Giới thiệu những công cụ cơ bản của phần mềm xử lý ảnh ENVI 3.6 và cách tổng hợp màu ảnh vệ tinh
Mục tiêu của bài tập: giúp sinh viên làm quen với phần mềm xử lý ảnh và làm quen với ảnh vệ tinh đa phổ
Dữ liệu và phần mềm: do phòng Kỹ thuật Viễn thám và GIS của bộ môn Tính toán Thủy văn cấp bao gồm
• Phần mềm sử lý ảnh ENVI 3.6 (demo)
• Ảnh vệ tinh Landsat TM 5: d:\student\RS&GIS\baitap1\Bangkok_landsatTM5 Trong bài tập, sinh viên sẽ được hướng dẫn sử dụng phần mềm để mở lần lượt các band ảnh Landsat TM 5, được giới thiệu về các band ảnh của vệ tính này, sau đó được học cách tổng hợp màu: tạo ảnh màu thực (true color), màu giả (false color), và màu giả định (pseudo color). Sau đây là những hướng dẫn cụ thể cho sinh viên:
1. Giới thiệu về phần mềm ENVI:
Phần mềm ENVI là tên viết tắt của Environment for Visualizing Images (tạm dịch là môi trường xem và xử lý ảnh) do công ty Rearch System của Hoa kỳ xây dựng. ENVI được xây dựng để đáp ứng những yêu cầu của những người chuyên sử dụng tư liệu viễn thám, ảnh chụp từ máy bay. ENVI cung cấp những tính năng xem và sử lý ảnh một cách chuyên nghiệp ở mọi định dạng ảnh. Giao diện của phần mềm này rất rõ ràng, thân thiện và đặc biệt rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra ENVI còn tích hợp thêm một số công cụ cơ bản của GIS để giúp cho người sử dụng kết hợp được ngay tư liệu viễn thám với những dữ liệu số GIS.
2. Giới thiệu về ảnh vệ tinh LandSat TM 5:
Là ảnh được chụp trên vệ tinh Landsat 5 bằng sensor TM. Đặc điểm các band ảnh của vệ tinh Landsat 5 TM như sau (thông tin chi tiết có thể xem giáo trình hoặc trên mạng Internet):
Channel Wavelength Range (10-6 m)
TM1 0.45-0.52 (blue)
TM2 0.52-0.60 (green)
TM3 0.63-0.69 (red)
TM4 0.76-0.90 (near IR) TM6 1.55-1.75 (short wave IR) TM6 10.4-12.5 (thermal IR) TM7 2.08-2.35 (short wave IR)
3. Tổng hợp màu: màu thật, màu giả, và màu giả định:
Màu tổng hợp: một ảnh màu có thể được tạo ra bởi sự kết hợp của 3 ảnh của 3 band phổ màu khác nhau. Các ảnh màu khác nhau này phụ thuộc vào sự lựa chọn của 3 band ảnh khi gán cho 3 tấm lọc màu cơ bản RGB (Red – Green – Blue).
• Ảnh màu thật: khi 3 tấm lọc B, G, R được ấn định cho 3 ảnh chụp ở 3 vùng phổ Blue, Green và Red thì ảnh màu tổng hợp này được gọi là ảnh thật và ảnh sẽ có màu sắc tự nhiên.
• Ảnh màu giả: Nếu có thêm ảnh ở band không nhìn thấy chẳng hạn như ánh sáng hồng ngoại được ấn định vào tấm lọc R, G, B thì ảnh màu tổng hợp này gọi là ảnh màu giả.
• Ảnh màu giả định: là ảnh màu được tạo ra bằng cách sử dụng bảng phối màu (của phần mềm) ấn định cho ảnh ở từng band được mở ở chế độ grey scale (đơn sắc).
4. Các thao tác thực hành:
a. Mở ảnh và cách tạo ảnh màu tổng hợp
• Mở file *.hdr bằng Notepad để thu thập các thông tin về ảnh, số dòng, số cột, kích thước, ảnh được chụp ở mấy band từ, ảnh đã được nắn chỉnh chưa, nếu được nắn chỉnh rồi thì ở hệ quy chiếu nào, vv.
• Khởi động ENVI
• Chọn “Open Image File” từ menu “File” sau đó đưa đường dẫn vào thư mục chứa ảnh, chọn ảnh cần mở
• Một danh sách các band ảnh sẽ xuất hiện
• Lựa chọn RGB và click vào các band từ
• Theo như định nghĩa ở trên, để tạo ảnh màu thực, thì ta chọn band 3 cho R, bank 2 cho G, và band 1 cho B. Sau đó lựa chọn “Load image”, có 3 cửa sổ sẽ xuất hiện. Nhận xét ảnh được tạo ra?
• Để tạo ảnh màu giả, thi chọn band 4 cho R, band 3 cho G và band 2 cho B và sau đó cũng chọn “Load image”. Nhận xét ảnh được tạo ra.
