Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ, quang phổ học đã trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ y học, môi trường đến quan sát không gian. Đặc biệt, trong lĩnh vực viễn thám, các công nghệ quang phổ đã giúp mở rộng khả năng phân tích dữ liệu ở quy mô lớn, tương tự như trong phòng thí nghiệm.
Hình ảnh vệ tinh đa phổ và siêu phổ, dựa trên nguyên lý quang phổ học, cung cấp dữ liệu chi tiết về đặc tính hóa học và vật lý của bề mặt Trái đất. Những công nghệ này không chỉ hỗ trợ giám sát môi trường, quản lý tài nguyên mà còn giúp phát hiện những biến đổi tinh vi mà mắt thường không thể nhận ra. Tuy nhiên, giữa đa phổ và quang phổ, đâu là lựa chọn tối ưu cho dự án của bạn? Hãy cùng tìm hiểu sự khác biệt và ứng dụng của từng công nghệ để có quyết định phù hợp.
Viễn thám đa phổ và siêu phổ
Viễn thám đa phổ thu thập hình ảnh trong một số dải bước sóng rộng thuộc vùng khả kiến, cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng ngắn. Mỗi vật liệu phản xạ và hấp thụ ánh sáng khác nhau, giúp phân biệt chúng dựa trên dấu hiệu phản xạ quang phổ, nhưng không thể nhận dạng trực tiếp.
Viễn thám siêu phổ cung cấp dữ liệu chi tiết hơn bằng cách thu thập quang phổ từ từng pixel thay vì chỉ gán màu chính. Công nghệ này lấy mẫu nhiều dải bước sóng hẹp, giúp phát hiện vật thể và xác định vật liệu mà cảm biến đa phổ hoặc băng thông đơn không nhận ra.
Quang phổ điện từ là gì?
Quang phổ điện từ là toàn bộ dải bước sóng của bức xạ điện từ, được chia thành nhiều vùng khác nhau như tia gamma, tia X, tia cực tím, ánh sáng khả kiến, hồng ngoại, vi sóng và sóng vô tuyến. Mỗi vùng đại diện cho một phạm vi bước sóng nhất định, trong đó ánh sáng khả kiến (0,4µm – 0,7µm) là phần mà mắt người có thể nhìn thấy, bao gồm các màu xanh lam, xanh lục và đỏ. Các dải khác, như hồng ngoại, tiếp tục được chia nhỏ để phục vụ nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ký hiệu quang phổ cho chúng ta biết gì?
Ký hiệu quang phổ (Spectral Signature) là đặc trưng phản xạ hoặc hấp thụ năng lượng của một vật liệu trên các phần khác nhau của quang phổ điện từ. Nó thường được biểu diễn dưới dạng đồ thị, thể hiện sự thay đổi của năng lượng phản xạ theo từng bước sóng.
Ký hiệu quang phổ của một vật thể không phải là một giá trị cố định mà có thể thay đổi tùy thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu, điều kiện khí quyển và góc quan sát của cảm biến. Do đó, trong một số trường hợp, đường cong phản xạ quang phổ có thể được vẽ dưới dạng vùng mờ để thể hiện sự biến thiên.
Lưu ý: ký hiệu quang phổ của một vật thể không phải là hằng số, nó thay đổi dựa trên tính chất vật lý của vật liệu, hiệu ứng khí quyển và góc nhìn của cảm biến.
Ký hiệu quang phổ có ý nghĩa quan trọng như thế nào trong viễn thám?
Ký hiệu quang phổ có ý nghĩa quan trọng trong viễn thám, giúp xác định và phân loại các loại vật chất khác nhau trên bề mặt Trái Đất. Dựa vào đặc điểm phản ứng quang phổ, các nhà khoa học có thể phân tích môi trường, tài nguyên thiên nhiên và hiện tượng địa chất một cách chính xác.
