phổ, kéo dài từ 0,5÷1,1um.
- Bộ cảm TM (Thematic Mapper): Là hệ thống quét quang cơ dùng trên các vệ tinh
LandSat-4,5 cung cấp nhiều thông tin về bức xạ hơn so với MSS. Có 7 kênh phổ, kéo
dài từ 0,45÷2,35m.
- Bộ cảm ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus): Là hệ thống nâng cấp của TM
trên vệ tinh LandSat-7. Hoạt động linh hoạt và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực nghiên
cứu.
4.4.2. Vệ tinh SPOT
Là chương trình nghiên cứu không gian của Pháp (Systeme Pour l’Observation de la
Terre) được triển khai thực hiện từ năm 1986, mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực
viễn thám từ vũ trụ. Bao gồm nhiều thế hệ vệ tinh:
Các vệ tinh SPOT-1 (1986), SPOT-2 (1990, hiện còn hoạt động) và
SPOT-3 (1993, hỏng năm 1997) trong hơn 10 năm thu gần 5 triệu tấm ảnh về bề mặt
đất. Các vệ tinh này mang cặp bộ cảm HRV (High Resolution Visible). SPOT-4 được
phóng lên quỹ đạo đầu năm 1998, sử dụng thêm một số kênh phổ. SPOT-5 phóng vào
đầu năm 2002, mang bộ cảm mới HRG (High Resolution Geometry) độ phân giải cao
hơn phục vụ cho đa mục đích.
- Bộ cảm HRV (High Resolution Visible): Là hệ thống quét quang điện tử
(Pushbroom).
- Bộ cảm HRG (High Resolution Geometry) trên vệ tinh SPOT-5: Là bộ lập bản đồ đa
phổ có độ phân giải hình học cao. Cấu hình hoạt động tương tự bộ cảm HRV.
4.4.3. Vệ tinh MOS
Là chương trình vệ tinh quan sát nghiên cứu bề mặt đại dương, thực vật, đất và nước
do NASDA thực hiện. MOS-1 (1987) ngừng hoạt động năm 1995. MOS-1b (1990)
ngừng hoạt động năm 1996. Mang bộ cảm: MESSR (Multispectral Electronic Self17


Scanning Radiometer); VTIR (Visible and Thermal Infrared Radiometer); MSR
(Microwave Scanning Radiometer).

4.4.4. Vệ tinh ADEOS
Do cơ quan NASDA (Japanese Space Agency) thực hiện trong các năm 1996, 1999
nhằm nghiên cứu môi trường, khí hậu, tầng ozon, khai thác rừng, đại dương và biển…
4.4.5. Vệ tinh IRS-1C
Là hệ thống vệ tinh tài nguyên trái đất do NRSA (National Remote Sensing Agency)
thực hiện, có sứ mệnh cung cấp nguồn dữ liệu viễn thám cho hệ thống quản lý tài
nguyên thiên nhiên quốc gia.
4.4.6. Vệ tinh IKONOS
Là vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao được phóng tháng 9/1999 do
SpaceImaging (USA) thực hiện. Được sử dụng nhiều trong quản lý đô thị, quy hoạch
sử dụng đất...
4.4.7. Vệ tinh QuickBird
Là một vệ tinh trong chùm các vệ tinh ALOS (Advanced Land Observing Satellites)
do hãng DigitalGlobe (USA)thiết kế chế tạo, được phóng lên quỹ đạo 10/2001, nhằm
cung cấp sản phẩm ảnh thương mại về bề mặt đất có độ phân giải không gian siêu cao.
Vệ tinh QuickBird kéo dài hoạt động đến năm 2009.
4.4.8. Vệ tinh WorldView
Là vệ tinh tiếp theo trong chùm vệ tinh ALOS do hãng DigitalGlobe (USA) thực hiện
có công suất cao. Hệ thống thu ảnh toàn sắc được phóng lên ngày 18/9/2008 cung cấp
hình ảnh (Mono & Stereo) độ phân giải cao (0,46m) cho công nghiệp vũ trụ.
4.4.9. Vệ tinh VNREDSat-1
Là hệ thống vệ tinh quang học độ phân giải cao quan sát trái đất đầu tiên của Việt
Nam, do Cty AEDS Astrium France thiết kế chế tạo, có khả năng chụp ảnh toàn bộ bề
mặt trái đất.

