Tài Liệu Thi Đo ảnh I - Trang Chủ

Trang chủ Game Ứng dụngThemesSMS kuteNhạcHình ảnhThủ thuậtTài liệuKhác Online:1Truy cập:6676 Wap tải game java, ứng dụng hay, hình nền đẹp... cho dế yêu của bạn!

CƠ SỞ ĐO ẢNH

CHƯƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ẢNH

Bài 1.1: Bản chất và nhiệm vụ của phương pháp đo ảnh.

- Bắt đầu hình thành và phát triển từ những năm 1950 và các ứng dụng đầu tiên cho chụp ảnh và trắc địa địa hình và chụp ảnh phục vụ cho đo đạc kiến trúc. Ngày nay phương pháp đo ảnh phát triển với công nghệ rất cao, các hệ thống máy móc chính xác và hiện đại, tiêu biểu là công nghệ đo ảnh số.

- Đo ảnh:

+ Là một ngành khoa học xác định vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua ảnh chụp.

+ Xây dựng đối tượng mà o cần phải tiếp xúc trực tiếp với chúng.

+ Phương pháp đo ảnh là phương pháp đo gián tiếp.

- Theo quan điểm hiện đại, đo ảnh là một công cụ khoa học kĩ thuật phát triển để tự động hóa biểu diễn thông tin và thuộc tính của các đối tượng từ các hệ thống tu nhận dữ liệu.

- Bản chất là một phương pháp đo gián tiếp có nhiệm cụ xác định trạng thái hình học của các đối tượng đ như là vị trí, hình dạng, kích thước và mối quan hệ tương hỗ.

- Các phương pháp để thể hiện:

1. Quá trình thu nhận ảnh:

- Chụp ảnh: là một môn khoa học nghiên cứu sự tạo hình của đối tượng cần chụp ảnh trên bề mặt của vật liệu bắt sáng thông quahiên tượng quang học.

+ Vật liệu bắt ánh sáng là chất cảm quang học được gắn chặt vào về mặt vật liệu ổn định thì tấm ảnh thu được là ảnh tương tự.

+ Nếu vật liệu bắt sáng là các phần tử cảm biến được liên kết trên bề mặt hứng ảnh biễn đổi các tín hiện quang điện thành số được gọi là tấm ảnh số.

Theo quan điểm hiện đại thì ảnh chụp là 1 khoa học truyền tin trong đó :

+ Nguồn tin nguyên thủy là đối tượng chụp ảnh.

+ Kênh tin là hiện tượng biến đổi tin dựa trên nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm.

+ Bộ phận nhận tin.

---> Các loại chụp ảnh:Chụp ảnh mặt đất, chụp ảnh hàng không, chụp ảnh viễn thám và chụp ảnh vệ tinh.

2. Quá trình xử lý thông tin (ảnh)

+ Nguyên lý:

-Đo ảnh đơn

-Đo ảnh lập thể: sử dụng một cặp ảnh lập thể.

-2 loại trên là phương pháp đo ảnh cơ bản.

A, Phương pháp đo ảnh tương tự.

Được thực hiện trên cơ sở sử dụng các tấm ảnh chụp bằng các máy chụp ảnh quang học để xây dựng lại mô hình tương tự của đối tượng chụp và tiến hành đo đạc các yếu tố hình học của các đối tượng đó trên mô hình. Đây là một phương pháp kinh điển. Trước năm 2000 thì phương pháp đo ảnh tương tự được sử dụng phổ biến trong đo đạc vẽ bản đồ và ngày nay phương pháp gần như không còn được sử dụng nữa.

B, Phương pháp đo ảnh giải tích.

Về cơ bản thì phương pháp đo ảnh giải tích có cùng nguyên lý và quy trình công nghệ với phương pháp đo ảnh tương tự. Nó khác nhau cơ bản là phương pháp đo ảnh giải tích lấy phương thức tính toán để hiển thị điều kiện giao hội của các tia chiếu trong không gian thay cho phương thức giao hội quang cơ của phương pháp đo ảnh tương tự.

Phương pháp này có công thức tính toán chặt chẽ và đạt độ chính xác cao. Ngày nay ở Việt Nam vẫn còn một số cơ sở sản xuất vẫn sử dụng phương pháp đo ảnh giải tích.

C, Phương pháp đo ảnh số.

Với nguyên lý cơ bản vẫn dựa theo phương pháp đo ảnh giải tích; biến đổi độ xám của ảnh thành các tín hiệu điện và sử dụng các máy tính, các phần mềm chuyên ngành, chuyên dụng để xử lý các tín hiệu này rồi tiến hành quá trình tự động đo vẽ ảnh.

Phương pháp này cho ta tính tự đông xử lý cao, nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc đo vẽ bản đồ và phương pháp này được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Trong tương lai thì phương pháp đo ảnh số sẽ thay thế dần các phương pháp đo ảnh nêu trên.

(*) Quy trình công nghệ của phương pháp đo ảnh.

Hiện nay phương pháp đo ảnh là một trong các phương pháp chủ yếu trong công tác thành lập các loại bản đồ như bản đồ địa hình, bản đồ địa chính và các loại bản đồ chuyên đề ở các tỉ lệ khác nhau trong đó phương pháp đo ảnh hàng ko được ứng dụng cho mọi loại địa hình.(đồng bằng hay đồi núi) và mang lại hiệu quả rất cao giảm được lao động nặng nhọc của con người ngoài thực địa.

Còn phương pháp đo ảnh mặt đất là phương pháp đo vẽ bổ sung cho ảnh hàng không được áp dụng cho các vùng có phạm vi đo vẽ nhỏ, địa hình có độ chênh cao lớn. Ngoài ra phương pháp này còn được sử dụng cho đo ảnh phi địa hình.

Bài 1.2 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đo ảnh.

I, Đặc điểm:

1, Độ chính xác đo đạc cao.

Sử dụng máy chụp ảnh kĩ thuật chính xác, các quá trình xử lý ảnh được thực hiện bằng các quy trình xử lý ảnh và biện pháp chặt chẽ, công cụ để đo đạc tính toán có độ tin cậy cao và được hiện đại hóa theo những thành tựu mới nhất của khoa học kĩ thuật.

2, Năng suất lao động cao.

Việc đo đạc các hiện tượng các đối tượng vật lý đều được thực hiện trên mô hình của chúng nên có điều kiện làm ở trong phòng bởi vậy không những khai thác hết tính ưu việt của trang thiết bị hiện đại mà còn được thực thi trong điều kiện thuận lợi.

3, Phương pháp hoàn toàn khách quan.

Kết quả đo đáng tin cậy vì hình ảnh của đối tượng được ghi nhận thông qua phương pháp chụp ảnh. Quá trình đo được tiến hành trực tiếp trên mô hình hình học của đối tượng được chụp ảnh.

4, Có thể thu nhận được thông tin về tình trạng của các chi tiết trên đối tượng trong một khoảng thời gian rất ngắn gần như là cùng một lúc.

5, Cho phép khảo sát các đối tượng mà ko cần trực tiếp tiếp xúc với đối tượng, điều này có ý nghĩa quan trọng khi cần khảo sát nghiên cứu với các khu vực nguy hiểm.

ðDựa vào các đặc điểm trên, Phương pháp đo chụp ảnh dần dần chiếm tỷ lệ lớn trong công tác trắc địa đo đạc địa chính và thành lập bản đồ.

II, Ứng dụng

+ Trong công trình: đo biến dạng và dịch động của công trình, nghiên cứu các mô hình xây dựng, vật liệu xây dựng v.v…

+ Trong công nghiệp: Đo tính khối lượng khai thác mỏ, nghiên cứu các phương án thiết kế và gia công tối ưu, kiểm tra công tác lắp ráp thiết bị công nghiệp, kiểm tra về chất lượng tạo hình trong công nghiệp chế tạo máy bay, ô tô, tàu thủy v.v…

+ Trong nông lâm nghiệp: Điều tra quy hoạch đất đai, điều tra nghiên cứu rừng, nghiên cứu quá trình phát triển của gia súc hoặc các loại cây trồng.

