Nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

1. MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

1.3. Nội dung nghiên cứu

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.7. Những điểm mới của đề tài

1.8. Luận điểm bảo vệ

1.9. Kết cấu của luận án

2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1. Khái niệm về đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học

2.1.1. Khái niệm chất lượng ảnh viễn thám quang học

2.1.2. Sự cần thiết phải đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học

2.1.3. Các thông số thể hiện chất lượng ảnh viễn thám quang học

2.1.3.1. Thông số liên quan đến yếu tố không gian

2.1.3.2. Thông số liên quan đến yếu tố bức xạ

2.1.4. Tổng quan về đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học

2.1.4.1. Trên thế giới

2.1.5. Tiểu kết chương 1

2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ẢNH VIỄN THÁM QUANG HỌC

2.2.1. Thiết bị thu nhận ảnh và chất lượng ảnh

2.2.1.1. Chất lượng ảnh về mặt bức xạ

2.2.1.2. Chất lượng ảnh về mặt không gian

2.2.2. Thông số đánh giá chất lượng ảnh

2.2.2.1. Những thông số đại diện cho yếu tố bức xạ

2.2.2.2. Những thông số đại diện cho yếu tố không gian

2.2.2.3. Thông số phù hợp với Việt Nam

2.2.3. Phương pháp đánh giá tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR)

2.2.3.1. Nguồn dữ liệu

2.2.3.2. Phương pháp tính toán

2.2.4. Phương pháp đánh giá hàm truyền điều biến (MTF)

2.2.4.1. Phương pháp dựa trên bãi kiểm định

2.2.4.2. Phương pháp độ phân giải kép

2.2.4.3. Phương pháp dựa trên thiết bị đặc trưng

2.2.5. Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh thích hợp với điều kiện của Việt Nam

2.2.5.1. Điều kiện thực tế của Việt Nam

2.2.5.2. Phương pháp tính toán SNR

2.2.5.3. Phương pháp tính toán MTF

2.2.5.4. Phương pháp chiết tách cạnh Canny

2.2.6. Tiểu kết chương 2

2.3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ẢNH VIỄN THÁM QUANG HỌC PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

2.3.1. Quy trình hiệu chỉnh bức xạ

2.3.1.1. Hiệu chỉnh tín hiệu tối (DS)

2.3.1.2. Hiệu chỉnh mức độ hồi đáp không đồng đều của điểm ảnh (PRNU)

2.3.2. Quy trình đánh giá chất lượng ảnh qua thông số SNR

2.3.3. Quy trình đánh giá chất lượng ảnh qua thông số MTF

2.3.4. Quy trình đánh giá chất lượng theo nhu cầu sử dụng

2.3.5. Bãi kiểm định phục vụ công tác đánh giá chất lượng ảnh

2.3.5.1. Bãi kiểm định cố định

2.3.5.2. Bãi kiểm định di động

2.3.5.3. Tiêu chí lựa chọn bãi kiểm định

2.3.6. Tiểu kết chương 3

2.4. THỰC NGHIỆM: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ẢNH VIỄN THÁM VNREDSAT-1 CỦA VIỆT NAM

2.4.1. Hiệu chỉnh bức xạ

2.4.1.1. Hiệu chỉnh DS

2.4.1.2. Hiệu chỉnh PRNU

2.4.2. Đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1 qua thông số SNR

2.4.3. Đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1 qua thông số MTF

2.4.3.1. Đánh giá chất lượng ảnh qua thông số MTF

2.4.3.2. Đề xuất mức chất lượng ảnh qua thông số MTF

2.4.4. Tiểu kết chương 4

3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN MTF CHO VNREDSAT-1 SỬ DỤNG BÃI KIỂM ĐỊNH TẠI SALON DE PROVENCE

PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ ĐO PHẢN XẠ BỀ MẶT Ô MẪU TẠI BÃI KIỂM ĐỊNH BUÔN MA THUỘT

PHỤ LỤC 3: DỮ LIỆU ẢNH VNREDSAT-1 ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

PHỤ LỤC 4: SO SÁNH BÃI KIỂM ĐỊNH TẠI SALON DE PROVENCE (PHÁP) VÀ BUÔN MA THUỘT, ĐẮK LẮK (VIỆT NAM)

PHỤ LỤC 5: MÃ NGUỒN CÔNG CỤ PHẦN MỀM

PHỤ LỤC 6: MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG ẢNH

PHỤ LỤC 7: CHẤT LƯỢNG ẢNH CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TẠI NHỮNG THỜI ĐIỂM KHÁC NHAU

PHỤ LỤC 8: TỆP TIN HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG

I. Nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh viễn thám

Nghiên cứu đánh giá chất lượng ảnh viễn thám là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật viễn thám, đặc biệt là trong bối cảnh ứng dụng rộng rãi của ảnh viễn thám quang học tại Việt Nam. Luận án này tập trung vào việc đánh giá chất lượng ảnh viễn thám thông qua các thông số kỹ thuật như tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) và hàm truyền điều biến (MTF). Các thông số này không chỉ phản ánh chất lượng ảnh mà còn giúp xác định tình trạng hoạt động của thiết bị thu nhận ảnh trên vệ tinh. Việc đánh giá chất lượng ảnh cần dựa trên các phương pháp khoa học và phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam, nơi còn thiếu các phòng thí nghiệm và thiết bị hỗ trợ.