18


5. Hệ thống Radar
5.1. Các bộ phận chính

Radar (Radio Detection and Ranging) là hệ thống dò và đo khoảng cách bằng sóng
radio. Đây là hệ thống viễn thám chủ động sử dụng nguồn bức xạ siêu cao tần (Active
Microwaves) có bước sóng kéo dài từ milimét đến mét. Hiện nay đang được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu nhờ các ưu thế của nó:
• Sử dụng trong mọi điều kiện khí hậu, thời tiết, môi trường.
• Cho phép hoạt động liên tục 24/24 giờ.
• Có khả năng thu nhận cả tia phản xạ và phát xạ từ bề mặt đất.
• Khả năng xâm nhập cực mạnh vào các lớp địa hình trái đất…
Radar là thiết bị đơn sắc, cho phép chụp lặp, hình ảnh có độ phân giải cao, sắc nét…,
có thể tạo mô hình lập thể và mô hình số. Cung cấp thông tin hữu ích về khí quyển, đất
đai, đại dương…
Kỹ thuật radar truyền đi một chùm xung vô tuyến có cường độ cao (Pulses) đến mục
tiêu và thu về sóng tán xạ ngược trở lại (backscatter) qua anten của máy. Bằng cách
phân tích sóng phản hồi, vật phản xạ được định vị chính xác và đôi khi có thể xác định
được hình dạng.
Chỉ với một lượng rất nhỏ sóng phản xạ, tín hiệu radio có thể dễ dàng thu nhận và
khuyếch đại lên vài lần. Vì thế, radar thích hợp để định vị các vật thể ở khoảng cách xa
mà sự phản xạ khác (âm thanh, ánh sáng…) quá yếu. Tuy nhiên, sóng radio không
truyền được xa trong môi trường nước. Do vậy, dưới biển không sử dụng được sóng
radar mà phải dùng sóng siêu âm (Sonar).
Sóng radar bị tán xạ theo nhiều cách, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa kích
thước vật tán xạ với bước sóng radio và hình dạng của vật.
- Nếu bước sóng ngắn hơn nhiều so với kích thước vật, tia sóng sẽ dội lại tương tự như
tia sáng phản chiếu gương (phản xạ mạnh).
- Nếu bước sóng lớn hơn so với kích thước của vật, vật thể sẽ bi phân cực tán xạ mạnh
(hiện tượng tán xạ Rayleigh – hiệu ứng làm cho bầu trời có màu lam).
- Bước sóng radar càng ngắn độ phân giải hình ảnh càng cao, nhưng cần nguồn năng
lượng lớn, năng lượng dễ bi hấp thu bởi vật thể nhỏ, không truyền được xa...
Các bộ phận chính của hệ thống radar:
19