• Để tạo ảnh màu giả định, thi trước tiên ta phải mở một màu ở chế độ đơn sắc (grey scale) sau đó lựa chọn “color mapping” trên menu “Tool” và lựa chọn
“ENVI Color Tables” rồi lựa chọn một gam màu phù hợp trong bảng màu b. Cắt ảnh theo kích thước và theo vùng nghiên cứu:
• Mở ảnh màu thực ra
• Chọn “Save Image as” trong menu “File” sau đó lựa chọn tên file ảnh
• Chọn “Spatial Subset” và sau do chọn vùng cần cắt, có thể chọn theo toạ độ, theo ảnh, hay theo bản đồ. Sau khi lựa chọn rồi thì ấn OK
• Lựa chọn định dạng file ảnh mới: “Tiff/GeoTiff”, các định dạng ảnh khác, hoặc giữ nguyên định dạng của ENVI.
• Lựa chọn vị trí để lưu file ảnh mới ra.
c. Kiểm tra giá trị và vị trí của các điểm ảnh và các biểu đồ biến thiên giá trị xám độ theo chiều dọc hay ngang của ảnh
• Mở ảnh màu thực ra
• Chọn “Cursor Location/Value” trên menu “Tools”
• Khi xuất hiện bảng hội thoại “Cursor Location/Value” thì di chuyển con trỏ đến cửa sổ “Image Windows” chúng ta sẽ thấy được giá trị và vị trí của điểm chúng ta cần biết
• Chọn “Profiles” trên Menu “Tool”, ta sẽ thấy một số lựa chọn
• Chọn “X profile” để xem biểu đồ biến thiên của xám độ theo phương ngang
• Chọn “Y profile” để xem biểu đồ biến thiên của xám độ theo phương dọc
• Chọn “Z profile” để xem sự thay đổi xám độ theo các kênh. Bạn có thể thay đổi giá trị của bước sóng và ấn “apply”.
Xem xét sự thay đổi của đất sử dụng bằng các công cụ trên trong phần báo cáo thực hành:
• Nước
• Đất trống
• Ruộng lúa
• Khu vực đã xây dựng 5. Yêu cầu của báo cáo:
1. Mục tiêu của bài tập
2. Dữ liệu: (tự kiếm hay cho trước, mô tả và giới thiệu qua) 3. Phương pháp làm, kết quả, và phân tích kết quả
4. Kết luận và kiến nghị 5. Tài liệu tham khảo
Bài tập thực hành 2:Tìm hiểu về ảnh viễn thám có độ phân giải cao, độ phân giải trung bình và độ phân giải thấp
Mục tiêu của bài tập: giúp sinh viên làm quen với các loại ảnh viễn thám như ảnh có độ phân giải cao, ảnh có độ phân giải thấp và trung bình. Hướng dẫn sinh viên cách tìm thông tin về ảnh cần thiết cho công việc của mình sau này.
Dữ liệu và phần mềm: do phòng Kỹ thuật Viễn thám và GIS của bộ môn Tính toán Thủy văn cung cấp bao gồm:
• Phần mềm sử lý ảnh ENVI 3.6 (demo)
• Ảnh vệ tinh:
Những ảnh có độ phân giải cao o Landsat 7
o IRS 1D LISS-III o IKONOS
o Quickbird o ASTER
Những ảnh có độ phân giải trung bình và thấp
o NOAA
o SPOT VI o RADARSAT
1. Giới thiệu về ảnh có độ phân giải cao, trung bình và thấp:
• Các ảnh có độ phân giải từ 2.5 m đến 30 m ở cả băng đa phổ (multi-specture) và đơn sắc (panchromatic) được chụp từ các sensor hay hệ thống chup ảnh thì được gọi là các ảnh có độ phân giải cao. Ví dụ như ảnh chup của các sensor Landsat ETM, Sport PAN và MS, Aster, IRS 1C/D PAN hay LISS. Các ảnh có độ phân giải đặc biệt lớn là các ảnh có độ phân giải từ 0.6 m đến 4 m như ảnh IKONOS, Quickbird.
