Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật trắc địa-bản đồ: Nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam" được hoàn thành với mục tiêu nhằm đề xuất thông số để đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học phù hợp với điều kiện của Việt Nam; Xây dựng được phương pháp và quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học đối với điều kiện của Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật trắc địa-bản đồ: Nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN MINH NGỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ẢNH VIỄN THÁM QUANG HỌC CỦA VIỆT NAM TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ Hà Nội, 2022
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Trần Vân Anh 2. TS. Nguyễn Xuân Lâm Phản biện 1: PGS. TS. Bùi Ngọc Quý Phản biện 2: PGS. TS. Trịnh Lê Hùng Phản biện 3: TS. Lê Xuân Huy Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường Họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thƣ viện Quốc gia - Thƣ viện Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Dữ liệu ảnh viễn thám quang học mà người dùng tiếp cận được hầu hết ở mức 1A, 2A hay cao hơn nữa; đồng thời, các nhà cung cấp thường định hướng chỉ tiêu chất lượng ảnh dựa trên khái niệm về các loại độ phân giải. Do đó, dữ liệu ở mức thấp hơn như mức 0 ít được quan tâm. Để đánh giá chất lượng ảnh có rất nhiều thông số và được chia thành hai nhóm như sau: nhóm liên quan đến yếu tố không gian và nhóm liên quan đến yếu tố bức xạ. Ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng ảnh không phải là như nhau; cần xác định rõ những thông số nào đặc trưng cho chất lượng ảnh và có thể thực hiện việc đánh giá; đồng thời cũng chỉ ra được tình trạng hoạt động của thiết bị chụp ảnh trên vệ tinh. Hai thông số thường được sử dụng là: tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu, được viết tắt là SNR (Signal to Noise Ratio), và hàm truyền điều biến, được viết tắt là MTF (Modulation Transfer Function). Trong điều kiện của Việt Nam, NCS đề xuất lựa chọn hai thông số MTF và SNR để đánh giá chất lượng ảnh. Đây là hai thông số không chỉ thể hiện được chất lượng ảnh, mà còn tính toán được với điều kiện chỉ cần bãi kiểm định. Do đó hai thông số này thích hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay. Điều kiện hoạt động khắc nghiệt ngoài không gian cùng với quá trình phóng lên quỹ đạo dẫn đến suy giảm chất lượng của các thiết bị trên vệ tinh. Đã có nhiều nghiên cứu và phương pháp để đánh giá chất lượng của hệ thống chụp ảnh trên vệ tinh, và phương pháp 1
đánh giá gián tiếp sử dụng dữ liệu ảnh là hướng tiếp cận được áp dụng rộng rãi. Dữ liệu ảnh thu được của các hệ thống vệ tinh viễn thám quang học là rất lớn, nhưng không phải bất kỳ dữ liệu ảnh nào cũng có thể được sử dụng để đánh giá chất lượng ảnh mà chúng cần đáp ứng được các tiêu chí riêng. Trên cơ sở nghiên cứu các phương pháp đã có, NCS thực hiện đề tài “Nghiên cứu đánh giá chất lƣợng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam” với phương pháp được phát triển theo hướng định lượng, đề xuất quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam, phù hợp với điều kiện thực tế của nước ta. Các kết quả thu được sẽ chỉ ra các ngưỡng chất lượng ảnh cụ thể đối với những thông số được dùng để đánh giá là SNR và MTF. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: - Đề xuất thông số để đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học phù hợp với điều kiện của Việt Nam. - Xây dựng được phương pháp và quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học đối với điều kiện của Việt Nam. 3. Nội dung nghiên cứu Để thực hiện được mục tiêu trên, đề tài cần thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu tổng quan về công tác đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học đối với các hệ thống vệ tinh trên thế giới. Trên cơ sở đó đề xuất lựa chọn thông số đánh giá chất lượng ảnh phù hợp với điều kiện của Việt Nam.. 2
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học qua hai thông số SNR và MTF. Từ đó, lựa chọn phương pháp phù hợp với điều kiện của Việt Nam. - Nghiên cứu phương pháp chiết tách cạnh Canny để phục vụ việc tính toán thông số MTF từ dữ liệu ảnh viễn thám quang học. - Xây dựng quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học với hai thông số SNR, MTF và từ nhu cầu sử dụng ảnh trong thực tế để đề xuất mức chất lượng ảnh đối với mỗi tỉ lệ cụ thể. - Thử nghiệm đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1 của Việt Nam, đề xuất mức chất lượng ảnh (theo thông số SNR, MTF) đối với mỗi nhu cầu sử dụng cụ thể. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR, và thông số hàm truyền điều biến MTF. Phạm vi không gian bao gồm: các bãi kiểm định nhân tạo tại Salon de Provence (Pháp), và tại thành phố Buôn Ma Thuột (tỉnh Đắk Lắk); và các bãi kiểm định tự nhiên: sa mạc tại Châu Phi, vùng biển tại Đại Tây Dương. Phạm vi dữ liệu: dữ liệu ảnh VNREDSat-1 của Việt Nam ở mức 0 và mức 1A. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp - Phương pháp thu thập số liệu - Phương pháp viễn thám - Phương pháp chuyên gia - Phương pháp thực nghiệm 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài - Đóng góp cơ sở khoa học và phương pháp luận trong việc đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam. - Xây dựng được quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam. 6.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu của luận án đã chứng minh chất lượng ảnh viễn thám quang học của vệ tinh VNREDSat-1 vẫn đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật khi thiết kế hệ thống, đảm bảo cung cấp ảnh có chất lượng, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho đến thời điểm đánh giá; - Quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học được đề xuất trong luận án có thể áp dụng cho các thế hệ vệ tinh của Việt Nam. - Hiện nay Việt Nam đang vận hành hệ thống trạm thu ảnh VNREDSat-1 và SPOT 6, 7; trong tương lai sẽ thu thêm dữ liệu ảnh KOMPSAT3. Do vậy, nhu cầu đánh giá chất lượng ảnh trước khi đưa ra thị trường là có. Quy trình và phương pháp đề xuất trong nghiên cứu có thể áp dụng để đánh giá chất lượng các loại dữ liệu này. 7. Những điểm mới của đề tài - Đề xuất lựa chọn các thông số SNR, MTF để đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học phù hợp với điều kiện Việt Nam, từ đó xây dựng quy trình đánh giá có kết hợp thêm nhu cầu sử dụng để chia thành các mức chất lượng ảnh cụ thể; 4