- Transmitter: Sản sinh ra năng lượng cao (trong thời gian ngắn), phát xung năng
lượng vào không gian nhờ antena.
- Duplexer: Luân phiên giữa truyền và nhận sóng qua antena.
- Receiver: Bộ thu, khuyếch đại và phản điều biến (Demodulate) tín hiệu phản xạ nhận
được.
- Antenna : Chuyển năng lượng truyền tín hiệu trong không gian.
Microwave Radiometer: Thiết bị ghi nhận sự phát xạ vi sóng tự nhiên từ trái đất (dùng
đo hàm lượng nước trong khí quyển).
Radar Altimeter: Phát xung (pulses) tín hiệu vi sóng, ghi nhận tín hiệu tán xạ ngược từ
mặt đất (dùng xác định độ cao địa hình…).
Wind Scatterometer: Đo tốc độ và hướng gió trên mặt biển bằng cách gửi đi các xung
dọc theo một số hướng, ghi nhận tín hiệu tán xạ ngược khuếch đại từ bề mặt nước, biết
được sự “gồ ghề” của mặt biển (có liên quan đến tốc độ và hướng gió).
5.2. Nguyên lý hoạt động của Radar
Các chùm xung năng lượng vi sóng (Energy Pulses) được Antena phát xuống mặt đất.
Sau khi tương tác với mục tiêu, năng lượng tánxạ phản hồi trở lại (Backscatters) được
cảm biến ghi nhận, khuếch đại, xử lý tạo ra độ xám (tones) và chuyển thành hình ảnh.
Cường độ năng lượng tán xạ ngược (,wat) trong trường quan sát của bộ cảm được
ghi nhận theo chu kỳ thời gian micro giây (1µs = 10-6s).

Các bands phổ chủ yếu sử dụng trong hệ thống Radar bao gồm: Band-L (15÷30cm);
Band-C (3,8÷7,5cm) và Band-X (2,4÷3,8cm).
Điểm đặc biệt của hệ thống Radar là sử dụng dạng thức quét ảnh bên sườn (SideLooking). Theo đó, dải địa hình được quét nằm cách xa đường nadir, phụ thuộc vào
góc nhìn (Look Angle). Các dòng quét theo hướng vuông góc với hướng bay có bề
rộng (Swath Width) phụ thuộc vào búp sóng (Main Beam).
20



5.3. Các hệ thống Radar
5.3.1. Hệ thống SLAR
Còn gọi là RAR (Real Aperture Radar) sử dụng nguồn bức xạ điện từ khác pha
(Noncoherent), nên khả năng phân giải không gian theo hướng bay (hướng phương vị)
X và hướng vuông góc với đường bay (hướng nhìn) Y không đồng nhất, phụ thuộc
chủ yếu góc nhìn.
5.3.2. Hệ thống SAR
Để cải thiện độ phân giải ảnh theo hướng phương vị, SAR sử dụng nguồn bức xạ điện
từ đồng pha (Coherent) cho khả năng phân giải không gian (X) đồng nhất trong toàn
dải quét, không phụ thuộc vào khoảng cách nghiêng.
5.4. Các vệ tinh viễn thám Radar
5.4.1. JERS-1
Là hệ thống vi sóng SAR sử dụng band L (1,275 GHz; Linear HH) và một bộ cảm
quang học OPS (Optical Sensor) thu nhận bộ dữ liệu toàn cầu nghiên cứu tài nguyên
và thiết lập hệ thống tích hợp quan sát trái đất. Quỹ đạo cận cực (97,70), đồng bộ mặt
trời, độ cao 568km, thời gian bay trong quỹ đạo 96’, chu kỳ lặp lại 44 ngày. Bề rộng
dải quét 75m, độ phân giải 18m.
5.4.2. RadarSat
Do Canadian Space Agency thực hiện. Nhiệm vụ chính là thám sát vùng đại dương
băng giá, hướng dẫn tàu thuyền, theo dõi mùa màng, lập bản đồ rừng…
5.4.3. SEASAT
Là vệ tinh viễn thám Radar, chủ yếu thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu đại dương và
biển. Sử dụng band L (23,5cm).
5.4.4. SIR-A
Tàu con thoi độ cao 250km. Độ rộng dải ảnh 50km. Sử dụng band L. Độ phân giải
không gian 38m.
5.4.5. SIR-B
Tàu con thoi có Anten linh động. Độ cao bay 225km. Sử dụng band L. Thu ảnh stereo.
Độ rộng dải ảnh 40km. Độ phân giải không gian 25m. SEASAT
5.4.6. SIR-C

