CÁC KIỂU TỔ HỢP KÊNH PHỔ CỦA VỆ TINH LANDSAT-8

Landsat 8 là vệ tinh gần đây nhất trong chương trình Landsat. Chất lượng dữ liệu (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu) và mức độ lượng tử hóa thông tin (12-bit) của vệ tinh Landsat-8 (OLI) và Cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS) cao hơn các thiết bị Landsat trước đây (8-bit cho TM và ETM+ ). Kể từ khi ra mắt vào ngày 11 tháng 2 năm 2013, Landsat-8 đã cung cấp hàng loạt ảnh chụp siêu đẹp về bề mặt trái đất. Ngoài yếu tố thẩm mỹ, những hình ảnh này chứa đầy thông tin có thể được xử lý để trích xuất các đối tượng và theo dõi những thay đổi trên bề mặt trái đất theo thời gian.

Khi làm việc với ảnh Landsat, bước đầu tiên thường là tải ảnh vào một chương trình xử lý ảnh và hiển thị nội dung lên màn hình. Cảm biến OLI trên vệ tinh Landsat-8 có 9 băng tần để thu thập phản xạ phổ của bề mặt trái đất ở các bước sóng rời rạc dọc trong dải quang phổ điện từ. Bên cạnh đó, cảm biến TIRS trên vệ tinh sẽ thu thập thông tin ở hai bước sóng riêng biệt trong dải hồng ngoại nhiệt. Những bước sóng này đã được lựa chọn kỹ lưỡng dựa trên các kết quả nghiên cứu khoa học trong nhiều năm.

Kênh phổ	Bước sóng (µm)	Độ phân giải
1	0.433–0.453	30 m
2	0.450–0.515	30 m
3	0.525–0.600	30 m
4	0.630–0.680	30 m
5	0.845–0.885	30 m
6	1.560–1.660	30 m
7	2.100–2.300	30 m
8	0.500–0.680	15 m
9	1.360–1.390	30 m
10	10.6-11.2	100 m
11	11.5-12.5	100 m

Các máy ảnh kỹ thuật số được thiết kế để tái tạo những gì con người nhìn thấy bằng mắt, do đó chúng chỉ thu nhận ánh sáng ở các bước sóng đỏ, lục và lam và sau đó áp dụng các bộ lọc màu đỏ, lục và lam (còn gọi là kênh) cho các bước sóng này, tương ứng khi kết hợp sẽ tạo ra hình ảnh RGB trông tự nhiên. Với các ảnh đa phổ thu từ hệ thống cảm biến của vệ tinh Landsat-8, người dùng sẽ có rất nhiều dữ liệu để khai thác. Các bước sóng khác nhau có thể giúp chúng ta phân biệt một số đối tượng tốt hơn các đối tượng khác hoặc thậm chí giúp "nhìn xuyên qua" các đối tượng như mây hoặc khói. Ví dụ, bước sóng cận hồng ngoại (NIR) là một trong những bước sóng được sử dụng phổ biến nhất trên các cảm biến đa phổ vì thực vật phản xạ mạnh trong dải phổ này đến nỗi NIR được chứng minh rất hữu ích khi cho các phân tích về thảm thực vật. Các dải hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) trên vệ tinh Landsat-8 lại hiệu quả trong phép bóc tách đất trống và chỉ ra những khu vực khô hoặc ẩm trên cảnh ảnh. 

Còn rất nhiều ví dụ về tính ưu việt của các dải phổ của ảnh Landsat, nhưng những gì chúng tôi muốn làm ở đây chỉ đơn giản là giới thiệu các cách kết hợp khác nhau của những dải phổ này, tạo nên tổ hợp RGB nhằm làm nổi bật những nhóm đối tượng khác nhau trên ảnh chụp. P-GIS không phải là người đầu tiên làm điều này, nhưng chúng tôi hy vọng có thể bổ sung vào kho kiến thức chung, giúp người dùng có thêm nhiều phương án tổ hợp ảnh Landsat-8 hiệu quả và đẹp mắt.

Tổ hợp 4-3-2, tự nhiên như thật

Tổ hợp màu này gần với "màu sắc thật" như bạn có thể cảm nhận với ảnh Landsat OLI. Do đó nó còn được gọi là tổ hợp màu tự nhiên. Một nhược điểm đáng tiếc với của tổ hợp này là các kênh trong tổ hợp rất dễ bị ảnh hưởng của nhiễu khí quyển. Vì vậy trong một số trường hợp, ảnh tổ hợp không được rõ nét.