- Sử dụng phương pháp chiết tách cạnh Canny thay cho các thuật toán tuyến tính trong việc tính toán hàm truyền điều biến MTF từ các bãi kiểm định,. 8. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Việc sử dụng hai thông số: hàm truyền điều biến MTF, tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR là đảm bảo điều kiện để đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học của Việt Nam. Luận điểm 2: Phương pháp chiết tách cạnh Canny để tính toán hàm truyền điều biến MTF từ các bãi kiểm định là phù hợp trong công tác đánh giá chất lượng ảnh ở nước ta. 9. Kết cấu của luận án Luận án bao gồm phần mở đầu, 04 chương, kết luận, tài liệu tham khảo, các công trình đã công bố, và phụ lục. Nội dung chính được trình bày trong 04 chương: Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học Chương 3: Quy trình đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học Chương 4: Thực nghiệm: đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học VNREDSat-1 của Việt Nam. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm về đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học 1.1.1 Khái niệm chất lượng ảnh viễn thám quang học Chất lượng ảnh viễn thám quang học là mức độ của một tập hợp các thông số kỹ thuật của dữ liệu ảnh viễn thám quang học đáp ứng những yêu cầu thiết kế của hệ thống thu nhận ảnh trên vệ tinh. 5
1.1.2 Sự cần thiết phải đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học Những thông tin liên quan đến chất lượng của ảnh đều do các tổ chức cung cấp ảnh đưa ra mà chúng ta chưa có điều kiện để kiểm tra lại độ chính xác của các thông tin đó. Công tác đánh giá chất lượng thiết bị thu nhận ảnh trên vệ tinh được chia thành ba giai đoạn: trước khi phóng, khi mới vào quỹ đạo và hoạt động trên quỹ đạo. Hai giai đoạn đầu được thực hiện trong thời gian ngắn, giai đoạn thứ ba được tiến hành thường xuyên, liên tục trong suốt thời gian hoạt động của vệ tinh. Việt Nam hiện đang vận hành hệ thống viễn thám VNREDSat- 1 và trong tương lai sẽ có thêm các hệ thống vệ tinh khác. Vì vậy, việc xây dựng phương pháp và quy trình đánh giá chất lượng ảnh là cần thiết. 1.2 Các thông số thể hiện chất lượng ảnh viễn thám quang học 1.2.1 Thông số liên quan đến yếu tố không gian a. Hàm truyền điều biến (MTF): là thông số đặc trưng cho sự suy giảm đô tương phản của dữ liệu ảnh. b. Độ méo ảnh: là sự biến dạng về mặt quang học của dữ liệu ảnh, vị trí giữa vệ tinh và Trái đất, tốc độ ảnh không tuyến tính. c. Khoảng cách lấy mẫu góc: liên quan đến sự dịch chuyển của vệ tinh, gây ra những sai lệch về mặt hình học. d. Chất lượng định hướng: là độ lệch của bề mặt đối tượng từ một bề mặt phẳng và bởi sự dịch chuyển của đối tượng. e. Khoảng cách lấy mẫu mặt đất (GSD): là khoảng cách giữa hai điểm liên tiếp trên bề mặt trái đất. f. Độ rộng dải chụp ảnh: là phạm vi trên bề mặt đất mà thiết bị chụp ảnh có thể thu được hình ảnh của các đối tượng. 6
