Tải bản đầy đủ
Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh.

Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh.

Tải bản đầy đủ

dao động của trường điện từ trong không gian cũng như trong lòng vật chất. Quá trình
lan truyền này tuân theo định luật Maxwel tại các dải sóng có bước sóng khác nhau .
Một số vấn đề vật lý ảnh:
Bề mặt trái đất và các đầu đo viễn thám được ngăn cách bởi bầu khí quyển và
chính khí quyển đó làm biến đổi tín hiệu mà đầu đo viễn thám thu nhận được từ mặt
trái đất. Nguyên nhân gây nên sự biến đổi này là các nhiễu làm thay đổi một số tính
chất vật lý của sóng điện từ.
Độ lớn của các nhiễu này phụ thuộc vào sự hiện diện thực tế của các phân tử
khí và phân tử chất lỏng hoặc chất rắn có trong khí quyển và gây ra ba hiện tượng :
hấp thụ, tán xạ và khúc xạ. Khí quyển có cấu tạo phân lớp do sự phân bố của các phân
tử biến đổi trong không gian và theo thời gian. Điều này làm khí quyển có tác dụng
như là một tấm màng lọc tác động rất mạnh đến quá trình ghi nhận dữ liệu bằng các
thiết bị viễn thám.
Hiện tượng hấp thụ, truyền qua và các cửa sổ khí quyển.
Sự hấp thụ sóng điện từ của khí quyển diễn ra là do có sự biến đổi trạng thái nội
tại của các nguyên tử và phân tử trong dải sóng nhìn thấy, hồng ngoại gần và do có sự
tồn tại của các trạng thái quay và trạng thái dao động của các phân tử trong dải hồng
ngoại xa và dải sóng siêu cao tần. Các loại khí hấp thụ sóng điện từ trong khí quyển
bao gồm có Oxy (O2), O zôn (O3), hơi nước (H2O), khí cácbonnic (CO2), nitơ (N2), oxít
cácbon (CO) và mêtan (CH4). Quá trình hấp thụ sẽ làm giảm tín hiệu trên đường đi
của nó. Bức xạ điện từ sẽ bị khí quyển hấp thụ rồi sau đó được phát xạ lại dưới dạng
bức xạ nhiệt. Sự thay đổi về mặt nhiệt lượng này sẽ tạo ra sự khác biệt về nhiệt độ và
độ ẩm tương đối với các khối không khí ở các kiểu khí hậu khác nhau.
Trong viễn thám chúng ta chỉ quan tâm đến khả năng lan truyền và khả năng
tán xạ của khí quyển vì các hiện tượng này sẽ tác động mạnh đến tín hiệu mà đầu đo
viễn thám sẽ nhận được và làm thay đổi thông tin mà các tín hiệu này cung cấp. Khí
quyển có một đặc điểm rất quan trọng là có phản ứng khác nhau đối với các bức xạ
điện từ có bước sóng khác nhau. Đối với các bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn
0,35 µ m (tia cực tím) gần vùng nhìn thấy thì khí quyển là một dạng vật chất chắn
sáng và tại các vùng này quá trình lan truyền sẽ không thể xảy ra được.

19

Trong khoảng từ 0,4 µ m đến gần 14 µ m, quá trình lan truyền qua khí quyển
lại có thể xảy ra ở một số bước sóng nhất định nằm giữa hai ngưỡng này. Trong vùng
từ 14 µ m đến 1 mm thì khả năng truyền qua của khí quyển lại bị hạn chế một cách
đáng kể. Cuối cùng, hệ số truyền qua của khí quyển lại tăng lên ở khoảng từ 1mm đến
8 cm và đạt mức tối đa ở dải sóng siêu cao tần. Dưới đây là hình thể hiện các vùng cửa
sổ khí quyển, là những vùng phổ mà vệ tinh không thu nhận được.

VÙNG PHỔ KHÔNG THU ĐƯỢC ẢNH
Hình 1.4: Cửa sổ khí quyển.

Bảng 1.4: Các vùng sóng có cửa sổ khí quyển.
Cửa sổ khí quyển

Từ bước sóng
20

Đến bước sóng

Cực tím và nhìn thấy
Hồng ngoại gần

Hồng ngoại trung bình
Hồng ngoại nhiệt

Siêu cao tần

0,35 µ m
0,77 µ m
1,0 µ m

0,75 µ m
0,91 µ m
1,12 µ m

1,19 µ m
1,55 µ m
2,05 µ m
3,35 µ m
4,5 µ m

1,34 µ m
1,75 µ m
2,4 µ m
4,16 µ m
5,0 µ m

8,0 µ m
10,2 µ m

9,2 µ m
12,4 µ m

17,0 µ m
2,06 mm
3,0 mm

22,0 µ m
2,22 mm
3,75 mm

7,5 mm

11,5 mm

20,0 mm

và dài hơn

Chỉ trong các vùng bước sóng này mà người ta mới thiết kế các băng phổ cho
bộ cảm.
b. Nguyên lý thu nhận hình ảnh.

Hình 1.5: Cơ chế thu ảnh quang học.


Bề mặt quan sát được rời rạc hóa (quantumizing) thành các pixel có kích thước
khác nhau tùy thuộc vệ tinh.



Xung điện từ “tích hợp” phát ra từ từng pixel sẽ đi qua gương quét để đến bộ
tách sóng để tạo ra tín hiệu đơn phổ theo thiết kế của bộ cảm.

21



Sau khi được khuyếch đại, tín hiệu đơn phổ thuộc các băng sóng khác nhau sẽ
được ghi vào bộ nhớ của vệ tinh dưới dạng mã nhị phân.



Dữ liệu sẽ được truyền về Trạm thu ảnh.
Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện bằng các

cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ. Đặc trưng
này sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề
mặt đất. Kể cả đối với giải đoán bằng mắt thì việc hiểu biết về đặc trưng phổ của các
đối tượng sẽ cho phép giải thích đựơc mối quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông
mầu trên ảnh tổ hợp mầu để giải đoán đối tượng.

2. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng nghiên cứu.
Thông tin thu được từ các đối tượng trong quá trình chụp ảnh vệ tinh là nhờ sự
khác biệt của phản ứng với sóng điện từ của các đối tượng khác nhau (các phản ứng:
phản xạ, hấp thụ, tán xạ sóng điện từ).
Những đối tượng trên mặt đất có thể tổng quát thành ba đối tượng chủ yếu là:
Lớp phủ thực vật, đất trồng (cát, đá, các công trình xây dựng) và nước. Mỗi loại đối
tượng này có mức độ phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bước sóng khác nhau.
Sau đây tóm tắt đặc điểm phổ phản xạ các đối tượng tự nhiên chính trong viễn
thám:
Sở dĩ có thể phân biệt được các đối tượng trên là do phổ phản xạ ánh sáng mặt
trời của chúng khác nhau, nghĩa là tín hiệu phản xạ do vệ tinh thu được khác nhau ở
từng đối tượng. Vì vậy, hình dạng của đường cong phổ phản xạ phụ thuộc rất nhiều
vào tính chất của các đối tượng. Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng hay
của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau. Nhưng về cơ bản chúng dao động xung
quanh giá trị trung bình.

22

1 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của thực vật.
2 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của đất khô.
3 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của nước
Hình 1.6: Đặc tính phản xạ phổ của một sô đối tượng tự nhiên.
-Đặc tính phản xạ phổ của thực vật:
Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bước sóng. Trên
đồ thị (hình 1.7) thể hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vật xanh và các vùng phản
xạ phổ chính.

Hình 1.7: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật.

23