+ Trong khí tượng thủy văn: Nghiên cứ các hiện tượng về khí tượng, nghiên cứu dòng chảy và các hiện tượng thủy văn v.v…

+ Trong kiến trúc và bảo tồn bảo tàng: Giữ gìn và khôi phục các công trình kiến trúc và các di tích lịch sử- văn hóa có giá trị.

+ Trong lĩnh vực quân sự: Nghiên cứu quỹ đạo và tốc độ của đầu đạn, tên lửa, máy bay, nghiên cứu các vụ nổ, chụp ảnh trinh sát…

+ Trong các nghành khoa học kỹ thuật khác như y học, địa chất, khảo cổ học, sinh vật học, lý hóa…

Bài 1.3A Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp đo ảnh trên thế giới.

Sự hình thành và phát triển của ngành đo ảnh gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và lĩnh vực đo đạc-bản đồ nói riêng. Sự ra đời và phát triển của các lĩnh việc chụp ảnh, quang học, hàng không, cơ khí chính xác, điện tử, tin học v.v… đã ảnh hưởng có tính quyết định đến phương pháp và các hệ thống máy móc của phương pháp chụp ảnh.

1, Giai đoạn hình thành phương pháp đi ảnh (1895-1900)

Đặc trưng chủ yếu của giai đoạn này là việc thí nghiệm thành công của các nhà khoa học Pháp A. Laussedet 1859 và người Đức A. Meydenbauer 1875 về ứng dụng chụp ảnh mặt đất vào các lĩnh vực kiến trúc. Cùng với thời điểm đó 1858, nhà chụp ảnh Paris Capar Felix Tour Nachon – còn gọi là NADAR – đã thực hiện việc chụp ảnh trên không bằng một máy ảnh đơn giản từ một khinh khí cầu. Do chưa thoát khỏi quy trình công nghệ của phương pháp giao hội thuận với các hướng được xác định từ các điểm ảnh trên mặt đất vì thế người ta còn gọi phương pháp đo ảnh là phương pháp giao hội ảnh hay phương pháp bàn đạc ảnh.

Nhược điểm cơ bản nhất của phương pháp giao hội ảnh là việc nhận biết khó khăn các điểm đo cùng tên trên các tấm ảnh đơn được chụp từ các trạm chụp khác nhau. Do đó, khả năng ứng dụng của phương pháp này vào công tác đo đạc địa hình còn rất hạn chế.

Đặc biệt vào năng 1899, các nhà khóa học Nga T.N. Sê-by-et và N.N. Vê-xê-lôp-ski đã công bố công trình “cơ sở hình học của đo đạc chụp ảnh”.

2, Giai đoạn từ năm 1900-1914

Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này là sự hình thành phương pháp đi ảnh lập thể với sự ra đời của các máy đo ảnh và máy chụp ảnh chuyên dùng. Năm 1901 Carl Fulfrich (1858-1927) nhà khoa học người Đức đã thành công trong việc đưa nguyên lý đo ảnh lập thể vào lĩnh vực đo đạc chụp ảnh. Nhờ đó khắc phục được nhược điểm cơ bản của phương pháp đo đạc chụp ảnh trong giai đoạn thứ nhất và thúc đẩy nhanh chóng sự phát triển của phương pháp đo ảnh lập thể mặt đất với các máy chụp ảnh mặt đất và các máy đo tọa đọ lập thể Streokomparator, máy đo vẽ ảnh lập thể do xưởng C. Zeiss Lena nghiên cứu chế tạo.

3, Giai đoạn 3 từ 1915 – 1945

Đây là giai đoạn hình thành phương pháp đi ảnh hàng không với sự phát triển của kỹ thuật hàng không và sự ra đời chiếc máy chụp ảnh hàng không đầu tiên của Messter. Để phục vụ cho việc đo vẽ các tấm ảnh hàng không, người ta cũng chế tạo thành công chiecs máy đo vẽ lập thể ảnh hàng không đầu tiên của Gasser (1915). Trong thời kỳ này ở Đức đã cho ra đời các loại máy nắn SEG-I (1938), các máy đo vẽ toàn năng Multiplex (1934) và StereoPlanugraph C (1935). Cũng trong thời kỳ này ở nhiều nước công nghiệp khác cũng chế tạo nhiều loại máy đo vẽ ảnh, như máy Radialtriangulator của Mĩ năm 1944 và Paragraph năm 1945 v.v…

Đặc trưng của giai đoạn này là việc phát triển các phương pháp chụp ảnh hàng không cho công tác đo vẽ bản đồ địa hình, đồng thời không ngừng hoàn thiện các máy móc đo vẽ và chụp ảnh, mặc dầu hầu như không có sự thay đồi về nguyên lý cấu tạo máy.Từ năm 1933 trở đi, xưởng Carl Zeiss (Jena-Đức) đã chế tạo nhiều máy chụp ảnh hàng hông gần như hoàn chỉnh như máy RMKHS 1818 (1938) và nhiều máy đo vẽ có độ chính xác cao.

Khoảng 15 năm cuối của giai đoạn này (1931-1945), các máy đo vẽ ảnh hàng không không ngừng được cải tiến và hoàn chỉnh giúp cho phương pháp đo ảnh được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo vẽ bản đồ, đặc biệt là thành lập bản đồ tỷ lệ nhỏ.

Đặc điểm giai đoạn phát triển này của phương pháp đo ảnh trên đất nước Xô Viết là việc ứng dụng rộng rãi phương pháp đo vẽ phối hợp, đồng thời với phương pháp vi phân trong công tác đo vẽ bản đồ tỷ lệ quốc gia 1:100.000 và bản đồ tỷ lệ 1:50.000 và 1:25.000 ở một số vùng đặc biệt. Để phục vụ cho công tác này, các nhà khoa học Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra nhiều loại máy đo vẽ ảnh và đồng thời xây dựng cơ sở lý luận cho các phương pháp tăng dày điểm khống chế ảnh v.v…

4, Giai đoạn sau chiến tranh thế giới lần thứ 2 đến những năm 70 của thế kỷ XX.

Đặc trưng cơ vản cua giai đoạn này là việc ứng dụng ngày một nhiều các thành tựu của kỹ thuật điện tử và máy tính tính điện tử vào việc chế tạo các máy móc đo chụp ảnh và vào các quá trình đo vẽ ảnh. Các linh kiện điện tử đã thanh thế ngày càng nhiều cho các bộ phận cơ học trong các máy đo ẩn, làm cho máy móc thiết bị trở nên gọn nhẹ, góp phần giảm nhẹ cường độ lao động, năng cao hiệu suất công tác.

Đồng thời trong giai đoạn này, các hệ thống máy đo vẽ bán tự động và tự động xuất hiện ngày càng nhiều, như hệ thống đo vẽ ảnh giải tích Aviomap Wild AMU của hãng Wild (Thụy Sĩ) v.v…

Đặc trưng cơ bản nói trên cũng thể hiện rõ nét trong quá trình phát triển không ngừng của ngành đo đạc chụp ahr Liên Xô (cũ) từ sau chiến tranh thế giới thứ 2 đến nay, đặc biệt các nhà khoa học Liên Xô cũ đa có công xây dựng cơ sở lý thuyết của phương pháp đi vẽ toàn năng theo nguyên lý thay đổi chùm tia và đã thành công trong việc chế tạo các máy đo vẽ theo nguyên lý này như các máy SD-3 và SP R-3.

