Ảnh viễn thám đang ngày càng trở thành dữ liệu quan trọng trong hoạt động quan sát Trái Đất. Chúng ta có thể thấy dữ liệu này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ việc lập bản đồ, theo dõi môi trường, nông nghiệp cho đến hỗ trợ quản lý tài nguyên và quy hoạch đô thị,... Nhưng làm thế nào để xử lý những bức ảnh từ viễn thám để thu được thông tin chính xác, hữu ích? Sau đây, EOV Solutions sẽ giúp bạn hiểu rõ khái niệm và các bước cơ bản để xử lý ảnh đúng cách.

Ảnh viễn thám là gì?

Ảnh viễn thám là những bức ảnh được chụp từ trên cao, ghi lại hình ảnh bề mặt Trái Đất. Đây là dữ liệu thu được từ vệ tinh bay ngoài không gian hoặc máy bay không người lái (UAV). Khi đó, những ảnh này ghi lại ánh sáng hay các bước sóng (như hồng ngoại, radar) từ bề mặt Trái Đất.

Mỗi bức ảnh chính là một “cái nhìn toàn cảnh” từ trên cao, giúp chúng ta quan sát các sự vật, hiện tượng trên mặt đất từ rừng cây, sông ngòi, ruộng đồng cho đến thành phố, đường xá hay cả những thay đổi nhỏ trong môi trường tự nhiên.

Dữ liệu từ vệ tinh được truyền về Trái Đất trong suốt thời gian nó hoạt động trên quỹ đạo. Sau đó, ảnh sẽ được các cơ quan chuyên trách lưu trữ, xử lý và quản lý nghiêm ngặt. Nhờ vậy, dữ liệu ảnh viễn thám luôn sẵn sàng phục vụ cho nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế, đồng thời đảm bảo tuân thủ các quy định về bảo mật và pháp lý.

Xem thêm: Viễn thám là gì?

Các loại ảnh viễn thám phổ biến

Tùy vào mục đích sử dụng và điều kiện thu thập mà chúng ta sẽ có 3 loại ảnh chính sau:

1. Ảnh quang học

Đây là loại ảnh viễn thám quen thuộc nhất, vì nó sử dụng ánh sáng mà mắt thường nhìn thấy được (giống như cách máy ảnh chụp hình). Vệ tinh Landsat hay Sentinel-2 thường thu ảnh loại này.

Ảnh quang học giúp các nhà khoa học quan sát màu sắc, hình dạng, cấu trúc của bề mặt Trái Đất như rừng cây, sông ngòi, nhà cửa... rất rõ nét trong điều kiện thời tiết tốt.

2. Ảnh hồng ngoại

Loại ảnh này thu nhận năng lượng hồng ngoại – tức là nhiệt độ phát ra từ bề mặt Trái Đất. Ảnh hồng ngoại có thể phát hiện được các các điểm nóng, đánh giá sức khoẻ thực vật (sức khỏe của các cây trồng như thế nào sẽ phản xạ các tia hồng ngoại khác nhau) hay theo dõi hạn hán.

3. Ảnh radar

Khác với hai loại trên, ảnh radar không cần ánh sáng mà sử dụng sóng radio. Loại sóng này có thể xuyên qua mây mù, khói bụi và hoạt động cả ban đêm lẫn ban ngày. Vậy nên ảnh thu về vẫn có chất lượng tốt dù ở những nơi thời tiết xấu như rừng nhiệt đới, vùng núi hay khu vực hay mưa nhiều.

Ảnh radar có thể giúp đo địa hình, giám sát sạt lở, thay đổi độ cao bề mặt đất, thậm chí theo dõi chuyển động mặt đất do động đất hoặc khai thác mỏ.

Tìm hiểu nhanh công nghệ viễn thám hiện nay

Quy trình xử lý và phân tích ảnh viễn thám

Quy trình xử lý và phân tích dữ liệu từ viễn thám thường diễn ra qua 6 bước sau:

Bước 1: Thu thập dữ liệu:

Ảnh viễn thám được thu thập từ các cảm biến trên vệ tinh, máy bay hay thiết bị không người lái (UAV). Tùy vào mục đích sử dụng, mọi người sẽ chọn  ảnh quang học, ảnh radar, hồng ngoại. Sau đó, các nhà khoa học sẽ lựa chọn dữ liệu dựa trên độ phân giải (không gian, thời gian, phổ), khu vực nghiên cứu và điều kiện thời tiết.

