Giám sát tài nguyên môi trường bằng ảnh vệ tinh quang học chất lượng cao

  Đối tượng nghiên cứu là ảnh vệ tinh quang học có độ phân giải cao như ảnh Spot-5, Landsat-7, Ikonos và tương đương; liên quan đến kỹ thuật hiệu chỉnh bức xạ phổ của ảnh do ảnh hưởng của khí quyển, kỹ thuật chuẩn hóa tương đối ảnh đa thời gian, và kỹ thuật trộn ảnh, dựa trên các phương pháp nghiên cứu của nước ngòai đã công bố.

Quá trình truyền bức xạ trong khí quyển, các tín hiệu mang thuộc tính của đối tượng bị nhiễu (mắc phải sai số) do sự tương tác của bầu khí quyển thông qua hiện tượng hấp thụ và tán xạ. Để hình ảnh đối tượng trên tấm ảnh rõ nét và trở về giá trị phản xạ thực của đối tượng, chúng ta cần phải loại bỏ các sai số phát sinh bởi khí quyển. Thực hiện bước xử lý này được gọị là hiệu chỉnh bức xạ do khí quyển.

Nhằm khắc phục yếu tố khác biệt về thời gian, thời tiết và sự thay đổi hàm bức xạ của đầu thu ảnh, chúng ta cần chuẩn hóa ảnh. Có như vậy khi phân lớp ảnh để nghiên cứu biến động mới cho kết quả trung thực.
Ảnh toàn sắc (panchromatic) có độ phân dải hình học thường cao so với ảnh đa phổ (từ 2 đến 5 lần), trong khi đó ảnh đa phổ lại có độ phân giải phổ cao hơn ảnh toàn sắc. Kỹ thuật trộn ảnh sẽ tạo ra ảnh mầu thực có độ phân giải hình học cao, đồng thời có độ phân giải phổ cao. Điều này rất có ý nghĩa trong công tác thành lập bản đồ địa hình từ ảnh vệ tinh.

Để giải quyết ba nội dung đề cập ở trên, các nhà khoa học đã đề xuất các quy trình công nghệ phù hợp cho mỗi nội dung nghiên cứu thông qua thực nghiệm được tiến hành trên ảnh Landsat-7, ngày 29-8-2001, khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh cho 2 lọai sản phẩm: Ảnh tổ hợp mầu (BGR) và ảnh chỉ số thực vật NDVI ở 3 mức hiệu chỉnh khác nhau là ảnh bức xạ trước đầu thu (R), ảnh phản xạ trước đầu thu hay ảnh phản xạ ở đỉnh khí quyển (ρTOA) và ảnh phản xạ bề mặt đất (ρs) so với ảnh gốc (DN) thông qua hệ số biến đổi (Coefficient Variation) CV. CV càng nhỏ thì ảnh càng sát với thực tế hơn..

Giá trị biến thiên của chỉ số NDVI biến thiên từ -1 đến 1. Khu vực thực nghiệm là khu vực khai thác than nên chỉ số thực vật NDVI rất thấp, xấp xỉ bằng -1; nó phản ánh đúng thực trạng của khu vực; và có phương sai coi như bằng 0; chỉ số CV cũng rất nhỏ, xấp xỉ bằng 0. Trong khi đó, nếu tính chỉ số thực vật từ ảnh gốc DN, các tham số của ảnh NDVI(DN) khác xa so với NDVI(). Nếu lấy ảnh NDVI(DN) làm sản phẩm để đánh giá biến động lớp phủ bề mặt, chúng ta sẽ có độ tin cậy đánh giá biến động không cao, thậm chí sai.

Đối với việc chuẩn hóa tương đối ảnh đa thời gian được thực nghiệm tiến hành chuẩn hóa ảnh Spot-5 năm 2007 theo ảnh năm 2010. Sau khi ảnh được chuẩn hóa, đã cho kết quả khác biệt rất lớn trong phân lớp ảnh thu được từ về tinh. Ảnh sau khi được tiến hành trộn màu cũng vậy, cho động độ sắc nét hơn so với ảnh gốc. Mầu sắc trên ảnh trộn ‘tự nhiên’ so với ảnh gốc.

Như vậy, có thể kết luận rằng, để có sản phẩm ảnh vệ tinh quang học chất lượng cao chúng ta cần hiệu chỉnh bức xạ ảnh do ảnh hưởng của khí quyển. Khi nghiên cứu biến động bề mặt cần chuẩn hóa tương đối ảnh để lọai bỏ yếu tố khác biệt về thời gian, thời tiết. Khi sử dụng ảnh tổ hợp mầu cần thiết tiến hành trộn ảnh đa phổ với ảnh toàn sắc Pan và dựa vào đặc thù hàm phản ánh phổ của đầu thu. Đối với địa hình có độ chênh cao lớn cần loại bỏ ảnh hưởng yếu tố địa hình tới bức xạ ảnh.

Minh Thư

Nguồn: Báo Tàì nguyên & Môi trường