Ngày này, với các cơ sở lý thuất hoàn chỉnh và các hệ thống máy móc có độ chính xác cao, có hiệu xuất công tác lớn, với việc ứng dụng ngày càng rộng rãi thành tựu của máy tính điện tử, phương phá đo đạc chụp ảnh có đầy đủ khả năng giải quyết những nhiệm vụ đo vẽ bản đồ địa hình có tỷ lệ nhỏ đến tỷ lệ cực lớn (1:2000, 1:50.000) đồng thời giải quyết nhiều nhiệm vụ đo đạc phức tập trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác.

5, Giai đoạn phát triển hiện đại của phương pháp đo ảnh.

Với sự phát triển nhảy vọt của máy tính điện tử, kỹ thuật tình toán và tin học, nhiều nhiệm vụ đo ảnh được giải quyết có hiệu quả bằng những phần mềm tính toán chặt chẽ thay thế cho việc thiết kế và chế tạo các thiết bị đo ảnh quang cơ có độ chính xác cao nhưng rất đắt tiền.

Từ nhưng năm 50 của thế kỷ XX đã hình thành Phương pháp đo ảnh giải tích. Ngày nay, khi tính năng của máy tính điện tử ngày càng ổn định và kỹ thuật tính toán – xử lý số liệu phát triển không nhừng, phương pháp đo ảnh giải tích đã trở thành phương pháp đo ảnh chủ yếu và đang phát triển theo xu hướng thay thế cho phương pháp đo ảnh tương tự. Quá trình phát triển từ phương pháp đo ảnh tương tự đến phương pháp đo ảnh giải tích bao gồm các nội dung chủ yếu sau:

+ Phát triển phương pháp tam giác ảnh không gian giải tích thay thế phương pháp tam giác không gian quang cơ.

+ Phát triển hệ thống đo ảnh giải tích trên cơ sở liên kết chặt chec giữa các thiết bị đo ảnh có độ chính xác cao với các máy tính điện tử và các phần mềm chuyên dụng.

Về cơ bản, phương pháp đo ảnh giải tích có cùng nguyên lý và quy trình công nghệ với phương pháp đo ảnh tương tự. Sự khác biệt cơ bản giữa 2 phương pháp là phương pháp đo ảnh giải tích lấy phương thức tính toán để thực hiện điều kiện giao hội của cá tia chiếu trong không gian thay cho phương thức giao hội quang cơ trong phương pháp đo ảnh tương tự.

Phương pháp đo ảnh tương tự có 2 nhiệm vụ chủ yếu là:

+ Xây dựng lưới tam giác không gian nhằm tăng dàu điểm khống chế ảnh có độ chính xác cao phục vụ cho công tác đo vẽ ảnh. Nhiệm vụ này được gọi là phương pháp xử lý điểm trong đo ảnh.

+ Sử dụng máy đo ảnh giải tích thông qua điều khiển số để đo đạc xác định hình dạng, độ lớn, vị trí và mối quan hệ tương hỗ của các yếu tố hình học của đối tượng đo và tự động đo vẽ các nội dung của bản đồ. Nhiệm vụ này được gọi là phương pháp xử lý tuyến trong đo ảnh.

Trong phwpwng pháp đo ảnh giải tích, trước hết lượng di động điểm ảnh hoặc điểm mô hình được biến đổi thành dữ liệu sô thông qua bộ biến đổi A/D và đưa vào máy tính; thông qua việc tính toán và gia công, Số liệu này lại được biến đổi thành dữ liệu điều khiển hệ thống và vẽ biểu diễn các nội dung trên bản đồ.

Mặc dù sự ra đời và phát triển của phương pháp đo ảnh giải tích đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng của công tác đo ảnh, nhưng vấn đề tự động hóa đo ảnh vẫn là ý tưởng mà các nhà khoa học theo đuổi. Ý tưởng này lần đầu tiên dwojc thực hiện vào năm 1950 với máy đo ảnh tự động được chế tạo nhờ sự hợp tác giữa phòng nghiên cứu công trình quân sự Mỹ và công ty chế tạo máy quang học Bausch & Lomb (Mỹ). Nguyên lý hoạt động của máy đo ảnh tự động lần đầu tiên này là làm biến đổi độ xám trên ảnh thành các tín hiệu điện và sử dụng máy tính điện tử và các phần mềm chuyên dụng để xử lý cá tín hiệu này và thực hiện quá trình tự động đo vẽ ảnh. Đó chính là nguyên lý cơ bản của Phương pháp đo ảnh số.

Trong phương pháp đo ảnh số, tư liệu ảnh hàng không là các ảnh số. Ảnh số có thể được chụp trực tiếp từ các máy chụp ảnh số hoặc được số hóa từ các ảnh tương tự được chụp từ các máy chụp ảnh quang học. Số hóa ảnh là quá trình biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc thông qua việc lấy mẫy để biến đổi ảnh tương tự thành một tập hợp các phần tử ảnh được gọi là pixel với vị trí tọa độ x,y và giá trị độ xám được tái chia mẫu từ ảnh gốc theo một thuật toán phù hợp.

Như vậy, ảnh số là một tập hợp các pixel ảnh. Mỗi điêm ảnh tương ứng với mọt pixel được mô tả bằng hàm số ảnh với các biến tọa độ ảnh x,y và các giá trị độ xám của nó D như sau:

F(x,y,D)

Với giá trị hàm được giới hạn trọng phạm vi các số nguyên dương tức là:

0 ≤ f(x,y,D) ≤ fmax

Trong đó fmax là lượng thông tin tối đa được lưu trữ (fmax = 28 = 256)

Để xử lý ảnh hàng không quang học trên máy tính, các ảnh hàng không này cần phải được số hóa. Số hóa ảnh là quá trình biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc thông qua việc lấy mẫy để biến ảnh tương tự thành một tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí (x,y) và giá trị xám của điểm ảnh tương tự cũng được rời rạc hóa và biểu thị bằng mức xám tương ứng của từng điểm ảnh.

Sự chuyển đổi từ cách mô tả liên tục sang mô tả rời rạc của ảnh được gọi là số hóa ảnh hay lượng tử hóa ảnh.

Phương pháp đo ảnh	Tư liệu đầu vào	Phương thức thực hiện	Thiết bị xử lý	Sản phẩm đầu ra
Phương pháp đo ảnh tương tự	Ảnh tương tự	Chiếu hình quang học	Máy đo ảnh quang cơ	Bản đồ và các đồ thị
Phương pháp đo ảnh giải tích	Ảnh tương tự	Các công thức toán học	Máy đo ảnh giải tích	Bản đồ và cơ sở dữ liệu số
Phương pháp đo ảnh số	Ảnh số hóa Ảnh số	Các công thức toán học	Trạm ảnh số và phần mềm chuyên dụng	Bản đồ số, bình biểu đồ ảnh, cơ sở dữ liệu số và các sản phẩm đồ họa

Phương pháp đo ảnh số là phương pháp xử lý các bài toán đo ảnh giải tích với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng để tiến hành số hóa ảnh, đo ảnh, nhận dạng hình ảnh và tính toán xử lý thay cho con người trong phần lớn quá trình đo ảnh.

1. Phương pháp đo ảnh toàn sô

Trong phương pháp này, số liệu đầu vào xủ lý là ảnh số, tức là các tín hiệu ảnh quét được ghi nhận thông qua hệ thống điện từ. Nếu tư liệu đầu vào là ảnh chụp truyền thống thì trước hết phải tiến hành số hóa ảnh bằng thiết bị số hóa. Quá trình đo vẽ ảnh số trong hệ thống này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: xác định các yếu tố định hướng ảnh, nhận dạng và tổ hợp ảnh, tính tạo độ không gian điểm ảnh, nội suy bề mặt mô hình, tự động vẽ địa hình trên bản đồ ảnh trực quan thành lập theo phương pháp nắn ảnh số.

