Download luận án tiến sĩ ngành kĩ thuật với đề tài: Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác của mô hình số bề mặt được thành lập từ ảnh radar, cho các bạn tham khảo Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
-----------------------------
TRẦN THANH HÀ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO
ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT
ĐƯỢC THÀNH LẬP TỪ ẢNH RADAR
LuËn ¸n tiÕn sÜ KỸ THUẬT
Hà Nội, 2018

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
-----------------------------
TRẦN THANH HÀ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO
ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT
ĐƯỢC THÀNH LẬP TỪ ẢNH RADAR
Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số: 9 52 05 03
LuËn ¸n tiÕn sÜ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Đào Ngọc Long
2. TS. Nguyễn Thị Mai Dung
Hà Nội, 2018

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi;
các số liệu, kết quả trong luận án trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.
Tác giả luận án
Trần Thanh Hà

4. ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7
1.1. Đặt vấn đề 7
1.2. Lịch sử phát triển của SAR 8
1.3. Tổng quan về các công trình nghiên cứu sử dụng phương pháp InSAR xây
dựng DSM
9
1.4. Đánh giá kết quả nghiên cứu đạt được trong và ngoài nước 20
1.5. Những vấn đề được phát triển trong luận án 21
Chƣơng 2: CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT
(DSM) BẰNG ẢNH RADAR
22
2.1. Nguyên lý thu nhận ảnh radar 22
2.2. Hệ Radar nhìn xiên - SLAR 24
2.3. Radar độ mở tổng hợp - SAR 27
2.4. Các vệ tinh radar 29
2.5. Các tính chất đặc trưng của ảnh radar 34
2.6. Các phương pháp đo ảnh radar 35
2.7. Ứng dụng của viễn thám radar 40
2.8. Ứng dụng phương pháp Radar giao thoa - InSAR trong xây dựng mô hình
số bề mặt - DSM
44
2.9. Quy trình thành lập DSM bằng phương pháp Radar giao thoa - InSAR 51
Chƣơng 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA DSM ĐƢỢC
THÀNH LẬP BẰNG ẢNH RADAR 63
3.1. Giải pháp nâng cao độ chính xác của đồng đăng ký ảnh trong thành lập DSM 64
3.2. Giải pháp lọc nhiễu pha sử dụng phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích
hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có trọng số
90
Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 94
4.1. Khu vực nghiên cứu 94
4.2. Dữ liệu sử dụng 97
4.3. Xây dựng DSM-1 từ ảnh Sentinel-1A 102
4.4. Xây dựng DSM-2 bằng phần mềm SNAP kết hợp các giải pháp kỹ thuật đã
đề xuất
104
4.5. Đánh giá độ chính xác của DSM 119
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 134
NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO 138
PHỤ LỤC KÈM THEO 155

5. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ALOS Vệ tinh quan sát Trái Đất Advanced Land Observing Satellite
DEM Mô hình số độ cao Digital Elevation Model
DSM Mô hình số bề mặt Digital Surface Model
ERS Vệ tinh tài nguyên châu Âu European Resource Satellite
ESA Cơ quan Vũ trụ châu Âu The European Space Agency
GPS Hệ thống đinh vị toàn cầu Global Positioning System
InSAR Radar giao thoa Interferometry Synthetic Aperture
Radar
JERS-1 Vệ tinh Tài nguyên trái đất của
Nhật
Japanese Earth Resources Satellite -1
LiDAR LiDAR Light Detection and Ranging
NASA Cục hàng không và vũ trụ
Hoa Kỳ
National Aeronautics and Space
Administration
PALSAR Ảnh radar độ mở tổng hợp với
kênh L
Phased Array type L-band Synthetic
Aperture Radar
RADAR Chụp ảnh radar Radio Detection and Ranging
SAR Radar độ mở tổng hợp Synthetic Aperture Radar
SLC Ảnh đơn nhìn Single Look Complex
StereoSAR SAR lập thể Stereo Synthetic Aperture Radar
STFT Biến đổi Fourier thời gian ngắn Short Time Fourier Transform
WT Phép biến đổi Wavelet Wavelet Transform
FFT Biến đổi Fourier nhanh Fast Fourier Transform
CWT Biến đổi Wavelet liên tục Continous Wavelet Transform
DWT Biến đổi Wavelet rời rạc Discrete Wavelet Transform
MRA Phân tích đa phân giải Multi Resolution Analysis
FT Biến đổi Fourier Fourier Transform

6. iv
Danh môc c¸c b¶ng
STT Nội dung Trang
1 Bảng 2.1. Phân loại các dải băng tần trong viễn thám radar 34
2 Bảng 4.1. Dữ liệu ảnh cho khu vực nghiên cứu 99
3 Bảng 4.2. Bảng thống kê sai số trung phương 103
4 Bảng 4.3. Dữ liệu biên độ của thành phần tần số thấp 106
5
Bảng 4.4. Bảng thống kê sai số của DSM tạo ra bằng các kích thước
cửa sổ khác nhau 108
6 Bảng 4.5. Dữ liệu biên độ của thành phần tần số thấp 109
7
Bảng 4.6. Bảng thống kê sai số của DSM tạo ra bằng các kích thước
cửa sổ khác nhau 110
8
Bảng 4.7. Bảng thống kê sai số của DSM tạo ra bằng các mắt lưới
khác nhau 114
9
Bảng 4.8. Đánh giá kết quả của các phép lọc khác nhau khu vực
Quảng Ninh 116
10
Bảng 4.9. Đánh giá kết quả của các phép lọc khác nhau khu vực
Ninh Thuận 118
11
Bảng 4.10. Bảng thống kê sai số của DSM tạo ra bằng các giải pháp
kỹ thuật kết hợp với phần mềm SNAP 119
12
Bảng 4.11. Số liệu đo các điểm kiểm tra trên các DSM của khu vực
Quảng Ninh 119
13
Bảng 4.12. Số liệu đo các điểm kiểm tra trên các DSM của khu vực
Ninh Thuận 124

7. v
Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ¶nh
STT Nội dung Trang
1 Hình 2.1. Nguyên lý chụp ảnh radar quét nghiêng 23
2 Hình 2.2. Bước sóng và tần số dùng trong viễn thám radar 24
3 Hình 2.3. Nguyên tắc hoạt động của một hệ SLAR 24
4 Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của một hệ SLAR 25
5 Hình 2.5. Độ phân giải theo hướng tầm của ảnh radar 26
6 Hình 2.6. Độ phân giải theo hướng phương vị của ảnh radar 27
7 Hình 2.7. Vệ tinh ERS-2 29
8 Hình 2.8. Vệ tinh ALOS -PALSAR 30
9 Hình 2.9. Vệ tinh TeraSAR-X 31
10 Hình 2.10. Chế độ chụp ảnh WV 32
11 Hình 2.11. Các chế độ chụp ảnh Sentinel -1 33
12 Hình 2.12. Vệ tinh Sentinel - 1 33
13 Hình 2.13 Nguyên lý lập thể của ảnh Radar 37
14
Hình 2.14. Các cấu hình lập thể của ảnh SAR trong trường hợp cùng phía
và khác phía
38
15 Hình 2.15. Bản đồ địa hình hồ Glacier 42
16
Hình 2.16. Ảnh Sentinel-1 nghiên cứu trượt lở ở Daguangbao
(Trung Quốc)
43
17
Hình 2.17. Ảnh ALOS Palsal trong thành lập bản đồ sử dụng đất ở
Amazon 43
18 Hình 2.18. Sóng giao thoa 44
19 Hình 2.19. Vân giao thoa trên mặt đất từ hai nguồn sóng Radar SAR 45
20 Hình 2.20. Cường độ và pha 46
21 Hình 2.21. Cơ sở của InSAR 47
22 Hình 2.22. Hình học SAR với hai quỹ đạo Radar xác định 49
23 Hình 2.23. Quy trình thành lập DSM bằng phương pháp giao thoa 52
24
Hình 2.24. Mối quan hệ nghịch giữa giá trị tương quan và độ lệch chu n
của pha 58
25 Hình 3.1. Các bước trong quá trình đồng đăng ký ảnh SAR 65
26 Hình 3.2. Phép biến đổi Fourier trong thời gian ngắn (STFT) 67
27 Hình 3.3. Phép biến đổi wavelet 67

8. vi
STT Nội dung Trang
28 Hình 3.4. Phân tích đa phân giải sử dụng biến đổi wavelet rời rạc 72
29 Hình 3.5. Sơ đồ biểu diễn một tầng biến đổi wavelet 2D 74
30
Hình 3.6. Các họ Wavelet (a) Haar (b) Daubechies4 (c) Coiflet1 (d)
Symlet2 (e) Meyer (f) Morlet (g) Mexican Hat
75
31 Hình 3.7. Tín hiệu và các thành phần của tín hiệu 80
32 Hình 3.8. Sự biến thiên của hệ số tự tương quan với khoảng cách 82
33 Hình 3.9. Lưu đồ thuật toán tự động xác định cửa sổ tối ưu 84
34
Hình 3.10. Cấu trúc hình kim tự tháp của phương pháp phân tích ảnh
bằng wavelet 86
35 Hình 3.11. Phân tích ảnh SAR bằng wavelet 87
36 Hình 3.12. Lưu đồ thuật toán chiết tách điểm đặc trưng 88
37 Hình 3.13. Lưu đồ thuật toán tự động đồng đăng ký ảnh 89
38 Hình 3.14. Lưu đồ thuật toán lọc nhiễu pha 92
39 Hình 4.1. Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh 96
40 Hình 4.2. Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Thuận 97
41 Hình 4.3. Ảnh Sentinel - 1A khu vực Quảng Ninh 98
42 Hình 4.4. Ảnh Sentinel - 1A khu vực Ninh Thuận 98
43 Hình 4.5. Ảnh hàng không các khu vực nghiên cứu 100
44
Hình 4.6. DSM tạo ra từ tư liệu ảnh khu vực Quảng Ninh và Ninh
Thuận 101
45 Hình 4.7. Quy trình thành lập DSM bằng phương pháp giao thoa 102
46 Hình 4.8. Ảnh giao thoa 103
47 Hình 4.9. Ảnh DSM 103
48
Hình 4.10. Sự biến thiên của hệ số tự tương quan với khoảng cách
khu vực Quảng Ninh 105
49
Hình 4.11. Sự biến thiên của hệ số tự tương quan với khoảng cách
khu vực Ninh Thuận 105
50
Hình 4.12. Phân tích tự tương quan bằng wavelet khu vực Quảng
Ninh 106
51 Hình 4.13. Ảnh giao thoa với các kích thước của sổ khác nhau 107
52
Hình 4.14. Mô hình số bề mặt (DSM) với các kích thước của sổ
khác nhau
107
53 Hình 4.15. Phân tích tự tương quan bằng wavelet 108
54 Hình 4.16. Ảnh giao thoa với các kích thước của sổ khác nhau 109

9. vii
STT Nội dung Trang
55
Hình 4.17. Mô hình số bề mặt (DSM) với các kích thước của sổ
khác nhau
109
56 Hình 4.18. Ảnh gốc và ảnh phân tích bằng wavelet khu vực Quảng Ninh 110
57
Hình 4.19. Ảnh gốc và ảnh phân tích bằng wavelet khu vực Ninh
Thuận 111
58 Hình 4.20. Điểm đặc trưng trên cặp ảnh SAR (khu vực Quảng Ninh) 111
59 Hình 4.21. Điểm đặc trưng trên cặp ảnh SAR (khu vực Ninh Thuận) 112
60 Hình 4.22. Điểm khớp phân bố theo lưới grid (khu vực Quảng Ninh) 112
61 Hình 4.23. Điểm khớp phân bố theo lưới grid (khu vực Ninh Thuận) 113
62 Hình 4.24. DSM (khu vực Quảng Ninh) 114
63 Hình 4.25. DSM (khu vực Ninh Thuận) 115
64
Hình 4.26. Ảnh giao thoa trước (a) và sau (b) lọc nhiễu khu vực
Quảng Ninh
116
65 Hình 4.27. Ảnh giao thoa sau lọc nhiễu khu vực Quảng Ninh 116
66
Hình 4.28. Ảnh giao thoa trước (a) và sau (b) lọc nhiễu khu vực
Ninh Thuận 117
67 Hình 4.29. Ảnh giao thoa sau lọc nhiễu khu vực Ninh Thuận 117
68 Hình 4.30. DSM khu vực nghiên cứu 119

