Câu hỏi chương I.

Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Chng II C S K THUT VIN THM

2.1 Gii thiu chung

2.1.1 c tớnh ca súng in t

Vin thỏm l mt khoa hc v mt ngh thut ca s nghiờn cu cỏc thụng tin thu nhn

c thụng qua s phõn tớch cỏc d kin nhn c bng cỏc cụng c k thut m khụng tip

xỳc vi i tng, mt vựng hoc mt hin tng no y.

S thu nhn d kin (data acquisition) cú th di nhiu dng khỏc nhau cú th di

dng phõn b cỏc nng lng in t hay cỏc trng vt lý. Trong phn ny chỳng ta ch cp

n cỏc thit b thu (sensor) nng lng in t thụng thng c t trờn v tinh hay trờn mỏy

bay.

Súng in t tng tỏc vi vt cht theo nhiu c ch khỏc nhau ph thuc vo thnh

phn vt cht, cu trỳc ca bn thõn i tng. Nhng c ch tng tỏc ny thay i mt cỏch rừ

nột mt s c tớnh ca súng in t vớ d nh thnh phn ph, s phõn cc, cng v hng

phn x lm cho mi i tng xỏc nh mt cỏch duy nht.

Mc phn x hoc hp th ca mt vt th khớ trong vựng súng hng ngoi hoc

milimet s cho ta xỏc nh c thnh phn, mt cng nh nhit ca nú.

Thnh phn ph phn x ca mt vt th rn trong gii súng nhỡn thy v hng ngoi

cho ta thy thụng tin v thnh phn hoỏ hc v trong mt s trng hp c cu trỳc mng tinh

th ca nú.

Mc phõn cc cng nh thnh phn ph phn x ca chựm tia raa t b mt ca i

tng giỳp ta phỏn oỏn c mc g gh, cu trỳc hỡnh hc v mt s hng s in t ca

bn thõn b mt v lp gn b mt ca i tng.

Cng bc x ca mt vt trong vựng súng nhit v súng micromet cho phộp ta xỏc

nh tớnh cht nhit ca i tng.

Cng v c tớnh ph ca chựm tia X hoc Gama cung cp thụng tin v cu trỳc ht

nhõn ca vt phn x.

Nh vy xỏc nh c hon ton y mi thụng tin v mt i tng no ú cn

phi kho sỏt nú trong ton b gii ph súng in t.

Trong vựng sỏng nhỡn thy v súng hng ngoi mỏy thu (sensor) nhn c tớn hiu gm

3 thnh phn chớnh :

- Tỏn x t khớ quyn;

- Tỏn x t mt t;

- Phn x t mt t.

Trong ú, phn ỏnh sỏng tỏn x t khớ quyn khụng mang mt chỳt thụng tin gỡ v b mt

Trỏi t.

Trong vựng súng nhit v súng micromet tớn hiu thu c ch gm hai phn:

- Tỏn x t mt t;

- Phn x t mt t.

nh hng khớ quyn gn nh khụng cú.

8



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Trong vựng súng radar do kh nng phõn bit ca tn s thp gõy nờn bi cỏc lp phn x

khỏc nhau, tớn hiu thu c bao gm tỏn x t b mt, trong lũng i tng v ca lp cn b

mt. Bi vy mt h thng radar bao gm cỏc bc súng khỏc nhau s cho phộp nghiờn cu cu

trỳc bờn trong cng nh s phõn b cỏc lp ca vt th trờn b mt Trỏi t.



Hỡnh 2.1. H thng thụng tin vin thỏm



Hỡnh 2.2. Cỏc bng ph s dng trong Vin thỏm



9



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



S tn ti ca khớ quyn lm gim i kh nng lan truyn ca súng in t v tng

phn nhiu ca tớn hiu thu c. S cú mt ca mõy mự, bi v nhng thnh

phn khỏc lm tng thờm nh hng tiờu cc ny. Ngi ta ó tỡm ra c nhng

khong súng m trong ú nh hng ca khớ quyn l nh nht. Nhng khong

súng ny gi l ca s khớ quyn. Tt c cỏc mỏy thu vin thỏm u c thit k

nhng gii ph nm trong cỏc ca s khớ quyn ny.

