Ảnh viễn thám là gì?

Ứng dụng ảnh viễn thám

Ảnh viễn thám là môn khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thu thập thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị đo qua tác động một cách gián tiếp (ví dụ như qua các bước sóng ánh sáng) với đối tượng nghiên cứu.

Hệ thống viễn thám

Hệ thống viễn thám bao gồm:

– Nguồn năng lượng hay là nguồn chiếu sáng (A)
– Sự bức xạ và khí quyển(B)
– Tương tác với các đối tượng trên mặt đất (C)
– Thu nhận năng lượng bởi các bộ cảm biến (Sensor) (D)
– Truyền, phản xạ và xử lý (E)
– Giải đoán và phân tích (F)
– Ứng dụng (G)

Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Trên Trái Đất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám. Có hai loại viễn thám chính là viễn thám bị động và viễn thám chủ động.

Bức xạ điện từ

Yêu cầu đầu tiên của viễn thám là phải có nguồn năng lượng để chiếu sáng cho vật thể (trừ khi năng lượng này được phát ra bởi vật thể). Nguồn năng lượng này có dạng bức xạ điện tử. Có hai đặc tính của bức xạ điện từ là đặc biệt quan trọng trong nghiên cứu viễn thám. Đó là bước sóng và tần số.

Phổ điện từ

Tia hồng ngoại (IR) nằm trong vùng có bước sóng từ khoảng 0.7 – 100 μm. Vùng hồng ngoại có thể được chia làm hai loại: Hồng ngoại phản xạ và hồng ngoại phát nhiệt hay hồng ngoại nhiệt. Bức xạ trong vùng hông ngoại phản xạ được sử dụng trong viễn thám theo cách rất giống với các bức xạ trong vùng nhìn thấy được. Vùng hồng ngoại phản xạ bao gồm các bước sóng nằm trong khoảng từ 0.7 – 3.0 μm. Vùng hồng ngoại nhiệt rất khác so với vùng nhìn thấy được và phần hồng ngoại phản xạ, phần năng lượng này có bản chất là các bức xạ phát ra từ bề mặt Trái Đất dưới dạng nhiệt. Vùng hồng ngoại nhiệt bao gồm các bước sóng nằm trong khoảng từ 3.0 – 100 μm.

Cảm biến bị động

Các cảm biến bị động thu nhận các bức xạ tự nhiên được phát ra hoặc được phản xạ từ vật thể hoặc khu vực xung quanh. Phản xạ ánh sáng mặt trời là một nguồn phổ biến nhất mà các cảm biến bị động thu nhận. Ví dụ, các cảm biến viễn thám bị động như phim trong nhiếp ảnh, hồng ngoại, thiết bị tích hợp sạt và máy đo sóng radio. Thu nhận dữ liệu chủ động là ghi nhận các bước sóng điện từ do những nguồn chủ động phát ra, chúng đi đến đối tượng rồi phản xạ lại sau đó cảm biến thu nhận tín hiệu. RADAR và LiDAR là những ví dụ về cảm biến chủ động trong khi đó có thời gian trễ giữa lúc phát ra và thu nhận sóng điện từ trong quá trình đo đạc để xác định vị trí, vận tốc và phương hướng di chuyển của một đối tượng.

Cảm biến chủ động

Mặt khác, bộ cảm biến chủ động ví dụ như ra da khẩu độ tổng hợp (SAR), cung cấp năng lượng của chúng để chiếu sáng. Cảm biến phát ra bức xạ hướng về phía vật thể được nghiên cứu. Bức xạ phản lại từ vật thể được phát hiện và đo đạc bởi bộ cảm biến. Ưu điểm của bộ cảm biến chủ động bao gồm khả năng đo đạc được bất kể lúc nào, không phân biệt thời gian trong ngày hay theo mùa.

Nguyên tắc thu nhận ảnh vệ tinh

Do tính chất của các vật thể (nhà, đất, cây, nước…) có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ hay phản xa từ vật thể nên viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ.

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời. Năng lượng điện từ phát ra bởi mặt trời tương tác với các thành phần bầu khí quyển trước khi đến được mặt đất, năng lượng sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạn được thu nhận bởi sensor đặt trên vật mang.

Bộ cảm biến chỉ thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến được chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu mặt đất.

Ngoài các yếu tố trên thì trong quá trình thu nhận ảnh viễn thám ta phải quan tâm đến các yếu tố thời tiết, không nên thu nhận ảnh viễn thám trong các yếu tố thời tiết xấu. Ảnh quang học khi thu nhận thông tin chủ yếu dựa vào năng lượng mặt trời nên khi thời tiết xấu thì sẽ không thu nhận được hoặc thu nhận kém. Ảnh radar không hoặc ít chịu ảnh hưởng của các yếu yếu tố thời tiết. Do sử dụng sóng microwave, cùng với đặc điểm tần số dạo động và tính phân cực nên việc thu nhận ảnh Radar ít chịu ảnh hưởng bới các yếu tố thời tiết, có thể xuyên qua mây, sương mù, mưa…

Ảnh viễn thám là gì?

Ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh): là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh. Ảnh thu được bằng sóng địa chấn cũng là một loại ảnh viễn thám.

Ảnh quang học: là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng ánh sáng nhìn thấy (bước sóng 0.4-0.76 micromet).
Ảnh hồng ngoại: là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng hồng ngoại phát ra từ vật thể (bước sóng 8-14 micromet).
Ảnh radar: là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng trong dãi sóng siêu cao tần (bước sóng lớn hơn 2 cm).
Ảnh viễn thám có thể được lưu theo các kênh ảnh đơn (trắng đen) ở dạng số trong máy tính hoặc các kênh ảnh được tổ hợp (ảnh màu) hoặc có thể in ra giấy, tùy theo mục đích người sử dụng.

Phạm vi ứng dụng của ảnh viễn thám

Khí tượng: dùng để dự báo thời tiết, dự báo thiên tai liên quan đến biến đổi khí hậu bề mặt đất, mây…
Bản đồ: là công cụ đắc lực phục vụ cho ngành bản đồ, thành lập các loại bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề ở nhiều tỉ lệ khác nhau.
Nông-Lâm nghiệp: theo dõi mức độ biến đổi thảm phủ thực vật, độ che phủ rừng…
Địa chất: Theo dõi tốc độ sa mạc hoá, tốc độ xâm thực bờ biển, phân tích những cấu trúc địa chất trên mặt cũng như bên trong lòng đất (vỏ trái đất)…
Môi trường: Giám sát biến động ô nhiễm, rò rỉ dầu trên mặt (thông qua chỉ thị thực vật), nghiên cứu quản lý biến động đô thị hóa, nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị (urban heat island).

Nguồn: DigitalGlob, wikipedia

Ngọc Hiền