Thành lập bản độ địa hình tỷ lệ trung bình bằng công nghệ ảnh số

Để có thể bổ túc thêm kiến thức về ứng dụng công nghệ ảnh số trong công tác thành lập bản đồ địa hình

Lời nói đầu

Bản đồ địa hình là một loại tài liệu rất quan trọng Nó là cơ sở để thànhlập các loại bản đồ chuyên đề khác, vì nội dung của bản đồ địa hình phải đảmbảo độ chính xác, tính thống nhất và đầy đủ về nội dung đều phụ thuộc vàotừng loại tỷ lệ bản đồ

Bản đồ địa hình có thể đợc thành lập bằng nhiều phơng pháp nh đo vẽtrực tiếp trên mặt đất, đo vẽ ảnh, biên vẽ từ tài liệu có sẵn Các phơng pháptrên đều có thể đợc thực hiện theo công nghệ truyền thống và hiện đại

Trong những năm gần đây khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nó

đã ảnh hởng đến hầu hết đến các ngành khoa học trong dó có ngành khoa học

đo ảnh Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công nghệ thông tincộng với sự không ngừng hoàn thiện của lý thuyết đo ảnh trong những thập kỷgần đây đã cho ra đời một phơng pháp đo ảnh mới đó là phơng pháp đo ảnh

mô hình số địa hình, nắn ảnh số và đo vẽ địa hình Trớc đây việc xử lý các tấm

ảnh tơng tự với các máy toàn năng cồng kềnh, sản phẩm làm ra đợc lu trữ rấtkhó khăn thì ngày nay việc xử lý các tấm ảnh số trên các trạm đo ảnh sốchuyên dùng với mức độ tự động hoá cao, cho ra những sản phẩm đa dạng vàkhả năng cập nhật quản lý dễ dàng và cho hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt nócòn phát huy đợc hiệu quả khi tổ chức thi công ở khu vực rộng lớn

Để có thể bổ túc thêm kiến thức về ứng dụng công nghệ ảnh số trongcông tác thành lập bản đồ địa hình, tôi đã thực hiện đề tài tốt nghiệp với tiêu

đề Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình bằng công nghệ ảnh số U ”

Chơng I bản đồ địa hình 1.1 Một số khái niệm về bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình là loại bản đồ địa lý chung, có tỷ lệ lớn hơn hoặc bằng1:1000000 Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ của bề mặt trái đất thông quaphép chiếu toán học nhất định có tổng quát hoá theo hệ thống ký hiệu và cácmối quan hệ tơng quan giữa các yếu tố cơ bản của địa lý tự nhiên và kinh tế xãhội với độ chính xác và mức độ chi tiết tơng đối nh nhau phần lớn vẫn giữ đợc

hình dạng, kích thớc theo tỷ lệ bản đồ, đồng thời giữ đợc tính chính xác hìnhhọc của ký hiệu và yếu tố nội dung.

Bản đồ địa hình không đa lên tất cả các hình ảnh có trên bề mặt trái đất

mà chỉ chứa đựng một lợng thông tin phụ thuộc bởi thời gian, không gian vàmục đích sử dụng của chúng.Tính không gian chính là xác định giới hạn khuvực tiến hành đo vẽ Mục đích sử dụng chi phối nội dung và độ chính xác củabản đồ, yếu tố không gian và mục đích sử dụng có ảnh hởng tới việc lựa chọn

tỷ lệ bản đồ Thời gian chính là tại thời điểm đo vẽ bản đồ

Nh vậy Bản đồ địa hình có thể hiện hết đợc3 tính trên thì nó phải tuântheo 3 tính chất cơ bản là cơ sở toán học của bản đồ, hệ thống ký hiệu quy ớc

và tổng quát hoá bản đồ

Cơ sở toán học của bản đồ là phơng pháp toán học đảm bảo các nguyên

tắc và quy luật chuyển từ bề mặt tự nhiên của trái đất lên mặt phẳng bản đồ

Nó tuân thủ theo những trình tự sau:

Chuyển bề mặt tự nhiên của trái đất lên mặt elipxoit trái đất sau đóchuyển từ bề mặt elipxoit trái đất với kích thớc thu nhỏ theo tỷ lệ nhất định lênmặt phẳng trong một phép chiếu đã chọn nào đó Tỷ số thu nhỏ của kích thớcelipxoit để biểu thị lên bản đồ đợc gọi là tỷ lệ bản đồ Phép chiếu chính là quyluật của sự biểu thị elipxoit trái đất lên mặt phẳng đợc biểu hiện ở sự phụthuộc hàm số giữa toạ độ của điểm tơng ứng ở trên mặt phẳng Nh vậy trongcơ sở toán học của bản đồ thì bao gồm cơ sở trắc địa, tỷ lệ và phép chiếu.Ngoài ra bố cục bản đồ, khung bản đồ, sự phân mảnh và đánh số các bản đồcũng phụ thuộc vào các yếu tố cơ sở toán học của bản đồ

Hệ thống ký hiệu quy ớc của bản đồ là phơng tiện đặc biệt để phản ánh

nội dung bản đồ Phơng tiên chủ yếu là các yếu tố đồ hoạ và màu sắc, đồngthời có xét đến khía cạnh tâm lý học, thẩm mỹ học để tạo nên hệ thống kýhiệu bản đồ Trong hệ thống ký hiệu bản đồ sử dụng rộng rãi các dạng đồ hoạ,các chữ cái, con số, màu sắc và từ ngữ

Tổng quát hoá bản đồ là quá trình lựa chọn và khái quát các đối tợng

cần thể hiện lên bản đồ Mục đích của tổng quát hoá là nhằm phản ánh đúngbản chất của đối tợng và đáp ứng tối u những yêu cầu đặt ra

Ngoài 3 tính chất cơ bản trên thì bản thân bản đồ nh là một mô hình Nócòn có những đặc tính của các loại mô hình khác nh là tính chọn lọc, tính trừutợng, tính đơn trị, tính trực quan, tính đo đợc

Chính vì bản đồ có nhiều đặc tính của các mô hình khác cho nên càngngày nó càng đợc sử dụng rộng rãi

1.2 Cơ sở toán học của bản đồ địa hình

Cơ sở toán học của bản đồ địa hình bao gồm các yếu tố sau: tỷ lệ, hệthống toạ độ, phép chiếu, sự phân mảnh

- Tỷ lệ bản đồ

Theo quy phạm bản đồ địa hình nớc ta cũng dùng dãy tỷ lệ nh hầu hếtcác nớc trên thế giới, gồm những tỷ lệ sau: 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000,1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000.



 =10’ và  =15’ và đợc ký hiệu là A, B, C, D Từ mảnh 1:50000 chiathành 4 mảnh 1:25000 có kích thớc có  =5’ và  =7’30” và đợc ký hiệu

là a, b, c, d Từ mảnh 1:25000 chia thành 4 mảnh 1:10000 có kích thớc có



 =2’30” và  =3’45” và đợc ký hiệu là 1, 2, 3, 4 Từ mảnh 1:100000 chiathành 384 mảnh 1:5000 có kích thớc có  =1’15” và  =1’15” và đánh sốhiệu bằng chữ ả rập từ 1,2, ,384

1.3 Hệ thống lới khống chế

Cơ sở khống chế toạ độ, độ cao khi thành lập bản đồ địa hình dựa trênmạng lới khống chế toạ độ, độ cao của nhà nớcvà theo kinh tuyến trục củamúi bao gồm các cấp hạng nh sau:

Các điểm của lới toạ độ địa chính cơ sở tơng đơng với các điểm toạ độhạng III nhà nớc (tức là các điểm của lới khống chế địa hình ), đợc xây dựngdựa trên các điểm toạ độ hạng I,II nhà nớc Cơ sở để đo nối độ cao đến các

điểm toạ độ địa chính cơ sở là các điểm độ cao từ hạng III nhà nớc trở lên

Lới toạ độ địa chính cấp I,II xây dựng trên lới toạ độ hạng III nhà nớchoặc lới toạ độ địa chính cơ sở Lới độ cao kỹ thuật tơng đơng với lới độ caohạng IV nhà nớc thì thờng phải bố trí trùng với lới toạ độ địa chính cấp I,II

Lới khống chế đo vẽ phát triển trên cơ sở lới toạ độ địa chính cấp I,II vàlới khống chế đo vẽ độ cao phát triển dựa trên các điểm độ cao kỹ thuật

Các quy định khác về cơ sở toán học phải tuân thủ theo các quy địnhcủa quy phạm hiện hành

lớp lại đợc chuẩn hoá thành một tệp tin riêng và sắp xếp theo từng lớp trên cơ

sở của việc phân chia nhóm lớp và lớp là các quy định về nội dung bản đồ địahình

Nội dung chính của các nhóm lớp quy định nh sau

Nhóm lớp cơ sở toán học bao gồm khung bản đồ, lới km, các điểmkhống chế trắc địa nh giải thích, trình bày khung ngoài và các nội dung có liênquan

Nhóm lớp dân c bao gồm nội dung dân c và các đối tợng kinh tế, vănhoá xã hội

Nhóm lớp địa hình bao gồm các yếu tố nh dáng đất, chất đất, các điểm

độ cao

Nhóm lớp thuỷ hệ bao gồm các yếu tố thuỷ văn và các đối tơng có liên quan.Nhóm lớp giao thông bao gồm các yếu tố giao thông và các thiết bị phụ thuộc.Nhóm lớp ranh giới bao gồm đờng biên giới, mốc biên giới, địa giớihành chính các cấp nh ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất

Nhóm lớp thực vật bao gồm ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật

Để tiện cho việc l trữ và khai thác các dữ liệu một cách dễ dàng thì cáctệp tin chứa các đối tợng của từng nhóm lớp phải đợc đặt tên theo một quy tắcthống nhất

Lớp thông tin (level) và mã đối tợng (code)

Trong mỗi tệp thì yếu tố nội dung đợc chia thành các đối tợng Mỗi tệp tin có 63lớp trong microtation nhng khi phân lớp không sử dụng hết toàn bộ mà dành lại một sốlớp trống cho các thao tác phụ khi số hoá Mỗi lớp có thể gồm một hoặc một vài đối t-ợng có cùng tính chất, mỗi đối tợng đợc gắn một mã riêng mã này thống nhất áp dụngcho toàn hệ thống bản đồ địa hình

Ghi chú và ký hiệu bản đồ

Ghi chú trên bản đồ địa hình bao gồm :

- Ghi chú tên vùng dân c, biển, vịnh, sông ngòi, cửa sông, mơng máng,

- Ghi chú số liệu là để nói rõ độ cao các điểm trên mặt đất, độ cao của

điểm khống chế và đờng bình độ, tỷ lệ độ cao của đờng nh bờ lở, vách sụt, núi

đá, độ sâu của khe, hố đất

1.5 Độ chính xác của bản đồ

Độ chính xác của điểm ảnh khống chế ảnh ngoại nghiệp

Sai số trung phơng về vị trí mặt phẳng của điểm khống chế ảnh ngoạinghiệp phục vụ cho công tác tăng dày khống chế ảnh ( điểm đo vẽ ảnh ) so với

điểm khống chế trắc địa nhà nớcgần nhất không quá 0,1 mm tính theo tỷ lệ

bản đồ cần thành lập Đối với vung ẩn khuất thì sai số trung phơng không quá0,15 mm.