• Các ảnh có độ phân giải trung bình và thấp là các ảnh có độ phân giải từ 250 m đến 1 km ví dụ như ảnh NOAA, MODIS, ERS…
• So sánh ưu nhược điểm của 2 loại ảnh trên
• So sánh ưu nhược điểm của 2 loại ảnh trên
Ảnh có độ phân giải cao
Ảnh có độ phân giải trung bình và thấp
Ưu điểm
• Độ phân giải cao, dễ đọc và truy xuất thông tin
• Sản phẩm chất lượng cao: vì ảnh có độ
Ưu điểm
• Ảnh chụp có độ phân giải về thời gian cao
• Ảnh chụp được khu vực lớn
chính xác lớn
• Rất dễ mua và dễ tìm vì có các công ty thương mại phân phối
• Dễ sử dụng: định dạng file rất quen thuộc và hầu như phần mềm nào cũng mở được, dễ dàng kết hợp với các bản đồ số có tỷ lệ lớn
• Đều là ảnh đa phổ
• Mây tre phủ trên ảnh có thể khử được
• Dữ liệu ảnh rẻ tiền, hoặc có thể thu miễn phí
• Có thể mua các thiết bị phần cứng để thu ảnh
• Ảnh được chụp ở rất nhiều băng từ khác nhau
• Ảnh được chụp gần như liên tục Nhược điểm:
• Thời gian chụp lại ảnh 2 – 18 ngày, do vậy phải thông báo trước thời gian dự kiến chụp ảnh
• Ảnh có thể không dùng được nếu tại thời điểm chụp, khu vực nghiên cứu bị mây tre phủ
• Chỉ có chụp ảnh ở một vài band
• Chỉ chụp được khu vực nhỏ
• Đắt tiền
Nhược điểm:
• Độ phân giải thấp, do đó không sử dụng được cho các ứng dụng đòi hỏi độ phân giải cao
• Thông thường ảnh chưa được nắn chỉnh
• Dữ liệu ở định dạng địa phương, chỉ một số phần mềm mở được
2. Các thao tác thực hành:
a. Hướng dẫn sinh viên mở các ảnh trong bài tập
trình tự và thao tác như theo hướng dẫn của bài thực hành trước
• Khởi động ENVI
• Chọn “Open Image File” từ menu “File” sau đó đưa đường dẫn vào thư mục chứa ảnh, chọn ảnh cần mở
• Một danh sách các band ảnh sẽ xuất hiện
• Lựa chọn RGB và click vào các band từ
Yêu cầu sinh viên tìm hiểu các thông tin của từng ảnh bằng việc mở các file *.hdr sau đó mới mở ảnh, đọc và nhận dạng bằng mắt các thông tin trên ảnh, so sánh chúng b. Hướng dẫn sinh viên tra cứu thông tin trên INTERNET:
Hướng dẫn sinh viên tra cứu các thông tin của từng loại ảnh nêu trên ở trên mạng Internet, và hoàn thành bảng so sánh như sau trong báo cáo thực hành:
Tên vệ tinh Sensor Các band ảnh
Độ phân giải
Độ cao chụp
Thời gian chụp lại ảnh tiếp theo
Giá bán ảnh
• Landsat 7
• IRS1D
LISS-III
• IKONOS
• Quickbird
• ASTER
• NOAA
• SPOT VI
• RADARSAT
3. Yêu cầu của báo cáo:
6. Mục tiêu của bài tập
7. Dữ liệu: (tự kiếm hay cho trước, mô tả và giới thiệu qua) 8. Phương pháp làm, kết quả, và phân tích kết quả
9. Kết luận và kiến nghị 10. Tài liệu tham khảo
Bài tập thực hành 3: Tăng cường chất lượng ảnh, biến đổi và tính toán trên ảnh vệ tinh
Mục tiêu của bài tập: giúp sinh viên làm quen với các thao tác tăng cường chất lượng ảnh, biến đổi, tính toán trên ảnh khi xử lý như kết hợp các band ảnh bằng các phép tính số học, tính toán chỉ số phân biệt thực vật (NDVI).
Dữ liệu và phần mềm: do phòng Kỹ thuật Viễn thám và GIS của bộ môn Tính toán Thủy văn cấp bao gồm
• Phần mềm sử lý ảnh ENVI 3.6 (demo)
• Ảnh vệ tinh Landsat ETM 7 gồm các band sau:
Channel Wavelength Range (10-6 m)
TM1 0.45-0.52 (blue)
TM2 0.52-0.60 (green)
TM3 0.63-0.69 (red)
TM4 0.76-0.90 (near IR) TM6 1.55-1.75 (short wave IR) TM6 10.4-12.5 (thermal IR) TM7 2.08-2.35 (short wave IR)
1. Khái niệm về tăng cường chất lượng ảnh, các phương pháp biến đổi ảnh
• Mục đích cơ bản của quá trình tăng cường chất lượng ảnh là phục vụ cho việc hiển thị ảnh trên màn hình và thay đổi độ tương phản của ảnh nhằm tách các đối tượng với nhau giúp cho quá trình chọn vùng mẫu được thực hiện dễ dàng.
Những phương pháp tăng cường chất lượng ảnh cơ bản là:
o Tăng cường tuyến tính (xem chi tiết ở giáo trình)
o Tăng cường theo hàm Gauss và Histogram equalization (xem chi tiết ở giáo trình)
• Các phương pháp biến đổi ảnh nhằm tạo ra một tệp dữ liệu mới có một số tính chất được nhấn mạnh và một số tính chất bị giảm đi để dễ dàng phân biệt một đối tượng đặc biệt nào đấy phục vụ mục tiêu nghiên cứu cụ thể của chúng ta. Các phép biến đổi ảnh gồm có:
o Các phép biến đổi số học: giữa các band ảnh có thể thực hiện các phép biến đổi số học như cộng, trừ, nhân, chí nhằm tạo ra các kênh phổ mới o Các phép tính logic trên ảnh
o Các phương pháp lọc ảnh: dùng để tăng cường hoặc giảm bở một kiểu thông tin nào đó từ một ảnh nguyên thuỷ.
2. Các thao tác thực hành:
a. Mở ảnh và cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu
• Khởi động ENVI