1.1. Khái niệm và sự cần thiết của đánh giá chất lượng ảnh

Chất lượng ảnh viễn thám quang học được đánh giá dựa trên các yếu tố không gian và bức xạ. Các thông số như SNR và MTF đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng ảnh. SNR phản ánh tỉ lệ giữa tín hiệu thu được và nhiễu, trong khi MTF đo lường khả năng truyền tải thông tin không gian của hệ thống quang học. Việc đánh giá chất lượng ảnh là cần thiết để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu viễn thám, đặc biệt trong các ứng dụng như quản lý tài nguyên, giám sát môi trường và thiên tai.

1.2. Các thông số đánh giá chất lượng ảnh

Các thông số chính để đánh giá chất lượng ảnh viễn thám bao gồm SNR, MTF, tín hiệu tối, và hồi đáp bức xạ không đồng đều của điểm ảnh (PRNU). Trong đó, SNR và MTF là hai thông số được lựa chọn để đánh giá chất lượng ảnh trong điều kiện của Việt Nam. SNR đại diện cho yếu tố bức xạ, trong khi MTF đại diện cho yếu tố không gian. Các thông số này được tính toán dựa trên dữ liệu ảnh thu được từ các bãi kiểm định và các khu vực đồng nhất.

II. Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh viễn thám

Luận án đề xuất các phương pháp đánh giá chất lượng ảnh viễn thám phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng bãi kiểm định để tính toán SNR và MTF, cũng như áp dụng phương pháp chiết tách cạnh Canny để xác định MTF. Các bãi kiểm định được xây dựng tại Buôn Ma Thuột, Đắk Lắk và các khu vực tự nhiên như sa mạc Châu Phi và vùng biển Đại Tây Dương. Các phương pháp này không chỉ giúp đánh giá chất lượng ảnh mà còn cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động của thiết bị thu nhận ảnh trên vệ tinh.

2.1. Phương pháp tính toán SNR

Phương pháp tính toán SNR dựa trên việc sử dụng các khu vực đồng nhất trong ảnh viễn thám. Các khu vực này được lựa chọn để đảm bảo tính đồng nhất về phản xạ bức xạ, từ đó tính toán tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu. Phương pháp này được áp dụng trên dữ liệu ảnh VNREDSat-1 của Việt Nam, với các kết quả được so sánh với giá trị thiết kế của vệ tinh.

2.2. Phương pháp tính toán MTF

Phương pháp tính toán MTF sử dụng bãi kiểm định và phương pháp chiết tách cạnh Canny. Các bãi kiểm định được thiết kế với các vật thể có tần số không gian khác nhau, giúp xác định hàm truyền điều biến của hệ thống quang học. Phương pháp này được áp dụng để đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1, với các kết quả được so sánh với giá trị MTF từ bãi kiểm định tại Salon de Provence, Pháp.

III. Ứng dụng và thực nghiệm đánh giá chất lượng ảnh

Luận án tiến hành thực nghiệm đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1 của Việt Nam thông qua các thông số SNR và MTF. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự suy giảm chất lượng ảnh theo thời gian, đặc biệt là sau 8 năm hoạt động của vệ tinh. Các kết quả này được sử dụng để đề xuất các mức chất lượng ảnh phù hợp với nhu cầu sử dụng trong thực tế, bao gồm các ứng dụng trong quản lý tài nguyên, giám sát môi trường và thiên tai.

3.1. Đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat 1

Các kết quả đánh giá chất lượng ảnh VNREDSat-1 cho thấy sự suy giảm đáng kể của SNR và MTF sau 8 năm hoạt động. Các kết quả này được so sánh với giá trị thiết kế ban đầu của vệ tinh, từ đó đề xuất các mức chất lượng ảnh phù hợp với các ứng dụng cụ thể.

3.2. Đề xuất mức chất lượng ảnh

Dựa trên các kết quả thực nghiệm, luận án đề xuất các mức chất lượng ảnh phù hợp với nhu cầu sử dụng trong thực tế. Các mức chất lượng này được xác định dựa trên giá trị SNR và MTF, giúp người dùng lựa chọn dữ liệu ảnh phù hợp cho các ứng dụng cụ thể như quản lý tài nguyên, giám sát môi trường và thiên tai.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu và đánh giá chất lượng ảnh viễn thám quang học tại Việt Nam