Sai số trung phơng về độ cao của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệpphục vụ cho công tác tăng dày so với điểm độ cao nhà nớc gần nhất không quá1/10 khoảng cao đều của đờng bình độ cơ bản

Khi bay chụp mà có thể xác định toạ độ tâm chiếu hình thì độ chính xácxác định toạ độ tâm chiếu hình phải tơng đơng với độ chính xác xác định điểmkhống chế ảnh ngoại nghiệp

Độ chính xác về biểu thị độ cao

Sai số trung bình về độ cao của đờng bình độ, dộ cao của điểm đặc trng

địa hình, độ cao của điểm ghi chú, độ cao biểu thị trên bản đồ so với vị trí của

điểm khống chế độ cao ngoại nghiệp gần nhất không đợc vợt quá 1/3 khoảngcao đều của đờng bình độ cơ bản đối với vùng đồng bằng và không đợc vợtquá 1/2 khoảng cao đều của đờng bình độ cơ bản đối với vùng đồi núi và vùng

ẩn khuất

Phơng pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa cho độ chính xác cao Vì vậy

nó thuận tiện cho việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn và cực lớn Để đảm bảo độchính xác thì mật độ đo trực tiếp phải lớn nên thời gian làm việc ngoài trời lâu

Sự ảnh hởng của thời tiết và sự hạn chế tầm nhìn do địa vật gây ra là lớn tớicông việc Ngoài ra địa hình phức tạp cũng gây cản trở không nhỏ tới năngsuất công việc Do vậy phơng pháp này cho hiệu quả kinh tế không cao và cómột hạn chế về khả năng áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào sảnxuất Chính vì vậy mà phơng pháp này thờng đợc áp dụng vào những địa bànkhông lớn, chủ yếu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở các vùng dân c đặcbiệt là các vùng đô thị có mật độ dân c đông, nhà cửa công trình nhiều

Khi máy móc ngày càng hiện đại thì số liệu đo đợc ghi ở sổ ghi điện tử

và đợc lu giữ trong file số liệu dạng ASCII và đã giảm đợc tối thiểu thời gianthao tác ở thực địa Kết quả đo có độ chính xác là bao mhiêu đều phụ thuộcvào việc dựng gơng ở các điểm chi tiết và công tác sơ hoạ

1.6.2 Phơng pháp biên tập

Thành lập các loại bản đồ trên cơ sở các bản đồ cùng khu vực có tỷ lệlớn hơn mới đợc thành lập Khi tiến hành biên tập cần tuân theo những quy

định lấy bỏ, tổng quát hoá nội dung bản đồ Phơng pháp này có u điểm làthành lập bản đồ bằng phơng pháp trong phòng với thời gian ngắn và rẻ tiền,

có ứng dụng thành lập các loại bản đồ tỷ lệ trung bình, tỷ lệ bé, thành lập cácloại bản đồ chuyên đề

1.6.3 Phơng pháp phối hợp

Có hai phơng pháp phối hợp: phơng pháp đo phối hợp trên ảnh đơn vàphơng pháp đo phối hợp trên bình đồ ảnh Tuy nhiên phơng pháp đo phối hợptrên ảnh đơn đã không đợc ứng dụng nữa do nhiều bất cập của nó, hiện nay th-ờng sử dụng phơng pháp đo phối hợp trên bình đồ ảnh để thay thế ảnh sau khitiến hành nắn và cắt ghép lập bình đồ, tiến hành đo vẽ địa vật ở trong phòngsau đó kết hợp với đo vẽ địa hình và đo địa vật bổ sung ngoài thực địa

Phơng pháp này có u điểm là thành lập bản đồ với độ chính xác rất cao.Nhợc điểm là khối lợng công tác ngoại nghiệp khá nhiều do đó làm giảm tính

u việt của phơng pháp Nó đợc ứng dụng trong thành lập bản đồ vùng rộnglớn, bằng phẳng, bản đồ có yêu cầu khoảng cao đều và độ chính xác độ caongoại lệ

Đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả cácphơng pháp khác ngày nay nhờ có các thiết bị hiện đại nh máy đo vẽ lập thểtoàn năng quang cơ, máy đo vẽ toàn năng giải tích và trạm đo ảnh số mà ph-

ơng pháp lập thể thoả mãn tất cả các loại bản đồ có tỷ lệ từ 1:10000 trở xuống

Do đo vẽ trên mô hình nên phơng pháp lập thể hạn chế đến mức tối đa ảnh ởng của thời tiết và địa hình Đặc biệt đối với bản đồ trung bình và bản đồ tỷ

h-lệ bé thì không có phơng pháp nào cho độ chính xác cao hơn Có thể nói

ph-ơng pháp này luôn đợc áp dụng các thành tựu khoa học mới vào sản xuất đểgiải phóng con ngời khỏi lao động vất vả tăng năng xuất lao động đẫn tớigiảm giá thành sản phẩm

Ngày nay, phơng pháp đo ảnh số đã thể hiện sự u việt về tính tổng thể,

độ chính xác đồng đều rất thuận lợi cho công tác điều tra giám sát về chất ợng, tốc độ thi công nhanh, khả năng công nghiệp và tự động hoá cao, hiệuquả kinh tế lớn đặc biệt là phơng pháp này phát huy đợc hiệu quả khi tổchức thi công ở khu vực rộng lớn

l-Hiện nay trên thế giới và nớc ta thì công nghệ đo ảnh số đã và đang đợc

áp dụng rộng rãi trong sản xuất

Phơng pháp đo ảnh số:

Phơng pháp đo ảnh toàn số:

Trong phơng pháp này số liệu đa vào là ảnh số tức là tín hiệu ảnh quét

đợc ghi nhận thông qua các hệ thống điện tử, nếu t liệu đầu vào là ảnh chụptruyền thống thì trớc hết tiến hành số hoá ảnh bằng thiết bị số hoá Quá trình

đo vẽ ảnh số trong hệ thống này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: xác dịnhcác yếu tố định hớng ảnh, nhận dạng và tổ hợp ảnh, tính toạ độ không gian

điểm ảnh, nội suy bề mặt mô hình, tự động vẽ địa hình trên bản đồ ảnh trựcgiao đựoc thành lập theo phơng phơng pháp nắn ảnh số

1.6.4 Phơng pháp đo ảnh số tức thời:

Trong quá trình thu nhận thông tin ảnh và sử lý thông tin xảy ra đồngthời với sự liên kết chặt chẽ giữa thiết bị chụp ảnh và hệ thống máy tính cótính năng cao Phơng pháp đo ảnh số tức thời đợc ứng dụng trong nhiều lĩnhvực khoa học và công nghiệp Trong đo ảnh, phơng pháp nàyđợc ứng dụng đểphát triển phơng pháp đo ảnh tự động trong phạm vi gần Hiện nay đã có các

hệ thống đo ảnh tức thời nh MAPVISION của Phần Lan, IRI-D256 củaCanada và RTP của Thuỵ Sỹ v v

Sự khác biệt cơ bản của phơng pháp đo ảnh toan số với phơng pháp đo

ảnh tơng tự và đo ảnh giải tích là quá trình số hoá và sử lý các thông tin bứcxạ của ảnh Trớc đó các thông tin bức xạ của ảnh đợc sử lý một cách đơn giảnthông qua nhiều nguồn chiếu sáng và sử lý bằng mắt và não của con ngời.Cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thám các thông tin bức xạ của đối t-ợng chụp ảnh đã trở nên hết sức quan trọng trong công tác đo ảnh Có thể nóinếu không sử dụng thông tin bức xạ thì không thể thực hiện tự động hoá trong

đo ảnh

Do t liệu đo ban đầu của phơng pháp đo ảnh số là các ảnh số nên cácthiết bị quang cơ truyền thống sử dụng trong phơng pháp đo ảnh tơng tự trởnên không cần thiết nữa, thay vào đó là các máy tính hoặc trạm đo ảnh và cácphần mềm chuyên dùng Hiện nay phơng pháp đo ảnh số đợc ứng dụng cóhiệu quả trong việc thu thập, quản lý và sử dụng các thông tin ảnh trong kỹthuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Có thể nói, phơng pháp đo ảnh số là sự phát triển hiện đại về công nghệcủa phơng pháp đo ảnh đợc sử dụng có hiệu quả cao trong các lĩnh vực sau

đây:

- Thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ (từ 1:500 đến 1:50000) đốivới các vùng địa hình khác nhau

- Đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở từ tỷ lệ 1:1000 vùng đồng bằng đến1:25000 vùng núi

- Xây dựng mô hình số địa hình (DTM) phục vụ cho mục đích khácnhau nh: đo vẽ và tạo cơ sở dữ liệu địa hình, sản xuất bản đồ trực ảnh, lập cácbản đồ chuyên đề đo tính khối lợng v.v

Chơng II công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phơng pháp đo ảnh số

2.1 Khái niệm về ảnh số

ảnh số đợc tạo bởi mảng 2 chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thớc

đợc gọi là pixel Mỗi pixel đợc xác định bởi toạ độ hàng (m), cột (n) và giá trị

độ xám (g) của nó là g (m, n) biến đổi theo toạ độ điểm (x, y) Toạ độ hàng và

cột của mỗi pixel dều là các số nguyên Còn giá trị độ xám của pixel nằm

trong thang độ xám từ 0 đến 255 (thang độ xám có 256 bậc theo đơn vị thông

tin là 8 bit) Toạ độ số hoá chỉ là các giá trị rời rạc m, n và đợc biểu thị :

x m x

x  0  

y y0 n y (2.1)Trong đó :

m = 0,1, M

n = 0,1, N

x,y là bớc nhảy số hoá

Khi lấy x=y và m = n chỉ ra các giá trị rời rạc đợc gắn vào các giá

trị độ xám g (m, n) tơng ứng của các pixel, lúc đó chúng ta nói rằng ảnh dợc

lấy mẫu (Sampling) và các giá trị độ xám của nó đợc lợng tử hoá Nh vậy, ảnh

số là tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí m, n (hoặc x, y) và giá trị độ xám

g( M

-… 1)

1, - g( M

0)

1 , - g( M

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

1)

N g(1,

… 1)

g( 1,

0)

g( 1,

1) - N g(0,

… 1)

g( 0,

0)

g( 0,

(2.2)

Trong đó, mỗi pixel có độ xám g và có vị trí tính theo hàng m, cột n

Đối với ảnh vệ tinh dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu

vực bề mặt trên trái đất Giá trị độ xám của pixel đợc tính bằng giá trị trung bình của

độ phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel Ta có thể thu đợc

ảnh số nhờ các thiết bị số hoá mà cụ thể là máy quét ảnh

Quá trình số hoá bao gồm 2 vấn đề quan trọng đó là định mẫu ảnh và l

-ợng tử hoá hình ảnh, hay có thể nói rằng:

Quá trình số hoá = quá trình định mẫu + quá trình lợng tử hoá

Quá trình định mẫu ảnh đợc sử dụng để tạo ra sự rời rạc hoá không gian

hình học liên tục của ảnh Thông thờng nó đợc thực hiện nhờ hệ thống quang

học với kích thớc nào đó dã đợc chọn chuyển động dọc theo đờng quét trên

tấm ảnh, cũng tại thời điểm đó nó tiến hành đo, ghi (thời gian đã dợc định trớc

hoặc độ dài của bớc nhảy) phản xạ hoặc bức xạ giá trị độ đen của từng vùng

với đối tợng tơng ứng Việc định mẫu ảnh cho từng vị trí cửa mở của hệ thống

quang học là giá trị thich hợp của toàn giá trị độ đen trong khoảng cửa mở

(kích thớc) Theo luật định mẫu, bớc nhảy định mẫu lý tởng T thoả mãn điều

kiện:

f

l T

2

 (2.3)Trong đó:

fc là tần số cao nhất của phép biến đổi FURIER của việc định mẫu ảnh,tức là tần số cắt

Quá trình lợng tử hoá đợc sử dụng để tạo ra sự rời rạc không gian độ

đen liên tục của ảnh Lợng tử hoá có thể thực hiện bằng 2 phơng pháp là tuyếntính hoặc không tuyến tính

Lợng tử hoá cho ta các giá trị độ xám tại vị trí đợc số hoá thành cácmức độ xám với các khoảng nhảy bằng nhau

I=2M (2.4)Với M= 1,2, ,8 là số đợc lấy cho bậc độ xám

Với M = 1 thì ta có 2 mức độ xám trắng và đen

Với M = 8 thì ta có 256 mức độ xám, nh vậy khoảng dao động của mức

độ xám từ 0 đến 255

ảnh đen trắng chỉ bao gồm hai màu đen và trắng Ngời ta phân sự biến

đổi đó thành I mức Nếu I = 2, nghĩa là chỉ có hai mức 0 và 1 còn gọi là ảnhnhị phân với mức 1 tơng ứng với màu trắng và mức 0 ứng với màu đen ảnhnhị phân khá đơn giản, các phần tử ảnh có thể coi nh các phần tử logic Nếu I

>2 ta có ảnh đa cấp xám Việc xác định số mức phụ thuộc vào tiêu chí lợng tửhóa, I thờng chọn là 32, 64, 128 và 256

Với ảnh nhị phân, mỗi pixel mã hoá trên 1 bit, ảnh 256 mức mã hoátrên 8 bit (1 by) Các bậc độ xám này có thể lu trữ dới dạng một byte nênchúng có rất nhiều thuận lợi trong quá trình xử lý ảnh số

Kích thớc của file ảnh đợc tính bằng tích số hàng với số cột và số bit

đ-ợc dùng mã hoá cho một pixel

ảnh màu là ảnh tổ hợp từ ba màu cơ bản là đỏ, lục và lơ đợc thu nhậntrên các dải băng tần khác nhau Mỗi pixel ảnh màu gồm ba thành phần nhtrên Mỗi màu cũng phân thành I cấp khác nhau ( thờng là 256) Do vậy, để lutrữ ảnh màu, ngời ta lu trữ từng màu riêng biệt, mỗi màu lu trữ nh một ảnh đacấp xám Vì vậy, không gian nhớ dành cho một ảnh màu lớn gấp ba lần một

5 , 0

2 2

2 1

2

1 )

( ) (x  P x dx x dx

Ngoài ra, ảnh số có thể thu nhận trực tiếp nhờ hệ thống Sensor đặt trêncác thiết bị bay Phơng thức thu trực tiếp này đợc sử dụng trong kĩ thuật viễn

thám nh hệ thống MSS, TM đặt trên vệ tinh Lansat của Mỹ hoặc hệ thốngCDD đặt trên vệ tinh Spot của Pháp.

ảnh thu đợc sau quá trình số hoá đợc lu lại cho các quá trình xử lý tiếptheo hay truyền đi Cho đến nay, có rất nhiều kỹ thuật xử lý ảnh, tồn tại nhiều

định dang khác nhau nh ảnh đen trắng IMG, ảnh đa cấp xám, ảnh màu nhBMP, GIF, JPEG Mặc dù các định dạng này là khác nhau, nhng chúng cũngtuân theo một cấu trúc chung nhất định Bao gồm 3 phần:

Đầu tệp (header) chứa các thông tin về kiểu ảnh, kích thớc, độ phângiải, số bit dùng cho 1 pixel, cách mã hoá, vị trí bảng màu Kích thớc phầnheader phụ thuộc vào kiểu định dạng ảnh

Dữ liệu nén (Data Compression) là số liệu ảnh đã đợc mã hoá bởi kiểumã hoá chỉ ra trong header

Bảng màu (Palette Color) chỉ ra số màu dùng trong ảnh và đợc sử dụng

để hiện ảnh (bảng màu có thể không nhất thiết phải có)

Do dung lợng file ảnh rất lớn, nên ngời ta đã nghiên cứu và đa ra kỹthuật nén dữ liệu ảnh - đó là quá trình làm giảm lợng thông tin Ud thừa” trongdữ liệu gốc và kết quả là lợng thông tin thu đợc sau khi nén thờng nhỏ hơn dữliệu gốc rất nhiều Với dữ liệu ảnh, kết quả nén thờng là 10:1 Nếu sử dụng kỹthuật nén Fractal thì tỷ số nén có thể lên tới 30:1

Ngoài thuật ngữ Unén dữ liệu” ngời ta còn có các tên gọi khác nh giảm

độ d thừa, mã hoá ảnh gốc

Cho tới nay có rất nhiều phơng pháp nén đã và đang đợc nghiên cứu sửdụng và phân chia thành các nhóm lớn nh nén không mất mát thông tin (tức làcác phơng pháp nén mà sau khi giải nén ta thu đợc chính xác dữ liệu gốc) vànén có mất mát thông tin (tức là các phơng pháp nén mà sau khi giải nén takhông thu đợc dữ liệu nh bản gốc)

ảnh số có những u nhợc điểm sau:

u điểm

- Đễ sao chép, dễ nhân bản, dễ bảo quản

- Có thể đợc sử dụng để giải đoán tự động và bán tự động

- Dễ dàng thay đổi, tăng cờng chất lợng hình ảnh (Histogram)

- Có thể cho giá trị toạ độ và độ xám trực tiếp

- Có thể trực tiếp tích hợp các dữ liệu khác (dạng raster và vector)

- Có thể hiển thị ở rất nhiều tỷ lệ bằng Zoom in và Zoom out mà khônglàm giảm chất lợng ảnh

Nhợc điểm

- ảnh phân giải cao đòi hỏi bộ nhớ lớn

- Cần có máy tính màn hình đồ hoạ chất lợng tốt và phần mềm chuyên dùng

- Bị giới hạn bởi kích thớc màn hình

- Chuyển sang dạng tơng tự cần có máy in đắt tiền

2.2 Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số

Quá trình phát triển của đo vẽ ảnh số có liên quan mật thiết tới quá trìnhthiết kế, chế tạo và khả năng của các hệ thống đo vẽ ảnh số Hệ thống đo vẽ

ảnh số đợc định nghĩa là phần cứng và phần mềm để thu đợc các sản phẩm đo

vẽ từ ảnh số thông qua việc áp dụng các kỹ thuật tự động, bán tự động và thủ công Cấu trúc của hệ thống đo vẽ ảnh số đợc mô tả nh sau:

Hình 2,1 Hệ thống đo vẽ ảnh số

Hình trên thể hiện sơ đồ của hệ thống đo vẽ ảnh số Đó là một hệ thốngbao gồm các phần cứng và phần mềm máy tính để thực hiện các bớc xử lý đo

vẽ ảnh trên các dữ liệu ảnh số Trong công tác thành lập bản đồ thì dữ liệu ảnh

số ban đầu thờng có đợc thông qua quá trình quét ảnh hàng không bằng cácmáy quét chuyên dùng có độ chính xác cao Do đó máy quét là một phần tíchhợp quan trọng của hệ thống đo vẽ ảnh số Thành phần chính của hệ thống đo

vẽ ảnh số là trạm đo vẽ ảnh số Trên thực tế có thể bao gồm nhiều trạm với cáctính năng kỹ thuật và vai trò khác nh các trạm Image Station Z và SSK củaIntergraph Ngoài ra hệ thống này còn có các máy in raster hoặc in phim đểchuyển sản phẩm dạng số sang dạng tơng tự

Hệ thống đo ảnh số xử lý t liệu là ảnh thu đợc bản đồ dới dạng số Quaquá trình xử lý số liệu, sản phẩm nhận đợc của hệ thống đo ảnh số là: bản đồ

số, mô hình số địa hình và địa vật, ảnh trực giao và các số liệu liên quan Cácsản phẩm này đợc lu trữ trên máy tính và chúng có khả năng hiển thị trên mànhình máy tính và chuyển tải ra máy in và có thể kết hợp với các nguồn thôngtin khác trên các hệ thống GIS / LIS tạo ra khả năng lu trữ, cập nhật, quản lý

và khai thác một cách có hiệu quả Nó phục vụ không chỉ riêng cho nghànhtrắc địa bản đồ mà còn phục vụ đắc lực cho các nghành có liên quan Hệthống đo ảnh số gồm những thiết bị đợc liên kết chặt chẽ với nhau tạo thànhmột hệ thống hoàn chỉnh cho phép chúng ta thực hiện các chức năng của côngtác đo ảnh Các thiết bị đó gồm: máy quét, trạm xử lý ảnh số, máy in

Hệ thống bản đồ số hoặc GIS/LIS

Trạm

đo vẽ

ảnh số

Máy quét Raster

Máy in Raster hoặc phim

Mặc dù công nghệ đo ảnh số đã đợc phát triển khá rộng rãi nhng trongthực tế công nghệ chụp ảnh vẫn ít thay đổi và đại đa số ảnh hàng không hiệnnay vẫn đợc chụp bằng máy ảnh dùng phim Các máy ảnh hàng không hiện

đại có thể chụp ảnh với kích thớc là 23 cm  23 cm và thời gian giãn cáchgiữa 2 lần chụp khoảng 2 giây

Máy quét ảnh là một thiết bị đầu vào quan trọng của hệ thống đo ảnh

số Máy quét ảnh thực hiện chức năng biến đổi ảnh hàng không thành ảnh sốmột cách tự động và ảnh số đợc lu giữ trong máy tính dới dạng Raster

Khi nói tới máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh, ngoài độ chính xáchình học còn cần phải đề cập đến các tính chất và độ chính xác về bức xạ vìtrong các công đoạn đo vẽ ảnh, đặc biệt là các công đoạn đo vẽ tự động thôngtin bức xạ của ảnh là mấu chốt của các lời giải hơn nữa chất lợng bức xạ củamáy quét cũng là yếu tố quan trọng ảnh hởng tới một số sản phẩm của đo vẽ

ảnh số nh ảnh trực giao Nhiều máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh hiện nay

có khả năng lợng tử hoá theo 10 bit hay12 bit

Hiện nay ở nớc ta đã có các máy quét nh: FSI, VX3000, SCAL Cácmáy này đã và đang phục vụ tốt cho sản xuất của ngành đo đạc bản đồ và địachính Tuy nhiên để có đợc các máy này phải đàu t lớn

Bảng 2.1 Một số máy quét chuyên dùng trong đo vẽ ảnh số với các thông số kỹ

2,0m 4,0m

Các máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh cần có độ chính xác hình họckhoảng 2-4 m với kích thớc pixel nhỏ nhất có thể quét 7- 10m độ chínhxác của các máy quét ngang bằng với độ chính xác của các máy đo toạ độ ảnh

đơn (monocomparator) hoặc các máy đo vẽ giải tích chính xác

2.2.2 Trạm đo ảnh số

Trạm đo ảnh số là các máy tính điện tử hay các WorkStation có dung ợng lớn, đồng tời có tốc độ xử lý cao Nó là sản phẩm tuyệt vời của sự kết hợpgiữa cơ sở lý thuyết ngành trắc địa với công nghệ tin học để thực hiện cácchức năng đo ảnh Khi so sánh phơng pháp đo vẽ ảnh giải tích với phơng pháp

l-đo vẽ ảnh số thì u điểm lớn của các trạm l-đo vẽ ảnh số là loại bỏ tất cả các bộphận cơ học chính xác cao và đắt tiền thờng có trong máy giải tích Lý do làtrong đo vẽ ảnh số độ chính xác của các phép đo không còn bị hạn chế bởi cácgiới hạn vật lý của thiết bị nh độ nhạy của các trục vít, bớc răng hoặc các thiết

bị mã hoá Các trạm đo vẽ ảnh số không cần có các kiểm định cơ học, lau dầu

mỡ nh các máy đo vẽ giải tích

Hình 2.2 Sơ đồ của trạm đo ảmh số

Trạm đo vẽ ảnh số là hạt nhân của hệ thống ảnh số Nó bao gồm mộttrạm đồ hoạ với khả năng xử lý ảnh cao Bộ nhớ, các tính năng hiển thị trong

đại đa số trờng hợp là hiển thị lập thể và các phần mềm xử lý ảnh Các trạm đo

vẽ ảnh số đóng một vai trò then chôt khong chỉ trong việc lấy thông tin từ ảnh

mà còn tạo ra các sản phẩm mới cũng nh phơng pháp mới Các thế mạnh củacông nghệ đo vẽ ảnh số thể hiện rõ rẹt nhất trong các trạm đo vẽ ảnh số Sovới các máy giải tích thì các trạm đo vẽ ảnh số còn đa năng hơn nhiều Chúng

có thể xử lý nhiều loại ảnh số từ ảnh hàng không chụp từ phim sau đó đợcquét và ảnh hàng không đợc chụp từ máy ảnh số cho tới ảnh vẹ tinh Hơn thếnữa, các nhiệm vụ mà trong ảnh giải tích đòi hỏi nhiều máy móc khác nhau vànhiều ngời thao tác đợc đào tạo chuyên sẩuiêng thì trong ảnh số có thể dợcthực hiện chỉ trên một trạm đo vẽ và chỉ bởi một ngời thao tác

Hệ thống phần cứng

Phần cứng của một trạm đo vẽ ảnh số bao gồm:

- Một bộ xử lý CPU mạnh và bộ nhớ Ram lớn để có thể xử lý các file

ảnh số lớn sau khi quét

- Các tính năng xử lý phụ nh bộ tăng tốc đồ hoạ, bảng xử lý tín hiệu só,

bộ xử lý mảng để đảm bảo thực hiện nhanh các công việc có khối lợng tínhtoán lớn nh khớp ảnh hay tạo mô hình số địa hình (DTM)

- Bộ nhớ lu trữ t liệu lớn nh đĩa cứng và thiết bị lu trữ phải có dung lợnglớn để lu trữ dữ liệu ảnh

- Khả năng truyền dữ lỉệu nhanh giữa ram, bộ nhớ video để hiển thị ảnhtrên màn hình và bộ lu trữ dữ liệu chính trong đĩa cứng

- Màn hình mầu độ phân giải cao phục vụ đo vẽ lập thể

- Thiết bị đo lập thể cho phép định vị tiêu đo chính xác để thực hiện tốtcác thao tác nh đo điểm hay số hoá các đối tợng

thông tin lâu dài Bộ xử lý trung tâmBộ xử lý đồ hoạ có độ phân giải caoMàn hình lập thể

Xét về khía cạnh thuật toán thì các giải pháp dùng trong các trạm đo

ảnh số về cơ bản giống nh trong đo vẽ ảnh giải tích Chúng đều dung các cơ sởhình học xạ ảnh và các mô hình toán học giống nhaunh điều kiện đồng tuyến

Có thể chia làm 3 loai máy vẽ theo độ chính xác nh sau:

- Máy vẽ có độ phân giải thấp < 0.03 mm

- Máy vẽ có độ phân giảit trung bình: 0.01 - 0.02 mm

- Máy vẽ có độ phân giải cao > 0.01 mm

2.3 Một số kỹ thuật xử lý ảnh số

2.3.1 Tăng cờng chất lợng ảnh

Qúa trình phân tích ảnh thực chất là quá trình tăng cờng chất lợng ảnh

Do nhiều nguyên nhân khác nhau nh: tính năng của thiết bị thu nhận ảnh donguồn sáng và nhiễu xạ nên có thể bị suy biến Vì vậy cần phải tăng cờng vàkhôi phục ảnh để làm nổi bật các đặc trng chính của ảnh nhằm bảo đảm cho

ảnh số gần giống với ảnh gốc mà không bị biến dạng

Tăng cờng chất lợng ảnh và chiết tách đặc tính nh một thao tác chuyển

đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu cho ngời làm công tác giải toán ảnh, mộtthao tác nhằm phân loại, sắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêucầu hoặc chỉ tiêu đa ra dới dạng hàm số Cho đến nay, ngời ta vẫn cha đa ramột tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lợng của ảnh số Vì vậy việc nâng cao chấtlợng ảnh thờng theo yêu cầu và mục đích của ngời sử dụng Thực chất việcnâng cao độ tơng phản là sự cần thiết lợng tử hoá độ xám của ảnh Sự sắp xếp