2.1.2 Cỏc quỏ trỡnh ca k thut Vin thỏm

Cú th núi trong k thut vin thỏm cú 2 quỏ trỡnh chớnh ú l thu nhn d kin (data

acquisition) v phõn tớch d kin (data analysis).

i vi quỏ trỡnh th nht : Ta cú ngun nng lng (a), s truyn nng lng qua khớ

quyn (b), nng lng tỏc ng qua li vi cỏc yu t mt t (c), Cỏc sensors t trờn mỏy bay

hoc v tinh (tu v tr) (d). Cỏc sn phm thu nhn c t cỏc sensors cú th dng hỡnh nh

hoc dng s (e). Túm li quỏ trỡnh th nht chỳng ta dựng cỏc sensors nhn cỏc nng lng

in t phn x t b mt trỏi t.

Quỏ trỡnh th hai - phõn tớch d kin, s tin hnh gii oỏn bng mt cỏc thụng tin nh

hoc bng mỏy tớnh x lý cỏc thụng tin thu c di dng s (f).

Tt c cỏc thụng tin x lý c sau ny s c th hin di dng bn , biu bng

hoc cỏc bỏo cỏo (g) v cui cựng cỏc sn phm ny c chuyn giao cho nhng ngi s dng

phc v cho cỏc yờu cu hay nhim v c th.



Hỡnh 2.3. Cỏc quỏ trỡnh k thut vin thỏm

2.2 Cỏc ngun nng lng v nguyờn tc bc x

Nng lng súng in t c cp bi hai lý thuyt: lý thuyt súng v lý thuyt ht.

ỏnh sỏng nhỡn thy c ch l mt trong nhiu dng ca nng lng in t. Súng raio, nhit

nng tia cc tớm v tia X cng l nhng dng nng lng ca nng lng in t. Tt c cỏc

10



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



nng lng ny v bn cht ging nhau v bc x theo mt quy lut hỡnh Sin vi tc ca ỏnh

sỏng v tuõn theo phng trỡnh sau :

C = f.



(1)



õy : c - tc ỏnh sỏng v l mt hng s ( 3 ì 108 m/s )

f - tn s

- bc súng

Trong vin thỏm mt c trng quan trng trong súng in t l ph in t

(Electromagnetic spectrum). Tr s ny thng o bng bc súng ca ph vi n v l

micromet (m - 1.10 -6 m).



Hỡnh 2.4. Súng in t

Trờn gii ph in t (bng 2.1) khong nhỡn thy chim mt khong rt hp m mt ngi cú

th nhn bit t 0.4 m n khong 0.7 m. Mu xanh (blue) ng vi khong ph 0.4 - 0.5m,

mu xanh lỏ cõy (green) ng vi 0.5 - 0.6m v mu (red) ng vi 0.6 - 0.7 m. Nng lng

cc tớm nm sỏt vi khong nhỡn thy v phớa súng ngn v phớa súng di tip theo vựng nhỡn

thy l súng phn x hng ngoi (IR) v tip n l vựng hng ngoi. Súng radio chim mt

vựng di hn. Trờn bng 2-1 l s phõn b cỏc gii súng in t.

H thng Vin thỏm thụng thng ch thc hin mt vi vựng nh vựng nhỡn thy,

phn x hng ngoi, hng ngoi nhit hoc mt phn ca súng raio. õy cn chỳ ý phõn bit

s khỏc nhau gia vựng phn x hng ngoi v hng ngoi nhit. Vựng hng ngoi nhit cú quan

h trc tip vi s th cm nhit cũn i vi phn x hng ngoi nhit thỡ khụng.



11



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Bng 2-1. Cỏc gii ph in t

Gii ph



Bc súng

(micromet)



c im



Tia gama



0.0003m



- Bc x ti thng b hp th ton b bi tng khớ quyn phớa

trờn v khụng cú kh nng dựng trong VT.



Vựng tia X



0.0003-.03

m



- Hon ton b hp th bi khớ quyn khụng s dng c trong

VT.



Vựng tia

cc tớm



0.03- 0.4m



Vựng tia

cc tớm

chp nh

Vựng nhỡn

thy

Vựng hng

ngoi



0.3 - 0.4m



- Cỏc bc x ti cú bc súng nh hn 0.3m hon ton b hp

th bi tng ozụn ca khớ quyn.

- Truyn qua khớ quyn ghi nhn c vo phim v cỏc photo

detecter nhng b tỏn x mnh trong khớ quyn.



Vựng hng

ngoi nhit



Vựng cc

ngn

Vựng raa

Vựng raio



- To nh vi phim v photo detecter, t cc i ca nng

lng phn x bc súng 0.5.

- Phn x li bc x mt tri khụng cú thụng tin v tớnh cht

0.7 - 10m

nhit ca i tng. Bng t 0.7 - 1.1 m c nghiờn cu vi

phim v gi l hng ngoi gn.