10. - 1 -
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Mô hình số bề mặt (DSM - Digital Surface Model) là tập hợp dữ liệu số mô
tả một phần của bề mặt Trái Đất trong không gian 3D. Hiện nay, DSM được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như trong thành lập bản đồ địa hình,
thành lập bản đồ 3D, được dùng trong nắn ảnh trực giao, lập kế hoạch phòng chống
các tai biến thiên nhiên; lũ lụt, kiểm soát xói lở đất, phân tích tầm nhìn ở diện rộng,
giám sát tài nguyên môi trường và trong nhiều ứng dụng khác.
Phương pháp truyền thống đầu tiên được sử dụng để thành lập DSM là
phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa. Để thực hiện việc thu thập thông tin của
bề mặt, phương pháp đòi hỏi chi phí rất nhiều về thời gian và sức lao động ngoại
nghiệp, thậm chí không thể thực hiện được ở nhiều khu vực khó khăn, phức tạp.
Tiếp theo là phương pháp đo vẽ lập thể ảnh hàng không và ảnh vệ tinh, và
gần đây nhất là ảnh chụp từ thiết bị bay không người lái (UAV). Đây là những
phương pháp đo gián tiếp, phần nào đã khắc phục được các hạn chế nói trên của
phương pháp đo trực tiếp, song chi phí cho sản xuất vẫn còn khá cao. Mặt khác
phương pháp này cũng không thể thực hiện được ở những khu vực không chụp
được ảnh quang học do ảnh hưởng của mù khí quyển, của thời tiết.
Trong hơn hai thập niên trở lại đây, để xây dựng DSM, người ta sử dụng
thêm hai phương pháp: thành lập DSM là từ ảnh Radar và từ dữ liệu bay quét
LiDAR. Mỗi phương pháp đều có các ưu điểm và nhược điểm nhất định liên quan
tới các khía cạnh như mức độ chi tiết, độ chính xác của DSM, khả năng thực hiện
và chi phí thành lập.
Với ưu điểm nổi trội của ảnh radar có độ phủ rộng trên bề mặt Trái Đất, chu
kỳ lặp ngắn (hầu như có thể cung cấp tư liệu “tức thời”), chi phí mua tư liệu rẻ hơn
nhiều so với các loại tư liệu viễn thám khác, thậm chí ảnh Sentinel, với độ phân giải
cao, chu kỳ lặp 12 ngày được cấp miễn phí. Ảnh radar đã được nghiên cứu và ứng
dụng để thành lập mô hình số bề mặt (Digital Surface Model - DSM) ngay từ những

11. - 2 -
năm 1960, với sự ứng dụng các phương pháp xử lý chủ yếu như: phương pháp đo
độ dốc (Clinometry/Radarclinometry), phương pháp đo radar lập thể
(Stereoscopy/Radar hay Stereogrammetry/Radargrammetry), phương pháp radar
giao thoa (Interferometry) và phương pháp đo radar phân cực (Polarimetry). Những
phương pháp này thông thường được sử dụng để xử lý tư liệu của các hệ thống
radar độ mở tổng hợp SAR (Synthetic Aperture Radar) nhằm xác định độ cao tương
đối hoặc tuyệt đối của các đối tượng hoặc điểm độ cao trên bề mặt thực địa.
Mặc dù mới xuất hiện, song phương pháp đo radar giao thoa (InSAR) đã
được ứng dụng rộng rãi trong tạo DSM. Đây là một kỹ thuật hứa hẹn sẽ giải quyết
một số vấn đề khó khăn trong một khu vực nghiên cứu đòi hỏi độ chính xác, hiệu
quả kinh tế cao, thuận tiện với mọi điều kiện thời tiết. Chất lượng của DSM được
xây dựng bằng phương pháp InSAR chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Một trong
những yếu tố ảnh hưởng đó, là tác động của khí quyển đối với góc chụp ảnh, đường
đáy ảnh (baseline) và kỹ thuật xử lý. Ảnh hưởng của các yếu tố này sẽ làm vị trí các
pixel bị xê dịch, gây khó khăn trong quá trình khớp ảnh. Hai là sự khác nhau về thời
gian thu nhận, tạo ra sự không tương quan giữa hai ảnh, và sẽ ảnh hưởng trực tiếp
đến quá trình khớp hai ảnh với nhau để tạo ảnh giao thoa, rồi vấn đề lọc nhiễu pha
để mở pha...
Do đó, để nâng cao chất lượng của sản phẩm DSM thì nhất thiết phải nâng
cao chất lượng của ảnh giao thoa trong phương pháp InSAR. Trên thế giới có nhiều
nhà khoa học đã nghiên cứu, đề xuất các giải pháp giảm thiểu các sai số gây ra
trong các công đoạn của qui trình xử lý ảnh trong phương pháp InSAR, bao gồm:
đồng đăng ký (co-registration), tạo ảnh giao thoa (interferogram generation), lọc
nhiễu pha, giải pha (phase unwrapping) và chuyển đổi tọa độ, hiệu chỉnh hình học
(geocoding).
Ở Việt Nam, hiện nay đã có một số công bố khoa học về nghiên cứu cơ sở
khoa học và đề xuất giải pháp dự báo lún mặt đất thành phố Hà Nội bằng kỹ thuật
radar giao thoa, kết quả xây dựng DEM từ thành lập tư liệu ảnh ERS, nghiên cứu
ứng dụng ảnh vệ tinh RADAR độ phân giải cao trong thành lập mô hình số độ cao

12. - 3 -
và kiểm kê đảo, ứng dụng phương pháp InSAR vi phân trong quan trắc lún đất do
khai thác nước ngầm, nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật radar giao thoa trong xác định
sự thay đổi bề mặt địa bằng kỹ thuật radar giao thoa từ ảnh TeraSAR X…Nhưng
trong hầu hết các công bố khoa học đó, mới chỉ đề cập đến khả năng ứng dụng của
viễn thám radar chứ chưa có các giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng của các sai số gây
ra trong các công đoạn của qui trình xử lý ảnh trong phương pháp InSAR nhằm
nâng cao độ chính xác của sản phẩm. Vì vậy độ chính xác đạt được của sản phẩm
chưa cao.
Từ năm 2014, hệ thống vệ tinh Sentinel đã đi vào hoạt động, với chu kỳ lặp
ngắn, diện tích phủ trùm lớn, ảnh có độ phân giải cao, được cung cấp miễn phí, đã
mở khả năng sử dụng loại tư liệu này để xây dựng DSM có độ chính xác cao, chi
phí sản xuất thấp, và có thể đáp ứng rất kịp thời cho người sử dụng.
Do vậy hướng nghiên cứu về qui trình xử lý, về các giải pháp nâng cao độ
chính xác xây dựng DSM bằng tư liệu viễn thám radar nói chung, tư liệu Sentinel
nói riêng phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam là cần thiết, có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn ứng dụng cao.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học và các giải pháp nâng cao độ chính xác xây dựng
DSM từ ảnh radar, phù hợp với điều kiện thực tế về tư liệu của Việt Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Ảnh radar, quy trình thành lập DSM và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác
của DSM, được xây dựng bằng ảnh radar theo phương pháp radar giao thoa - InSAR.
- Thuật toán biến đổi wavelet, khả năng sử dụng của nó để nâng cao độ chính
xác của DSM, được xây dựng từ ảnh radar theo phương pháp InSAR.
- Ph p lọc nhiễu oldstein và thích nghi làng giềng trong lọc nhiễu pha giao thoa.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu qui trình xây dựng DSM, những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính
xác của DSM và các giải pháp nâng cao độ chính xác của DSM, trên cơ sở ứng dụng

13. - 4 -
phương pháp biến đổi tín hiệu wavelet trong phân tích tín hiệu, phương pháp
oldstein để lọc nhiễu pha.
- Tư liệu ảnh sử dụng làm thực nghiệm là tư liệu ảnh vệ tinh Setinel - 1A của
các khu vực: Quảng Ninh và Ninh Thuận.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở khoa học tạo DSM bằng ảnh radar và những yếu tố ảnh
hưởng đến độ chính xác của nó
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của ph p biến đổi wavelet và khả năng sử dụng
để phân tích tín hiệu trong các công đoạn của qui trình thành lập DSM bằng ảnh
radar theo phương pháp InSAR.
- Nghiên cứu phương pháp lọc nhiễu oldstein và oldstein cục bộ, trên cơ
sở đó đưa ra phương pháp lọc nhiễu oldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi láng
giềng có trọng số, để nâng cao độ chính xác của DSM.
- Xây dựng chương trình thử nghiệm tự động đồng đăng ký ảnh, chương
trình lọc nhiễu để nâng cao độ chính xác của DSM được thành lập từ tư liệu ảnh
Sentinel bằng phương pháp InSAR.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập thông tin: tiến hành thu thập và tổng hợp tài liệu
khoa học đã công bố trên các Tạp chí, Kỷ yếu Hội thảo, Báo cáo tổng kết các đề tài
NCKH. Đồng thời thu thập ảnh Sentinel - 1A, các số liệu, tư liệu có liên quan đến
các khu vực thực nghiệm.
- Phương pháp phân tích, tổng hợp các tài liệu bao gồm các bài báo khoa học
đã công bố trên thế giới và trong nước, các kết quả nghiên cứu đã đạt được để nâng
cao chất lượng của DSM và các modul phần mềm tạo DSM từ tư liệu ảnh SAR. Từ
đó nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng của DSM được thành lập bằng ảnh
radar phù hợp và có tính khả thi cao trong điều kiện hiện nay tại Việt Nam.
- Kỹ thuật lập trình và ứng dụng công nghệ tin học trong xây dựng chương
trình thực hiện quá trình tự động đồng đăng ký ảnh và lọc nhiễu pha giao thoa , thực
hiện thực nghiệm kiểm chứng.

14. - 5 -
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
7.1. Ý nghĩa khoa học của luận án
óp phần hoàn thiện các ứng dụng của ph p biến đổi wavelet trong xử lý và
phân tích tín hiệu, ứng dụng phương pháp lọc nhiễu pha oldstein trong qui trình
thành lập DSM từ ảnh radar.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Cung cấp những đánh giá đầy đủ về cơ sở khoa học cũng như kết quả nghiên
cứu thử nghiệm của giải pháp nâng cao độ chính xác của DSM được thành lập bằng
ảnh Sentinel - 1A kênh C trong điều kiện Việt Nam.
8. Những luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Với tín hiệu siêu cao tần sử dụng trong viễn thám radar, ph p
biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ (wavelet) là phù hợp trong việc chọn và khớp các điểm đặc
trưng, phục vụ cho đồng đăng ký ảnh trong qui trình thành lập DSM bằng phương
pháp InSAR.
Luận điểm 2: Phương pháp lọc nhiễu oldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi
láng giềng có trọng số, là tối ưu trong lọc nhiễu pha giao thoa để nâng cao độ chính
xác của DSM.
9. Những điểm mới của luận án
9.1. Áp dụng thành công phương pháp biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ (wavelet)
để xử lý ảnh radar trong chọn kích thước cửa sổ khớp ảnh, chiết xuất và khớp các
điểm đặc trưng trên ảnh radar, qua đó nâng cao độ chính xác xây dựng DSM từ tư
liệu viễn thám siêu cao tần.
9.2. Đề xuất phương pháp lọc nhiễu oldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi
láng giềng có trọng số để lọc nhiễu pha giao thoa nhằm nâng cao độ chính xác của
DSM.
10. Khối lượng và kết cấu luận án
Kết cấu luận án bao gồm các phần chính như sau:
Mở đầu.
Chương 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Chương 2. Cơ sở khoa học xây dựng mô hình số bề mặt (DSM) bằng ảnh radar

15. - 6 -
Chương 3. Giải pháp nâng cao độ chính xác của DSM được thành lập bằng
ảnh radar
Chương 4. Thực nghiệm và thảo luận
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
11. Nơi thực hiện đề tài
Luận án này được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc
địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn
khoa học của TS Đào Ngọc Long và TS Nguyễn Thị Mai Dung.
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ của
các thầy, cô giáo trong Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, trong Khoa Trắc địa - Bản đồ
và Quản lý đất đai, phòng Đào tạo Sau đại học, Lãnh đạo Nhà trường, Viện Khoa
học Đo đạc và Bản đồ, Cục Viễn thám quốc gia, Cục Bản đồ Bộ Tổng tham mưu…
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các
thầy, cô giáo, đặc biệt là TS Đào Ngọc Long và TS Nguyễn Thị Mai Dung, các nhà
khoa học, đồng nghiệp và người thân đã tận tình giúp đỡ, đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất để tác giả hoàn thành luận án này.