độ xám sau quá trình này nằm trong khoảng từ 0 255 bậc Một số phơngpháp nâng cao độ tơng phản đợc sử dụng trong các thiết bị xử lý ảnh đợc kểtới nh nâng cao tuyến tính, nâng cao phi tuyến tính và nâng cao theo phép biến

đổi Histogram

2.3.2 Cấu trúc hình tháp

Cấu trúc hình tháp làm tăng tốc tính toán khi khớp ảnh cũng nh tăng tốc

độ đọc, hiển thị ảnh trên màn hình Các file ảnh sau khi quét thờng đợc tổchức theo các lớp cấu trúc hình tháp với độ phân giải khác nhau Các lớp hình

ảnh của một ảnh có độ phân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất

định (thờng là hệ số 2, 3 hoặc 4) Các lớp pixel đợc sắp xếp thứ tự từ lớp cókích thớc pixel lớn tới các lớp có kích thớc bé hơn, cao nhất (480m) là lớp

đợc coi là thô nhất và lớp pixel bé nhất (30m) đợc coi là lớp ảnh gốc Kháiniệm kích thớc pixel ở đây không giống nh pixel trên màn hình máy tính Trênmàn hình kích thớc pixel là không đổi, còn trong ảnh số kích thớc pixel có thểhiểu là khoảng cách nhỏ nhất đợc dùng thể hiện ảnh

Có nghĩa là lớp ảnh thô tầng trên có số lợng pixel ít hơn số pixel của lớp

ảnh tầng dới

Cấu trúc hình tháp của ảnh đợc áp dụng rộng rãi trong đo vẽ ảnh số từ

định hớng tăng dày cho tới các công đoạn nh tạo mô hình số địa hình (DTM)

và nắn ảnh trực giao Các lớp pixel của cấu trúc hình tháp còn có thể tách ra

và đợc dùng nh một file ảnh số độc lập

Các hệ thống ảnh số đều lấy cấu trúc này của loại tệp có tên mở rộng làTIF, đây là một cấu trúc tệp ảnh chuẩn của Microsoft Tuy nhiên các hãng sảnxuất phần mềm xử lý ảnh số đã cải tiến cấu trúc tệp *.TIF nhằm cải thiện khảnăng hiển thị ảnh trên màn hình máy tính Cấu trúc tệp ảnh các lớp ảnh hìnhtháp còn chia đợc thành các ma trận có kích thớc là 128 hoặc 256 hoặc 512pixel và xếp kề nhau (tiles) Với cấu trúc này chơng trình sẽ tính toán sao chotrên màn hình chỉ hiển thị phần ảnh thuộc đối tợng cần quan sát trong tầng

- Khớp ảnh theo vùng (Area Based Matching hay ABM)

- Khớp ảnh theo đặc trng địa vật (Feature Matching hay FBM)

- Khớp ảnh theo biểu tợng (Symbolic Matching)

Các thuật toán khớp ảnh khác nhau chủ yếu ở đối tợng hay thực thểdùng để so sánh, đối chiếu trên các ảnh để tìm ra các đối tợng cùng tên Các

đối tợng dùng để so sánh, đối chiếu có thể là các mức độ xám, các đặc trngcủa địa vật hay các biểu tợng mô tả Đây chính là sự khác biệt giữa các phơngpháp khớp ảnh

2.4.1 Phơng pháp khớp ảnh theo vùng

Lấy sự phân bố độ xám của ảnh làm cơ sở, nguyên lý tính toán tối u chophơng pháp khớp ảnh theo vùng là nguyên lý số bình phơng nhỏ nhất Sử dụngthuật toán bình sai cho các biến dạng độ xám trong quá trình tính các độ đo t-

ơng quan, cho nên có khả năng đạt độ chính xác cao và sử dụng trong nhữngnhiệm vụ đo ảnh cần độ chính xác cao, nh công tác tăng dày khống chế ảnh

Trong phơng pháp này xét tới hai loại biến dạng hệ thống của độ xám:biến dạng bức xạ và biến dạng hình học Từ đó sinh ra sự khác biệt về phân bố

độ xám của ảnh

Nguyên nhân sinh ra biến dạng bức xạ: độ chiếu sáng, hớng bức xạ trên

bề mặt vật chụp ảnh, khí quyển, độ suy giảm của kính vật máy chụp ảnh, sựkhác biệt về điều kiện xử lý ảnh và sai số trong quá trình số hoá ảnh v.v

Nguyên nhân chủ yếu sinh ra biến dạng hình học gồm: các loại biếndạng hình ảnh do phơng vị máy chụp ảnh và độ chênh cao địa hình gây ra.Trong chụp ảnh thẳng đứng thì độ chênh cao địa hình là nguyên nhân chủ yếucủa biến dạng hình học Vì vậy, đối với cùng địa hình có độ chênh cao lớn(vùng núi) việc khớp ảnh sẽ khó khăn hơn vùng bằng phẳng

2.4.2 Phơng pháp khớp ảnh theo đặc trng

Khi điểm ảnh cần khớp nằm trong vùng có độ tơng phản thấp, tức làthiếu thông tin trong cửa sổ khớp, tỷ số tín hiệu tạp rất nhỏ, thì khả năng khớp

đợc ảnh không cao Trong đo ảnh tỷ lệ lớn ở thành phố, đối tợng xử lý chủ yếu

là các vật kiến trúc, các đối tợng phi địa hình khi đó do tính không liên tục củahình ảnh, do bóng hoặc bị che khuất hoặc việc các đối tợng có kiến trúc giốngnhau Vì vậy, trong nhiều trờng hợp việc khớp ảnh chủ yếu dựa vào các đặc tr-

ng của địa vật trên ảnh với các thuộc tính mô tả nh: đặc trng điểm, đờng hoặcdiện Phơng pháp khớp ảnh này đợc gọi là khớp ảnh theo đặc trng Nó có thểphân thành các loại khớp ảnh theo đặc trng điểm, theo đặc trng đờng và theo

đặc trng diện Các loại khớp điểm này đều thực hiện theo 3 bớc:

- Lựa chọn đặc trng

- Mô tả đặc trng bằng một số tham số

- Sử dụng các tham số đã đợc xác định để tiến hành khớp ảnh

Các đặc trng có thể phân bố theo 2 dạng: Phân bố tuỳ ý và phân bố đều

Đối với mục đích đo ảnh khác nhau thì việc lựa chọn đặc trng cũng khác nhau,các đặc trng đợc lựa chọn trên ảnh có thể phân thành một số cấp theo cấu trúchình tháp để lần lợt xử lý khi khớp ảnh

Mô tả đặc trng bằng một số tham số, thờng thì lựa chọn đờng biên đối ợng làm đặc trng để khớp ảnh, sử dụng thuật toán biên (Edge Operation) đểtách biên từ ảnh sau đó dùng tham số mô tả biên

t-Khi tiến hành tham gia khớp ảnh điểm đặc trng, các điểm tham giakhớp ảnh có thể lựa chọn theo các tiêu chí sau:

- Trong vùng định đo trên ảnh phải chọn điểm đặc trng làm điểm có khảnăng khớp ảnh

- Tất cả các điểm ảnh trong vùng định đo của ảnh phải đều làm điểm cókhả năng khớp ảnh

2.4.3 Khớp ảnh theo mô hình đối tợng

Mục đích của khớp ảnh là thu nhận thông tin hình học của đối tợng đểxác định vị trí không gian của nó Vì vậy, sau khi nhận biết điểm ảnh cùng têntheo các cơ sở lý luận khớp ảnh nói trên, cần tiến hành tính toán xác định toạ

độ không gian (X, Y, Z) của điểm vật, sau đó thành lập mô hình số bề mặt vậtthể (nh mô hình số địa hình DTM) Trong quá trình xây dựng mô hình số bềmặt vật thể có thể cần phải sử dụng một số phơng pháp nội suy, nên ít nhiềulàm giảm độ chính xác đo.

Vì vậy, để tránh nhợc điểm này có thể sử dụng phơng pháp khớp ảnhdựa vào điểm vật có toạ độ không gian trên bề mặt của đối tợng và vận dụng

điều kiện đồng phơng để xác định độ cao Lúc này toạ độ mặt phẳng của điểmvật (X, Y) đã biết và chỉ cần xác định độ cao Z của nó Phơng pháp khớp ảnhnày đợc gọi là khớp ảnh theo yếu tố bề mặt của đối tợng tức là phơng phápkhớp ảnh theo độ cao

Nguyên lý cơ bản của phơng pháp nh sau:

Giả thiết trong không gian vật có một vật thẳng đứng thì hình ảnh của

nó trên ảnh cũng là một đờng thẳng tức là giao điẻm A của đờng thẳng đứngVLL (Vertical Line Locus) với mặt địa hình nhất định sẽ nằm trên hình chiếutơng ứng trên ảnh Vận dụng tính chất này có thể tìm kiếm các điểm ảnh cùngtên a1, a2 trên ảnh trái và ảnh phải để xác định độ cao của điểm A

Phơng pháp này đợc ứng dụng trong xây dựng mô hình số độ cao tự

động sau quá trình tăng dày tức là khi toạ độ tâm chụp và các yếu tố định ớng ngoài của mỗi ảnh đã đợc xác định

h-Trong tăng dày nếu có sử dụng toạ độ tâm chụp bằng công nghệ GPS vàcác điểm khống chế ngoại nghiệp đợc đánh dấu trớc khi chụp thì có thể ápdụng phơng pháp này để khớp đa ảnh cho quá trình định hớng tơng đối

Tóm lại bản chất của khớp ảnh là quá trình sử lý các thông tin bức xạtrên các vùng có độ phủ của 2 hay nhiều ảnh nhằm tự động tìm ra các điểm

