Đề cương môn đo ảnh I

Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương. Đề cương ôn tập đo ảnh 1, ôn tập đề cương

Họ và tên: Trần Trọng Trường

Mã sinh viên: 1421050221

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN ĐO ẢNH 1

1 Khái niệm về đo ảnh?

2 Khái niệm về phương pháp đo ảnh?

 Bản chất?

 Nhiệm vụ?

 Phương pháp thực hiện?

 Các đặc trưng cơ bản của các phương pháp đo ảnh?

3 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đo ảnh?

4 Khái niệm về ảnh đo?(định nghĩa, phương thức và đặc điểm)

5 Các yếu tố hình học cơ bản của tấm ảnh hàng không?

6 Trình bày hệ thống tọa độ trong không gian ảnh?

7 Các nguyên tố định hướng của ảnh?

8 Bài toán chuyển đổi hệ tọa độ không gian vuông góc trong đo ảnh?

8.1 Phép chuyển đổi trực giao hai hệ tọa độ?(tìm ra ma trận A)

8.2 Các tính chất của ma trận quay A? (theo 8.1)

9 Bài toán thuận trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong đo ảnh? 10.Bài toán nghịch trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong đo ảnh? 11.Xét trường hợp đặc biệt công thức cơ bản quan hệ tọa độ trong đo ảnh? 12.Đối với ảnh lý tưởng?

13.Đối với ảnh nghiêng?

BÀI LÀM

Câu 1: Khái niệm về đo ảnh?

Định nghĩa: Đo ảnh:

 Là một ngành khoa học ký thuật xác định vị trí và hình dáng của đối tượng thông qua ảnh chụp

 Xây dựng đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng

 Là một phương pháp đo đạc gián tiếp

Câu 2: Phương pháp đo ảnh là một phương pháp viễn thám hiện đại trong lĩnh vực khoa học về trái đất.

 Bản chất:là một phương pháp đo gián tiếp có nhiệm vụ xác định trạng thái hình học của đối tượng đo (vị trí, hình dáng, kích thước và mối quan hệ tương hỗ) thông qua hình ảnh thu nhận được của chúng

 Bản chất của đo ảnh là một công cụ khoa học kỹ thuật phát triển để tự động hóa biểu diễn thông tin và thuộc tính không gian của đối tượng từ các hệ thống dữ liệu thu nhận được

 Nhiệm vụ của đo ảnh: xác định trạng thái hình học của đối tượng đo (vị trí, hình dạng, kích thước và mối quan hệ tương hỗ)

 Phương pháp thực hiện: Thu nhận ảnh được thực hiện bằng phương pháp chụp ảnh theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm hay phương pháp quét ảnh điện tử đo ảnh mặt đất, đo ảnh hàng không, đo ảnh vệ tinh

 Các đặc trưng cơ bản của các phương pháp đo ảnh:

Phương pháp

đo ảnh

Tư liệu đầu vào

Phương pháp thực hiện

đầu ra

Phương pháp

đo ảnh tương

tự

Ảnh tương tự

Chiếu hình quang cơ

Máy đo ảnh quang cơ

Bản đồ và các

đô 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 dùng

Bản đồ số, bình đồ ảnh,

cơ sở dữ liệu

số và các sản phẩm đồ họa

Câu 3: Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đo ảnh?

 Đặc điểm:

 Có thể đo được tất cả các đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp hoạc đến gần đối tượng mà chỉ cần chụp ản các đối tượng trong vùng ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại nhiệt, siêu cao tần Vì vậy mà có khả năng đo đo được rất đa dạng bao gồm miền thực địa lớn hoặc miền thực địa nhỏ

 Có thể thu nhận được các số liệu một cách nhanh chóng nên giảm nhẹ được công tác nặng nhọc ngoài thực địa

 Có thể đo được nhiều điểm khác nhau trong cùng một thời điểm

 Có khả năng tự động hóa cao do đó nó có khả năng nâng cao năng suất của các công tác đo đạc ngoài trời

 Nhược điểm: đòi hỏi trong thiết bị đắt tiền và phải bảo quản theo các thiết bị trong điều kiện nhất định Ngoài ra cần có các cán bộ kỹ thuật chuyên môn cáo

 Phạm vi ứng dụng:

Ngày nay ở hầu hết các nước trên thế giới, phương pháp đo ảnh đã trở thành một phương pháp cơ bản trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình các loại và được gọi là phương pháp trắc địa ảnh Ngoài lĩnh vực địa hình, phương pháp đo ảnh được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học kỹ thuật khác như:

 Thành lập bản đồ DEM và DTM

 Thành lập bản đồ 3D thành phố

 Thành lập bản đồ địa hình

 Thành lập bản đồ địa chính

 Đo vẽ phi địa hình

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

 Trong công nghiệp: đo tính khối lượng khai thác mỏ, nghiên cứu các phương án thiết kế va giữa 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, o tô, tàu thủy,…

 Trong nông nghiệp: điều tra quy hoạch đất đai, điều tra nghiên cứu rừng, ngiên cứu quát trình phát triển của gia súc hoặc các lạo cây trồng,

 Trong khí tượng thủy văn: nghiên cứu các hiện tượng về khí tượng (mây, mưa, gió), nghiên cứu dòng chảy và các hiện tượng thủy văn (sóng, thủy triều,…)

 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 các loại đầu đạn, tên lửa, máy bay, nghiên cứu các vụ nổ, ảnh chụp trinh sát,…

 Trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác như y học, địa đất, khảo cổ học, sinh vật học, hóa lý,

Câu 4: Khái niệm về ảnh đo?(định nghĩa, phương thức và đặc điểm)

 Định nghĩa: Ảnh đo là các ảnh chụp được dùng vào mục đích đo đạc

 Phương thức:

Ảnh đo là hình ảnh thu được của các đối tượng do nguyên lý phép chiếu xuyên tâm

Ảnh đo là kết quả của quá trình quang học hoặc quá trình quét ảnh điện – từ và được ghi nhận lại trên vật liệu ảnh theo những nguyên lý cơ bản của phép chiếu xuyên tâm đối với phương thực chụp ảnh quan học hoặc trên các bằng từ đối với phương thực quét ảnh

 Đặc điểm:

 Nội dung phản ánh trung thực các chi tiết bề mặt của đối tượng nhưng chưa thể hiện đươc đúng và đầy đủ theo yêu cầu của nội dung bản đồ

 Mức độ chi tiết và khả năng đo đạc của ảnh đo phụ thuộc vào điều kiện

và phương thức chụp ảnh, như: điều kiện khí tượng, thiết bị chụp ảnh, vật liệu ảnh, kỹ thuật chụp ảnh,…

 ảnh đo chỉ là nguồn gốc thông tin ban đầu nên không thể trực tiếp sử dụng như những thành quả đo đạc khác

Câu 5: Các yếu tố hình học cơ bản của tấm ảnh hàng không:

Giải thích:

 Mặt E được gọi là mặt phẳng vật

 Mặt P được gọi là mặt phẳng ảnh

 Điểm S là tâm chụp hay tâm chiếu

 Qua tâm chiếu S dựng mặt phẳng W

 Vết của mặt phẳng W trên mặt phẳng ảnh P là đường dọc chính vv

 Vết của mặt phẳng W trên mặt phẳng vật E là đường hướng chụp VV

 Giao tuyến giữa mặt phẳng ảnh P với mặt phẳng vật E là đường nằm ngang hay gọi là trục chụp TT

 Từ tâm chụp S kẻ đường vuông góc xuống mặt phẳng ảnh P và giao điểm của chúng được là điểm chính ảnh o So được gọi là tia sáng chunhs hay trục quang chính của máy ảnh

 Từ tâm chụp S kể đường vuông góc SN xuống mặt phẳng vật E và giao điểm với mặt phẳng ảnh là điểm đáy ảnh n

 Điểm đẳng giác c

 Điểm tụ chính I

 Đường chân trời hihi.

 Đường nằm ngang chính hoho.

 Đường đẳng tỷ lệ hchc.

 Độ cao chụp ảnh SN=H

Từ hình xác định được các đại lượng hình học cơ bản của hảnh hàng không:

So = fk ; Sn = ; Sc = ; SI =

on = fktgα; oI = fkctgα; oc = fk

 Khi góc nghiêng của ảnh α = 0, tức là mặt phẳng ảnh P nằm ngang Đây là trường hợp chụp ảnh hàng không lý tưởng Trường trường hợp này, các điểm chính ảnh o, điểm đáy ảnh n và điểm đẳng giác c trùng nhau tại một điểm Trên mặt phẳng ảnh, điểm tụ chính I và đường hihi