Một vài ứng dụng điển hình của ký hiệu quang phổ
- Phân tích thảm thực vật: Mỗi loài thực vật có một ký hiệu quang phổ riêng biệt, giúp các nhà khoa học nhận diện loài, theo dõi sức khỏe cây trồng và đánh giá tác động của các yếu tố môi trường.
- Giám sát chất lượng nước: Dữ liệu quang phổ có thể phát hiện trầm tích lơ lửng, nồng độ diệp lục và các chất ô nhiễm trong nước, hỗ trợ công tác bảo vệ môi trường và quản lý tài nguyên nước.
- Thăm dò khoáng sản: Bằng cách so sánh các ký hiệu quang phổ thu được từ dữ liệu viễn thám với các mẫu khoáng sản đã biết, các nhà địa chất có thể xác định vị trí các mỏ khoáng sản và nghiên cứu thành phần địa chất của khu vực.
Ký hiệu quang phổ là một công cụ quan trọng trong viễn thám, giúp các nhà khoa học và chuyên gia khai thác tối đa thông tin từ dữ liệu viễn thám. Nhờ đó, họ có thể đưa ra quyết định chính xác hơn trong quản lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và nghiên cứu khoa học.
Hình ảnh đa phổ là gì?
Hình ảnh đa phổ là hình ảnh chứa nhiều dải quang phổ của quang phổ điện từ . Chúng được thu thập bởi các cảm biến đo năng lượng phản xạ trong các phần cụ thể của quang phổ điện từ. Hầu hết hình ảnh đa phổ chứa 4–12 dải trong phần nhìn thấy được đến phần hồng ngoại của quang phổ điện từ. Theo báo cáo của USGS , hình ảnh đa phổ có thể chứa tới 36 dải bước sóng. Chúng ta có thể hiển thị hình ảnh đa phổ từng dải một dưới dạng hình ảnh đơn sắc hoặc kết hợp dưới dạng ảnh tổng hợp màu.
Hình ảnh siêu phổ là gì?
Hình ảnh siêu quang phổ chụp được một loạt ánh sáng khả kiến cũng như cận hồng ngoại và hồng ngoại với 100 hoặc nhiều dải liên tục. Số lượng dải cao hơn này tạo ra một tập dữ liệu cụ thể hơn, bao gồm một chồng hình ảnh, với mỗi hình ảnh riêng lẻ tương ứng với một dải quang phổ.
Hình ảnh siêu quang phổ chứa nhiều dải bước sóng hơn được thu thập trong các phần hẹp, liền kề trên khắp các vùng khả kiến và hồng ngoại của quang phổ điện từ.
Ưu điểm nổi bật của công nghệ siêu phổ là thu được phổ phản xạ gần như liên tục cho mỗi điểm trong ảnh. Các dải hẹp cho phép phát hiện những khác biệt nhỏ, do đó hình ảnh siêu phổ cải thiện khả năng nhận dạng và đánh giá định lượng tính chất vật lý và hóa học của các đối tượng quan tâm như thảm thực vật, đất, nước, khoáng sản,…
Hình ảnh đa phổ và siêu phổ khác nhau như thế nào?
Sự khác biệt chính giữa đa phổ và siêu phổ là số lượng băng tần và độ hẹp của các băng tần trong cùng một phần của quang phổ điện từ.
Một điểm khác biệt nữa là dữ liệu đa phổ được thu thập trong một mẫu không liên tục, trong khi siêu phổ được thu thập trong một mẫu liên tục. Do những điểm khác biệt này, hình ảnh siêu phổ có khả năng thu thập hình ảnh quang phổ chi tiết hơn, khiến nó trở thành một công cụ có giá trị để đánh giá các đặc tính hóa học và vật lý cụ thể của Trái đất mà đa phổ không làm được.