ảnh cùng tên dựa trên cấu trúc hình tháp và một vài tham số hình học gần

đúng với ban đầu của ảnh Sau khi tìm đợc ra toạ độ của các điểm cùng tên sẽ

đợc tự động đo ngay Khớp ảnh mở ra khả năng chọn điểm, chuyển điểm và

đo diểm tự động đợc thực hiện gần nh đồng thời trên trạm đo vẽ ảnh số Khớp

ảnh đợc áp dụng trong công tác định hớng, tăng dày và tao mô hình số địahình

Để cho quá trình khớp ảnh đợc thực hiện tốt cần phải có những thôngtin cần thiết về mô hình hình học cũng nh mô hình bức xạ của ảnh Ngoài racác giá trị gần đúng ban đầu của một vài tham số cũng cần phải đợc xác địnhvới độ tin cậy nhất dịnh Đặc điểm địa hình địa vật cũng là những yếu tố rấtquan trọng và có ảnh hởng lớn tới kết quả khớp ảnh

Nh vậy để thực hiện các bớc xử lý ảnh số trong các ứng dụng của hệphần mềm theo nguyên lý khớp ảnh hoặc để tăng tốc độ đọc và hiển thị đồhoạ, các file ảnh thờng đợc tổ chức thành các cấu trúc hình tháp của ảnh Cáccấu trúc hình tháp của ảnh là các lớp pixels mới của cùng một file ảnh với độphân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất dịnh Cấu trúc hình thápnày đợc dùng rất nhiều trong các thuật toán khớp ảnh (tự động tìm kiếm điểmcùng tên trên các ảnh phủ nhau)

2.5 Quy trình đo vẽ bản đồ địa hình bằng phơng pháp đo ảnh số

Bản đồ địa hình là một loại bản đồ mang tính chất đặc biệt quan trọng,

nó có yêu cầu chặt chẽ về độ chính xác cũng nh phơng thức thể hiện nội dung.công nghệ thành lập bản đồ địa hình phải trải qua nhiều công đoạn với yêucầu chặt chẽ vè lý luận và thao tác Do vậy để đánh giá hết khả năng, hạn chế

và xu hớng phát triển của công nghệ số thành lập bản đồ Quy trình thành lậpbản đồ bao gồm các công đoạn sau:

2.5.1 Khảo sát thiết kế.

Thu thập các số liệu trắc địa bản đồ, khảo sát tình hình địa lý kinh tế,nắm bắt yêu cầu nhiệm vụ và khả năng kỹ thuật Lập luận chứng kinh tế kỹthuật đa ra các phơng pháp thực hiện, lịch tiến hành nhằm đảm bảo yêu cầu kỹthuật tính kinh tế và khả năng thực thi

2.5.2 Chụp ảnh hàng không

Đây là công đoạn đầu tiên trong phơng pháp thành lập bản đồ bằng ảnhhàng không Nó có ý nghĩa rất quan trọng tới độ chính xác của bản đồ cầnthành lập và hiệu quả kinh tế mà nó mang lại

Độ cao bay chụp có thể xác định theo công thức :

h p

 là sai số trung bình xác định độ cao

Ngày nay với kỹ thuật tiến bộ của của công nghệ GPS cho phép ta xác

định toạ độ tâm chụp ngay trong lúc chụp ảnh đã tạo điều kiện nâng cao chấtlợng kỹ thuật bay chụp Cùng với chất lợng của hệ thống quang học hoá ảnhcủa máy chụp và phim đợc nâng cao Tạo ra những tấm ảnh có chất lợng cao

2.5.3 Đo nối khống chế ảnh

Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp là cơ sở trực tiếp xác định toạ độ và

độ cao của các điểm tăng dày phục vụ cho công tác định hớng mô hình Nóthoả mãn một số yêu cầu sau:

- Độ chính xác phải cao hơn độ chính xác điểm tăng dày ít nhất mộtcấp

- Số lợng và vị trí điểm bố trí linh hoạt theo yêu cầu độ chính xác điểmtăng dày và phơng pháp tăng dày

Công tác đo nối khống chế ảnh đợc thực hiện bằng các phơng pháp giaohội hoặc máy GPS cho độ chính xác rất cao Đồ hình bố trí điểm đo nối phụthuộc vào phơng pháp tăng dày bằng tam giác ảnh không gian

2.5.4 Quét ảnh

Đây là công tác số hoá ảnh hàng không Dựa vào độ chính xác của bản

đồ cần thành lập theo quy phạm của tổng cục địa chính ban hành để lựa chọn

tỷ lệ ảnh chụp Từ đó ta lựa chọn độ phân giải của ảnh quét nhằm đảm bảo độchính xác của ảnh đo

In-Lu trữ

Việc lựa chọn độ phân giải của ảnh quét là một yêu cầu quan trọng.Trong khi quét, ngoài việc đảm bảo hình ảnh rõ nét còn phải chọn độ phângiải quét phim sao cho vừa phải đảm bảo độ chính xác đạt yêu cầu của bản đồcần thành lập vừa có dung lợng file là rất nhỏ.

Hiện nay, độ phân giải quét ảnh thờng đợc lựa chọn theo công thức:

M m

P 100  (2.8)Trong đó :

đoán đọc diều vẽ

Các phơng pháp đoán đọc và điều vẽ :

Điều vẽ ngoại nghiệp đợc áp dụng khi thành lập bản đồ có tỷ lệ lớn, cácvùng có nhiều địa vật thay đổi, các vùng dân c cần thu thập nhiều số liệu chitiết mà không thể hoặc khó có thể xác định đợc trên mô hình lập thể Phụthuộc vào quy trình công nghệ đo vẽ hoặc đặc điểm địa lý của khu đo và mức

độ nghiên cứu của nó Phụ thuộc vào tài liệu bay chụp là mới hay cũ và các tàiliệu đã có trên khu đo mà chọn phơng pháp điều vẽ cho thích hợp

Hiện nay, khi thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng công nghệ số thì tốt nhất

là điều vẽ trên ảnh đã đợc nắn đúng bằng tỷ lệ bản đồ cần thành lập Công tác

điều vẽ có thể thực hiện theo 2 cách sau:

Điều vẽ ngoài trời dày đặc là áp dụng khi đo vẽ lập thể mà khu đo cónhiều công trình xây dựng và khi đo vẽ phối hợp để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn

Điều vẽ ngoài trời theo tuyến là áp dụng cho những khu dân c, khu vựctơng đối phức tạp cho việc đoán đọc trong phòng, khu vực cha đợc nghiên cứu

đầy đủ và có ít tài liệu

Đoán đọc trong phòng: Cơ sở của phơng pháp là sử dụng các chuẩn

đoán đọc trực tiếp và các chuẩn đoán đọc gián tiếp để giải đoán các yếu tố địavật Công việc này thờng đợc thực hiện nhờ sự trợ giúp của các t liệu cũ kếthợp với kiến thức địa chất địa mạo của khu đo để nhận biết từng đối tợng

Đoán đọc và điều vẽ kết hợp là phơng pháp phù hợp cho nhiều trờnghợp thành lập bản đồ ngoại trừ bản dồ địa chính Thông thờng ngời ta đoán

đọc ở trong phòng sau đó mới điều vẽ ngoài trời theo tuyến đã thiết kế

2.5.6 Các thao tác trên trạm ảnh số

2.5.6.1 Tạo dựng Project

Là tập hợp và sắp xếp các file dữ liệu cần thiết cho một khu đo trêntrạm đo vẽ ảnh số Tên của th mục thờng đợc lấy từ tên của khu đo vẽ Trong

đó chứa các file dữ liệu nh file camera chứa các thông tin số của máy ảnh hayfile control chứa toạ độ và độ chính xác của điểm khống chế ngoại nghiệp.Ngoài ra trong th mục còn có các file kết quả Lúc đầu các file kết quả nàycòn là các file trống chỉ đến khi một số công đoạn đợc thực hiện xong thì cácfile này mới hoàn chỉnh.

Sau khi tạo xong Project thì hệ thống quy chiếu, hệ toạ độ, độ cao, lớichiếu của khu đo mới đợc thành lập

Cần lu ý khi đa vào các thông số kỹ thuật, kiểm định, hệ toạ độ, đơn vị

đo, thông số các tuyến bay, toạ dộ, độ chính xác của các điểm khống chế vàcác giới hạn cho sự hội tụ của bài toán bình sai

2.5.6.2 Tăng dày khống chế ảnh

Là khâu quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo vẽ ảnh số Từcác điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp đã có trên ảnh kết hợp với việc chọn

điểm đo toạ độ ảnh và bình sai khối tam giác ảnh không gian Xác định toạ độ

và độ cao của các điểm tăng dày đảm bảo mỗi mô hình có ít nhất 3 điểmkhống chế đạt độ chính xác phục vụ công tác định hớng tuyệt đối Sai số vị trímặt phẳng của các điểm khống chế tăng dày ít nhất phải đạt đợc là 0,1mmMbđ, còn sai số về độ cao phải bé hơn hoặc bằng 1/5 khoảng cao đều.Nhiệm vụ là xác định toạ độ điểm khống chế đo vẽ đợc chọn và đánh dấu ởnhững vị trí thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở liên kết các đối tợng đo

vẽ trong phòng với thực địa

2.5.6.3 Định hớng trong

Là công tác đầu tiên đợc thực hiện trên một tấm ảnh Quá trình định ớng trong thiết lập một mối quan hệ toạ độ ảnh thông qua toạ độ kiểm địnhcủa các mấu khung và hệ toạ độ ảnh quét thông qua kết quả đo đợc của cácmấu khung tơng ứng trên ảnh quét

h-Nh vậy, bản chất của định hớng trong của ảnh số là chuyển hệ toạ độtrong không gian hai chiều từ hệ toạ độ của ảnh quét sang hệ toạ độ của mặtphẳng ảnh Nếu nh ảnh đợc quét từ phim thì mối quan hệ này vẫn đợc thiết lậpcho từng tấm ảnh một Bài toán chuyển đổi hệ toạ độ có thể đợc thực hiệnthông qua việc đo toạ độ pixel của các mấu khung

Hiện nay trên các trạm đo ảnh số khả năng dịnh hớng trong là khá tốt.Vấn đề kỹ thuật là nhận dạng mẫu tự động Phần mềm định hớng phải tìm đợctâm của mấu khung và mô hình thờng đợc sử dụng là affine

2.5.6.4 Định hớng tơng đối

Là quá trình xác định mối liên hệ giữa tấm ảnh trái và phải của một cặp

ảnh lập thể Nó xác định đợc vị trí của các góc xoay của tấm ảnh này so vớitấm ảnh của một cặp ảnh lập thể thông qua việc đo các điểm định hớng môhình lập thể

Quá trình này đợc thực hiện bằng cách đo tại các điểm có vị trí phân bốchuẩn trên từng mô hình nhằm khử thị sai dọc tại các điểm trên vị trí chuẩn

2.5.6.5 Liên kết các dải bay

Khi định hớng tơng tối đợc hoàn thành thì các mô hình lập thể trong cáctuyến bay hình thành Nh vậy phải liên kết các tuyến bay thành một khối ảnhbằng việc đo các điểm nối trên mỗi mô hình đó nhằm tính chuyển toạ độkhông gian đo ảnh của các mô hình trong cả khối về một hệ toạ độ đồng nhất.

