Đầu vào chương trình là ảnh LandSat, do vậy phần này mô tả chi tiết hơn loại ảnh này và khuôn mẫu của chúng.
Vệ tinh đầu tiên trên thế giới được thiết kế để giám sát bề mặt Trái đất, vệ tinh Landsat-1, được phóng bởi NASA vào năm 1972. Các vệ tinh LandSat đã thu thập được dữ liệu phong phú từ khắp nơi trên thế giới. Ban đầu, chúng được quản lý bởi NASA, sau đó, chuyển giao cho NOAA vào năm 1983. Năm 1985, chương trình đã được thương mại hóa, cung cấp dữ liệu cho người dùng và các ứng dụng dân sự.
Tất cả các vệ tinh LandSat được đặt ở gần cực, trên quỹ đạo đồng bộ Mặt trời. Ba vệ tinh đầu tiên (Landsats 1-3) hoạt động ở độ cao khoảng 900 km, có chu kỳ quét lại là 18 ngày trong khi các vệ tinh sau đó ở độ cao khoảng 700 km và chu kỳ quét lại 16 ngày. Tất cả các vệ tinh Landsat đều bay qua đường xích đạo vào buổi sáng để tối ưu hóa điều kiện chiếu sáng.
Một số cảm biến sử dụng trong Landsat bao gồm các hệ thống camera RBV (Return Beam Vidicon), hệ thống máy quét đa quang phổ (MSS), và các Mapper chuyên đề (Thematic Mapper-TM). Mỗi cảm biến này thu thập dữ liệu trên một dải có chiều rộng 185 km, với một hình ảnh có kích thước xác định là 185km x 185km. Các cảm biến MSS cảm ứng bức xạ điện từ bề mặt Trái đất trong 4 băng phổ. Mỗi băng có độ phân giải không gian khoảng 60x80 mét và độ phân giải bức xạ 6 bit, hoặc 64 chữ số nhị phân. Bảng dưới cung cấp thông tin về các kênh và dải sóng của MMS (Bảng 3.1).
Bảng 3.1. Băng tần MSS
Kờnh Dải bước súng (àm)
Landsat 1,2,3 Landsat 4,5
MSS 4 MSS 1 0.5 - 0.6 (xanh)
MSS 5 MSS 2 0.6 - 0.7 (đỏ)
MSS 6 MSS 3 0.7 - 0.8 (cận hồng ngoại)
MSS 7 MSS 4 0.8 - 1.1 (cận hồng ngoại)
Bắt đầu từ thế hệ Landsat-4, các cảm biến TM được sử dụng với nhiều cải tiến so với bộ cảm biến MSS bao gồm: độ phân giải không gian và bức xạ cao hơn, dải phổ mịn hơn bởi sự dụng 7 thay vì 4 băng phổ, và sự gia tăng về số lượng các máy dò trên mỗi băng tần (sử dụng 16 máy dò cho các kênh phi nhiệt thay vì 6 máy dò của MSS). Mười sáu dòng quét được thu nhận cùng lúc cho mỗi băng phổ phi nhiệt (4 cho băng nhiệt), sử dụng một gương dao động có thể quét xuôi (từ Tây sang Đông) và ngược lại (từ Đông sang Tây). Sự khác biệt này so với MSS làm tăng thời gian thu nhận ảnh và cải thiện tính toàn vẹn hình học và bức xạcủa dữ liệu. Độ phân giải không gian của TM là 30m cho tất cả các băng tần, ngoại trừ băng nhiệt hồng ngoại là 120m.Tất cả các kênh được ghi lại trong dải 256 số (8bit). Bảng kèm theo cung cấp các đặc tính quang phổ của các băng TM và một số ứng dụng của chúng (Bảng 3.2).
Bảng 3.2. Băng tần TM
Kờnh Dải súng (àm) Ứng dụng
TM 1 0.45 - 0.52 (xanh dương)
Nhận dạng đất/thảm thực vật; đo độ sâu biển/lập bản đồ duyên hải; phân vùng đất nông nghiệp/đất đô thị.
TM 2 0.52 - 0.60 (xanh lục)
Lập bản đồ thảm thực vật (đo công suất phản xạ đỉnh); xác định các đặc tính đất nông nghiệp/đất đô thị.
TM 3 0.63 - 0.69 (đỏ)
Nhận dạng đất trồng trọt và không trồng trọt, các vùng thực vật (hấp thụ diệp lục); phân vùng đất nông nghiệp/đất đô thị.
TM 4 0.76 - 0.90 (cận hồng ngoại)
Nhận dạng kiểu thảm thực vật/cây trồng, sức sống và đặc tính sinh khối; phác họa dòng chảy chính;
độ ẩm đất.
TM 5 1.55 - 1.75 (sóng ngắn hồng ngoại)
Đo độ ẩm trong đất và thực vật; Nhận diện tuyết và vùng phủ mây.
TM 6 10.4 - 12.5 (nhiệt hồng
ngoại)
Phát hiện độ ẩm đất và thảm thực vật nhạy cảm bức xạ nhiệt; lập bản đồ nhiệt (thermal mapping) đô thị và vùng ngập nước.
TM 7 2.08 - 2.35 (sóng ngắn hồng ngoại)
Nhận diện kiểu đá và khoáng vật; phát hiện độ ẩm thảm thực vật.
Dữ liệu từ các cảm biến TM và MSS được ứng dụng rộng rãi trong quản lý nguồn tài nguyên, lập bản đồ, giám sát môi trường và thăm dò sự biến động (ví dụ cháy rừng, chặt phá rừng…).
Khuôn mẫu dữ liệu vệ tinh LandSat
Khuôn mẫu dữ liệu ảnh viễn thám mô tả cách thức dữ liệu được ghi lên thiết bị lưu trữ, ví dụ DVD. Một ảnh viễn thám thường được lưu trữ trong hai tệp, ví dụ với Landsat ETM+ như sau:
Tệp metadata: Chứa tập các mô tả bằng chữ hay số của dữ liệu lưu trữ trong tệp dữ liệu ảnh (tệp thứ 2). Chúng bao gồm tổng số dòng quét, số pixel/dòng, phép chiếu sử dụng và tọa độ địa lý của tâm ảnh...
Tệp dữ liệu ảnh: Chứa các giá trị điểm ảnh của các kênh 1-7, sắp xếp theo từng kênh. Với mỗi kênh, các giá trị pixel của dòng quét thứ 1 được lưu trữ từ trái sang phải thành một bản ghi. Tiếp theo là lưu trữ dữ liệu của dòng quét thứ 2,...
Tệp ảnh LandSat ETM+ sẽ lưu trữ tất cả giá trị điểm ảnh trong dòng quét của tất cả các băng. Ví dụ, nếu số băng là 7 thì tệp phải lưu trữ lần lượt như sau:
dòng 1 của cả 7 băng, tiếp theo là dòng 2 của cả 7 băng như trên hình 3.2 [1].
Hình 3.2. Cấu trúc dữ liệu ảnh viễn thám [1]