1.2.2 Thông số liên quan đến yếu tố bức xạ a. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR): là thông số đặc trưng cho nhiễu bức xạ. b. Tín hiệu tối (DS): là độ chuyển dịch bức xạ cố định được đo đạc khi không có bức xạ vào đầu thu. c. Hồi đáp bức xạ không đồng đều của điểm ảnh (PRNU): gồm sự khác nhau giữa chính các cảm biến trên bộ cảm khi đáp ứng tín hiệu; sự phân bố các điện tử và quang tử trên bề mặt cảm biến khi có tín hiệu. d. Dải động bức xạ: là một dải biên độ thể hiện mức độ chênh lệch giữa vùng sáng nhất và vùng tối nhất của cảnh. Trong điều kiện thực tế hiện nay của Việt Nam, một vài thông số nêu trên chưa có khả năng đánh giá, một số thông số không nhất thiết phải đánh giá. Các thông số đó gồm: Độ méo ảnh, Khoảng cách lấy mẫu góc, Chất lượng định hướng, Độ rộng dải chụp, Dải động bức xạ, Khoảng cách lấy mẫu mặt đất. 1.3 Tổng quan về đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học 1.3.1 Trên thế giới Trên thế giới, việc đánh giá chất lượng ảnh thường được thực hiện ở một số dạng như đánh giá và hiệu chỉnh bức xạ ảnh, đánh giá và hiệu chỉnh hình học ảnh,…Về phương pháp, hiện nay có nhiều phương pháp đánh giá như sử dụng vật chuẩn để đánh giá, sử dụng phương pháp đánh giá chéo. Các nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh trên thế giới từ những dữ liệu ảnh độ phân giải siêu cao như Quickbirds, Worldview hay các dữ liệu ảnh có độ phân giải trung bình như Landsat, SPOT, Sentinel-2, đến những dữ liệu còn chưa phổ biến như THEOS, GF 7
đều lựa chọn một trong hai thông số hoặc cả hai thông số MTF và SNR để đánh giá chất lượng ảnh với các thuật toán khác nhau như cạnh nghiêng, Entropy... và với các mục tiêu khác nhau như bãi kiểm định, cây cầu, cạnh nhà,... 1.3.2 Ở Việt Nam Mặc dù dữ liệu ảnh viễn thám đã được đưa vào ứng dụng ở Việt Nam từ rất nhiều năm, tuy nhiên công tác đánh giá chất lượng ảnh vẫn còn rất hạn chế. Một phần là do dữ liệu hoàn toàn phụ thuộc vào nhà cung cấp, một phần là do không có đủ thông tin, cũng như dữ liệu ở mức thô để tiến hành các nghiên cứu, phân tích và đánh giá. Do đó, các công bố về công tác đánh giá chất lượng ảnh còn chưa nhiều. Những nghiên cứu về chất lượng ảnh ở nước ta thường tập trung vào sản phẩm ảnh ở các mức xử lý cao như 3A, 3B, các kỹ thuật xử lý để tăng cường chất lượng sản phẩm ảnh. Những mức xử lý thấp hơn còn chưa có nhiều nghiên cứu. Các quy định của cơ quan quản lý cũng mới dừng ở mức đánh giá mức độ đồng đều về phổ, độ che phủ mây, độ chính xác hình học. 1.4 Tiểu kết chương 1 Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh gián tiếp được các nhà sản xuất cũng như các nhà nghiên cứu áp dụng phổ biến và rộng rãi nhất với các thuật toán và cách tiếp cận khác nhau, tùy theo từng loại vệ tinh. Hai thông số SNR, MTF được sử dụng nhiều nhất vì đây là những thông số được xác định dễ dàng; có sự tương đồng giữa thông số lý thuyết và thực tế. Để xác định SNR, MTF có nhiều phương 8
pháp và có thể chỉ cần dùng ảnh bãi kiểm định không cần các thiết bị đặc thù mà điều kiện Việt Nam hiện nay chưa có. Các nghiên cứu đánh giá chất lượng thiết bị thu nhận ảnh trên thế giới mới dừng ở việc đánh giá chất lượng của thiết bị thu nhận ảnh so với yêu cầu thiết kế, hoặc thay đổi, cải tiến thuật toán trong việc đánh giá, mà chưa có liên hệ giữa các kết quả đánh giá này với nhu cầu của người sử dụng ảnh. Tại Việt Nam, việc đánh giá chất lượng thiết bị thu nhận ảnh còn rất hạn chế, chưa có nhiều công bố liên quan đến chất lượng ảnh thô. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ẢNH VIỄN THÁM QUANG HỌC 2.1 Thiết bị thu nhận ảnh và chất lượng ảnh Theo nguyên lý hoạt động, các yếu tố chính liên quan đến chất lượng dữ liệu ảnh viễn thám quang học là: tín hiệu đầu vào bộ cảm biến, đặc tính của bộ cảm và chất lượng hệ thống quang học. 2.1.1 Chất lượng ảnh về mặt bức xạ Khả năng phân biệt thay đổi nhỏ nhất phản xạ/phát xạ phổ giữa các đối tượng khác nhau trên dữ liệu ảnh được gọi là độ phân giải bức xạ. Giá trị này phụ thuộc vào các thông số: tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR), mức độ bức xạ bão hòa, số bit lượng tử hóa. 2.1.2 Chất lượng ảnh về mặt không gian Đặc điểm về mặt không gian của ảnh là độ rộng của cảnh ảnh và độ phân giải không gian. Sau khi đi qua hệ thống quang học, hình ảnh thu được sẽ bị giảm độ tương phản, và đại lượng đặc trưng cho sự suy giảm độ tương phản với tần số không gian là hàm truyền điều biến MTF. 9
2.2 Thông số đánh giá chất lượng ảnh 2.2.1 Những thông số đại diện cho yếu tố bức xạ Hoạt động bức xạ của một hệ thống thu nhận ảnh được đặc trưng bởi các tham số chính sau đây: tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, hiệu chỉnh bức xạ tuyệt đối, hiệu chỉnh bức xạ tương đối, độ ổn định của bức xạ, thành phần lạ, hồi đáp tuyến tính, độ nhạy phân cực. 2.2.2 Những thông số đại diện cho yếu tố không gian Chất lượng về mặt không gian của hệ thống vệ tinh viễn thám phụ thuộc vào một số khía cạnh của hệ thống thu nhận ảnh, được thể hiện ở: hàm truyền điều biến (MTF), khoảng cách lấy mẫu mặt đất (GSD), hiệu ứng răng cưa. 2.2.3 Thông số phù hợp với Việt Nam a. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR):Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu được sử dụng để đánh giá chất lượng của các hệ thống thu nhận tín hiệu. Với hệ thống viễn thám quang học, năng lượng thu được là giá trị bức xạ từ vật được chụp ảnh và nhiễu là mức năng lượng thu được trên ảnh không tương ứng với mức bức xạ của vật được chụp. b. Hàm truyền điều biến (MTF): Sau khi đi qua hệ thống quang học, hình ảnh thu nhận được sẽ bị giảm độ tương phản, và đại lượng đặc trưng cho sự suy giảm độ tương phản với tần số không gian là hàm truyền điều biến MTF. Giá trị MTF của hệ thống thu nhận ảnh là tích của nhiều MTF thành phần khác nhau. 2.3 Phương pháp đánh giá tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) Đánh giá SNR được dựa trên yếu tố: nguồn dữ liệu, phương pháp tính toán, và thời điểm áp dụng kết quả đánh giá. 2.3.1 Nguồn dữ liệu 10
a. Sử dụng cảnh đơn: thường chụp có khu vực đồng nhất hoặc khu vực gần đồng nhất b. Sử dụng cảnh quan tổng hợp: Được xây dựng bằng sự kết hợp của các hình ảnh đơn lẻ thực tế, tạo ra đặc tính phù hợp. 2.3.2 Phương pháp tính toán a. Độ lệch chuẩn cục bộ: Chia ảnh thành các ô đồng nhất, tính toán giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của mỗi ô, và độ lệch chuẩn được xem như là giá trị nhiễu của ô tính toán. Giá trị trung bình của độ lệch chuẩn trong ô được coi là giá trị nhiễu của hình ảnh. b. Tương quan phổ và không gian: Phương pháp này ước tính nhiễu kênh, khai thác các mối tương quan phổ giữa dữ liệu trong một kênh và hai kênh lân cận, mối tương quan không gian trong kênh đó. c. Địa thống kê: Phương pháp địa thống kê là kỹ thuật dựa trên lý