Hệ toạ độ không gian đo ảnh ( khi bình sai tơng đối) hoặc hệ toạ độ trắc địa( khi bình sai tuyệt đối )

2.5.6.6 Định hớng tuyệt đối

Là đa mô hình về tỷ lệ cho trớc và định hớng nó trong hệ toạ độ trắc

địa Để quá trình này đợc thực hiện chính xác thì phải có đủ số lợng điểm cótoạ độ trong hệ toạ độ trắc địa

Để bình sai khối tam giác ảnh thì thờng sử dụng chơng trình nh

Photo-T, MATCH-AT Khi bình sai cần phải sử dụng một số điểm khống chế ngoạinghiệp làm điểm kiểm tra Sau khi đã bình sai xong thì tiến hành so sánh các

số chênh lệch giữa các giá trị toạ độ tính toán đợc so với giá trị toạ độ gốc củacác điểm kiểm tra đó Các giá trị chênh này phải nằm trong hạn sai cho phépcủa quy phạm Trong quá trình bình sai nếu phát hiện các điểm khống chế ảnhngoại nghiệp có sai số vị trí mặt bằng và có độ cao lớn phải tiến hành kiểmtra, đo lại hoặc bổ sung

2.5.6.7 Xây dựng mô hình lập thể

Mô hình lập thể đợc xây dựng từ cặp ảnh lập thể, sau quá trình tăng dàykhống chế ảnh, trong bộ nhớ của máy tính có các giá trị nguyên tố định h ớngcủa ảnh, toạ độ của điểm tăng dày

Vì vậy, khi chọn cặp ảnh lập thể, mô hình lập thể đã đợc xây dựng tự

động, tác nghiệp viên kiểm tra lại quá trình định hớng tơng đối và định hớngtuyệt đối trong phạm vi của mô hình đơn

2.5.6.8 Đo vẽ các yếu tố đặc trng

Công tác này phục vụ cho việc xây dựng mô hình số độ cao Ngoài ra,trong khâu này có thể vẽ đờng bình độ trực tiếp nếu không dùng phơng phápnội suy

2.5.6.9 Thành lập mô hình số độ cao

Dữ liệu độ cao là một dạng dữ liệu đặc biệt trong hệ thống thông tin địa

lý Nó là một trong những lớp thông tin quan trọng nhất của bản đồ, đó là địahình Trong công nghệ bản đồ nói chung và công nghệ địa lý nói riêng dữ liệu

địa hình đợc thể hiện dới dạng mô hình số độ cao (DEM) DEM chính là sựphản ánh bề mặt vật lý miền thực địa dới dạng số Trong đo ảnh, mô hình số

độ cao đợc sử dụng để nắn ảnh trực giao và nội suy đờng bình độ

2.5.6.10 Thành lập bản đồ trực ảnh

Khi nắn trực giao nhằm cải chính sai số của ảnh, cơ sở toán học củaphơng pháp nắn ảnh số đợc xây dựng trên mối quan hệ phối cảnh giữa ảnh gốc

và ảnh nắn theo phơng thức nắn trực tiếp hoặc nắn gián tiếp

Sau mỗi quá trình xác định vị trí pixel tơng ứng trên ảnh nắn, ta tiếnhành nội suy lại giá trị độ xám của từng pixel Ta có thể chọn một trong ba

phơng pháp sau để nội suy, đó là phơng pháp nội suy nhân chập bậc ba, phơngpháp nội suy song tuyến và phơng pháp lân cận gần nhất.

Trên trạm đo ảnh số thờng sử dụng Modul Base Rectifer để nắn ảnh.Cắt ghép ảnh trên mảnh bản đồ phải đảm bảo mọi thông tin trên ảnh đợc bảo

lu tối đa, hài hoà về độ sáng, độ tơng phản và độ rõ nét đồng đều của các địavật

2.5.6.11 Nội suy đờng bình độ

Tiến hành nội suy đờng bình độ trên cơ sở mô hình số địa hình đã dựngvới khoảng cao đều đã xác định Sau đó, làm trơn đờng bình độ trên các thuậttoán nội suy theo một trong các nguyên lý sau:

Làm trơn đờng bình độ bằng cách loại bỏ các điểm thừa mà không làm

ảnh hởng đến hình dáng và độ chính xác của địa hình Cơ sở của thuật toánnày là một điểm nằm giữa hai điểm sẽ bị loại bỏ nếu độ dài đờng vuông góchạ từ điểm đó đến đờng thẳng nối hai điểm còn lại nhỏ hơn một giá trị cho tr-ớc

Làm trơn các đờng bình độ bằng cách xác định lại vị trí của điểm tạonên đờng bình độ đó Vị trí điểm thuộc đờng bình độ sẽ đợc xác định lại bằngcách lấy giá trị trung bình của chính nó với các điểm lân cận

Làm trơn đờng bình độ bằng cách xác định một đờng cong đi qua các

điểm thuộc đờng bình độ sao cho sự sai khác là ít nhất hoặc làm trơn bằngcách loại bỏ các đỉnh

Sau khi các đờng bình độ đợc làm trơn và kiểm tra, ta xác định các ờng bình độ cái và ghi chú độ cao

đ-2.5.7 Số hoá trên máy PC

2.5.7.1 Số hoá nội dung địa vật

Sau khi đã nắn ảnh trực giao có chất lợng nh bản đồ nên có thể đo đạcchính xác vị trí mặt phẳng mà không cần nhìn lập thể Kết hợp với đo vẽ ngoạinghiệp để bổ sung địa hình, địa vật phức tạp Thông thờng công tác này đợcthực hiện trên các máy tính PC cũng có thể kết hợp với trạm sử lý ảnh số đểtăng hiệu xuất làm việc Công tác này có sự trợ giúp của kết quả đoán đọc

điều vẽ ảnh, tiến hành số hoá chi tiết các đối tợng theo nội dung của bản đồnh: mạng lới giao thông, dân c, ranh giới hành chính, thuỷ hệ, thực vật

2.5.7.2 Biên tập nội dung bản đồ

Biên tập nội dung bản đồ là quá trình chuẩn hoá dữ liệu không gian saukhi đã số hoá và bao gồm việc gán các thuộc tính đồ hoạ cho các yếu tố để

đúng với yêu cầu của quy phạm Chuẩn hoá các đối tợng về màu sắc, đờngnét, kích thớc chữ, danh pháp theo đúng quy phạm

2.5.7.3 In bản đồ và lu trữ

Vì bản đồ đợc lu trữ dới dạng cơ sở dữ liệu, vì vậy khi in chúng ta cầnphải tuân thủ theo các quy định về trình bày bản đồ để có các xử lý kỹ thuậtcho phù hợp

Trên đây là toàn bộ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằngphơng pháp đo ảnh số Xử lý ảnh số trên trạm đo ảnh số cho ra các sản phẩm

đặc trng nh: mô hình số địa hình, bình đồ ảnh trực giao, bản đồ số

Kết luận

Mỗi một phơng pháp thành lập bản đồ đều có u và nhợc điểm riêng.Trong đo ảnh thì sự khác biệt cơ bản của phơng pháp đo ảnh số với các phơngpháp đo ảnh truyền thống là quá trình số hoá và xử lý các thông tin bức xạ của

ảnh

Nếu nh đầu vào là ảnh số thì phơng pháp ảnh số đã hoàn toàn loại bỏ

đ-ợc sai số của chất liệu phim ảnh, sai số cơ học của thiết bị đo ảnh, những sai

số này tồn tại trong các phơng pháp ảnh tơng tự và đo ảnh giải tích Nghĩa là

độ chính xác về mặt hình học trong phơng pháp đo ảnh số sẽ đạt đợc tốt hơn

so với các phơng pháp đo ảnh truyền thống

Hiện nay ảnh tơng tự vẫn là nguồn t liệu đợc sử dụng phổ biến hơn cả,

do đó đầu vào cho phơng pháp đo ảnh số là ảnh số hoá từ ảnh tơng tự sau quátrình quét ảnh bằng các máy quét có độ chính xác cao Nh vậy độ chính xáccủa phơng pháp đo ảnh số chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác của máy quét

và vật liệu ảnh

chơng 3

độ chính xác của bản đồ địa hình

đợc thành lập bằng công nghệ đo ảnh số

3.1 Các nguồn sai số ảnh hởng đến độ chính xác bản đồ địa hình

Độ chính xác của bản đồ địa hình đợc thành lập bằng phơng pháp đo

ảnh số phụ thuộc vào độ chính xác của nguồn t liệu ảnh, độ chính xác trongquá trình đo ảnh và độ chính xác của phơng pháp