16. - 7 -
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
Trong nghiên cứu bề mặt Trái đất hiện nay dữ liệu bản đồ mô hình số bề mặt
(DSM) thể hiện được những ưu điểm vượt trội về sự mô phỏng tổng quan chân thực
nhất về bề mặt Trái đất, nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực phục vụ cho công
tác điều tra, khảo sát, phát triển kinh tế đất nước cũng như chủ quyền và an ninh
quốc phòng. Đặc biệt với những diễn biến cực đoan của biến đổi khí hậu, yêu cầu
về sử dụng các sản phẩm dữ liệu địa hình dưới dạng mô hình số phải có độ chính
xác cao, đáp ứng nhanh và kịp thời. Cùng với đó là nhu cầu về sử dụng dữ liệu địa
hình như là một lượng thông tin không thể thiếu trong xây dựng cơ sở dữ liệu của
Hệ thông tin địa lý (GIS), phục vụ cho các nghiên cứu biến dạng sụt lún của bề mặt
địa hình; xác định nhanh các vùng ngập lụt do mưa bão, vùng ngập lụt ven bờ do
nước biển dâng do biến đổi khí hậu, trong thành lập bản đồ địa hình, bản đồ chuyên
đề ở những khu vực thiếu ảnh viễn thám quang học, trong các công đoạn thành lập
bản đồ và ứng dụng cho khảo sát, phân tích địa hình, thiết kế, quy hoạch...
Để xây dựng DSM của một phần bề mặt Trái Đất trên một diện rộng, với chi
phí thấp và trong khoảng thời gian ngắn nhất thì các phương pháp sử dụng tư liệu
viễn thám tỏ rõ hiệu quả hơn cả, đặc biệt là sử dụng tư liệu của viễn thám radar -
viễn thám siêu cao tần.
Viễn thám Radar (Viễn thám siêu cao tần) là phương pháp viễn thám chủ
động hoạt động trong dải siêu cao tần của quang phổ sóng điện từ. Viễn thám Radar
sử dụng nguồn năng lượng riêng không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời, và sóng
điện từ có bước sóng dài. Vì thế, nó có khả năng hoạt động cả ban ngày và ban đêm
cũng như trong mọi điều kiện thời tiết mà không chịu ảnh hưởng của các hiện tượng
tự nhiên như mây, mưa.
RADAR là từ viết tắt của cụm từ Radio Detection And Ranging, với nguyên
lý hoạt động dựa trên sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian, bản chất là

17. - 8 -
một thiết bị đo khoảng cách hoạt động trong phần vi sóng của phổ điện từ, có bước
sóng từ 1mm đến 1m. Tư liệu ảnh Radar đã được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực
điều tra cơ bản, giám sát tài nguyên và môi trường trên bề mặt trái đất. Bên cạnh đó,
viễn thám Radar cũng cho khả năng xác định độ cao của các điểm trên bề mặt trái
đất. Người ta đã sử dụng ảnh Radar để xây dựng mô hình số bề mặt bằng phương
pháp giao thoa để nghiên cứu và xác định sự sụt lún của bề mặt Trái đất, xác định
nhanh các vùng ngập lụt do thiên tai, do biến đổi khí hậu, thành lập bản đồ địa hình
tỷ lệ trung bình và nhỏ.
1.2. Lịch sử phát triển của SAR
Khái niệm về Radar độ mở tổng hợp - Synthetic Aperture Radar (SAR) là do
Carl Wiley của Tổng công ty Máy bay Goodyear năm 1951 [132] khởi nguồn. Tại
trường Đại học Illinois, một nhóm các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu những thí
nghiệm đầu tiên vào năm 1953; sau đó, quân đội Hoa Kỳ đưa dự án Wolverine về chủ
đề này đến Đại học Michigan. Đây là khởi đầu của một loạt các hoạt động đóng góp
vào sự phát triển của kỹ thuật SAR [42].
Từ cuối năm 1960, NASA đã bắt đầu tài trợ cho sự phát triển của hệ thống
SAR cho các ứng dụng về dân sự. Jet Propulsion Laboratory (JPL) đã phát triển cho
NASA một bộ cảm biến SAR band-L. Bộ cảm biến này đã được cài đặt trên tên lửa
vào năm 1962 trong các thí nghiệm thực hiện tại các trang web thử nghiệm tên lửa
New Mexico. Cảm biến này là cảm biến cuối cùng được cài đặt trên máy bay
NASA CV-990 vào năm 1966 và sau đó lại được nâng cấp bởi JPL [42,55].
Viện nghiên cứu môi trường Michigan (ERIM) và JPL đã phối hợp thực hiện
các nghiên cứu thử nghiệm Apollo Lunar Sounder, và đã thành công khi thăm dò
Mặt Trăng vào năm 1972 trên tàu Apollo 17 [42,55].
Vào năm 1978 lần đầu tiên trên vũ trụ (vệ tinh Seasat - USA) sử dụng SAR
và tiếp tục với việc sử dụng SIR - Radar tạo ra ảnh trên tàu con thoi (Shuttle
Imaging Radar). Đầu năm 1991 có 3 vệ tinh mang thiết bị Radar được phóng thành
công lên vũ trụ. Đó là Almaz-1 với bộ cảm biến S-band của Liên Xô (cũ), ERS-1
của cơ quan Vũ trụ châu Âu ESA, và JERS-1 với bộ cảm biến kênh L của Nhật

18. - 9 -
Bản. Năm 1995, Radarsat với bộ cảm biến C-band của Canada đã được phóng lên
vũ trụ thành công [55].
Việc khai thác các thông tin địa hình sử dụng kỹ thuật Radar giao thoa độ mở
tổng hợp (InSAR) được chứng minh lần đầu tiên bởi Graham, 1974 [51]. Với tư liệu
sử dụng là ảnh độ phân giải cao khu vực Puerto Rico có hướng nghiêng và góc lệch
khoảng 250
đến 450
. Ông đã chỉ ra rằng kỹ thuật InSAR với nguyên lý cạnh sườn
(side-looking) có thể sử dụng để phục vụ cho thành lập bản đồ địa hình vì hai lý do:
- Độ phân giải của ảnh SAR có thể phân biệt được các đối tượng trên bề mặt
địa hình cần biểu thị lên bản đồ.
- Những điểm đo được bằng phương pháp InSAR có thể mô tả được độ cao
và dáng của bề mặt địa hình.
Có thể nói rằng, trong những năm 1990, công nghệ vũ trụ đã đạt được những
thành công lớn với việc đẩy nhanh ứng dụng của viễn thám Radar cho các nghiên
cứu khoa học và ứng dụng. Sang đến đầu thể kỷ XXI đã có một số vệ tinh Radar có
độ phân giải cao được phóng lên quỹ đạo chuyên phục vụ giám sát tài nguyên và
biến động lớp phủ trái đất ở mức độ chi tiết hơn đó là ALOS PALSAR của Nhật
(2006), ERS-1 (1993), ERS-2 (1995), Envisat (2002) của Châu Âu, TeraSAR X của
Đức (2007). Cosmo-Skymed (2010), ALOS PALSAR-2, Sentinel-1…
1.3. Tổng quan về các công trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp InSAR xây
dựng DSM
1.3.1. Trên thế giới
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của viễn thám Radar thì việc tạo
DSM tự động đã trở thành một phần quan trọng của các nghiên cứu. Nhiều kỹ thuật
tạo DSM đã được phát triển, trong đó phương pháp Radar giao thoa (InSAR) là
phương pháp đang được nghiên cứu nhiều nhất để tạo DSM phục vụ cho nghiên
cứu sạt lở, giám sát hoạt động của núi lửa và theo dõi dịch chuyển bề mặt.
Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào dữ liệu cũng như quy trình tạo DSM
và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của nó, có thể kể là các nghiên cứu của
[45,89,90,91,92,93,94,105,106,107]. Trong công bố khoa học của Sefercik [106],

19. - 10 -
tác giả đã nghiên cứu tạo DSM từ dữ liệu TerraSAR-X với sai số trung phương về
độ cao đạt được là ± 8.25m. Trong các công trình khoa học tiếp theo của mình vào
năm 2011, Sefercik cũng nghiên cứu tạo DSM từ các dữ liệu SRTM kênh C và X,
và dữ liệu ASTER GDEM. Kết quả DSM tạo từ ảnh liệu SRTM kênh C có sai số
trung phương về độ cao đạt ± 10.69m, từ dữ liệu SRTM kênh X đạt ± 6.59m, từ dữ
liệu ASTER GDEM đạt ± 9.83m. Từ các kết quả trên, Sefercik đã kết luận rằng chất
lượng của DSM phụ thuộc vào kỹ thuật tạo giao thoa, đặc điểm địa hình của khu
vực nghiên cứu và khoảng cách giữa các mắt lưới để tạo DSM.
Nikolakopoulos [92], đã thành lập DSM từ các dữ liệu khác nhau như:
TerraSAR-X, Sentinel -1 chụp cùng khu vực và tiến hành so sánh đánh giá. Kết
quả, DSM tạo từ ảnh TerraSAR-X cho sai số trung phương đạt ±12.35m, và
Sentinel - sai số trung phương ±14.47m. Qua các nghiên cứu, các tác giả kết luận
rằng: kỹ thuật tạo giao thoa ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của ảnh giao thoa
cũng như sản phẩm cuối cùng là DSM. Độ chính xác của chúng phụ thuộc vào các
yếu tố như: ảnh hưởng bởi khí quyển, sự không tương quan về đường đáy ảnh, sự
không tương quan giữa hai ảnh. Do vậy để nâng cao độ chính xác của DSM, cần tập
trung cải thiện chất lượng của ảnh giao thoa.
Hiện nay có rất nhiều các công trình khoa học nghiên cứu để cải thiện chất
lượng của giao thoa cũng như cải thiện chất lượng của DSM như:
Ảnh hưởng của khí quyển
Chúng ta biết rằng, điều kiện khí quyển không đồng nhất sẽ ảnh hưởng đến
việc ghi nhận ảnh ở những thời điểm khác nhau. Sự lan truyền sóng điện từ trong
điều kiện khí quyển khác nhau, làm cho khoảng cách tính được từ vệ tinh tới mặt
đất sẽ khác nhau, do thời gian trễ gây ra, khi sóng được truyền trong sự nhiễu loạn
của tầng đối lưu và tầng điện ly. Sự không đồng nhất trong khí quyển sẽ tạo ra
nhiễu cho pha kết quả và nó sẽ làm giảm chất lượng của ảnh giao thoa. Rất nhiều
phương pháp đã được nghiên cứu để giảm ảnh hưởng của khí quyển đến chất lượng
giao thoa như nghiên cứu của Hanssen [55, 139].
Theo Hanssen [55], bằng việc sử dụng các tư liệu radar chụp ở các khu vực
khác nhau, đã chứng minh được rằng sự biến đổi của nhiệt độ và áp suất dẫn đến

20. - 11 -
biến dạng giao thoa ít hơn nhiều so với độ ẩm trong không khí. Cũng với một chứng
minh khác của giáo sư Zebker thì độ ẩm trong khí quyển sẽ ảnh hưởng đến từng loại
sóng radar có bước sóng khác nhau ở mức độ khác nhau. Đối với những sóng Radar
có bước sóng ngắn từ 3 cm trở xuống thì độ ẩm sẽ ảnh hưởng nhiều đến xung
truyền, giao thoa có thể bị nhiễu. Bước sóng từ 6 cm trở lên gần như ít bị ảnh hưởng
bởi hơi nước trong khí quyển. Còn trong nghiên cứu của Yun [136] đã sử dụng
bóng thám không kết hợp phương pháp GPS để đo độ ẩm và giảm thiểu sai số này.
Tuy nhiên việc đo đạc này cũng không thể làm hết cho nhiều vùng ở trên ảnh được,
nên việc sử dụng thêm dữ liệu thời tiết đo ở các trạm mặt đất cũng là một giải pháp
được đưa ra. Đối với phần ảnh hưởng bởi độ ẩm ở tầng điện ly, thì việc sử dụng cặp
ảnh chụp cùng ở một điều kiện thời tiết như nhau là một giải pháp hữu hiệu, để
giảm thiểu sai số do tầng điện ly gây ra.
Ngoài ra rất nhiều phương pháp cũng được nghiên cứu để làm giảm ảnh
hưởng của khí quyển đến chất lượng của InSAR, như các nghiên cứu của Li và
Ding [70] và Ding [35]. Trong đó, đã khẳng định ảnh hưởng khí quyển là một trong
những hạn chế của phương pháp radar giao thoa - InSAR, nó có gây ra sai lệch trên
±10 cm đối với đo biến dạng bề mặt và lên đến ±100m đối với tạo DEM so với
DEM được thành lập từ bản đồ địa hình. Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của khí
quyển là rất cần thiết để phát huy được ứng dụng của InSAR trong thành lập bản đồ
địa hình. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tín hiệu khí quyển trong bản đồ giao thoa
SAR là không đẳng hướng và không phân bố theo luật phân bố chuẩn Gauss, phổ
của tín hiệu khí quyển tuân theo luật lũy thừa với số mũ gần bằng -8/3. Trong
nghiên cứu của Jung [59], đã sử dụng dữ liệu vệ tinh từ các vệ tinh MODIS và
MERIS để làm giảm ảnh hưởng của khí quyển và kết quả giảm được từ 20% đến
40%. Tuy nhiên trong các nghiên cứu này mới chỉ phục vụ cho khu vực cụ thể, chưa
có tính đại diện nên vẫn cần phải nghiên cứu để phát triển phương pháp sao cho
hiệu quả hơn.
Nhìn chung những ảnh hưởng do khí quyển gây ra là những sai số không thể
tránh khỏi. Nếu muốn giảm thiểu chúng cần phải thu thập đầy đủ thông tin về khí
quyển tại thời điểm chụp ở nhiều khu vực khác nhau trên ảnh.