3-5 n

8- - Cỏc ch s khớ quyn chớnh nhit ghi c hỡnh nh ca cỏc

bc súng ny, yờu cu phi cú mỏy quột quang c v h thng

14m

mỏy thu c bit gi l h thng

vibicol khụng phi bng phim.

0.1 - 30 cm

- Cỏc bc súng di hn cú th hay vựng raa xuyờn qua mõy,

sng mự v ma. Cỏc hỡnh nh cú th ghi c trong dng ch

ng hay b ng.

0.1 - 30 cm

- Dng ch ng ca VT súng súng cc ngn . Hỡnh nh raa

c ghi li cỏc bng súng khỏc nhau.

> 30 cm

- L vựng cú bc súng di nht trong ph in t. Mt vi

súng rada c phõn ra vi cỏc bc súng rt di c s dng

trong vựng súng ny.

0.4 - 0.7m



Nng lng ca mt quantum c xỏc nh theo cụng thc :

E = hf



(2)



õy : E - nng lng ca mt quantum tớnh bng joul (J)

h - hng s Planek bng 6.26 ì 10 -34 (j.s)

T phng trỡnh (1) v (2) ta cú

h.c

E =





(3)



12



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Nh vy ta thy rng nng lng ca mt quantum ph thuc vo di ca bc súng.

di ca súng cng ln thỡ nng lng cng nh (xem hỡnh 2.5). iu ny cú mt mi liờn

quan ht sc quan trng trong vin thỏm. T mt im cỏc tia súng di nh phỏt x súng micro

t mt mc tiờu ca mt t s khú thu nhn hn so vi cỏc bc x ca súng ngn hn nh l

nng lng hng ngoi nhit.



Hỡnh 2.5. Ngun nng lng v mi quan h vi bu khớ quyn cỏc gii súng

Mt tri l mt ngun bc x hin nhiờn nht cho vin thỏm.Theo lý thuyt ht tt c cỏc

vt cú nhit trờn nhit tuyt i (0o K hay l - 273oC) u phỏt ra nng lng, tng nng

lng cng tng khi nhit cng tng v c tớnh theo nh lut Stephan-Boltzman.

M = . T4

Trong ú: M - tng nng lng phỏt ra t b mt vt th (W/m2)

- hng s Stephan-Boltzman ( = 5.6697.10-8 W/m2/OoK).

T - Nhit tuyt i.

Phng trỡnh trờn c xỏc nh cho vt th en, chớnh l ngun phỏt x m nng lng

phỏt x l nng lng hp th phỏt x phn hi.

Mt s h thng thu sensor cn phi s dng ngun nng lng riờng nh h thng radar

thỡ c go l h thng ch ng (active) cũn h thng thu sensor thu nhn nh nng lng

t nhiờn cú c thỡ c gi l h thng th ng (passive). Cú th nờu vớ d nh mt mỏy

nh chp cú ốn chiu l ch ng cũn chp khụng ốn l th ng.



13



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



2.3 Nhng tỏc ng ca nng lng i vi cỏc i tng b mt t

Khi mt bc x súng in t lan truyn ti b mt trỏi t, nú cú th b phn x, hp th

v truyn qua. Theo nh lut bo ton nng lng s tng quan gia cỏc phn cú th c mụ

t theo cụng thc sau :

Ei ( ) = E R ( ) + E A ( ) + E T ( )

Trong ú :

E i ( ) - nng lng ca chựm tia bc x ti;

E R ( ) - nng lng ca chựm tia b phn x;

E A ( ) - nng lng ca chựm tia b hp th;

E T ( ) - nng lng ca chựm tia truyn qua.

S tng quan gia cỏc phn nng lng E R, E A, E T ph thuc vo hai yu t sau:

Th nht t l nng lng phn x, hp th v truyn ti s khỏc nhau i vi cỏc i

tng khỏc nhau ph thuc vo thnh phn v cu trỳc b mt ca nú.

Th hai t l nng lng phn x, hp th v truyn ti trờn cựng mt i tng cng rt

khỏc nhau nhng bc súng khỏc nhau. Vỡ vy hai i tng cú th phõn bit c trong cựng

mt gii bc súng nhng nú li rt khỏc nhau bc súng khỏc nhau.