Hệ thống đo vẽ ảnh số đầu tiên theo nguyên lý này được chế tạo tại Mỹ rong thập niên 60 của thế kỉ XX có tên là DAMCS (Digital Automatic Map Compilation System). Đến thập niên 90 của thế kỉ XX cùng với sự phát triển nhảy vọt của kỹ thuậ máy tính, các hệ thống đo vẽ ảnh toán số đã được chế tạo ở nhiều nước khá.

2. Phương pháp đo ảnh số tức thời.

Trong phương pháp này, quá trinhfthu nhận thông tin ảnh và xử lý thông tin xảy ra đồng thời với sự liên kết chặt chẽ giữa thiết bị chụp ảnh và hệ thống máy tính có tính năng cao. Phương pháp đo ảnh số tức thời được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp. Trong đo ảnh, phương pháp này được ứng dụng để phát triển phương pháp đo ảnh tự động trong phạm vi gần.

Sự khác biệt cơ bản của phương pháp đo ảnh toàn số với phương pháp đo ảnh tương tự và đo ảnh giải tích là quá trình số hóa và xử lý các thông tin bức xạ của ảnh. Trước đo, các thông tin bức xạ của ảnh được xử lý một cách đơn giản thông qua nguồn chiếu sáng và xử lý bằng mắt và não con người. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thám, các thông tin bức xạ của đối tượng chụp ảnh đã trở nên hết sức quan trọng trong công tác đo ảnh. Có thể nói, nếu không sử dụng thông tin bức xạ thì không thể thực hiện tự động hóa trong đo ảnh.

Do tư liệu ban đầu của phương pháp đo ảnh số là các ảnh số, nên các thiết bị đo ảnh quang cơ truyền thống sử dụng trong phương pháp đo ảnh tương tự trở nên ko cần thiết nữa, thay vào đó là các máy tính hoặc rạm đo ảnh và các phần mềm chuyên dùng. Hiện nay phương pháp đo anahr số được ứng dụng có hiệu quả trong việc thu thập, xử lý, quản lý và sử dụng các thông tin ảnh trong kỹ thuật viễn thám về hệ thống tin địa lý – GIS.

Phương pháp đo ảnh số tuy mới phát triển, nhưng với tốc độ nhanh chóng và đã tạo ra những kỳ tích đáng kinh ngạc. Đó là hiệu suất và độ chính xác đạt được rất cao.

Cho đến nay, phương pháp đo ảnh số đã được ứng dụng trong hầu hết các khâu quan trọng của quá trình đo ảnh như công tác tăng dày điểm khống chế ảnh, xây dựng mô hình số địa hình v.v…

Có thể nói, phương pháp đo ảnh số là sự phát triển hiện đại của công nghệ, của phương pháp đo ảnh và được sử dụng có hiệu quả cai trong các lĩnh vực sau đây:

1.Thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ.

2.Đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở từ tỷ lệ 1/1.000 vùng đồng bằng đến tỷ lệ 1/25.000 vùng núi.

3.Xây dựng mô hình số địa hình (DTM) phục vụ các mục đích khác nhau.

4.Kết hợp với công nghệ viễn thám trong nhiều lĩnh vực như điều chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ…

Sự phát triển của viễn thám luôn gắn liền với sự phát triển của các ngành kỹ thuật cao như kỹ thuật điện tử, hàng không – vũ trụ… Công nghệ viễn thám hiện đại có 4 đặc điểm chủ yếu sau:

1.Không ngừng nghiên cứu chế tao các loại thiết bị thu nhận thông tin có tính năng ngày càng cao, từ các máy chụp ảnh toàn sắc, máy chụp ảnh đa phổ, chụp ảnh màu v.v… đến các máy chụp ảnh toàn cảnh, máy quét ảnh hồng ngoại v.v…

2. Các loại tư liệu ảnh viễn thám có độ phân giải khác nhau tạp thành một hình tháp đa cấp cho phép thu nhận các số liệu quan trắc đối tượng mặt đất từ thô (hàng km) đến tinh (cỡ dm).

3. Cho phép thu nhận thông tin lặp lại nhiều lần từ một khu vực tạo nên tính đa thời gian cảu tư liệu viễn thám phục vụ cho các nghiên cứu động thái của đối tượng.

4. Khả năng thu nhận tư liệu viễn thám với nhiều dải phổ khác nhau ngày càng tăng.

Bài 1.3B Lịch sử phát triển ngành đo ảnh ở Việt Nam.

Ngành Đo ảnh hay còn gọi là Trắc Địa ảnh cũng như ngành Trắc địa và Bản đồ nói chung là một trong những ngành khoa học kỹ thuật còn non trẻ của đất nước ta. Chỉ sau khi miền bắc hoàn toàn giải phóng (1954), ngành Trắc Địa và Bản đồ ở Việc nam mới được xây dựng và phát triển phục vụ cho sự nghiệp xây dựng chủ nghĩa xã hội và đấu tranh giải phóng dân tộc, thống nhất đất nước.

Năm 1958 chúng ta đã tiến hành chụp ảnh điều tra khảo sát rừng với sự giúp đỡ của CHDC Đức (cũ). Nhưng cho đến năm 1965, chúng ta mới bắt đầu sự dụng phương pháp đo ảnh hành không vào việc đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ cơ bản nhà nước 1:50.000 và 1:25.000. Đồng thời cũng từ năm 1966 Việt Nam bắt đầu tiến hành đào tạo cán bộ kỹ thuật về trắc địa ảnh có trình độ đại học từ đại học mỏ địa chất, bên cạnh việc đạo tạo cán bộ kỹ thuật trung cấp đo vẽ ảnh của cơ sở sản xuất.

Trong những năm đầu xây dựng ngành Trắc địa ảnh (1965-1972) do tình hình khó khăn về kỹ thuật và máy móc, nên chủ yếu chỉ ứng dụng phương pháp đo vẽ phối hợp và phương pháp vi phân vào công tác đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:25.000 vùng đồng bằng và vùng đồi núi với các loại máy đo vẽ STD-2 v.v… bên cạnh việc sử dụng phương pháp đo vẽ toàn năng với máy Multiplex để tăng dày điểm khống chế và đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:25.000 ở một vài vùng núi.

Trong giai đoạn này, chúng ta cũng đã xây dựng được đội bay chụp ảnh hàng không và tiến hành công tác bay chụp ảnh phục vụ đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:25.000 và 1:10.000 đồng thời tăng cường nhập thêm các máy đo vẽ ảnh mới.

Về phương pháp chủ yếu chúng ta sử dụng phương pháp đo vẽ toàn năng, kết hợp với phương pháp đo vẽ phối hợp ở vùng đồng bằng. Đồng thời chúng ta cũng có bắt đầu nghiên cứu ứng dụng các phương pháp tiên tiến trong các công tác tăng dàu điểm khống chế (phương pháp tam giác ảnh không gian bán giải tích và giải tích).

Sau khi miền Nam hoàn toàn giải phóng, ngàng trắc địa ảnh nước ta bổ sung thêm một số máy móc trang thiết bị tuy rất ít về số lượng nhưng khá hiện đại.