21. - 12 -
Sự không tương quan về đường đáy ảnh:
Đường đáy ảnh là khoảng cách giữa hai tâm ghi nhận ảnh của một cặp ảnh
Radar. Độ lớn của đường đáy ảnh xác định sự phù hợp của dữ liệu cho từng ứng
dụng cụ thể. Để đạt được một cặp giao thoa tốt thì đường đáy ảnh phải đủ dài để có
được độ nhạy của pha với địa hình, và nó cũng phải đủ nhỏ để giảm thiểu sự mất
tương quan [68]. Kimura [61], đã đề xuất một phương pháp để ước tính đường đáy
cơ sở dựa vào các điểm mặt đất cùng với độ cao và pha giao thoa của chúng. Tuy
nhiên, mỗi một loại ảnh SAR lại có đường đáy ảnh khác nhau, ví dụ đối với ERS-
1,2 là 800m và đối với ALOS PALSAR 1km. Vì vậy mà tác giả cũng nhận định
không có một phương pháp nào để tính kích thước đường đáy ảnh tối ưu cho tất cả
các vệ tinh. Mà cùng với sự tăng chiều dài của đường đáy cơ sở thì mức độ nhiễu
cũng tăng theo dẫn đến sự bất tương quan giữa các tín hiệu Radar. Sự bất tương
quan đường đáy cơ sở luôn luôn tồn tại trong hệ thống và không thể tránh khỏi. Nó
chỉ có thể giảm đến một giá trị nhất định nhưng đồng thời cũng làm giảm độ phân
giải hình ảnh. Theo [91], đã nghiên cứu dựa trên các cặp ảnh Sentinel-1 với các kích
thước đường đáy ảnh là khác nhau nhưng chụp cùng một khu vực cũng khẳng định
rằng đường đáy ảnh hưởng đến độ chính xác theo phương thẳng đứng khi tạo DSM,
do đó chắc chắn nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của InSAR, nhưng để khắc phục
được điều này rất cần các nghiên cứu tiếp theo.
Tuy nhiên, tùy thuộc vào mục đích của việc tạo giao thoa mà đường đáy ảnh
cũng sẽ thay đổi. Nếu muốn xây dựng mô hình số bề mặt, đường đáy ảnh không thể
quá ngắn, vì lúc đó nó không có khả năng nhạy với địa hình và mất khả năng tạo
giao thoa, nhưng cũng không thể quá dài vì lúc đó độ tương quan sẽ giảm đi, còn
ngược lại khi xác định biến dạng địa hình nhất là biến dạng đứng thì đường đáy ảnh
càng nhỏ càng tốt [93].
Sự không tương quan giữa hai ảnh ảnh hưởng đến chất lượng InSAR:
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự mất tương quan giữa hai ảnh SAR.
Nguyên nhân thứ nhất là do sự mất tương quan về thời gian giữa các lần chụp lặp.
Sự suy giảm tương quan do thời gian xảy ra trong trường hợp ảnh phụ thuộc
trong cặp ảnh tạo giao thoa có thời gian giãn cách so với ảnh chính là lớn. Sự suy

22. - 13 -
giảm tương quan này thường là hàm của nhiều yếu tố như sự thay đổi của lớp phủ
bề mặt giữa hai lần ghi nhận ảnh bao gồm: sự thay đổi độ ẩm của đất, độ gồ ghề của
địa hình và thực phủ. Việc tạo những mô hình đánh giá sự suy giảm tương quan do
thời gian là hầu như không thể thực hiện được bởi một số nguyên nhân như môi
trường tự nhiên, hoặc do con người mà nó lại không theo quy luật toán học nào, vì
vậy chúng ta chỉ cần hiểu là sự suy giảm tương quan của nó theo thời gian sẽ làm
hạn chế cho những ứng dụng liên quan đến cặp ảnh có thời gian giãn cách xa.
Nguyên nhân thứ hai dẫn đến sự mất tương quan là do một số sai lệch về kỹ
thuật xử lý ảnh và tạo giao thoa ảnh hưởng đến chất lượng pha gây ra sự mất tương
quan về pha giao thoa. Cũng có một vài nghiên cứu đưa ra cách tiếp cận mới trong
ước tính và cải thiện tương quan. Một thuật toán đã được [22] đưa ra để ước lượng
các tham số phụ thuộc khi chuyển từ ảnh thô (Raw) sang ảnh đơn nhìn (sing-look),
bên cạnh đó vẫn phải bảo tồn pha, độ chính xác có thể đạt được 1/100 pixel. Tuy
nhiên khi thuật toán này đưa vào sử dụng lại làm mất tương quan của tán xạ phản
hồi. Ngoài ra để ước tính tương quan, [79] đã nghiên cứu phương pháp ước tính
tương quan bằng biến đổi wavelet đa phân giải. Trong đó tác giả đã sử dụng mô
hình nhiễu phức tương đương mô hình nhiễu Hermitian để ước tính tương quan.
Ngoài ra phép biến đổi wavelet được sử dụng để phân tích tín hiệu nhằm giảm bớt
ảnh hưởng của sai số địa hình. Và như vậy những khu vực có tương quan thấp sẽ bị
loại bỏ, vô hình chung phương pháp này lại làm mất đi thông tin địa hình gốc.
Nguyên nhân thứ ba dẫn đến sự mất tương quan là do ảnh hưởng của yếu tố
địa hình. Như chúng ta đã biết, ảnh SAR bao gồm hai thành phần: cường độ và pha.
Do đó, tương quan giữa hai ảnh SAR cũng chứa hai thành phần này, vì vậy tương
quan giao thoa còn được gọi là tương quan phức. Trong đó, thành phần pha tỷ lệ với
bề mặt địa hình nên pha được sử dụng để chiết tách các thông tin về bề mặt địa
hình. Còn thành phần cường độ cho các thông tin về sự gắn kết giữa cặp ảnh SAR.
Thành phần pha chính là pha giao thoa, và nó được đưa vào để thực hiện bước xử lý
tiếp theo là mở pha và tính ra mô hình DSM. Đối với ứng dụng này, thì pha của
ảnh SAR rất nhạy cảm với đặc trưng địa hình nên cần phải được kiểm soát rất chặt

23. - 14 -
chẽ trong quá trình tạo giao thoa. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp nhất là
những khu vực có chênh cao địa hình lớn, thành phần pha này thường bị nhiễu, gây
khó khăn trong quá trình mở pha. Do đó, việc ước tính chính xác bù pha địa hình
trong việc ước tính tương quan là rất quan trọng.
Kỹ thuật tạo giao thoa ảnh hưởng đến độ chính xác của DSM.
Mô hình số bề mặt (DSM) được tạo ra từ phương pháp InSAR dựa trên việc
xử lý ít nhất hai ảnh phức SAR chụp cùng khu vực ở hai vị trí khác nhau. Quy trình
tạo DSM bằng phương pháp InSAR bao gồm các bước đồng đăng ký ảnh, tạo giao
thoa, mở pha và tạo DSM. Có rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm
làm giảm các sai số gây ra trong quá trình tạo DSM. Các nghiên cứu đã được
thực hiện trong đồng đăng ký ảnh là: [52,77,109,117,132,143,144,146], tạo
ảnh giao thoa là: [16,49,91], mở pha [9,11,15,17,23,24,76], nắn và tạo DSM
[25,43,135].
Đồng đăng ký ảnh là quá trình chuyển đổi tọa độ của ảnh phụ về cùng
hệ tọa độ với ảnh chính. Đồng đăng ký các ảnh SAR bao gồm hai bước: đồng
đăng ký sơ bộ và đồng đăng ký chính xác hai ảnh. Để thực hiện được công
việc này thì cần phải chọn các điểm đặc trưng trên ảnh chính, sau đó tìm kiếm
sự tương ứng của mỗi điểm trên ảnh phụ. Đặc điểm của những điểm này, số
lượng và sự phân bố cũng như cửa sổ khớp điểm có ảnh hưởng lớn đến độ tin
cậy của quá trình chuyển đổi cũng như độ chính xác của quá trình đồng đăng
ký [109].
Để tăng độ tin cậy cho quá trình đồng đăng ký ảnh Liao [74], đã nghiên
cứu phương pháp khớp ảnh tự động qua nhiều bước. Trong đó bước đầu tiên là
đặt kích thước mắt lưới grid trên ảnh chính và điểm khớp là những điểm có hệ
số tương quan chéo cao nhất. Một loạt các cửa sổ được thực hiện để tìm những
điểm khớp (cùng tên) trên ảnh chính và ảnh phụ. Tuy nhiên, trong phần thực
nghiêm này thì kích thước của sổ 63*63 pixel cho kết quả giao thoa tốt nhất,
vì vậy nó được chọn là kích thước cửa sổ tối ưu. Trong quá trình tìm các điểm
khớp thì rất nhiều điểm được tìm thấy, do đó bước tiếp theo là dựa vào kỹ

24. - 15 -
thuật lọc điểm để làm tăng độ tin cậy. Bước cuối cùng, bình sai theo nguyên lý
số bình phương nhỏ nhất và đánh giá độ chính xác của quá trình đồng đăng ký.
Một phương pháp khác được ứng dụng để đồng đăng ký ảnh SAR trong
miền Fourier được nghiên cứu bởi [10,109,117]. Trong nghiên cứu này, các tác
giả sử dụng thuật toán Fourier biến đổi nhanh - Fast Fourier Transform (FFT) để tự
động tìm các điểm khớp trên ảnh chính và tìm kiếm sự tương ứng của mỗi
điểm trên ảnh phụ. Phương pháp này có ưu điểm là hoạt động rất nhanh nhưng
nó chỉ thích hợp cho các khu vực ít có sự biến đổi (đồng nhất) và tương đối
bằng phẳng. Đối với khu vực địa hình tương đối phức tạp và chênh cao lớn
như rừng núi thì kết quả không đáng tin cậy.
Ngoài ra phép biến đổi wavelet cũng được nghiên cứu trong chọn điểm
đặc trưng trên ảnh như [102,143]. Trong nghiên cứu của Zou, tác giả đã cung cấp
cho các nhà nghiên cứu thêm thông tin về những thành tựu trong nghiên cứu đăng
ký đồng ảnh SAR, thực nghiệm trên ảnh ERS1 và ERS 2 khu vực Tai Lam, Hồng
Kông. Tác giả cũng khẳng định đồng đăng ký hai ảnh SAR là bước đầu tiên
trong quy trình tạo DSM và nó là một trong những bước xử lý quan trọng nhất
liên quan đến chất lượng giao thoa. Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm
InSAR cuối cùng, việc đồng đăng ký chính xác hai ảnh đầu vào là điều kiện
tiên quyết. Để có một sản phẩm giao thoa có chất lượng tốt nhất thì việc đồng
đăng ký hai ảnh này phải đảm bảo độ chính xác lên đến 1/10 giá trị pixel.
Ngoài ra để quá trình giải pha được dễ dàng với độ chính xác cao thì lọc
nhiễu pha là một bước quan trọng trong quá trình xử lý InSAR [115,116, 141].
Một phương pháp lọc nhiễu lý tưởng phải có khả năng giảm tối đa phần pha dư
(phase residues) thành phần thể hiện vùng pha bị lỗi, trong khi vẫn bảo toàn được
các vân giao thoa (fringes)[69]. Hiện nay, có nhiều phương pháp lọc nhiễu pha
được các nhà khoa học đề xuất và được chia thành hai nhóm chính: Phương pháp
lọc nhiễu trên miền không gian (spatial domain) và phương pháp lọc nhiễu trên
miền tần số (frequency domain).