Bảng tóm tắt điểm khác biệt chính của ảnh đa phổ và siêu phổ
| Hình ảnh đa phổ |
Hình ảnh siêu phổ |
|
| Số lượng băng tần | Thông thường là 5-12 băng tần. Có thể lên tới 36 băng tần | Trên 37 băng tần |
| Băng thông | 50-200 nanomet. | 1-15 nanomet. |
| Độ nhạy với mẫu quang phổ | Lấy mẫu quang phổ không liên tục. Hạn chế việc phát hiện những thay đổi quang phổ nhỏ |
Lấy mẫu quang phổ gần như liên tục. Cho phép phát hiện những thay đổi quang phổ nhỏ |
Vai trò và ứng dụng của hình ảnh đa phổ
Hình ảnh đa phổ hữu ích cho việc phân biệt các loại thảm thực vật, đất, nước và các công trình nhân tạo. Do có độ phân giải phổ cao hơn, hình ảnh siêu phổ cho phép phân biệt các đặc điểm trong quy mô nhỏ hơn. Một số ứng dụng cụ thể của ảnh siêu phổ có thể kể đến như sau:
- Nghiên cứu xu hướng, quá trình sản xuất nông nghiệp, thảm thực vật
- Phân tích chất lượng nước, môi trường, địa chất và các tài nguyên đất khác
- Thu thập dữ liệu từ các khu vực nguy hiểm, khó tiếp cận
- Lập bản đồ và theo dõi tảo nở hoa ở vùng nước ven biển
Vai trò và ứng dụng của hình ảnh siêu phổ
Hình ảnh siêu phổ chứa nhiều thông tin hơn, do đó hữu ích để phân biệt giống cây trồng, phát hiện tình trạng cây trồng, và ước tính sinh khối. Sử dụng ảnh siêu phổ xây dựng các chỉ số thực vật cho kết quả chi tiết hơn về các thông số sinh học (chỉ số sinh khối, diện tích lá). Một số ứng dụng cụ thể khác của hình ảnh siêu phổ có thể kể đến như sau:
- Phân biệt các đặc điểm bề mặt trái đất
- Theo dõi khả năng sinh trưởng của hạt giống nhờ phổ phản xạ
- Theo dõi lượng khí thải CO2 bề mặt và lập bản độ mức độ ô nhiễm
- Phân biệt chính xác các loài thực vật, tình trạng sức khỏe của rừng
FAQ
Hình ảnh RGB hoặc hình ảnh gần có thể nhìn thấy ghi lại dữ liệu trong quang phổ ánh sáng khả kiến dọc theo các dải Đỏ, Xanh lục và Xanh lam. Đa phổ thu thập dữ liệu trong vùng khả kiến và cận hồng ngoại, trong 5-20 dải phân đoạn rộng. Siêu quang phổ thu thập dữ liệu trong hàng trăm dải hẹp, liên tục trong vùng hồng ngoại nhìn thấy được, sóng gần và sóng ngắn.
Hình ảnh siêu quang phổ có độ phân giải quang phổ cao hơn nhiều, nghĩa là bạn có thể xác định được nhiều sự khác biệt hơn giữa các dấu hiệu quang phổ.
LiDAR khác với hình ảnh đa phổ ở chỗ LiDAR tạo ra và đo nguồn năng lượng của riêng nó thay vì đo năng lượng phản xạ từ mặt trời. Tìm hiểu thêm về LiDAR trên không gian tại đây.
Chụp ảnh siêu phổ (HSI), đúng như tên gọi của nó, bao phủ nhiều dải quang phổ hơn chụp ảnh đa phổ (MSI).
Nếu dự án yêu cầu độ phân giải cao để phân biệt các đặc điểm nhỏ, hình ảnh siêu phổ là lựa chọn tốt. Bên cạnh đó, dữ liệu siêu phổ có thể hữu ích khi dự án có đủ nguồn lực để lưu trữ và xử lý tập dữ liệu lớn. Nếu dự án cần độ phân giải thấp hơn, có thể lựa chọn ảnh đa phổ. Đây là lựa chọn phù hợp cho những dự án có ngân sách thấp, hạn chế về lưu trữ dữ liệu và chuyên môn.