Cú rt nhiu h thng vin thỏm hot ng trờn nhng di bc súng m nng lng

phn x chim u th. Ta cú th gii thớch mi liờn h v cõn bng nng lng theo phng trỡnh

sau:

E R ( ) = Ei ( ) - [ E A ( ) + E T ( ) ]

Nhng c im v phn x ca nhng i tng trờn b mt trỏi t cú th nh lng

bng vic xỏc nh phn nng lng phn x. Nh vy thnh phn ph phn x c xỏc nh

theo t l sau:

p



ER()

= ì 100 %

Ei ( )



Trong ú : p - Thnh phn ph phn x tớnh bng %;

E R ( ) - Nng lng ca bc súng c phn x t vt th;

E i ( ) - Nng lng ca bc súng ti trờn b mt ca vt th.

T ng cong ph phn x cho ta bit c c tớnh ph ca vt th v cú nh hng

ln trong vic chn vựng di bc súng m d liu vin thỏm thu nhn c cho mc ớch

ng dng thc t.

Thc vt nhỡn chung phn x yu trong gii súng nhỡn thy . S phn x ca chỳng b nh

hng trc tiờn bi hm lng dip lc. Cht dip lc hp th hn 90% nng lng trong gii

súng blue (0.45 m) v red (0.65 m). Gia hai vựng hp th ny l vựng phn x bc súng

0.55 m, nng lng phn x vo khong 20%.

Trong vựng súng hng ngoi gn s phn x ca thc vt tng lờn t ngt bc súng

0.68 - 0.7 m.



14



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hỡnh 2.6. ng cong phn x ph in hỡnh ca nc, thc vt v t

Trong vựng ph hng ngoi cú bc súng ngn s phn x gim i khi bc súng tng

lờn. Mc phn x trong vựng súng hng ngoi gn ph thuc vo kiu thc vt vỡ th cú th

cn c vo nú phõn loi ph thc vt.



Hỡnh 2.7. Phn x ph ca cỏc loi thc vt khỏc nhau

Trong hỡnh 2.7 cho thy ng cong ph phn x ca thc vt rng lỏ hng nm v thc

vt lỏ kim. ng cong cho mi kiu i tng c biu th nh l mt gii giỏ tr ch khụng

phi l mt ng n.



15



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hỡnh 2.8. ng cong ph phn x ca cỏc loi ỏ v khoỏng cht khỏc nhau

T cỏc hỡnh trờn cho ta quyt nh v s la chn mt h cm nhn giỳp cho vic thnh

lp bn v nhng vựng rng ó tỏch bit c cõy rng lỏ v cõy lỏ kim. Vic la chn bng

mt cng cú th l mt cỏch nhng nú gõy ra nhiu vn khú khn. Chng hn, nhng ng

cong phn x cho mi kiu cõy hu nh ph lờn tt c phn nhỡn thy ca gii ph, vỡ vy mt

thng cú th cựng nhỡn thy mt búng mu xanh lỏ cõy nhng khú nhn ra c cõy rng lỏ hay

cõy lỏ kim. Tuy nhiờn ta cú th suy oỏn bng nhng chun dng nh kớch thc, nột, v trớ...

nhng vic nhn dng rt khú khi trờn cao, khi cỏc cõy xen ln nhau. Vy lm th no phõn

bit c hai loi da trờn c tớnh ca gii ph?. Chỳng ta cú th lm vic ny bng cỏch s

dng h thng b phn cm nhn sensor ghi li bng cn hng nhit, quột vo bng t v a

ra kt qu trờn mỏy tớnh.

2.4 Cỏc yu t nh hng n phn x

2.4.1 Thnh phn vt cht

Thc vt: Thc vt cú mu sc khỏc nhau do hp th cỏc gii súng mu xanh (0.45 - 0.65

m) khỏc nhau. Nguyờn nhõn gõy nờn bi hm lng nc trong lỏ v b dy ca lỏ vỡ trong

vựng súng ny nc hp th mnh cỏc súng hng ngoi vỡ vy d dng phõn bit c thc vt

vi cỏc i tng khỏc bng hai vựng phn x súng xanh lỏ cõy (green) v hng ngoi gn (near

infrared).



16



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Nc : gii súng 0.4 - 0.5 m (blue) mu sc ca nc s khỏc nhau tu thuc vo

khoỏng hoỏ, thnh phn l lng, chit xut ca nc.

t : thnh phn vt cht trong t (oxit kim loi, cht mựn, cỏc cht khoỏng, m

v.v...

ỏ : cỏc loi ỏ khỏc nhau v thnh phn vt cht s cú phn x khỏc nhau. Vớ d: cỏt,

ỏ bazan, ỏ granit, ỏ phin (do cha cỏc khoỏng vt khỏc nhau).