25. - 16 -
Các phương pháp được áp dụng thành công trong lọc nhiễu pha thuộc nhóm
thứ nhất có thể kể đến như phép lọc Lee, phép lọc sử dụng mô hình nhiễu cộng
(additive noise) [104]. Một phương pháp khác là phương pháp lọc nhiễu trung bình
có bù độ dốc địa hình dựa trên ước tính tần số xuất hiện của các vân giao thoa cục
bộ. Cả hai phương pháp này đều sử dụng cửa sổ lọc do đó phụ thuộc vào kích thước
và hình dạng của cửa sổ [10, 37,123].
Đối với nhóm phương pháp lọc nhiễu trên miền tần số, nguyên lý cơ bản của
các phương pháp thuộc nhóm này là năng lượng của tín hiệu không phải nhiễu được
tích lũy và tạo thành ở đỉnh tín hiệu (peak), trong khi nhiễu sẽ có năng lượng bị
phân tán theo nhiều hướng khác nhau [130].
Một trong các phương pháp lọc nhiễu được sử dụng phổ biến nhất thuộc
nhóm này là phương pháp lọc nhiễu Goldstein [138,141] là phương pháp lọc nhiễu
pha thực hiện trên miền tần số, được xem như phép lọc thông thấp (low-pass filter),
làm trơn mượt giá trị cường độ (intensity) của các mẫu được chuyển đổi Fourier
trong các phân mảnh được chồng phủ của pha giao thoa (interferogram patches). u
điểm của phương pháp này là khả năng loại nhiễu cao với tốc độ tính toán nhanh
[141], tuy nhiên nhược điểm là làm mất tính chất liên tục của pha trong các vùng có
vân giao thoa dày đặc [37].
Cũng chính bởi lý do này mà phương pháp Goldstein được nghiên cứu và
phát triển nhằm khắc phục các nhược điểm trên. Baran và nhiều người khác đã đề
xuất phương pháp lọc nhiễu Goldstein cục bộ (Adaptive Goldstein) với tham số
alpha ( ) thay đổi theo giá trị tương quan (coherence) của cửa sổ lọc, các vùng có
tương quan thấp được lọc nhiều hơn vùng có tương quan cao, nhờ đó bảo tồn các
thông tin pha giao thoa nhiều hơn so với phương pháp Goldstein gốc [18]. Một
phương pháp khác cũng nhằm mục đích ước tính chính xác tham số alpha trong
phép lọc Goldstein được đề xuất bởi Song với việc sử dụng kỹ thuật phân tích EMD
(empirical mode decomposition) [111].
Kỹ thuật thích nghi láng giềng (Adaptive-neighbourhood) đã được [112] sử
dụng tích hợp với phương pháp lọc Goldstein nhằm nâng cao độ chính xác phép lọc

26. - 17 -
pha giao thoa. Trong phương pháp này các tác giả đã sử dụng giá trị pha của các điểm
ảnh láng giềng để tính và gán cho điểm ảnh xét. Trong khi giá trị pha của các điểm
ảnh láng giềng được bảo tồn thì pha của điểm ảnh xét được thay thế bởi giá trị pha
trung bình tính từ các điểm ảnh láng giềng. Mặc dù phương pháp đã giảm mức độ
khó khăn trong việc loại nhiễu ở phần ranh giới của các đối tượng nhưng việc sử
dụng giá trị trung bình pha của các điểm ảnh láng giềng đã xem ảnh hưởng của tất cả
các điểm ảnh này là như nhau. Điều này ảnh hưởng tới độ chính xác của phương
pháp lọc, đặc biệt khi số lượng các điểm ảnh láng giềng tăng lên và với địa hình
không đồng nhất.
Vì vậy, để cải thiện độ chính xác xây dựng DSM bằng phương pháp
InSAR thì việc đăng ký ảnh SAR và lọc nhiễu pha trong InSAR, cần giải
quyết. Và đây cũng chính là nội dung chính của luận án này.
1.3.2. Trong nước
Ở nước ta việc sử dụng viễn thám Radar để thành lập mô hình số độ cao
cũng được rất nhiều các nhà khoa học quan tâm như trong nghiên cứu của Trần Vân
Anh [121], đã nghiên cứu tạo DEM từ ảnh JERS-1 ở vùng Kagoshima, phía nam
Nhật Bản. Trong nghiên cứu này, DEM được tạo ra từ hai phương pháp mở pha
(Branch Cut algorithm, Minimum Cost Flow) bằng phần mềm GAMMA. Nghiên
cứu cũng chỉ ra rằng độ chính xác của DEM phụ thuộc vào thuật toán mở pha và sự
tương quan giữa hai ảnh. Nếu ảnh có tương quan cao thì quá trình mở pha tốt và cho
ra DEM đạt yêu cầu. Ngoài ra tác giả cũng nhấn mạnh rằng ngoài phần mềm và
phương pháp sử dụng thì việc lựa chọn các tham số cũng ảnh hưởng tới độ chính
xác của DEM.
Trần Vân Anh [122], đã nghiên cứu sử dụng bốn ảnh vệ tinh JERS-l được
chụp liên tiếp trong khoảng 44 ngày) của khu vực thành phố Hà Nội để tạo ra ba mô
hình số độ cao (DEM) với sai số trung phương đạt khoảng 3m. Kết quả cho thấy các
DEM tương đối tương đồng, và kết quả này có thể được sử dụng để điều tra các yếu
tố ảnh hưởng đến pha giao thoa như: các địa vật nhân tạo hoặc thực vật . Điều này
đã được tác giả khẳng định trong nghiên cứu khi so sánh độ cao ước tính từ pha

27. - 18 -
giao thoa với bản đồ địa hình tại 10 điểm ngẫu nhiên trong khu vực thành thị và
vùng ngoại ô để đánh giá ảnh hưởng của các công trình nhân tạo. So sánh chỉ ra
rằng JESR-l có khả năng phát hiện tác động của các công trình nhân tạo mặc dù kết
quả về độ cao được đánh giá là cao hơn khoảng 3,5 m so với bản đồ địa hình. Tuy
nhiên việc xem xét thêm vẫn là chủ đề của một số nghiên cứu trong tương lai sau
khi tác giả xây dựng DEM dựa trên bản đồ địa hình.
Trong nghiên cứu sụt lún như: Trần Vân Anh [1], đã sử dụng ảnh JERS-1
băng L thu được vào các năm 1995 và 1998 cho nghiên cứu sụt lún đất khu vực nội
đô và phụ cận Hà Nội. Có thể nói đây là một trong những nghiên cứu công phu về
lún mặt đất bằng Radar giao thoa tại Hà Nội. Các dữ liệu đo lún tại các trạm mặt đất
được sử dụng để so sánh và chuẩn hoá với kết quả từ ảnh giao thoa. Hệ số tương
quan giữa kết quả lún từ phương pháp Radar giao thoa và đo tại các trạm mặt đất
đạt 0.7 5m. Hay trong hai năm 2009-2010, Phạm Quang Vinh và các cán bộ nghiên
cứu của Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã sử dụng ảnh
ENVISAT ASAR và JERS-1 nhằm tạo các cặp ảnh Radar giao thoa phục vụ nghiên
cứu lún ở TP. Hà Nội. Các cặp ảnh ENVISAT đã không tạo được các cặp ảnh giao
thoa và đề tài phải sử dụng ảnh JERS -1 chụp các năm 1995-1998. Do hạn chế về tư
liệu, kết quả của nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc xác định tính đúng đắn của
phương pháp DInSAR [8], dẫn đến kết quả của đề tài chưa hiệu quả trong thực tế.
Hiện nay, ở trong nước đã có rất nhiều các nghiên cứu ứng dụng ảnh Radar
để thành lập DEM như: Nguyễn Bá Duy [4], đã tiến hành nghiên cứu thành lập
DEM bằng phương pháp InSAR, và tư liệu ảnh sử dụng trong nghiên cứu này là ảnh
thu được từ các vệ tinh ERS-1 (Earth Resources Satellite-1) và ERS-2 (Earth
Resources Satellite-2) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Tuy nhiên, nghiên cứu
này chỉ mang tính chất khảo sát và đánh giá nhưng chưa đưa ra được giải pháp để
khắc phục những hạn chế của tạo DEM từ InSAR.
Đối với kỹ thuật tạo giao thoa thì không thể không nói đến nghiên cứu của Hồ
Tống Minh Định (2006) [5], tác giả đã ứng dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng mô hình
số độ cao (DEM). Kỹ thuật INSAR đã mở ra khả năng quan trọng cho việc xây dựng

28. - 19 -
DEM. Kết quả ban đầu đạt được cho thấy độ chính xác của DEM tạo từ ảnh SAR có
thể đạt từ 2m-7m ở khu vực đồng bằng và 10m-20m ở khu vực đồi núi. Tác giả cũng
khẳng định sự thành công của kỹ thuật tạo DEM phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như
bộ cảm SAR thu nhận, đường đáy, sự tương quan, lời giải bài toán mở pha… Đặc biệt,
bài toán mở pha cần được giải một cách chính xác để nâng cao độ chính xác thành lập
DEM.
Ngoài ra, nghiên cứu của Nguyễn Minh Hải cùng với nghiên cứu sinh [6], đã
nghiên cứu ảnh hưởng của khí quyển đến việc ghi nhận sóng radar và tạo giao thoa
cho cặp ảnh radar. Và tác cũng khẳng định ảnh hưởng của yếu tố khí tượng đến tín
hiệu Radar thường tạo thành pha nhiễu và được xác định bởi thời gian trễ khi tín
hiệu truyền từ vệ tinh đến một điểm trên mặt đất. Những ảnh hưởng này thường khó
phát hiện nếu chúng ta chỉ sử dụng một ảnh đơn và không sử dụng phần pha của
ảnh nhưng nó sẽ thể hiện rất rõ khi ứng dụng Radar trong việc tạo giao thoa của một
cặp ảnh. Tuy nhiên trong bài báo này mới chỉ dùng lại ở việc khảo sát ảnh hưởng
của khí quyển đến chất lượng của giao thoa chứ chưa đi đến kết quả cuối cùng là
DEM nên cũng rất cần các nghiên cứu tiếp theo.
Trần Vân Anh (2014) [3], cũng chỉ ra rằng độ chính xác của DEM chịu ảnh
hưởng của yếu tố ngoại cảnh. Tác giả đã đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố
ngoại cảnh đến kết quả tạo giao thoa của cặp ảnh trong việc xây dựng mô hình số
địa hình.Trong đó tác giả đã phân tích về ảnh hưởng của khí quyển và đặc tính ghi
nhận ảnh của vệ tinh Radar trong tạo giao thoa.Với phần thực nghiệm tác giả sử
dụng ảnh JERS1 kênh L và ảnh TerraSAR kênh X trong việc thành lập mô hình số
địa hình khu vực Hà Nội. Kết quả tác giả cũng chỉ ra rằng đối với ảnh TerraSAR
kênh X, độ phân giải không gian của ảnh sẽ tăng lên đáng kể và mức độ chi tiết của
địa hình vì vậy cũng được tăng lên, tuy nhiên do kênh X có bước sóng ngắn 3,1 cm
rất dễ ảnh hưởng bởi điều kiện khí quyển nên thường bị mất tương quan ảnh, kết
quả DEM tạo ra thường bị lỗi do những nơi bị mất tương quan. Ngược lại ảnh
JERS1 kênh L có bước sóng dài, độ phân giải không gian thấp nên ít bị mất tương