21


Tàu con thoi có nhiệm vụ thăm dò khả năng viễn thám Radar đa phổ từ không gian. Sử
dụng band L (23,5cm) và band C (5,7cm).
5.4.7. ERS
Là hệ thống vệ tinh đo lường toàn diện gió và sóng biển, giám sát đại dương và băng,
nghiên cứu dải ven bờ, đất đai... bằng hệ thống vi sóng chủ động và thụ động. Các bộ
cảm sử dụng: AMI, RA-1, ATSR, GOME

22


6. Phương pháp giải đoán quang học
6.1. Nguyên lý giải đoán ảnh quang học
Giải đoán ảnh (Image Interpretation) được hiểu là việc thu thập thông tin về các đối
tượng thông qua hình ảnh của chúng dựa trên cơ sở các quy luật tạo hình và quy luật
phân bố trong tự nhiên.
Theo đó, giải đoán ảnh là một phương pháp xử lý đánh giá ảnh thu thập thông tin thể
hiện bản chất và mối quan hệ của các đối tượng trên cơ sở quan sát, phân tích, đo
đạc… các đặc tính của các đối tượng trên ảnh. Thực chất là quá trình chiết tách thông
tin định tính và định lượng trên cơ sở tri thức và kinh nghiệm. Giải đoán ảnh liên quan
đến nhiều lĩnh vực khoa học (Toán học; Vật lý; Địa lý; Thiên văn; Trắc địa - Bản đồ;
Địa chất; Thủy văn; Lý thuyết thông tin...).
- Phương pháp giải đoán quang học: Phương pháp dựa trên nguyên lý hoạt động sáng
tạo của con người, trong đó việc giải đoán được tiến hành bằng thụ cảm thị giác có sự
hỗ trợ của các dụng cụ quang học.
Đây là phương pháp phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, cho phép khai
thác tốt tri thức chuyên môn và kinh nghiệm của con người, sử dụng cho cả ảnh tương
tự và ảnh số. Tuy nhiên, tốn thời gian, công sức, kết quả thiếu đồng bộ, mang tính chủ

quan...
- Phương pháp giải đoán tự động: Là phương pháp dựa trên cơ sở các thuật toán xử lý
hình ảnh, trong đó việc giải đoán được tiến hành bằng cách biến đổi thông tin trên ảnh
thành các tín hiệu quang học hay điện tử, các tín hiệu này sẽ được mã hóa và chuyển
thành hình ảnh theo lý thuyết nhận dạng và quy luật xác suất thống kê.
Đây là phương pháp chủ yếu trong xử lý giải đoán ảnh dạng số, còn gọi là phân loại
ảnh (Image Classification), đòi hỏi cao về trang thiết bị kỹ thuật, công nghệ…
- Nhiệm vụ chính của giải đoán ảnh là:
(1) Thu thập thông tin tổng
hợp về bề mặt đất;
(2) Xác định đặc tính của tập hợp các địa vật riêng biệt trên mặt đất và trong khí
quyển;

23


(3) Thành lập và hiện chỉnh bản đồ... Giải đoán ảnh được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực, đòi hỏi cao về kiến thức, trình độ chuyên môn, sự nhạy cảm, khả năng
hư cấu, tính kiên nhẫn, kinh nghiệm, trang thiết bị…
- Quá trình giải đoán ảnh gồm 3 công đoạn chính:
+ Tìm kiếm thông tin: Là việc cảm thụ riêng biệt các yếu tố hình ảnh của đối tượng
nghiên cứu, nhưng chưa phát hiện ra bản chất của nó.
+ Xử lý thông tin: Là việc thu nhận hình ảnh các đối tượng một cách độc lập, toàn vẹn
và phân chia thành các phần xác định (định tính, định lượng), đồng thời đánh giá hình
ảnh thu nhận được.
+ Phân loại thông tin: Hay đánh giá thông tin, là việc phát hiện bản chất chung của các
địa vật có tính chất tương đồng. Tức là việc chuyển các đặc tính riêng về đặc tính
chung.
Kết quả giải đoán ảnh (R) là một hàm của 5 yếu tố cơ bản:
R = f (1/m; M; T; Q; E)