2.4.2 Cu to vt cht

t : ng kớnh ht t tng thỡ phn x gim nguyờn nhõn l khi ht tng cú

nhiu l hng v nhiu nc s hp th ỏnh sỏng do ú phn x gim.

ỏ : ht mn phn x mn hn ht thụ.

Thc vt : cu to lỏ khỏc nhau s phn x khỏc nhau, cu to tỏn lỏ khỏc nhau cng gõy

phn x khỏc nhau.

T cỏc nhn xột trờn rỳt ra kt lun. ng cong phn x ph ca cỏc i tng khỏc

nhau thỡ s khỏc nhau.

Do c im ph phn x khỏc nhau nờn cỏc c im thu c trờn nh cng s khỏc

nhau. Vỡ s liờn h gia ph phn x v sỏng trờn nh quan h tuyn tớnh vi nhau. Vỡ vy

bn cht v s khỏc bit sỏng trờn nh (hay tụn nh) chớnh l s khỏc bit v ph phn x ca

i tng hay chớnh l s khỏc bit v bn cht ca i tng. Tuy nhiờn s phn x ph ch l

trờn b mt hoc sỏt b mt ca cỏc i tng.

2.5 H thng thụng tin vin thỏm

H thng cỏc thụng tin vin thỏm thu nhn c nh cỏc cụng c thit b khỏc nhau t

mt khong cỏch nht nh i vi i tng nghiờn cu. Nh trờn ó nờu k thut Vin thỏm

c phỏt trin trờn c s thu nhn cỏc nng lng in t phn x t b mt trỏi t. Tu thuc

vo cỏc cụng c thu nhn thụng tin m ngi ta chia ra lm hai loi.

1) H thng thụng tin nh ( photographic information );

2) H thng thụng tin khụng nh ( nonphotographic information ).

2.5.1 H thng thụng tin nh

õy l loi thụng tin thụng thng v ph bin nht thng gp trong K thut vin thỏm

di dng phim nh bng t.

thu nhn thụng tin ny ngi ta thng s dng cỏc thit b thu khỏc nhau c gi

chung l cỏc sensor. H thng cỏc sensor th ng (passive) ch yu dựng ngun nng lng

mt tri v c phõn bit ba loi sau:

H thng khung (framing systems)

H thng cũn c gi l bung chp nh (Framing camera) - H thng thu nhn liờn tc

hỡnh nh ca mt vựng hay mt khung lờn a hỡnh. Cỏc bung chp cnh s dng phim cho

phộp thu nhn c cỏc nh cú kớch thc ln, mt thụng tin cao v chớnh xỏc hỡnh hc

tt. Nhc im ca nú th hin trong vic chuyn phim v trỏi t (Mt ngi ta cng cú th

xem nh h thng khung).



17



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hỡnh 2.9. H thng khung (Framming Camera)

Cỏc loi mỏy nh thng l cỏc loi mỏy nh bn (mapping camera) trong ú cú loi

dựng vo mc ớch thm dũ, cỏc loi camera chp ton cnh hoc loi camera chp theo tng

bng hp. Cỏc loi mỏy ny cú th s dng phim en trng, phim mu, phim hng ngoi, phim

mu hng ngoi.v.v..

Vidicon l mt dng ca mỏy chp nh vụ tuyn m nú ghi li hỡnh nh lờn mt lp b

mt np cm ngs in t. Cỏc bung chp cnh s dng phim in t (electronic framing

camera) cho phộp chp c nh trờn nhiu gii ph khỏc nhau, t liu thu c dng s,

n nh hỡnh hc tt, rt khú chp vựng rng ln.

H thng quột (scanning systems)

H thng s dng cỏc t bo quang in (detector) vi trng nhỡn hp, trng nhỡn ny

quột dc theo a hỡnh to hỡnh nh. Khi cỏc phn t ca nng lng in t phỏt ra hoc phn

x li t a hỡnh gp t ngt cỏc detector v cỏc tớn hiu in t c xut hin m s khỏc

nhau t l vi s lng photon - cỏc tớn hiu in t c khuch i v ghi li trờn bng t sau

ú to nờn hỡnh nh.

Tt c cỏc h thng quột thc hin quột cỏc trng nhỡn ca cỏc detector dc theo a

hỡnh to nờn mt lot cỏc tia song song. Cú bn kiu quột l quột dc, quột ngang, quột vũng

cung v quột bờn sn



18