29. - 20 -
quan, mô hình số địa hình vì vậy cũng được ra trơn tru hơn và ảnh hưởng của tán xạ
góc cũng ít hơn so với ảnh có bước sóng ngắn.
Trong nghiên cứu của Đặng Vũ Khắc [129], tác giả đã nghiên cứu sự lún do
quá trình đô thị hoá nhanh chóng ở trung tâm Thành phố Hà Nội bằng phương pháp
InSAR đa thời gian StaMPS/MTI. Với dữ liệu sử dụng là ảnh ALOS PALSAR kênh
L trong giai đoạn từ năm 2007-2011. Kết quả tác giả đã xây dựng được bản đồ về
vận tốc lún trung bình trên khu đô thị của thành phố Hà Nội. Bản đồ này cho thấy tỷ
lệ sụt lún dọc theo chiều thẳng đứng dao động trong khoảng từ 0 đến 68,0 mm/năm,
và các vùng biến dạng lớn nhất tương ứng ở các quận Hoàng Mai, Hà Đông - Thanh
Xuân và Hoài Đức - Từ Liêm. Nghiên cứu này chứng tỏ rằng phương pháp
StaMPS/MTI có hiệu quả đối với khu vực có các cấu trúc nhân tạo và ở các vùng
nhiệt đới thì ảnh ALOS PALSAR kênh L hoàn toàn có thể phù hợp để xác định
biến dạng bề mặt địa hình.
1.4. Đánh giá kết quả nghiên cứu đạt đƣợc trong và ngoài nƣớc
Các kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học trong và
ngoài nước, đã khẳng định khả năng ứng dụng của ảnh Radar trong nghiên cứu biến
dạng bề mặt Trái đất, thành lập bản đồ địa hình, quản lý sử dụng đất, xác định
nhanh vùng ngập lụt và tạo DSM là rất to lớn. Trên thế giới rất nhiều các nghiên
cứu đã nghiên cứu ứng dụng của ảnh Radar cũng như những yếu tố ảnh hưởng đến
độ chính xác của ảnh Radar. Các kết quả nghiên cứu cũng khẳng định rằng kỹ thuật
tạo giao thoa cụ thể hơn là quá trình đồng đăng ký ảnh và lọc nhiễu pha giao thoa là
những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm cuối cùng DSM. Dữ
liệu được nghiên cứu trong các bài báo khoa học đã công bố chủ yếu là tư liệu ERS
- 1,2, Envisat ASAR, ALOS kênh L và TerrSAR - X. Vẫn chưa có nhiều nghiên cứu
thử nghiệm trên tư liệu Sentinel - 1A, đi cùng tư liệu này là phần mềm xử lý ảnh
SNAP để xây dựng DSM. Đối với phần mềm thương mại này thì quá trình đồng
đăng ký được hoàn toàn tự động từ bước áp dụng một kích thước của sổ cố định tới
chọn điểm khớp trên ảnh (những điểm này là những điểm phân bố đều trên ảnh theo
khoảng cách mắt lưới cố định) nên DSM được thành lập có độ chính xác từ 20m

30. - 21 -
đến 30m (tùy thuộc vào độ phân giải của ảnh). Như vậy để ứng dụng DSM cho
thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ vừa và nhỏ rất khó khả thi.
1.5. Những vấn đề đƣợc phát triển trong luận án
Nội dung của luận án dựa trên các kết quả nghiên cứu đã đạt được và các kết
quả được công bố trên các tạp chí khoa học của thế giới về thành lập DSM từ tư liệu
ảnh SAR, nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu giải pháp phân tích ảnh SAR nhằm
nâng cao chất lượng của DSM được thành lập từ ảnh Radar bằng phương pháp
InSAR phù hợp trong điều kiện của Việt Nam bao gồm:
- Nghiên cứu thành lập DSM từ tư liệu ảnh radar và các yếu tố ảnh hưởng
đến độ chính xác của DSM được thành lập bằng phương pháp InSAR.
- Nghiên cứu ứng dụng phép biến đổi wavelet trong phân tích hiệu ảnh SAR
để tự động chiết xuất các điểm đặc trưng, chọn kích thước cửa số khớp ảnh phục vụ
quá trình đồng đăng ký ảnh.
- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ thuật
thích nghi láng giềng có trọng số để nâng cao độ chính xác của DSM.
- Thử nghiệm thành lập DSM dựa trên giải pháp đã trình bày, với tư liệu
nghiên cứu thử nghiệm trong luận án là ảnh Sentinel- 1A kênh C.

31. - 22 -
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT (DSM)
BẰNG ẢNH RADAR
Radar (Radio Detection And Ranging) là hệ thống tìm kiếm và đo khoảng
cách bằng sóng radio, chính là một dạng viễn thám chủ động mà nó có thể được đặt
trên các máy bay hay vệ tinh, sử dụng chính nguồn sóng mà nó phát ra không phụ
thuộc vào năng lượng bức xạ của mặt trời. Một lượng lớn các thông tin hiện nay về
môi trường và tài nguyên của bề mặt Trái đất được thu nhận bởi bộ cảm hoạt động
trên dải phổ của sóng Radar này.
Viễn thám sóng radar không những chỉ sử dụng trong lĩnh vực quân sự như
trước đây mà ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu môi trường của
Trái Đất, phục vụ cho khoa học và mục đích hoà bình. Công nghệ radar sử dụng
nguồn sóng siêu cao tần, được phát ra từ một ăng ten và thu nhận sóng phản hồi, nó
có đặc tính là không bị ảnh hưởng của mây mù, chúng có khả năng xuyên mây và
thậm chí xuyên vào một lớp mỏng của lớp phủ mặt đất góp phần tích cực vào nghiên
cứu các đối tượng dưới lớp phủ thực vật. Sóng radar lan truyền trong không gian với
bước sóng trong khoảng từ 1mm đến 1m. Trong viễn thám sóng radar có hai hệ viễn
thám nhận sóng Radar là hệ viễn thám sử dụng nguồn năng lượng từ ăng ten phát ra
và thu năng lượng phản hồi theo hướng nhìn gọi là hệ Radar chủ động và hệ thu
năng lượng sóng Radar phát xạ tự nhiên từ một vật trên mặt đất gọi là viễn thám
Radar bị động. Ngoài ra, các hệ radar có thể được phân loại theo các đặc tính như
radar tạo ảnh, và radar không tạo ảnh. Radar được dùng để đo vận tốc chuyển động
của vật, vận tốc gió. Các thiết bị viễn thám radar có thể được đặt trên mặt đất, máy
bay, hoặc trên vệ tinh.
2.1. Nguyên lý thu nhận ảnh Radar
Nguyên lý cơ bản của hệ thống chụp ảnh radar là sử dụng ăng ten đặt trên
máy bay; hoặc vệ tinh phát ra các sóng điện từ, có bước sóng từ 1 mm tới 1 m (hay
có tần số từ 300 GHz tới 300 MHz) tới bề mặt trái đất, sau đó nhận lại năng lượng

32. - 23 -
phản xạ của các sóng này sau khi đã tương tác với bề mặt của trái đất bằng ăng ten
thu, mà thông thường cũng là ăng ten máy phát. Máy thu sử dụng cường độ của
năng lượng phản xạ thu được, sự phân cực của sóng điện từ cũng như thời gian
truyền sóng để tạo ra ảnh radar (hình 2.1). Cường độ và tính chất của năng lượng
điện từ tán xạ ngược tới máy thu của hệ thống radar sẽ cho biết các thông tin về
kích thước, hình dạng, cấu trúc và đặc tính điện từ của bề mặt hoặc các đối tượng
trên bề mặt Trái đất. Có thể nói radar là hệ thống chụp ảnh dựa vào khoảng cách
được đo bằng thời gian truyền tín hiệu đi và nhận lại tín hiệu phản hồi từ mục tiêu,
đối tượng càng gần với ăng ten sẽ được ghi nhận trên ảnh trước, đối tượng ở xa ăng
ten sẽ được ghi nhận sau. Cũng chính vì nguyên nhân này nên hệ thống radar luôn
chụp nghiêng và về một phía của vật mang (máy bay hoặc vệ tinh) vì nếu như ăng
ten được đặt ở chính giữa và các búp sóng radar được phát ra về cả hai phía thì sẽ
không thể phân biệt được những đối tượng có khoảng cách đến ăng ten bằng nhau
nhưng nằm về hai phía của ăng ten.
Hình 2.1. Nguyên lý chụp ảnh radar quét nghiêng [154]

33. - 24 -
Hình 2.2. Bƣớc sóng và tần số dùng trong viễn thám Radar [154]
2.2. Hệ Radar nhìn xiên - SLAR
Hệ Radar nhìn xiên lắp trên máy bay được viết tắt là SLAR (Side Looking
Airborne Radar). Một chùm xung phóng từ Radar đặt trên máy bay và tín hiệu phản
hồi từ vật lại được chính Radar này thu nhận và truyền vào theo hệ thống xử lý, theo
nguyên tắc được minh họa trên hình 2.3.
2.2.1. Nguyên lý hoạt động của SLAR
Một SLAR được gắn trên máy bay thường có kích thước rộng khoảng 5 m,
nhìn xiên và hướng vuông góc với đường bay (hình 2.3).
Hình 2.3. Nguyên tắc hoạt động của một hệ SLAR [2].
a- Địa vật rọi và năng lượng phản hồi; b- Chuyển đổi tín hiệu sang cường độ tín hiệu theo thời gian.

34. - 25 -
Đối với một đường quét, Radar truyền một xung ngắn của năng lượng điện
từ liên tục và đơn sắc, tạo nên một vệt đi hẹp trên mặt đất vuông góc với hướng bay
(hình 2.4a). Sự phản xạ từ các khoảng lớn hơn trở lại Radar sau khoảng thời gian
dài tương ứng, tạo thành hướng tầm xiên của ảnh (hình 2.4b). Sau khi tia phản hồi
được thu nhận hết, một xung sóng Radar mới được truyền đi, radar sẽ di chuyển tới
khoảng nhỏ và một dải địa hình nhỏ hẹp khác sẽ được chụp lại. Tuần tự những dải
nhỏ hẹp được ghi lại tạo thành hướng phương vị của ảnh.
Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của một hệ SLAR [2]
a- Truyền một xung Radar chỉ trường sóng tại khoảng thời gian từ 1-17, b- Kết quả tia phản hồi
2.2.2. Độ phân giải không gian
Độ phân giải không gian của ảnh Radar là một hàm số, được xác định dựa
trên cấu trúc hình học và bản chất của sóng điện từ. Nếu ảnh Radar được định nghĩa
như một mảng 2 chiều với các trục tọa độ xác định bởi hướng tầm “range” vuông
góc với hướng bay và hướng phương vị “azimuth” song song với hướng bay, thì
mỗi phần tử ảnh sẽ được xác định bởi độ phân giải không gian có kích thước được
khống chế bởi khoảng thời gian phát đi một xung điện từ (pulse duration) và độ
rộng của chùm tia (beamwidth).

35. - 26 -
- Độ phân giải của ảnh Radar theo hướng tầm còn gọi là độ phân giải theo
hướng vuông góc với hướng bay (across-track), xác định khả năng phân biệt hai đối
tượng ở gần nhau trên bề mặt thực địa trên hướng đo khoảng cách. Đối với khoảng
cách nghiêng theo hướng tia ngắm, độ phân giải theo hướng tầm là một hằng số, và
chỉ phụ thuộc vào khoảng thời gian phát đi các xung điện từ. Tuy nhiên khi được
chiếu xuống bề mặt thực địa, độ phân giải mặt đất theo hướng tầm sẽ phụ thuộc vào
góc nhìn và sẽ giảm đi khi khoảng cách từ ăng ten đến điểm địa vật tăng lên. Theo
đó, độ phân giải theo hướng đo khoảng cách nghiêng hay trên bề mặt thực địa có thể
được tính tương ứng theo các công thức sau [113]


cos2
c
Rr  (2.1)
Trong đó: Rr là phân giải tầm xiên (trên mặt đất);
τ là thời gian đo độ dài của một xung;
c là vận tốc ánh sáng;
θ là góc tới.
Hình 2.5. Độ phân giải theo hƣớng tầm của ảnh radar [113]
- Độ phân giải theo hướng phương vị (azimuthal resolution): Độ phân giải
theo hướng phương vị hay độ phân giải theo hướng bay (along-track) được xác định
bởi độ rộng chùm tia của ăng ten và khoảng cách từ ăng ten đến điểm địa vật. Đối
với ảnh Radar quét góc nghiêng, độ rộng của chùm tia tỷ lệ thuận với độ dài bước
sóng và tỷ lệ nghịch với độ dài của ăng ten. Do đó, trong trường hợp ảnh SAR, độ

36. - 27 -
phân giải theo hướng phương vị có thể được tính theo công thức [75]:
a
R
R R
L

  (2.2)
Trong đó:
R là khoảng cách nghiêng từ ăng ten đến điểm địa vật (m);
β là độ rộng của chùm tia Radar (radian);
λ là độ dài bước sóng (m);
L là độ dài ăng ten (m).
Biểu thức trên chỉ ra rằng với mỗi độ dài bước sóng bất kỳ, độ phân giải theo
hướng phương vị có thể được khống chế bởi độ dài vật lý của ăng ten. Độ phân giải
Ra có thể được nâng cao bằng cách tăng độ dài của ăng ten. Tuy nhiên, độ dài thực
tế của ăng ten thường bị giới hạn bởi khả năng của các vật mang như máy bay, tàu
vũ trụ hay vệ tinh [89].
Hình 2.6. Độ phân giải theo hƣớng phƣơng vị của ảnh radar [87]
2.3. Radar độ mở tổng hợp - SAR
Radar độ mở tổng hợp (Synthetic Aperture Radar-SAR) là hệ thống Radar
tiên tiến sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh để tạo ra ăng ten giả có kích thước lớn. Nhờ
đó, có được độ phân giải cao hơn rất nhiều so với ảnh radar độ mở thực. Các điểm