Đặc biệt từ năm 1973, phương pháp đo ảnh chụp mặt đất đã bắt đầu sử dụng vào việc đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn (1:500 và 1:2000) ở các vùng khai thác công nghiệp v.v…

Từ những năm 1990 khi đất nước ta thực hiện đường lối mới của Đăng, cùng với sự phát triển chung của ngành trắc địa – bản đồ, ngành trắc địa ảnh cũng nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật và công nghệ tiên tiến của thế giới vào nghiên cứu, sản xuất, đào tạo cán bộ. Đặc biệt là công tác bay chụp ảnh và tăng dày khống chế ảnh với kỹ thuật định vị GPS v.v…

Hiện nay nước ta đã có rất nhiều cơ sở sản xuất xây dựng, xí nghiệp đo vẽ ảnh với những máy móc chính xác hiện đại như: Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham mưu v.v…

Công tác đào tạo cán bộ cũng đã và đang được đẩy mạnh và ngày càng nâng cao chất lượng. Tính đến nay trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã đào tạo cho ngành trắc địa ảnh Việt nam hàng trăm cán bộ kỹ thuật có trình độ đại học và trên đại học.

Nhiệm vụ cơ bản hiện nay của ngành đo đạc chụp ảnh nước ta là ko ngừng nâng cao trình độ cán bộ kỹ thuật, tiếp thu và ứng dụng nhanh chóng các thành tựu về tiến bộ kỹ thuật của ngành trên thế giới để giải quyết kịp thời nhiệm vụ đo vẽ bản đồ địa hình với các loại tủ lệ khác nhau, đáp ứng yêu cầu của công tác nghiên cứu lãnh thổ, điều tra cơ bản, phân vùng quy hoạch, khảo sát thiết kế v.v… của các ngành khoa học kỹ thật, kinh tế quốc dân và xây dựng quốc phòng của nước ta.

Song song với nhiệm vụ đo vẽ bản đồ địa hình, cần nhanh chóng mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp đo đạc chụp ảnh trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác, trước mắt là trong xây dựng và kiến trúc, trong các loại công trình, trong công nghiệp – nông nghiệp và đặc biệt trong lĩnh vực kiểm soát và bảo vệ môi trường.

Chương II: Cơ sở toán học của phương pháp đo ảnh

2.1 Giới thiệu về ảnh đo

2.1.1 Khái niệm về ảnh đo:

Ảnh dùng trong công tác đo đạc (mục đích đo đạc) thì được gọi là ảnh đo. Đo đạc bao gồm đo đạc địa hình và đo đạc phi địa hình (kiến trúc,…)

Ảnh đo là hình ảnh thu nhỏ của đối tượng đo theo nguyên lý cơ bản của phép chiếu xuyên tâm đối với phương thức chụp ảnh quang học hoặc trên băng từ đối với ảnh quét.

Theo quan niệm tin học, ảnh đo là các thông tin về bức xạ hoặc phát xạ năng lượng nhiệt của các đối tượng và là nguồn thông tin nguyên thủy ban đầu giúp chúng ta trong quá trình xử lý sau này.

2.2.1 Phương thức thu nhận ảnh đo

Chụp ảnh ở trên không tức là các thiết bị chụp ảnh được đặt trên máy bay, trên vệ tinh hoặc trên vũ trụ.

Ảnh mặt đất: thiết bị chụp được đặt ngay trên mặt đất.

2.2.3, Tính chất của ảnh đo

Khi thiết kế bay chụp trong một khu vực nào đó người ta phải tiến hành xác định: độ cao bay chụp, tỷ lệ chụp ảnh, tiêu cự của máy chụp ảnh, độ phủ ngang và độ phủ dọc.

Như vậy, một tấm ảnh hàng không được sử dụng để đo vẽ cần các thông số sau đây:

-Tỷ lệ chụp ảnh.

-Tiêu cự của máy chụp ảnh.

-Độ phủ ngang, độ phủ dọc của ảnh.

-Giá trị Lx, Ly là khoảng cách dấu khung ép phẳng.

-Sai số méo hình kính vật.

==> Một số tính chất của ảnh đo:

1, Nội dung của ảnh đo phản ánh chung thực các chi tiết bề mặt của đối tượng, tuy nhiên nó không được sử dụng như một tờ bản đồ vì trên đó có nhiều thông tin không cần thiết và ngược lại thiếu nhiều thông tin cần thiết như một tờ bản đồ.

2, Mức độ chi tiết và khả năng xử lý ảnh đo phụ thuộc vào điều kiện và phương thức chụp ảnh.

3, Ảnh đo là một nguồn thông tin gốc nhưng không thể sử dụng được như tư liệu bản đồ vì

-Quan hệ tọa độ giữa điểm ảnh và điểm vật tương ứng trên mặt đất là quan hệ của phép chiếu xuyên tâm chứ không phải là quan hệ của phép chiếu thẳng góc như bản đồ.

-Tỷ lệ của hình ảnh trên ảnh là không đồng nhất như trên bản đồ do bề mặt của đối tượng không bằng phẳng và do ảnh nghiêng gây ra.

-Vị trí của điểm ảnh bị xê dịch hay biến dạng do nhiều nguyên nhân gây ra như chênh cao địa hình, do độc cong của quả đất, do biến dạng nền phim ảnh v.v…vì vậy muốn sử dụng ảnh đo vào mục đíhc đo đạc chúng ta cần có các biện pháp sử lý các nguyên nhân trên.

$ 2.2 Yếu tố hình học cơ bản của ảnh đo

1, E: mặt phẳng vật (mặt phẳng mặt đất)

2, P: mặt phẳng ảnh (mp E và mp P luôn tồn tại một góc nghiêng α)

3, α : góc nghiêng của ảnh.

4, S: tâm chụp S (tâm chiếu)

5, W: mp đứng.

6, vv: đường dọc chính (mp P và mp E cắt nhau)

7, VV: đường hướng chụp.

8, TT: trục chụp (giao tuyến của mp E và mp P)

9, O: gọi là điểm chính ảnh.

10, n: là điểm đáy ảnh.

11, N: là điểm đáy vật.

12, c: là điểm đẳng giác.

13, C: là điểm đẳng giác tương ứng trên mặt phẳng E.

14, I: là điểm tụ chính.

15, hihi: đường chân trời.

16, hoho: đường nằm ngang chính.

17, hchc: đường đẳng tỷ lệ.

18, H: là độ cao bay chụp là khoảng cách từ tâm chụp S đến mp E theo đường dây dọi.

Các đại lượng cơ bản của tấm ảnh đo:

α: là góc nghiêng của ảnh.

-

2.3: Các hệ tọa độ dùng trong đo ảnh.

Chia làm 2 nhóm: Hệ tọa độ trong không gian ảnh và Hệ tọa độ trong không gian vật.

A, Hệ tọa độ trong không gian ảnh:

+Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh.

+Hệ tọa độ không gian ảnh.

1, Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh.

Đối với ảnh chụp từ máy chụp ảnh dùng phim có dấu khung tọa độ thông thường trên các ảnh đo đều có in ảnh của các mấu khung ép phim của các máy chụp ảnh, khung ép phim có 4 mấu khung, một số máy còn trang bị thêm 4 mấu khung ở 4 góc ảnh. Các đường lối giữa 2 mấu khung đối diện nhau luôn luôn được thiết kế vuông góc với nhau, do đó hệ tọa độ mặt phẳng ảnh được định nghĩa như sau.

Trục x’ là đường thẳng nối giữa 2 mấu khung trái và phải, trục y’ là đường thẳng nối giũa mấu khung dưới và hướng lên trên, điểm gốc tọa độ o’ trùng với giao điểm của x’y’.

Về lý thuyết giao điểm của trục x’ và trục y’ là trùng với điểm chính ảnh o nhưng nếu điểm o không trùng với giao điểm của trục x’y’ tức là bản thân điểm o có tọa độ là (xo’,yo’) do vậy tọa độ của 1 điểm ảnh bất kì so với 1 điểm chính ảnh có giá trị là (x’-xo’,y’-yo’) vector r’ biểu diễn vị trí điểm ảnh với r’=(x-xo’;y’-yo’). Nếu không có xo’, yo’ thì o’ trùng o.