Để đánh giá độ chính xác của phơng pháp đo ảnh số, ta cần tìm hiểunhững nguồn sai số truyền thống và những sai số đặc thù riêng của ảnh số ảnhhởng tới độ chính xác của phơng pháp này

Các nguồn sai số ảnh hởng đến độ chính xác của công tác thành lập bản

đồ địa hình cũng nh bản đồ địa chính bằng đo ảnh số:

- Sai số của tấm ảnh

- Sai số trong quá trình đo ảnh

- Sai số của phơng pháp

3.2 Sai số của tấm ảnh hàng không

Nh đã biết, tấm ảnh đợc xem là nguồn tin nguyên thuỷ của hình ảnhchụp Do đó để đánh giá độ chính xác đối với một phơng pháp thành lập bản

đồ từ ảnh hàng không, cũng nh phơng pháp ảnh số, ta đều phải xét tới nguồnsai số của tấm ảnh

Sai số của tấm ảnh bao gồm tất cả các nguyên nhân gây ra sự biến dạngcủa hình ảnh chụp, sự xê dịch vị trí điểm ảnh một tấm ảnh bao gồm cácnguồn sai số sau:

- Sai số do méo hình kính vật

- Sai số do khúc xạ khí quyển

- Sai số do sự không song song của kính vật

- Sai số do phim không đợc ép phẳng

- Sai số do biến dạng phim ảnh

- Sai số do độ cong của trái đất

- Sai số do sản xuất dơng bản

3.2.1 Sai số do độ cong của trái đất.

Tấm ảnh hàng không thờng đợc xem là kết quả của phép chiếu xuyêntâm các đối tợng chụp lên mặt phẳng ảnh Mặt khác, các đối tợng chụp làmiền thực địa trên trai đất hình cầu, do đó chắc chắn các kết quả nhận đợc củaphép chiếu xuyên tâm lên mặt phẳng ảnh sẽ có sự sai lệch về giá trị độ cao và

sự xê dịch về vị trí của điểm ảnh Các nguồn sai số này đợc tính theo côngthức sau:

r

r  

 (3.1)Trong đó:

H: Độ cao bay chụp

R:bản kính trái đất

r: khoảng cách trên tấm ảnh từ điểm đáy ảnh đến điểm cần xác định.f: tiêu cự của máy ảnh.

r

 : đợc xem nh giá trị điểm ảnh do địa hình lồi lõm gây ra

H r

r h

Trong trờng hợp ảnh hởng nghiêng, số hiệu chỉnh theo công thức (3.1)

là không chặt chẽ về mặt lý thuyết và ảnh hởng của nó trong một số trờng hợp

có thể vợt quá sai số đo toạ độ ảnh Nếu trong quá trình bình sai lới tam giáckhông gian ngời ta sử dụng hệ thống toạ độ địa tâm hoặc hệ thống toạ độ mặtphẳng thẳng góc tiếp tuyến thì ảnh hởng của sai số này đợc tự động loại trừ

3.2.2 Sai số do chiết quang khí quyển

Khí quyển là môi trờng truyền sáng không đồng nhất Do vậy khi cànglên cao khí quyển càng loãng nên các tia sáng phản xạ từ điểm vật qua môi tr -ờng khí quyển bị bẻ cong trớc khi tạo nên điểm ảnh tơng ứng trên phim taithời điểm chụp ảnh Do ảnh hởng của các yếu tố độ ẩm, nhiệt độ, áp xuất, bụinên tia sáng truyền trong khí quyển không phải là đờng thẳng Điều này gây

ra sự biến dạng của phép chiếu xuyên tâm và làm cho toạ độ điểm ảnh bị biến

đổi đi một lợng nào đó

Hình trên mô tả ảnh hởng của chiết quang khí quyển tới điểm ảnh.Trong đó đoạn aa’là giá trị xê dịch của vị trí điểm ảnh do chiết quang khíquyển Tính chất của chiết quang khí quyển.rất phức tạp vì nó chụi ảnh hởngcủa nhiều nhân tố,tuy nhiên qua kết quả nghiên cứu cho thấy là có thể phânchia khí quyển thành nhiều tầng khác nhau và mỗi tầng đợc coi là một môi tr-ờng không khí đồng nhất với hệ số chiết quang nhất định n, n1, n2, , nn Theoquy luật phản xạ và với việc xem xét các góc ' 1

1 i

2 i

i  , chúng ta có:nsin(i) = n1sin(i1) = nnsin(in)

hoặc sin(i) = (n/nn)sin(i) (3.4)

giả sử góc lệch của tia sáng từ A tới S do khúc xạ là , khi đó chúng ta có:

n

sin sin    (3.5)Vì  rất nhỏ nên phơng trình trên có thể rút gọn nh sau:

     i

n

n i i

n

sin cos

sin    (3.6)

Hoặc tg i

n

n n n n

n n n n

n

n

n n

ra là:

2

1 sec 1 cos

sin





i tg f i i f

f : tiêu cự máy chụp ảnh

r: khoảng cách đo đợc trên ảnh từ điểm ảnh đến điểm cần xác định

H0 độ cao tuyệt đối của máy bay

H độ cao chụp ảnh của điểm dang khảo sát

Đối với toạ độ điểm ảnh (x, y) ta sẽ có các sai số (x, y) do ảnh hởngcủa chiết quang khí quyển nh sau:

: là góc giữa vectơ hớng tâm giữa điểm ảnh và trục x

Sai số này rất nhỏ và có thể coi là không đáng kể.

Trong trờng hợp ta cha có điều kiện xác định các thông số kỹ thuậtchính xác về khí quyển, chúng ta có thể tham khảo các yếu tố của khí quyểnchuẩn trong điều kiện này  chỉ liên quan tới độ cao của A và i Khi đố ta cóthể đa ra sử dụng các giá trị gần đúng trong bảng (3.1) mà H là độ cao baychụp tơng đối

3.2.3 Sai số méo hình kính vật

Kính vật máy chụp ảnh hàng không là bộ phận quan trọng nhất quyết

định đến chất lợng của hình ảnh trên tấm ảnh chụp Không bao giờ chúng ta

có thể chế tạo ra một kính vật hoàn hảo, không có sai sót Sai sót lớn nhất màtrong công tác đo ảnh chúng ta cần quan tâm đến là sai số méo hình kính vật

Sai số méo hình kính vật.máy chụp ảnh có ảnh hởng trực tiếp đến toạ độ

điểm ảnh Đối với bản đồ tỷ lệ lớn, cần thiết phải nâng cao chất lợng của máychụp Điều này liên quan tới việc sản xuất kính vật tiêu chuẩn với sự xác địnhchính xác hiện tợng méo hình của nó



ftg r

r  

 (3.12)

Từ phơng trình trên chính ta thấy rằng sai số méo hình kính vật có quan hệ vớitiêu cự ảnh Khi tiêu cự thay đổi từ f tới f + f thì sai số méo hình cũng thay đổi mộtlợng là - f tg Sai số méo hình kính vật mới cho điểm ảnh là:

r3 = r – f tg (3.13)

3.2.4 Sai số biến dạng phim ảnh

Do ảnh hởng của các yếu tố kỹ thuật và điều kiện chụp ảnh nh: nhiệt

độ, độ ẩm, quá trình xử lý ảnh nên vật liệu chụp ảnh thờng bi biến dạng.Biến dạng phim là một trong những yếu tố ảnh hởng lớn đến quá trình sử lýcác số liệu đo ảnh Nguyên nhân biến dạng chủ yếu là thay đổi kích thớc tấmphim trong quá trình hình thành ảnh ngắm phim tại thời điểm chụp ảnh đếnkhi in và hiện ảnh trên phim dơng Sự biến dạng này đợc phân biệt thành cácloại nh sau:

- Biến dạng mang tính chất hệ thống, trong đó có thể có cả các trờng hợpbiến dạng đểu trên các hớng và trên tờng hớng của trục toạ độ (biến dạng affin)

- Biến dạng ngẫu nhiên và cục bộ, nó xuất hiện không có quy luật nhất

định và không đều trên toàn bộ mặt ảnh hoặc trên từng hớng Rõ ràng là ảnhhởng của biến dạng hệ thống của phim ảnh đối với vị trí điểm ảnh có thể xác

định đợc và loại trừ trong quá trình đo ảnh

Biến dạng đều Biến dạng affine

Hình 3.2 các loại biến dạng hệ thống của phim ảnh

- Biến dạng đều của phim ảnh trên các hớng hoặc trên từng hớng mangtính chất hệ thống Biến dạng này đợc khử bằng cách hiệu chỉnh vào tiêu cựmáy ảnh (f) một đại lợng (f).

f = (K - 1).f (3.14)Trong đó:

K là hệ số biến dạng phim ảnh và đợc xác định theo công thức sau:

L

L K







' (3.15)Trong dó:

L là khoảng cách gốc giữa các mấu khung toạ độ ảnh đợc đo trực tiếptrên mặt phẳng khung ảnh của máy chụp ảnh

L’ là khoảng cách giữa các mấu khung toạ độ tơng ứng đợc đo trên ảnh

Từ các công thức trên, ta có thể xác định độ xê dịnh vị trí điểm ảnh mtrong trờng hợp biến dạng đều nh sau:

f f

r m

m  

 (3.16)Trong đó:

r là khoảng cách đo trên ảnh từ điểm m đến điểm đáy ảnh O

Hình (3.2) thể hiện sự xê dịch vị trí điểm ảnh m một đai lợng r = m0mtrong trờng hợp biến dạng đều trên các hớng

- Biến dạng không đều, ta cần phải xác định hệ số K theo từng hớng x,

y của ảnh

x

x x

L

L K

L

L K







' (3.17)

Độ xê dịch vị trí điểm ảnh đợc tính theo công thức sau:

y

y x

fx = (Kx - 1)f fy = (Ky - 1)f (3.19)

Từ đó xác định đợc độ xê dịch vị trí điểm ảnh trên 2 hớng toạ độ x, y:

f f