Bước 2: Tiền xử lý dữ liệu

Sau khi đã khoanh vùng được vùng dữ liệu để sử dụng thì chúng ta sẽ cần:

1. Hiệu chỉnh hình học: Điều chỉnh sai lệch vị trí địa lý của ảnh để khớp với hệ tọa độ thực tế (georeferencing).
2. Hiệu chỉnh bức xạ: Loại bỏ nhiễu từ khí quyển, góc chiếu sáng của mặt trời hoặc đặc tính cảm biến để đảm bảo giá trị pixel phản ánh chính xác đặc tính bề mặt.
3. Cắt và ghép ảnh: Cắt vùng nghiên cứu từ ảnh lớn hoặc ghép nhiều ảnh để tạo ra một ảnh hoàn chỉnh.
4. Loại bỏ nhiễu: Lọc các yếu tố gây nhiễu như mây, bóng mây, hoặc lỗi cảm biến.

Bước 3: Xử lý và phân tích dữ liệu:

Đầu tiên sẽ cần tăng cường chất lượng ảnh. Áp dụng các kỹ thuật như tăng độ tương phản, lọc ảnh để làm nổi bật các đặc điểm cần phân tích.

Sau đó là phân loại ảnh với 2 cách

• Phân loại có giám sát: Sử dụng mẫu huấn luyện có sẵn để phân loại các đối tượng (ví dụ: rừng, đô thị, nước) dựa trên đặc tính phổ.
• Phân loại không giám sát: Nhóm các pixel có đặc tính tương tự mà không cần dữ liệu huấn luyện.

Phát hiện thay đổi: So sánh các ảnh chụp ở thời điểm khác nhau để xác định sự thay đổi (ví dụ: mất rừng, mở rộng đô thị).

Tính toán chỉ số: Tính các chỉ số như NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) để đánh giá sức khỏe thực vật hoặc các chỉ số khác tùy theo mục đích.

Bước 4: Tích hợp và phân tích không gian

Kết hợp dữ liệu ảnh viễn thám với dữ liệu GIS (hệ thống thông tin địa lý) để phân tích không gian như xác định vùng, giám sát hoặc lập bản đồ sử dụng đất. Ngoài ra, mọi người cũng có thể sử dụng các công cụ phân tích không gian để mô hình hóa hay dự đoán ảnh.

Bước 5: Kiểm tra và đánh giá

Để đánh giá độ chính xác của kết quả phân tích, chúng ta có thể so sánh với dữ liệu thực địa hoặc các nguồn tham chiếu khác. Ngoài ra, mọi người cũng sử dụng các chỉ số như ma trận nhầm lẫn (confusion matrix) để đánh giá chất lượng phân loại.

Bước 6: Trực quan hóa hình ảnh và ứng dụng vào thực tiễn:

Cuối cùng là tạo bản đồ, biểu đồ hoặc báo cáo để trình bày kết quả. Sau đó áp dụng kết quả thu được vào các lĩnh vực nghiên cứu như quản lý tài nguyên, giám sát môi trường, quy hoạch đô thị hay dự báo thời tiết.

Kết luận

Nhìn chung, ảnh viễn thám là nền tảng dữ liệu quan trọng để chúng ta có thể xử lý và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như môi trường, nông nghiệp và quy hoạch. Chỉ khi xử lý dữ liệu đúng cách thì con người mới khai thác tối đa thông tin từ dữ liệu. Sau  đó đưa ra những quyết định chính xác hơn. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về công nghệ viễn thám hoặc cách ứng dụng chúng, hãy truy cập EOV Solutions và cập nhật chuyên mục Blogs của chúng tôi.

Các bài viết liên quan:

• Vệ tinh là gì
• Vệ tinh nhân tạo
• Quan sát Trái Đất và ứng dụng thực tiễn
• Ứng Dụng Viễn Thám và GIS