+ Đối với ảnh chụp từ máy chụp ảnh dùng phim thì hệ tọa độ mặt phẳng ảnh được xác lập bởi các dấu khung tọa độ.

+ Các dấu khung tọa độ được kiểm định chính xác trong hệ tọa độ mặt phẳng ảnh đây chính là cơ sở để tính chuyển hệ tọa độ ảnh số sang hệ tọa độ mặt phẳng ảnh đồng thời loại trừ các sai số biến dạng phim ảnh.

+ Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh có tác dụng định vị tọa độ điểm ảnh đo trên ảnh.

2, Hệ tọa độ không gian ảnh.

Hệ tọa độ không gian ảnh được xây dựng trên cơ sở hệ tọa độ mặt phẳng ảnh và tâm chiếu ảnh.

Gốc tọa độ là tâm chiếu f, các trục tọa độ x, y tương ứng song song với các trục của hệ tọa độ mặt phẳng ảnh., trục z trùng với trục quang chính là hướng lên trên. Để xây dụng hệ tọa độ mặt phẳng ảnh cần xác định trước các yếu tố định hướng trong tiêu cự tọa độ, điểm chính ảnh trong hệ tọa độ mặt phẳng ảnh.

Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh dùng để xây dựng trùm tia chiếu từ tâm chiếu và tọa độ mặt phẳng ảnh của điểm đo được.

B, Hệ tọa độ trong không gian vật

1, Hệ tọa độ trắc địa thường dùng trong đo ảnh

A, Hệ tọa độ Quốc gia OGXGYGZG

Đây là hệ tọa độ phẳng và độ cao quốc gia được xây dựng để định vị các điểm địa vật thông nhất cho toàn quốc, hầu hết các sản phẩm đo đạc bản đồ đều phải xác định cơ sở toán họ là hệ tọa độ này.

Trong đo ảnh hệ tọa này thường được dùng để:

+ Định vị điểm địa vật.

+ Cung cấp tọa độ điểm không chế ảnh ngoại nghiệp làm cơ sở địa vị khối ảnh, định vị chùm tia chiếu và tăng dần điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, ở nước ta hệ tọa độ quốc gia gồm có: Hệ tọa độ mặt phẳng VN 2000 và hệ độ cao Hòn Dấu. Do trái đất có hình dạng rất phức tạp về góc độ làm bản đồ nên người ta đưa ra một số khái niệm gần đúng hình dạng trái đất để đáp ứng nhu cầu khác nhau về độ chính xác khi làm bản đồ.

B, hệ tọa độ địa lý ()

Được xác định bằng phương pháp thiên văn trắc địa nên một số giáo trình còn được gọi là hệ tọa độ thiên văn thông dụng trong công tác làm bản đồ phổ thông trong hằng hải và thành lập bản đồ tỷ lệ nhỏ thường sử dụng để xử lý ảnh vệ tinh.

C, Hệ tọa độ trắc địa (B,L,H)

Được sử dụng nhiều mục đích như là nghiên cứu hình dạng trái đất, lập bản đồ các tỷ lệ nhất là ở tỷ lệ trung bình và tỷ lệ lớn.

D, Hệ tọa độ địa tâm (φ, L)

Loại trừ các sai số hệ thống khi tính toán trên toàn diện tích lớn và để tính chuyển tọa độ từ tọa độ 1 điểm từ 1 múi với kinh tuyến tương đương sang múi bên cạnh với một kinh tuyến tương đương khác và thường được sử dụng để xử lý ảnh vệ tinh.

2.4 Các nguyên tố định hướng của ảnh

I, Định nghĩa.

Các nguyên tố định hướng của ảnh là các yếu tố hình học dùng với mục đích xây dựng lại các quan hệ chiếu hình tương ứng giữa ảnh đo và các đối tượng đo.

Xác định vị trí không gian của ảnh đo trong không gian vật. Xác định vị trí tương đối của tâm chụp S đối với mặt phẳng ảnh.Chỉ khi biết được các nguyên tố định hướng của ảnh ta mới vẽ được ảnh trong một hệ tọa độ xác định.

Chia loại: Nguyên tố định hướng trong và nguyên tố định hướng ngoài.

1, Nguyên tố định hướng trong

Định nghĩa: Các yếu tố hình học xác định vị trí không gian của tâm chụp S đối với mặt phẳng ảnh nhằm khôi phục lại trùm tia chụp ảnh thì được gọi là các nguyên tố định hướng trong của ảnh.

x’o, y’o: Tọa độ của đỉnh chính ảnh trong hệ tọa độ mặt phẳng ảnh: Điểm chính ảnh là giao của trùm tia sáng chính với mặt phẳng ảnh và thường được kí hiệu là O.

fk: là khoảng cách từ tâm chụp S đến mặt phẳng ảnh và nó chính là tiêu cự của máy chụp ảnh.

Vậy có 3 nguyên tố định hướng trong là (fk, x’o, y’o).

Các yếu tố định hướng trong của ảnh là fk, x’o, y’ođiều này đúng với tất cả các tấm ảnh chụp theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm tức là đúng với cả ảnh hàng không, ảnh mặt đất và ảnh vệ tinh.

Mở rộng: Khi biết được các nguyên tố định hướng trong ta sẽ xác định được tâm chụp S và từ đó sẽ khôi phục được mối quan hệ của trùm tia chiếu tồn tại ở thời điểm chụp ảnh. Nếu các tám ảnh được chụp từ một máy chụp ảnh thì các nguyên tố định hướng trong là như nhau.

Nguyên tố định hướng ngoài của ảnh là các yếu tố hình học xác định vị trí của trùm tia trong hệ thống tọa độ ko gian vật (mà thường là hệ thống tọa độ trắc địa). Các nguyên tố định hướng ngoài ao gồm:

+ Tọa độ không gian của tâm chụp trong hệ tọa độ trắc địa. XsYsZs.

+ Các góc định hướng của hệ tọa độ không gian ảnh trong hệ tọa độ trắc địa tùy thuộc vào hệ thống mà chúng ta chọn các góc định hướng khác nhau, thông thường chúng ta có thể chọn 1 trong 2 nhóm sau:

Nhóm 1:

Trong đó V là đường hướng chụp, v là đường dọc chính.

æ là góc kẹp giữa đường dọc chính vv và trục y’.

α hay góc nghiêng α là góc tạo bởi tia sáng chính So’ và theo đường dây dọi xuất phát từ tâm chụp S.

t (Phương vị): góc tạo bởi đường hướng chụp VV và trục Y.

Nhóm 2:

Góc nghiêng dọc φ là góc kẹp giữa hình chiếu của tia sáng chính So trên mặt phẳng O-YZ với trục Z của hệ tọa độ không gian vật.

æ là góc xoay của ảnh là góc kẹp giữa trục y’ của hệ tọa độ mặt phẳng ảnh o’-x’y’ với đường dọc chính vv trên mặt phẳng ảnh.

ω là góc nghiêng ngang của ảnh, tức là góc kẹp giữa tia chiếu chính So với hình chiếu của nó trên mặt O-YZ của hệ tọa độ không gian vật.

Có 9 nguyên tố định hướng ảnh:

+ 3 Nguyên tố định hướng trong: x’o,y’o,fk -> khôi phục chùm tia chiếu -> Xác định được nhờ công tác (bài toán) kiểm định máy chụp ảnh.

+ 6 Nguyên tố định hướng ngoài:

+ Xs, Ys, Zs,æ, α, t.

+ Xs, Ys, Zs, x, y, ω.

èĐịnh hướng tuyệt đối ảnh đo về mặt phẳng vật (Xây dựng lại đối tượng chụp ảnh tại thời điểm chụp ảnh) -> Xác định trong bài toán giao hội nghị.