thuyết biến khu vực. Phương pháp này cần có một bộ dữ liệu đủ lớn, được tích lũy lâu dài. 2.4 Phương pháp đánh giá hàm truyền điều biến (MTF) 2.4.1 Phương pháp dựa trên bãi kiểm định Phương pháp tính toán MTF chính xác đối với các hệ thống thu nhận ảnh quang học dựa trên việc phân tích các mục tiêu đã biết. Các mục tiêu này có thể được chia làm 4 kiểu bãi kiểm định là dạng cạnh, dạng xung, dạng xung lực, dạng chu kỳ. 2.4.2 Phương pháp độ phân giải kép Đây là phương pháp ước tính MTF với nguyên lý dựa trên cặp ảnh của cùng một khu vực với các kênh phổ giống hệt nhau và khác độ phân giải không gian. Phương pháp này đòi hỏi các quy trình tiền xử lý như hiệu chỉnh hình học và bức xạ. 2.4.3 Phương pháp dựa trên thiết bị đặc trưng 11
Phương pháp này phù hợp với những hệ thống vệ tinh có thiết bị đặc thù để ước tính MTF và thiết kế ngay từ đầu. 2.5 Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh thích hợp với điều kiện của Việt Nam 2.5.1 Điều kiện thực tế của Việt Nam Việt Nam đã xây dựng một bãi kiểm định tại thành phố Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk, hoạt động từ năm 2017. Bãi kiểm định này được thiết kế gồm hai phần để tính toán giá trị MTF và SNR 2.5.2 Phương pháp tính toán SNR Với điều kiện thực tế của Việt Nam, phương pháp thích hợp nhất là sử dụng cảnh đơn với phương pháp độ lệch chuẩn cục bộ.. 2.5.3 Phương pháp tính toán MTF Phương pháp tính toán MTF phù hợp với Việt Nam là sử dụng bãi kiểm định dạng cạnh nghiêng. Trong đó, việc chiết tách cạnh để được thực hiện theo phương pháp Canny. 2.5.4 Phương pháp chiết tách cạnh Canny Khi mức lượng tử hóa tăng lên thuật toán tuyến tính để chiết tách cạnh không đảm bảo độ chính xác. NCS áp dụng ưu điểm làm nổi bật cạnh của ảnh gradient để chiết tách cạnh theo phương pháp Canny, gồm các bước sau: lọc nhiễu, tính gradient và hướng gradient, loại bỏ giá trị không phải cực đại, lọc ngưỡng. 2.6 Tiểu kết chương 2 Hoạt động của thiết bị chụp ảnh trên vệ tinh được đánh giá qua hai thông số MTF và SNR trong điều kiện không thể tiếp xúc trực tiếp, hay không có các mô hình mô phỏng hoạt động của thiết bị. Phương pháp tính toán SNR đề xuất phù hợp với điều kiện Việt Nam là sử dụng cảnh đơn, tính toán theo độ lệch chuẩn cục bộ. 12
Phương pháp tính toán MTF được đề xuất cho điều kiện Việt Nam là phương pháp sử dụng bãi kiểm định dạng cạnh, việc chiết tách cạnh được thực hiện theo phương pháp Canny. CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ CHÂT LƢỢNG ẢNH VIỄN THÁM QUANG HỌC PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Trên cơ sở tham khảo các quy trình đánh giá chất lượng ảnh đã công bố, NCS đề xuất một quy trình đánh giá chất lượng ảnh tổng thể, đáp ứng về cả mặt kỹ thuật và thực tế sử dụng. Dữ liệu đầu vào của quá trình hiệu chỉnh bức xạ là dữ liệu ảnh mức 0, sau khi hiệu chỉnh bức xạ sẽ sử dụng dữ liệu mức 1A tại khu vực đồng nhất để đánh giá qua thông số SNR. Việc đánh giá thông qua MTF được thực hiện với dữ liệu mức 1A tại các bãi kiểm định. Trước khi dữ liệu được cung cấp cần thực hiện đánh giá chất lượng dữ liệu theo yêu cầu và thực hiện việc tăng cường MTF nếu cần. Kết quả đầu ra của các quy trình hiệu chỉnh, đánh giá được đưa vào tệp tin hiệu chỉnh để cập nhật cho hệ thống thu nhận ảnh. Dữ liệu ảnh Hiệu chỉnh bức mức 0 xạ Đánh giá qua Đánh giá qua thông số MTF thông số SNR Đánh giá theo Tệp tin hiệu nhu cầu sử chỉnh hệ thống dụng ảnh Hình 3.1: Quy trình đánh giá chất lượng ảnh tổng thể 13