Ảnh tổ hợp các kênh 4-3-2

Tổ hợp 5-4-3, tôn vinh thực vật

Thực vật có đặc tính phản xạ mạnh trên kênh phổ hồng ngoại. Nếu gán kênh phổ hồng ngoại cho kênh đỏ trong tổ hợp RGB thì thực vật sẽ nổi bật với màu đỏ. Khi thực vật khỏe mạnh, màu đỏ sẽ còn rực rỡ hơn nữa. Việc phân biệt các loại thực vật khác nhau cũng dễ dàng hơn so với hình ảnh trong tổ hợp màu tự nhiên. Đây là sự kết hợp kênh phổ được sử dụng phổ biến nhất trong viễn thám nghiên cứu thảm thực vật, mùa màng và các vùng đất ngập nước.

Ảnh tổ hợp các kênh 5-4-3

Tổ hợp 7-6-4, nổi bật vùng đô thị

Do tổ hợp màu này sử dụng cả hai kênh phổ sóng ngắn hồng ngoại SWIR của Landsat-8 nên hình ảnh trở nên sắc nét hơn tổ hợp sử dụng các băng có bước sóng ngắn hơn, dễ bị ảnh hưởng của khí quyển.

Tổ hợp màu giả 7-6-4

Tổ hợp 5-6-4, nổi bật đất và nước

Trong kiểu tổ hợp màu giả này, phần đất liền thể hiện dưới màu cam hoặc xanh lá cây, các khối băng tuyết hiển thị ở màu tím hồng rực rỡ, còn mặt nước có màu xanh lam.

Tổ hợp màu giả 5-6-4

Tổ hợp 7-5-3, xuyên qua khí quyển

Sự kết hợp màu sắc này cho kết quả tương tự tổ hợp màu các kênh 5-6-4 ở trên. Tuy nhiên, đối tượng thực vật được làm nổi bật hơn trên màu xanh lá cây. Sản phẩm bản đồ lớp phủ toàn cầu của NASA cũng sử dụng tổ hợp màu này.

Tổ hợp màu 7-5-3 làm nổi bật thảm thực vật trên nền xanh lá cây

Tổ hợp 6-5-2, giám sát cây trồng

Cách tổ hợp màu này rất hữu ích trong giám sát cây trồng nông nghiệp khi chúng được thể hiện với màu xanh lá cây rực rỡ. Đất trống xuất hiện ở gam màu tím còn các yếu tố thực vật khác có màu xanh ít rực rỡ hơn cây trồng nông nghiệp.

Tổ hợp màu 6-5-2 rất thích hợp cho giám sát cây trồng nông nghiệp

Tổ hợp 7-5-2, giám sát cháy rừng

Tổ hợp này cho màu tương tự tổ hợp 6-5-2 ở trên. Tuy nhiên, nhờ sử dụng kênh hồng ngoại sóng ngắn SWIR trong dải quang phổ mà ảnh tổ hợp ít bị tác động hơn bởi các yếu tố như khói và các bon phát thải từ đám cháy.

Ảnh tổ hợp 7-5-2 cho theo dõi cháy rừng

Tổ hợp 6-3-2, ứng dụng trong địa chất

Tổ hợp này rất thích hợp cho những khu vực có mật độ thảm thực vật thưa thớt hoặc đất trống vì nó cho phép làm nổi bật dáng địa hình. Tổ hợp này hay được sử dụng trong những ứng dụng thuộc ngành địa chất.

Tổ hợp 6-3-2 cho các ứng dụng địa chất

Tổ hợp 5-7-1, theo dõi nước và thực vật

Tổ hợp màu này là sự kết hợp của các kênh phổ Cận hồng ngoại NIR, Hồng ngoại sóng ngắn thứ hai SWIR2 và Aerosol ven biển (Coastal Aerosol). Kênh phổ Aerosol ven biển là một kênh duy nhất chỉ có ở vệ tinh Landsat-8, cho phép theo dõi các hạt lơ lửng rất nhỏ như bụi và khói ở các vùng nước nông. Với tổ hợp này, thảm thực vật xuất hiện ở gam màu cam đỏ.

Tổ hợp 5-7-1 theo dõi nước nông và thảm thực vật

Tổ hợp 6-5-4, theo dõi thảm thực vật

Đây là một trong những tổ hợp rất cơ bản và được sử dụng nhiều với ảnh Landsat-8. Nhờ sự kết hợp của dải sóng ngắn cận hồng ngoại (kênh 6) và cận hồng ngoại (kênh 5) với kênh đỏ (4) mà các yếu tố thực vật được làm nổi bật lên rất mạnh, đồng thời hạn chế được ảnh hưởng của khí quyển đến những khu vực có thực vật.

Tổ hợp 6-5-4 giúp làm nổi bật thảm thực vật

Trong thực tế, còn rất nhiều các kiểu tổ hợp kênh phổ sử dụng ảnh Landsat-8 phục vụ hiển thị trực quan các đối tượng trên mặt đất. Thậm chí có nhiều trường hợp, người dùng chỉ sử dụng duy nhất một kênh hồng ngoại nhiệt để theo dõi các đối tượng nhạy cảm với nhiệt độ như núi lửa hay băng tuyết.

Nguồn: Harris Geospatial Solutions