2.5 Bài toán chuyển đổi hệ tọa độ không gian vuông góc trong đo ảnh.

+ Hệ tọa độ không gian ảnh Sxyz.

+ Hệ tọa độ không gian vật OXYZ.

Từ hình vẽ ta có:

-Điểm m là điểm ảnh trong hệ tọa độ không gian ảnh.

-Điểm M là điểm địa vật trong hệ tọa độ trắc địa (hệ tọa độ vật)

Điều kiện hình học cơ bản của quá trình chụp ảnh và khôi phục chùm tia S, m , M là phải nằm trên 1 đường thẳng hay còn gọi là điều kiện đồng phương của vector điểm ảnh và vector điểm vật tương ứng tức là ta có R= Ro+ m.A.rvới:

-R là vector tọa độ của điểm vật M. Trong hệ tọa độ không gian trắc địa

-Ro là vector tọa độ tâm chụp S trong hệ tọa độ không gian trắc địa OXYZ với Ro=[Xs, Ys, Zs]

-r là vector tọa độ điểm ảnh m trong hệ tọa độ Sxyz với r =[x,y,-fk].

-m là hệ số tỷ lệ giữa 2 trục tọa độ

A là ma trận quay để chuyển các trục của các hệ không gian ảnh Sxyz về song song tương ứng với các trục của hệ tọa độ trắc địa OXYZ với A là ma trận vuông chứa các cosin chỉ hướnggiữa các trục tọa độ tương ứng lên 2 tọa độ.

A== thay vào R= Ro­+ m.A.r ta có

= + m..

Để xác định cosin chỉ hướng của các hệ tọa độ không gian đo ảnh và các trục tương ứng X,Y,Z của hệ tọa độ không gian vật tồn tại các góc kẹp.

1, Góc æ là góc kẹp giữa xX và yY trên mp OXY.

2, Góc ω là góc kẹp giữa yY và zZ trên mp OYZ.

3, Góc φ là góc kẹpgiữa zZ và xX trên mp OZX.

Để chuyển 1 vector điểm ảnh trong hệ tọa độ không gian ảnh oxyz về hệ tọa độ không gian vật OXYZ ta thực hiện phép quay theo thứ tự æ->ω->φ:

1, Quay hệ trục Sxyz quang trục Z một góc æ.

2, Quay hệ trục Sxyz quang trục X một góc ω.

3, Quay hệ trục Sxyz quang trục Y một góc φ.

Sau 3 lần quay thì ta được các trục của hệ tọa độ S song song tương ứng các trục của hệ tọa độ ko gian vật.

A=Aæ.Aω.Aφ =

(*) Xác định ma trận A.

1, Quay Sxyz quanh trục z một góc ae ræ =Aæ .r

Trong đó các phần tử của ma trận Aælà góc kẹp giữa hai hệ tọa độ.

Góc kẹp giữa các trục tọa độ	xæ	yæ	zæ
x	æ	90o+æ	90o
y	90o- æ	æ	90o
z	90o	90o	0o

Aæ==

2, Quay Sxyz quang trục x 1 góc ω

rω = Aω.ræ (2.4.4)

Góc kẹp giữa các trục tọa độ	ω	yω	zω
xω	0	90o	90o
yω	90o	ω	90o+ ω
zω	90o	90o- ω	ω

Aω ==

= .

3, Quay Sxyz quanh quanh trục y một góc φ.

ry = Aφ.rω (2.4.5)

Góc kẹp giữa các trục tọa độ	xφ	yφ	zφ
xω	90o	90o+
yω	90o	0	90o
zω	90o-	90o

Aφ =

Do đó

= .

Cuối cùng lần lượt thay các vector ræ,rω,rφ vào các quan hệ trên ta có:

R = Ro + m.Aæ.Aω.Aφ

Với A=Aæ.Aω.Aφ

Tính nhân các ma trận:

.. =

a11= cosφ.cosæ – sinφ.sinω.sinæ

a12= cosφ.sinæ – sinφ.sinω.cosæ

a13= – sinφ.cosω

a21= cosω.sinæ

a22= cosω.cosæ

a23= -sinω

a31= sinφ.cosæ + cosφ.sinω.sinæ

a32= -sinφ.sinæ + cosφ.sinω.cosæ

a33= cosφ.cosω

III, Các tính chất của ma trận quay A.

1, Ma trận quay A là một ma trận trực giao:

A.AT= E.

A.AT= (Aφ.Aæ.Aω).(Aφ.Aæ.Aω)T= Aφ.Aæ.Aω.ATφ.ATæ.ATω

2, Các cosin chỉ hướng của ma trận quay phụ thuojc vào quá trình tự quay các góc.

A.AT=E => AT=A-1

==> BTVN chứng minh.

3, Các cosin chỉ hướng của ma trận quay A phụ thuộc vào thứ tự các góc quay.

AωAæAφ ≠ AφAωAæ

$ 2.6. Công thức quan hệ tọa độ trong đo ảnh.

2.6.1. Bài toán thuận

Biết: Tọa độ của điểm trắc địa (địa vật) R -> OXYZ.

Xác định: Tọa độ của điểm ảnh p’ trong -> Sxyz.

Theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm, đối với ảnh hàng không thì điểm P và p’ phải nằm trên một đường thằng hay nói các khác là S,P,P’ thẳng hàng => vector SP và SP’ cừng phương =>

R= Ro + m.A.r’

R là vector tọa độ điểm vật P trong mặt phẳng OXYZ => R=

Ro là vector tọa độ của điểm S trong hệ tọa độ OXYZ => Ro=

r’ là vector tọa độ điêm ảnh -> Sxyz

r’=

A là ma trận xoay => A=

=> R = Ro+m.A.r’ (2.6.1)

= + m. .

X= Xo +m[a11(x’-x’o) + a12.(y’-y’o) – a13k ]

Y= Yo +m[a21(x’-x’o) + a22.(y’-y’o) – a23k ]

Z= Zo +m[a31(x’-x’o) + a32.(y’-y’o) – a33k ]

=>

X- Xo=m[a11(x’-x’o) + a12.(y’-y’o) – a13k ]

Y- Yo=m[a21(x’-x’o) + a22.(y’-y’o) – a23k ]

Z- Zo=m[a31(x’-x’o) + a32.(y’-y’o) – a33k ]

Theo nghiên cứu của các công thức cho tấm ảnh đơn, người ta thấy rằng yếu tố tỷ lệ điểm ảnh thay đổi cho từng điểm đo. Vậy để loại trừ m ra khỏi công thức trên người ta tiến hành chia 2 pt trên cho pt (3).

(1)/(3) và (2)/(3)

Ta thấy: H= Zo – Z => Z-Zo = -H

Đặt

U =

V=

W=

; (2.6.2)

Công thức 2.6.2 dùng để xách định tọa độ trắc địa của 1 điểm bất kì khi biết các yếu tố định hướng của tấm ảnh.

2.6.2. Baì toàn nghịch

Biết: Tọa độ của điểm vật P -> Hệ tọa độ trắc địa

Tìm: Tọa độ của điểm ảnh P’ -> Hệ tọa độ ko gian ảnh Sxyz

Từ 2.6.1 =>r’ = m-1.A-1. (R- Ro)(2.6.3)

A-1 = AT =

Đặt m-1 = m’

; ;

Thay vào công thức 2.3.6 :

Ta có x’=x’o – fk – U/W và y’ = y’o – V/W (2.6.4)

Người ta sử dụng bài toán nghịch làm cơ cho việc tìm ra các nguyên tố định hướng trong của ảnh hay sử dụng trong công tác kiểm định máy chụp ảnh. Hàm tọa độ ảnh là cơ sở để giải quyết các bài toán sau đây:

1, Bài toán xác định các nguyên tố ngoài của ảnh gồm Xo,Yo,Zo, x, α, t, và x, y, ω

2, Bài toán xác định các nguyên tố định hướng trong của ảnh fk, x’o, y’o

3, Bài toán xác định tọa độ của điểm vật (X,Y,Z)

Trong 3 bài toán thì bài toán 2 tác ra gọi là bài toán kiểm định máy chụp ảnhvà bài toán 1 và 3 gộp lại thành bài toán quá trình tăng giầy.