3.1 Quy trình hiệu chỉnh bức xạ 3.1.1 Hiệu chỉnh tín hiệu tối (DS) Dữ liệu ảnh được sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh tín hiệu tối là ảnh mức 0 chụp những khu vực được coi là đen tuyệt đối trên bề mặt Trái đất như các khu vực đại dương vào ban đêm. Quy trình hiệu chỉnh tín hiệu tối gồm các bước: Thống kê giá trị bức xạ của các điểm ảnh, Loại bỏ giá trị xấu, So sánh giá trị DS, Hiệu chỉnh DS. Kết quả của việc hiệu chỉnh là tệp tin hiệu chỉnh DS, được dùng để tạo ra tệp tin hiệu chỉnh bức xạ. Tệp tin này cập nhật trực tiếp lên hệ thống thu nhận ảnh trên vệ tinh hoặc cập nhật vào hệ thống thu nhận ảnh tại các trạm mặt đất 3.1.2 Hiệu chỉnh mức độ hồi đáp không đồng đều của điểm ảnh (PRNU) Dữ liệu ảnh được sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh PRNU là ảnh mức 0 chụp những khu vực được coi là phản xạ không thay đổi theo thời gian trên bề mặt Trái đất như các khu vực sa mạc. Quy trình hiệu chỉnh PRNU gồm các bước: Tính giá trị trung bình của ảnh, Lọc, So sánh giá trị PRNU, Hiệu chỉnh PRNU Kết quả của việc hiệu chỉnh là tệp tin hiệu chỉnh PRNU, được dùng để tạo ra tệp tin hiệu chỉnh bức xạ. 3.2 Quy trình đánh giá chất lượng ảnh qua thông số SNR Dữ liệu mức 1A sau khi hiệu chỉnh bức xạ được sử dụng để tính toán giá trị SNR, vị trí được chụp là các khu vực đồng nhất. Sau khi đánh giá SNR, nếu đạt yêu cầu sẽ sản xuất dữ liệu ảnh 1A để đánh giá bước tiếp theo, nếu không đạt sẽ không sử dụng. Quy trình thực hiện như hình sau: 14
Dữ liệu ảnh Lấy mẫu mức 1A Giá trị SNR Tính toán Giá trị Đánh giá Không đạt ngưỡng Không sử dụng SNR SNR Đạ t Dữ liệu ảnh mức 1A (bãi kiểm định) Hình 3.4 Quy trình đánh giá SNR 3.3 Quy trình đánh giá chất lượng ảnh qua thông số MTF Dữ liệu được sử dụng để tính toán MTF là ảnh mức 1A, chụp khu vực bãi kiểm định thích hợp với phương pháp cạnh nghiêng. Giá trị MTF tính toán được so sánh với ngưỡng. Nếu thấp hơn giá trị ngưỡng thì dữ liệu ảnh không được đưa vào sử dụng. Nếu cao hơn thì dữ liệu được tiến hành sản xuất ảnh Dữ liệu ảnh mức 1A (bãi Lấy mẫu kiểm định) Chiết tách cạnh Xác định ESF (phương pháp Canny) Xác định LSF Tính toán MTF Giá trị ngưỡng Đánh giá MTF MTF Không đạt Đạt Không sử dụng Dữ liệu ảnh cấp cho người dùng Hình 3.5. Quy trình đánh giá MTF 15
3.4 Quy trình đánh giá chất lượng theo nhu cầu sử dụng Dữ liệu đầu vào là dữ liệu ảnh cấp cho người dùng được sản xuất từ hệ thống trạm thu mặt đất. Quy trình đánh giá chất lượng theo nhu cầu sử dụng là một phần mới được đề xuất trong quy trình đánh giá chất lượng ảnh, gồm các bước sau: Đánh giá phù hợp, Tăng cường chất lượng MTF. Dữ liệu ảnh đầu ra đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thu nhận ảnh cũng như các tiêu chí của người dùng. 3.5 Bãi kiểm định phục vụ công tác đánh giá chất lượng ảnh 3.5.1 Bãi kiểm định cố định Các bãi kiểm định cố định được chia thành các dạng sau: - LES: Bãi kiểm định trên đất liền có trang thiết bị - SES: Bãi kiểm định trên biển có trang thiết bị - LNES: Bãi kiểm định trên đất liền