37. - 28 -
trên mặt đất sẽ được ăng ten của hệ thống SAR quét qua với thời gian dài hơn, đây
được coi là lợi thế của hệ thống SAR. Với khả năng có thể xác định được vị trí trên
mặt đất nơi mà sóng radar phản xạ trở lại như ở hệ thống radar độ mở rộng thực, hệ
thống SAR liên tục thu thập dữ liệu từ thời điểm bắt đầu t0, khi mà chùm tia radar
bắt đầu quét đến điểm xét, cho tới thời điểm t1, khi mà chùm tia Radar kết thúc việc
quét qua điểm xét. Khoảng cách mà radar di chuyển là rất dài (cỡ 10 km cho một vệ
tinh SAR trên quĩ đạo), và mỗi điểm trên mặt đất được chiếu bởi chùm radar có ăng
ten có kích thước lớn tương đương chiều dài của quãng đường radar độ mở thực di
chuyển trong khoảng thời gian t1 - t0.
Hầu hết các hệ thống SAR được thiết kế với ăng ten rộng từ 1- 4 m, dài từ
10-15 m, và góc nhìn từ 10 - 600
để có thể quét được khu vực có kích thước rộng từ
50-150 km theo hướng tầm, và 5-15 km theo hướng phương vị. Hệ thống SAR kiểu
này có khả năng thu được ảnh có độ phân giải 1-10 m theo phương vị và 1-20 m
theo hướng tầm, gấp 3 lần so với ảnh thu được bởi hệ thống radar độ mở thực. Do
SAR chủ động phát và thu tín hiệu tán xạ phản hồi từ bề mặt đất, và sóng radar
không bị ảnh hưởng bởi mây và mưa, ngày hay đêm, nên có thể thu được ảnh ở mọi
thời điểm và mọi điều kiện thời tiết. Điều này hệ thống quang học không thể đạt
được.
Sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh phức tạp, cả thành phần cường độ và pha của
tín hiệu tán xạ phản hồi từ bề mặt đất được tính và phác họa như là một phần của
ảnh phức SAR. Thành phần cường độ của ảnh SAR đơn nhìn (SLC) được quyết
định bởi độ dốc địa hình, độ nhám bề mặt, và hằng số điện môi. Trong khi đó, pha
của ảnh này thì được quyết định bởi hai yếu tố: thứ nhất là khoảng cách di chuyển
theo hình tròn của tín hiệu SAR từ ăng ten tới mặt đất. Thứ hai là các tương tác giữa
tín hiệu và vật chất trên bề mặt đất. Khoảng cách di chuyển tương đương với
khoảng thời gian di chuyển với vận tốc ánh sáng (C). Do tốc độ C bị ảnh hưởng bởi
các phân tử hơi nước trong tầng đối lưu và các ion ở tầng điện ly nên dẫn đến các
ảnh hưởng đến pha của tín hiệu SAR.

38. - 29 -
2.4. Các vệ tinh Radar
2.4.1. Vệ tinh ERS-1 và ERS-2
Vệ tinh ERS-1 (Earth Resources Satellite-1) được ESA phóng lên quỹ đạo
tháng 07/1991. Bao gồm một bộ cảm SAR với tần số 5.3 GHz chụp ảnh kênh C,
phân cực VV, góc nhìn 230
. Vệ tinh ERS-1 thu nhận ảnh trên bề rộng 100km2
với
độ phân giải khoảng 30m.
Vệ tinh ERS-2 (Earth Resources Satellite-2) được ESA phóng lên quỹ đạo
ngày 21/4/1995. ERS-2 là thế hệ tiếp theo của ERS-1 nhưng được trang bị thêm
thiết bị GOME (Global Ozone Monitoring Experiment- Thiết bị giám sát ozon toàn
cầu).
ERS-1 và ERS-2 bay một vòng quanh trái đất khoảng 100 phút và chu kỳ
lặp 35 ngày, phủ hầu hết các khu vực trên trái đất. Hai vệ tinh đã hỗ trợ cho nhau
trong việc thu nhận ảnh tại khu vực chỉ cách nhau 1 ngày. Cả hai vệ tinh này thường
dùng để nghiên cứu về đại dương, bầu khí quyển, băng trôi và các hiện tượng thay
đổi của bề mặt đất. ERS-2 đã kết thúc 25 năm hoạt động vào ngày 05 tháng 9 năm
2011.
Hình 2.7. Vệ tinh ERS-2 [151]
2.4.2. Vệ tinh ALOS
Vệ tinh ALOS do cơ quan NASDA của Nhật thiết kế, được phóng lên quĩ
đạo vào năm 2003 tại Trung tâm Vũ trụ Tanegashima Space. Vệ tinh mang 3 bộ
cảm:

39. - 30 -
- Thiết bị viễn thám toàn sắc tạo ảnh Stereo PRISM dùng để thành lập bản đồ
địa hình.
- Bức xạ kế hiện đại phổ nhìn thấy và hồng ngoại thế hệ 2 (AVNIR-2) nhằm
quan sát chính xác mặt đất.
- Bộ đo Radar tổng hợp kênh L, chuỗi hoạt động theo pha PALSAR để quan
sát mặt đất ngày và đêm trên mọi điều kiện thời tiết. PALSAR có khả năng nhìn
xiên với góc nhìn 18-550
, phân cực đa chiều HH và VV với độ phân giải 10m theo
tầm. Đây là loại tư liệu hiện đang được sử dụng nhiều vào lĩnh vực nghiên cứu tài
nguyên môi trường, khí quyển, địa chất, khoáng sản, và những nghiên cứu dự báo
các thiên tai như lũ lụt, động đất, trượt lở đất, tràn dầu v.v…
Hình 2.8. Vệ tinh ALOS -PALSAR [149]
2.4.3. Vệ tinh TerraSAR-X
Vệ tinh quan trắc trái đất TerraSAR-X là sản phẩm của chương trình hợp tác
giữa Trung tâm hàng không vũ trụ Đức (German Aerospace Centre - DLR) với
công ty EADS ASTRIUM GmbH (công ty con của Công ty vũ trụ và phòng thủ
không gian vũ trụ châu Âu- European Aerospace Defence and Space Company -
EADS). Vệ tinh TerraSAR-X đầu tiên được phóng vào ngày 15 tháng 06 năm 2007
và bắt đầu cung cấp ảnh quan trắc trái đất từ tháng 01 năm 2008 với thời gian làm
việc trên quỹ đạo dự kiến là 10 năm. Vệ tinh TerraSAR-X hoạt động trên quỹ đạo ở
độ cao 514 km, là quỹ đạo cận cực đồng bộ với quỹ đạo của mặt trời với thời gian

40. - 31 -
một chu kỳ lặp là 11 ngày. TerraSAR-X là hệ thống Radar độ mở tổng hợp (SAR)
quét nghiêng sử dụng dải tần X dựa trên công nghệ ăng ten mảng pha chủ động. Vệ
tinh này cùng với vệ tinh TanDEMX được phóng lên quỹ đạo vào tháng 10 năm
2010 để tạo thành một cấu hình “tandem” cho phép thu nhận ảnh vệ tinh của cùng
một khu vực tại gần như cùng một thời điểm để thành lập mô hình không gian 3D
bề mặt trái đất.
Hình 2.9. Vệ tinh TeraSAR-X [152]
2.4.4. Vệ tinh Sentinel - 1A
Sentinel-1A là vệ tinh đầu tiên trong loạt các vệ tinh thuộc chương trình
Copernicus, đã được lên quĩ đạo ngày 3/4/2014. Thiết bị thu nhận ảnh Radar khẩu
độ tổng hợp, kênh C với bước sóng là 5.66cm. Các chế độ thu nhận ảnh bao gồm:
Strip map mode (SM): Là chế độ chụp theo dải với độ phân giải hình học là 5×5
m, độ rộng của ban là 80km. Mỗi một dải bay sẽ chụp với phạm vi là 375km và chiều
dài ăng ten là cố định. Chế độ chụp SM chỉ được chụp khi có tình huống bất thường.
Interferometric wide-swath mode (IW): Là chế độ chụp giao thoa dải rộng
với phạm vi chụp là 250km và độ phân giải không gian 5×20 m (ảnh SLC). Đối với
một dải bay của chế độ chụp IW sẽ có ba dải quét tương ứng là IW1, IW2, IW3, các
dải quét này có độ chồng phủ là 2km, mỗi dải quét chứa một ảnh và mỗi một ảnh là

41. - 32 -
một phân cực. Như vậy trong một ảnh SLC với chế độ chụp IW có 3 ảnh (phân cực
đơn) và 6 ảnh (phân cực đôi).
Extra wide-swath mode (EW) là chế độ chụp dải rộng tương tự như chế độ
IW nhưng phạm vi rộng hơn, khoảng 400km, độ phân giải trung bình là 20m × 40
m trên mặt đất.
Wave-mode images (WV) là chế độ chụp dạng sóng, với cảnh ảnh rộng là
20km × 20 km, độ phân giải không gian là 5m × 5m và cứ 100km thì chụp một
ảnh. Chế độ chụp WV chụp xen kẽ với các góc chụp khác nhau (tử 230
đến 36.50
)
các cảnh ảnh có cùng góc chụp cách nhau 200km.
Hình 2.10. Chế độ chụp ảnh WV [151]
Chế độ chụp ảnh SM, IW và EW có thể hoạt động với chu kỳ lặp là 25 phút
trên mỗi quĩ đạo. Chế độ WV hoạt động với chu kỳ lặp là 75 phút trên mỗi quĩ đạo.
Các chế độ SM, IW và EW thì tín hiệu được phát và thu theo kiểu phân cực
đơn (HH hoặc VV) và phân cực kép (Phân cực đôi) (HH + HV, VV + VH). Chế độ
chụp WV chỉ chụp được theo phân cực đơn (HH hoặc VV).

42. - 33 -
Hình 2.11. Các chế độ chụp ảnh Sentinel -1 [151]
Sentinel-1A có nhiệm vụ giám sát băng, tràn dầu, gió và sóng biển, theo dõi
sự thay đổi sử dụng đất, thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ vừa và nhỏ, biến dạng địa
hình và đáp ứng các trường hợp khẩn cấp khi có lũ và động đất.
Do là dữ liệu Radar nên có các chế độ phân cực đơn VV (hoặc HH) và phân
cực đôi (VV+VH hoặc HH+HV).
Hình 2.12. Vệ tinh Sentinel - 1 [151]
Thông thường, các hệ thống Radar hoạt động trong vùng siêu cao tần của
quang phổ sóng điện từ được mô tả bởi một số kí hiệu băng tần như bảng 2.1. Các
băng tần này có thể được định nghĩa bằng cả tần số và độ dài bước sóng. Theo

43. - 34 -
[77], độ dài bước sóng sẽ quyết định đến cách thức mà bức xạ điện từ tương tác
với mục tiêu trên bề mặt. Cụ thể đối với băng tần L có thể xuyên qua tán cây và thu
được ảnh SAR của bề mặt đất, băng tần C thường chỉ xuyên qua đến giữa tán cây,
còn băng tần X thường được phản xạ từ đỉnh của tán cây.
Bảng 2.1. Phân loại các dải băng tần trong viễn thám Radar
Băng tần Tần số Độ dài bƣớc sóng
P < 300 MHz 50.00 - 100.00 cm
L 1 - 2 GHz 15.00 - 30.00 cm
S 2 - 4 GHz 7.50 - 15.00 cm
C 4 - 8 GHz 3.75 - 7.50cm
X 8 - 12 GHz 2.50 - 3.75 cm
2.5. Các tính chất đặc trƣng của ảnh Radar
2.5.1. Biến dạng hình học của ảnh Radar
Biến dạng hình học của ảnh radar gây ra bởi khoảng cách được đo nghiêng
và do địa hình. Trên ảnh Radar, khoảng cách nghiêng không thể hiện chính xác kích
thước của các đối tượng và cần phải được tính chuyển về khoảng cách trên bề mặt
thực địa. Trong khi đó, sự dịch chuyển do địa hình xảy ra một chiều và trên hướng
vuông góc với hướng bay. Tuy nhiên so với ảnh quang học, khác biệt chủ yếu là sự
dịch chuyển luôn hướng về phía bộ cảm. Nguyên nhân là do ảnh radar được hiển thị
theo trị đo khoảng cách từ điểm địa vật đến ăng ten.
Độ cao của bề mặt địa hình cũng dẫn đến một số các hiện tượng cần lưu ý
như hiện tượng “phủ chồng” (layover) và “co ngắn” (foreshortening). Hiện tượng
phủ chồng xảy ra khi các tín hiệu xung điện từ được phát đi tới đỉnh của một đối
tượng có độ cao trước khi tới chân của đối tượng đó. Khi đó, tín hiệu phản hồi từ
đỉnh của đối tượng sẽ được ghi lại trước tín hiệu phản hồi từ chân đối tượng. Kết
quả là đỉnh của đối tượng dịch chuyển về phía ăng ten và phủ chồng lên chân đối