2.6.3, Một số trường hợp đặc biệt

1, Ảnh lý tưởng:

+ t = α = æ =0

+ y= æ = ω = 0

|=> At α æ = Ay ω æ = E

Giả thiết có x’o = y’ o = 0 và Xo = Yo = 0 |=> A =

Thay vào công thức 2.6.2 ta có:

|=>và

Thay vào 2.6.4 H=Zo-Z => -H=Z-Zo

và

Ta thấy tọa độ trên ảnh chính là tọa độ trong không gian vật bị thu nhỏ theo 1 tỷ lệ ảnh

2, Ảnh nghiêngtức α # 0

Giả thiết t= æ = 0

Aα =

Thay vào công thức 2.6.2

và

Thay vào 2.6.4 ta có

và

Chương 3. Những tính chất cơ bản của ảnh hàng không

$ 3.1 Các loại ảnh đơn trong chụp ảnh hàng không.

3.1.1 Ảnh lý tưởng

Ảnh lý tưởng tức là ảnh được chụp trong trạng thái trục quang chính của máy chụp ảnh trùng với phương đường dây dọi hay nói cách khác là trục quang chính của máy chụp ảnh là thẳng đứng.

+ t = α = æ = 0

+ φ = α = æ = 0

ðẢnh nằm ngang. (*)

Trong điều kiện hiện nay chúng ta chưa chụp được ảnh ở điều kiện lý tưởng.

3.1.2 Ảnh nghiêng

+ t # 0 ; α # 0; x # 0

+ ω # 0 ; φ # 0; x # 0

Ảnh nghiêng là ảnh được chụp với vị trí bất kì của máy chụp ảnh tức là trục quang chính của máy chụp ảnh ở vị trí bất kì, nếu chụp ảnh mà thu được ảnh nghiêng thì nó gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác xử lý ảnh.

3.1.2 Ảnh bằng

Ảnh bằng là ảnh được chụp trong điều kiện các góc tức α, t, æ (ω, φ , æ ) nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn cho phép (cho trước) thường α (φ, æ ) <= 3o

Với kỹ thuật định vị hiện nay và hệ thống cân bằng con quay của máy chụp ảnh thì góc nghiêng α của ảnh là rất nhỏ trung bình là 10s lớn nhất là không vượt quá 40s

3.2 Tỷ lệ trên ảnh đơn

3.2.1 Khái niệm

Đặc điểm cơ bản của ảnh hàng không là tỷ lệ của các điểm ảnh trên mặt phẳng ảnh là không đồng nhất mà nó thay đổi theo vị trí điểm ảnh và hướng xác định, nguyên nhân của tính chất này là do:

+ Ảnh hàng không là hình chiếu xuyên tâm trên mặt nghiêng.

+ Đối tượng được chụp không bằng phẳng có độ chênh cao địa hình. do đó độ cao bay chụp H luôn luôn thay đổi đưa đến sai số vị trí và tỷ lệ của điểm ảnh.

+ Do quá trình bay chụp bị ảnh hưởng của khí động học điều này đưa đến độ cao bay chụp cũng luôn luôn bị thay đổi

3.2.2 Định nghĩa

Tỷ lệ ở tại 1 điểm ảnh là giới hạn của hàm số của tỷ số một đoạn thẳng cực nhỏ trên tấm ảnh và một đoạn thẳng tương ứng trên mặt phẳng vật được chọn theo một hướng nào đó khi -> 0 tức là:

=> m= ; ;

Tuy nhiên sự biến đổi của tỷ lệ ảnh trên một tấm ảnh đơn thường là nhỏ vì vậy trên thực tế người ta thường dùng một tỷ lệ chung của ảnh bằng đó là tỷ lệ trung bình của tất cả các điểm ảnh trên mặt phẳng ảnh và được tính theo công thức tổng quát

với ma = mẫu số tỷ lệ, fk = tiêu cự của máy chụp ảnh, H = độ cao bay chụp trung bình.

3.3 Công thức quan hệ tọa độ giữa các điểm tương ứng trên ảnh ngang và ảnh nằm nghiêng

+ t = α = æ = 0

+ φ = α = æ = 0

ðẢnh nằm ngang.

+ t # 0 ; α # 0; x # 0

+ ω # 0 ; φ # 0; x # 0

ðẢnh nghiêng.

-Hệ tọa độ không gian đo ảnh lý tưởng Sxoyozo

-Hệ tọa độ không gian cho ảnh nghiêng Sxyz

Điểm A được biểu diễn ảnh lý tưởng Po

-Vector biểu diễn ao làr:

-r =

-Vector biểu diễn điểm ảnh a’ trong Sxyz là r’ => r’ =

Nhiệm vụ: Đi tìm mối quan hệ giữa 2 vector:

Ta có r = m.a.r’ (3.3.1)

= m. .

+ xo = m(a11.x’ + a12.y’ – a13.fk) (1)

+ yo = m(a21.x’ + a22.y’ – a23.fk) (2)

+ -fk = m(a31.x’ + a32.y’ – a33.fk) (3)

Khử (m) bằng cách: 1:3 và 2:3

và (3.3.2)

ðCông thức dạng vi tuyến.

Kết luận:

Công thức 3.3.2 là công thức cơ bản của mối quan hệ giữa ảnh nghiêng và ảnh lý tưởng. Đây cũng chính là công thức được dùng để nắn ảnh trong đo ảnh.

3.4 Khái niệm về biến dạng trên ảnh

Trong quá trình tạo ảnh vị trí điểm ảnh trên ảnh hàng không bị biến dạng do rất nhiều nguyên nhân, sự biến dạng này ảnh hưởng đến tính chất của ảnh hàng không vì vậy chúng ta cần phải nghiên cứu các nguyên nhân gây ra sự biến dạng này và tìm cách để xử lý.

I. Biến dạng do nguyên nhân chụp ảnh gây ra

1, Biến dạng do ảnh nghiêng

2, Biến dạng do địa hình do chênh cao địa hình, do độ cong quả đất.

II. Biến dạng do điều kiện chụp ảnh gây ra

1, Biến dạng do chiết quang khí quyển.

2, Biến dạng do sai số méo hình kính vật.

3 Biến dạng do phim ảnh (Vật liệu)

Hậu quả:

+ Làm xê dịch vị trí điểm ảnh.

+ Sai lệch phương hướng trên ảnh.

-Do ảnh nghiêng gây ra vị trí điểm ảnh bị xê dịch và sai lệch phương hướng. Để khắc phục các hậu quả này bằng cách xử lý trong công tác nắn ảnh.

-Do chênh cao địa hình, độ cong của quả đất, méo hình kính vật, biến dạng phim ảnh, chiết quang khí quyển đưa đến sai số hệ thống của ảnh, không thể triệt tiêu, hiệu chỉnh toàn bộ trong số liệu đo được.Do đó sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của lưới tam giác ảnh không gian, các ảnh hưởng này sẽ đc xử lý trong công tác tăng dầy khống chế ảnh với kỹ thuật bình sai tự hiệu chỉnh.

Mong nhận được góp ý tại đây!

Trang chủ||Game||Ứng dụng||SMS||Nhạc||Hình ảnh||Tài liệu||Khác

(c) 12/2012 by Pham Huu Thanh

Pair of Vintage Old Schoo»