không có thiết bị - SNES: Bãi kiểm định trên biển không có trang thiết bị 3.5.2 Bãi kiểm định di động Bãi kiểm định di động nhân tạo là các mục tiêu tham chiếu tiêu chuẩn phổ biến nhất, thường được chia thành các loại sau: - Bãi kiểm định sơn đen trắng - Bãi kiểm định dạng thang độ xám 3.5.3 Tiêu chí lựa chọn bãi kiểm định - Địa hình: độ cao, hình thái địa hình, loại mặt nước, hậu cần - Khí hậu: Đồng nhất không gian, mức phản xạ bề mặt, sự thay đổi phổ, tính bất biến của quang phổ và bức xạ, từ trường, độ phủ mây, lượng mưa, sol khí, hấp thụ ozone. 16
3.6 Tiểu kết chương 3 Dữ liệu ảnh mức 0 được sử dụng để hiệu chỉnh DS và PRNU. Kết quả thu được là hai tệp dữ liệu hiệu chỉnh DS và PRNU, và chúng được tổng hợp thành tệp tin hiệu chỉnh bức xạ. Việc tính toán và đánh giá chất lượng ảnh qua thông số SNR và MTF được mô tả cụ thể tại quy trình đánh giá. Trong đó, chiết tách cạnh để tính toán MTF được thực hiện theo phương pháp Canny. Sau khi đánh giá MTF đạt yêu cầu dữ liệu ảnh được so sánh với nhu cầu của người dùng, và trong trường hợp chưa đáp ứng được yêu cầu cần thực hiện tăng cường MTF. Kết quả của quá trình hiệu chỉnh và đánh giá là tệp tin hiệu chỉnh hệ thống được cập nhật để đảm bảo chất lượng ảnh theo đúng thiết kế và đáp ứng nhu cầu của người dùng. CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ẢNH VIỄN THÁM VNREDSAT-1 CỦA VIỆT NAM 4.1 Hiệu chỉnh bức xạ 4.1.1 Hiệu chỉnh DS a. Đánh giá DS: Dữ liệu ảnh mức 0 tại khu vực Đại Tây Dương được sử dụng để đánh giá tín hiệu tối. Tín hiệu tối được đánh giá tại tất cả các kênh của ảnh VNREDSat-1, giá trị này vẫn ở trong khoảng dưới 0,25 lsb dưới ngưỡng sai số cho phép (0,5 lsb). b. Hiệu chỉnh DS: Hiệu chỉnh tín hiệu tối sẽ được thực hiện trên tất cả các kênh phổ, dữ liệu ảnh sau khi hiệu chỉnh đã có giá trị dòng tối thấp hơn hẳn so với dữ liệu ảnh đầu vào, cao nhất là 1,8. 17
4.1.2 Hiệu chỉnh PRNU a. Đánh giá PRNU: Sử dụng dữ liệu ảnh mức 0 chụp tại sa mạc Algeria và sa mạc Lybia. Thông qua phân tích các kết quả đánh giá cho thấy từ chu kỳ đánh giá trước đến nay giá trị PRNU không vượt quá 0,01. b. Hiệu chỉnh PRNU: Dữ liệu ảnh sau khi được hiệu chỉnh sẽ đồng đều hơn so với dữ liệu ảnh trước khi được hiệu chỉnh. Các vệt sọc do sự hồi đáp không đồng đều của cảm biến đã được hiệu chỉnh, ảnh đầu ra có chất lượng tốt hơn. 4.2 Đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1 qua thông số SNR Tại thời điểm IOT, dữ liệu VNREDSat-1 được đánh giá SNR với mục tiêu là khu vực hồ muối Salar de Uyuni tại Bolivia tương đương với mức bức xạ tại ô mẫu số 1 trên bãi kiểm định tại Buôn Ma Thuột (giá trị phản xạ ρ = 0,4). Các kết quả thu được cho thấy, điều kiện của bãi thử tại Buôn Ma Thuột hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu và giá trị SNR khá tương đồng với thời điểm IOT. Bảng 4.4. So sánh kết quả SNR thực nghiệm và thiết kế Thực nghiệm Kênh IOT Yêu cầu 2017 2018 Pan 142 148 147 >100 Tại cùng một mức độ nhiễu các khu vực có đối tượng đồng nhất cao mức độ nhiễu thể hiện rõ ràng nhất. Khu vực có nhiều đối tượng đa dạng, không đồng nhất khó phát hiện hơn. NCS đề xuất phân chia chất lượng ảnh theo giá trị SNR với hai mức tốt và xấu, với ngưỡng phân chia là giá trị thiết kế ban đầu (SNR=100) 18