44. - 35 -
tượng. Ngược lại, hiện tượng co ngắn xảy ra khi tín hiệu xung điện từ được phát đi
tới chân của một đối tượng trước khi tới đỉnh của đối tượng đó. Khi đó trên ảnh
Radar hình ảnh của đối tượng sẽ bị co lại. Đồng thời, góc nhìn và độ dốc của địa
hình cũng gây ra một hiện tượng gọi là “khuất bóng” (shadow). Hiện tượng này
xảy ra khi đối tượng cần quan sát bị che khuất bởi sườn dốc của địa hình theo
hướng ngược với hướng ăng ten nên Radar chỉ có thể thu nhận được những tín
hiệu yếu hoặc không có tín hiệu. Các hiện tượng trên cần phải được xem xét trong
quá trình điều vẽ và xử lý ảnh.
2.5.2. Nhiễu đốm (speckle)
Ảnh radar nói chung thường chứa một vài mức độ nhiễu nhất định. Nhiễu
này gây ra bởi sự giao thoa tăng cường hay triệt tiêu một cách ngẫu nhiên bởi các
tín hiệu phản hồi đồng pha hoặc nghịch pha từ nhiều đối tượng khác nhau trong
cùng một phần tử ảnh. Kết quả một số phần tử ảnh có tông màu sáng hơn hoặc tối
hơn mức trung bình và thể hiện trên ảnh như những đốm “muối tiêu”. Nhiễu đốm
này có thể được giảm thiểu bằng cách ứng dụng một số kỹ thuật xử lý ảnh như lấy
giá trị trung bình của các phần tử ảnh liền kề nhau hoặc lọc ảnh, nhưng các biện
pháp này cũng không thể triệt tiêu hoàn toàn nhiễu đốm.
2.6. Các phƣơng pháp đo ảnh radar
2.6.1. Phƣơng pháp Radar độ dốc (Radarclinometry)
Từ những năm 70, phương pháp đo độ dốc địa hình đã từng được nghiên cứu
một cách mạnh mẽ trong lĩnh vực đo ảnh quang học trong một khoảng thời gian dài,
dẫn đến sự phát triển của các hệ thống lý thuyết dựa trên nguyên tắc “Shape from
Shading” để tái dựng mô hình số độ cao từ ảnh đơn. Phương pháp này khai thác trị
đo cường độ phản xạ của các phần tử ảnh (pixel) để ước tính tham số hình học độ
dốc, độ cao của bề mặt thực địa. Tuy nhiên, đối với ảnh Radar, nó chỉ thực sự được
ứng dụng thành công lần đầu tiên vào năm 90 bởi Robert L. Wildey để thành lập
DEM của hành tinh Venus bằng tư liệu ảnh SAR được thu bởi tàu thăm dò vũ trụ
Magellan.

45. - 36 -
Phương pháp này sau đó được định nghĩa bằng thuật ngữ “Radarclinometry”
và trở thành chủ thể nghiên cứu. Nó bao gồm kỹ thuật “Shape from Shading” và kỹ
thuật sử dụng các trị đo shadow hoặc layover của ảnh SAR. Các kỹ thuật này mang
tính chất bổ trợ cho nhau. Trong khi kỹ thuật “Shape from Shading” nói chung phù
hợp với khu vực có độ dốc nhỏ và mang tính toàn cục, thì kỹ thuật còn lại yêu cầu
độ dốc lớn và mang tính cục bộ áp dụng chủ yếu cho các công trình nhân tạo, tòa
nhà, tháp, cây cối hay các vách đá dựng đứng.
2.6.2. Phƣơng pháp Radar lập thể (StereoSAR hay Radargrammetry)
Trong những năm 60, phương pháp đo lập thể lần đầu tiên được ứng dụng
cho ảnh Radar bởi La Prade để tận dụng các ưu thế của ảnh Radar với khả năng thu
ảnh cả ban ngày cũng như ban đêm và không phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết.
Các kỹ thuật từng được phát triển rất thành công cho ảnh viễn thám quang học cũng
có thể áp dụng một cách tương tự đối với ảnh Radar, chỉ lưu ý rằng bản chất của
ảnh Radar không tuân theo các nguyên tắc hình chiếu phối cảnh như trong viễn
thám quang học.
Phương pháp đo lập thể là một phương pháp cho phép quan sát và đo đạc trong
không gian 3 chiều dựa trên nguyên lý đồng thời quan sát hai tấm ảnh được chụp từ các
góc chụp khác nhau của cùng một đối tượng hay một bề mặt. Trong hình (2.13) S1 và
S2 là các vị trí di chuyển của các vệ tinh với khoảng cách nghiêng tương ứng là r1 và
r2; BS là đường đáy cơ sở giữa hai vị trí vệ tinh; H độ cao của vệ tinh và h độ cao của
các đối tượng địa hình. Các tham số cơ bản trong phương pháp lập thể là thị sai và góc
giao hội:
- Thị sai p của một điểm quan sát liên hệ trực tiếp và tỷ lệ với độ cao h của
điểm đó.
- Góc giao hội ∆θv = θv1 − θv2 được xác định bởi góc giao hội của hai tia
ngắm, góc hội tụ sẽ tăng theo chiều dài đường đáy cơ sở Bs và có ảnh hưởng đến
chất lượng cũng như độ chính xác của việc khôi phục mô hình. Để quan sát lập thể
tối ưu góc Δθ càng lớn càng tốt [120].

46. - 37 -
Hình 2.13. Nguyên lý lập thể của ảnh Radar [113]
Đối với ảnh Radar, các nhà nghiên cứu đã xác định một số cấu hình quan
trắc lập thể đặc thù cho phép tạo ra các giá trị thị sai giống như trong phương pháp
đo ảnh quang học mà nhờ đó các giá trị độ cao có thể được đo đạc trên các máy vẽ
lập thể truyền thống. Hình 2.14 mô tả hai cấu hình cặp ảnh lập thể Radar phổ biến
nhất là cùng phía (same-side) và khác phía (opposite-side) được định nghĩa dựa trên
vị trí tương đối của vệ tinh so với khu vực đo vẽ trong trường hợp có hai đường bay.
Cấu hình cùng phía bao gồm một cặp lập thể được tạo thành bởi hai ảnh tăng dần
hoặc hai ảnh giảm dần. Trong khi cấu hình khác phía cung cấp các góc thị sai, do đó
mối quan hệ hình học tốt hơn dẫn đến thông tin địa hình chính xác hơn [120]. Mặc
dù cấu hình khác phía được cho là có khả năng đo vẽ tốt hơn so với cấu hình cùng
phía, nhưng các cặp khác phía không giống nhau nên nó không thể tự động trích
xuất thông tin địa hình qua bài toán khớp điểm để tìm cặp điểm ảnh cùng tên. Vì
vậy trong SAR lập thể thường dùng một cặp có cùng hướng bay tăng dần hoặc giảm
dần cùng phía.
Những vấn đề khó khăn gặp phải trong quá trình lựa chọn cấu hình lập thể
cho ảnh Radar là sự cân bằng giữa các điều kiện hình học để đạt được kết quả tốt
nhất cho quá trình đo vẽ và quá trình quan sát mô hình lập thể. Nếu độ hội tụ lớn thì
độ phóng đại của mô hình cũng lớn và điều đó có nghĩa là thị sai của ảnh được dùng
để tính toán độ cao địa hình sẽ lớn. Do đó, độ chính xác đo vẽ lập thể có khả năng
đạt được kết quả cao hơn. Ngược lại, để quan sát lập thể tốt nhất hay trong các thuật
toán khớp ảnh tự động để tìm điểm ảnh cùng tên, các tấm ảnh trong cặp ảnh lập thể

47. - 38 -
cần phải gần như giống nhau nhất có thể (độ tương quan giữa các tấm ảnh cao),
nghĩa là độ hội tụ của mô hình phải nhỏ. Kết quả là sự khác biệt lớn về bức xạ và
hình học gây trở ngại cho quá trình đo vẽ và quá trình quan sát lập thể.
Hình 2.14. Các cấu hình lập thể của ảnh SAR trong trƣờng hợp cùng phía và
khác phía [120]
2.6.3. Phƣơng pháp đo Radar phân cực (Polarimetric SAR)
Phương pháp đo phân cực là một kỹ thuật được phát triển gần đây liên quan
đến trị đo trực tiếp độ dốc của địa hình theo hướng phương vị và ước tính giá trị
chênh cao của địa hình. Phương pháp này chủ yếu dựa trên cơ sở so sánh thực
nghiệm với sự hỗ trợ bởi các phân tích lý thuyết giữa độ dốc địa hình và sự dịch
chuyển tối đa đồ thị đặc trưng của tín hiệu phân cực giống nhau (co-polarized
signature maximum shift). Trước hết, độ dốc của địa hình theo hướng phương vị có
thể được xác định trên diện rộng mà không cần những hiểu biết trước đó về địa
hình. Sau đó, độ cao của địa hình có thể được tính từ trị đo độ dốc địa hình bằng
phương pháp tích phân theo mặt cắt trên hướng phương vị. Để tính độ cao tuyệt đối,
mỗi mặt cắt theo hướng phương vị cần phải có tối thiểu một điểm độ cao đã biết
được xác định độc lập, đóng vai trò như một điểm khớp “tie-point”. Khi đó, mô
hình số bề mặt sẽ được xây dựng từ tập hợp các mặt cắt giãn cách theo hướng đo
khoảng cách.

48. - 39 -
Phương pháp đo phân cực lần đầu được thử nghiệm trên địa hình bề mặt đại
dương hơi gồ ghề với những mặt sóng nghiêng và sau đó áp dụng những giả thuyết
với địa hình bề mặt đất trống [104]. Phương pháp này cũng tương tự như phương
pháp đo độ dốc địa hình yêu cầu những bề mặt đồng nhất. Nhưng khác với phương
pháp đo độ dốc vốn hiệu quả với những bề mặt che phủ bởi lớp thực vật dày đặc,
phương pháp đo phân cực lại tỏ ra phù hợp hơn với những bề mặt đất trống và khô.
Tuy nhiên, phương pháp này cũng bị hạn chế bởi chưa tính đến các mô hình
tán xạ khối ở những khu vực rừng và trồng cây nông nghiệp, cũng như thiếu các
nguồn cung dữ liệu ảnh phân cực. Do chi phí lớn mà hiện nay ảnh phân cực chủ yếu
phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học mà chưa được sử dụng rộng rãi cho
mục đích thương mại. Ngoài những nghiên cứu kể trên thì cũng chưa ghi nhận được
thêm các công trình nghiên cứu nào khác.
2.6.4. Phƣơng pháp đo giao thoa - InSAR
Phương pháp đo ảnh giao thoa được biết đến như là một phương pháp để
thành lập mô hình số bề mặt (DSM) hoặc đo biến dạng địa hình với độ chính xác
cao. Nó được sử dụng để chiết tách các thông tin về độ cao tương đối hoặc tuyệt đối
dựa trên tính chất tương quan (coherence) của ảnh SAR bằng cách kết hợp các ảnh
phức (complex images) được thu nhận bởi hai ăng ten tại hai vị trí khác nhau
(single-pass interferometry) hoặc của cùng một ăng ten tại hai thời điểm khác nhau
(repeat-pass interferometry).
Việc kết hợp hai ảnh phức có cùng điều kiện hình học sẽ tạo nên một loại
ảnh mới gọi là ảnh giao thoa (interferogram). Ảnh này có các vân giao thoa chứa
đầy đủ thông tin về cơ sở hình học tương đối. Pha đo được của vân giao thoa hay độ
lệch pha của các tín hiệu thu bởi ăng ten tỷ lệ với độ chênh lệch về khoảng cách
giữa điểm địa vật tới các vị trí của ăng ten. Độ cao của điểm địa vật có thể được tính
dựa trên các tham số về quỹ đạo và độ lệnh pha. Tuy nhiên, do giá trị của độ lệch
pha chỉ đo được phần thập phân của chu kỳ 2π (-π < ϕ < π), nên giá trị tuyệt đối của
độ lệch pha cần phải được thêm vào phần giá trị nguyên để tính toán. Đây là một
vấn đề khó khăn trong phương pháp đo ảnh giao thoa và có thể được giải quyết