• Tỷ lệ (1/m) hay Độ phân giải ảnh (Pixel): Liên quan chủ yếu đến đặc điểm của đối
tượng, mục đích và yêu cầu nghiên cứu.
• Dạng vật liệu ảnh (M): Tuỳ thuộc chủ yếu vào đặc điểm của đối tượng, mục đích
nghiên cứu, thiết bị thu nhận ảnh…
• Thời gian hay mùa chụp (T): Liên quan mật thiết đến tính chất vật hậu của thảm thực
vật, năng lực phản chiếu của các đối tượng, ảnh hưởng của tầng khí quyển trái đất,
điều kiện thời tiết khí hậu…
• Chất lượng nguồn dữ liệu (Q): Là kết quả tổng hợp của nhiều yếu tố trong quá trình
tạo ảnh (phương pháp thu nhận, dạng vật liệu, điều kiện môi trường, kỹ thuật xử lý
ảnh…).
• Khả năng của người giải đoán (E): Đây là yếu tố quan trọng, liên quan đến sự hiểu
biết, tri thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tiễn…
Trong quá trình giải đoán, sử dụng các loại thông tin khác nhau:
Thông tin hình thức (phản ánh quan hệ giữa khối lượng thông tin được ghi nhận với
khả năng phân biệt và độ tương phản của ảnh).
Thông tin xác suất (liên quan đến tần số xuất hiện của các sự vật).
Thông tin đánh giá (Thông tin có ích - trực tiếp hỗ trợ cho việc giải
24


đoán; Thông tin chỉ báo - phục vụ cho việc nhận biết được các
thông tin có ích; Thông tin vô ích - tức thông tin nhiễu).
Độ tin cậy giải đoán ảnh: Là xác suất giải đoán đúng các đối tượng nghiên cứu. Trong
giải đoán quang học thường đặc trưng bằng tỷ số giữa số đối tượng giải đoán đúng (k)
so với toàn bộ đối tượng được giải đoán (K). Độ tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tố,
chủ yếu là khả năng thụ cảm thị giác của con người (cơ sở sinh lý), chất lượng hình
ảnh (cơ sở tạo ảnh), cảnh quan khu vực (cơ sở địa lý).

6.2. Cơ sở của phương pháp giải đoán quang học
6.2.1. Cơ sở địa lý

 Tính phân bố địa lý của các sự vật trên mặt đất
Các sự vật phân bố trên mặt đất không phải tùy tiện mà có tính quy luật. Tập hợp có
quy luật các đối tượng tạo ra một quần thể mang tính lãnh thổ.
Các đơn vị quần thể tự nhiên được chia ra:
- Tiểu cảnh khu:m Đơn vị quần thể tự nhiên đơn giản nhất, trong đó đồng nhất về các
điều kiện tự nhiên…
- Cảnh khu: Tập hợp các tiểu cảnh khu hình thành đơn vị tự nhiên phức tạp hơn là
cảnh khu. Cảnh khu có cấu trúc mang tính đặc thù như: Loại đất; Bãi bồi; Thung lũng;
Đầm lầy…
- Cảnh quan địa lý (Landscape): Là đơn vị cơ bản của tự nhiên mang tính lãnh thổ,
được hình thành do liên kết các cảnh khu. Được hiểu là một khu vực trên mặt đất có
cùng nguồn gốc phát sinh, lịch sử phát triển, cơ sở địa chất thống nhất, sự kết hợp
giống nhau của các điều kiện tự nhiên (thủy văn, thổ nhưỡng, địa hình, khí hậu...) và
mang tính đặc thù về hệ động thực vật.
Do tác động của con người trong quá trình khai khẩn đất đai làm phá vỡ mối quan hệ
tương hỗ giữa các sự vật trong tự nhiên. Tuy nhiên, việc thay đổi lớp thực phủ, thổ
nhưỡng, một phần hệ thủy văn… không làm ảnh hưởng trực tiếp đến yếu tố địa hình.
25