đầu nằm ở vô cực

Câu 6: Trình bày hệ thống tọa độ trong không gian ảnh:

 Hệ tọa độ mặt phẳng:

Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh được xác định theo các mấu khung của ảnh với trục x’ trùng với đường thẳng nối 2 mấu khung tương ứng ở giữa mép ảnh trái và mép ảnh phải, trục y’ trùng với đường thẳng nối 2 mấu khung tương ứng ở giữa mép trên và mép dưới ảnh, điểm gốc tọa độ trùng với giao điểm của 2 trục x’, y’

Hệ tọa độ mặt phảng ảnh

Một điểm P ảnh được biểu diễn trong hệ tọa độ này bằng vecto:

r’T = [x’ y’]

trong đó: x’, y’ là tọa độ ảnh của điểm P

 Hệ tọa độ không gian ảnh:

Hệ tọa độ không gian ảnh là một hệ đề-các được định nghĩa: điểm gốc tọa độ trùng với tâm chụp S, trục tọa độ z trùng với tia sáng chính So và hướng lên trên, các trục tọa độ x, y song song với các trục x’, y’ của hệ tọa độ mặt phẳng ảnh

Trong hệ tọa độ này một điểm ảnh P’ được biểu diễn bằng vecto:

RrT = [x y z]

Trong đó: z = -fk

Hệ tọa độ không gian ảnh

Câu 7 : Các nguyên tố định hướng của ảnh: được chia làm 2 loại : các nguyên

tô định hướng trong và các nguyên tố định hướng ngoài

 Các nguyên tố định hướng trong của ảnh là các yếu tố hình học xác định

vị trí không gian của tâm chụp S đối với mặt phẳng nhằm phục hồi lại chùm tia chụp ảnh

Tọa độ của điểm chính ảnh trong hệ tọa độ mặt phẳng ảnh : điểm chính ảnh là giao điểm của tia sáng chính với mặt phẳng ảnh Kí hiệu : o

 Đối với ảnh hàng không tọa độ của nó là : xo’ , yo’

 Đối với ảnh mặt đất tọa độ của nó là : xo’ , zo’

Khoảng cách từ tâm chụp S đến mặt phẳng ảnh được định nghĩa là tiêu cự của máy chụp ảnh Kí hiệu là fk

S

Z’

X’ Y’

X’

 Các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh đo là các yếu tố hình học xác

định vị trí của chùm tia chụp trong không gian vật

Các nguyên tố định hướng ngoài bao gồm :

 Tọa độ không gian của tâm chụp trong hệ tọa độ trắc địa : Xo, Yo, Zo

 Các góc định hướng của hệ tọa độ không gian ảnh trong hệ tọa độ trắc địa chia làm 2 nhóm :

Nhóm I :

 k là góc kẹp giữa đường dọc chính vv trên mặt phẳng ảnh với trục tọa

độ ảnh y’

 α là góc nghiêng của ảnh, là góc kẹp giữa trục quang chính So của

chùm tia với đường dây dọi qua tâm chụp S

 θ là góc kẹp giữa đường hướng chụp VV với trục tọa độ Xo

X

S

V

x’

A v

v y’

Z

O

α

y’

x’

S

v

v n

Nhóm II :

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

 Ω là góc nghiêng ngang của ảnh, tức là góc kẹp giữa tia sáng chính So với hình chiếu của nó trên mặt phẳng O-YZ

 K- là góc xoay của ảnh, tức là góc kẹp giữa trục y’ của hệ tọa độ mặt phẳng ản o’x’y ‘ với đường dọc chính vv trên mặt phẳng ảnh

X

b, Quay góc quanh trục X c, Quay góc quanh trục Z

a, Quay góc quanh

trục Y

Câu 8: Bài toán chuyển đổi hệ tọa độ không gian vuông góc trong đo ảnh?

8.1 : Phép chuyển đổi trực giao hai hệ tọa độ?(tìm ra ma trận A)

φ →ω→к

a, Quay góc quanh trục Y

Góc kẹp giữa các trục

Từ đó có :

A = =

Do đó có:

=

b, Quay góc quanh trục X

Góc kẹp giữa các trục

Từ đó có:

A = =

Do đó có:

=

c, Quay góc quanh trục Z

Từ đó có:

A==

Do đó có:

=

Ta có:

A = Ak=

=

a11 =

a12 =

a13 =

a21 =

a22 =

a23 =

a31 = +

a23 = +

a33 =

8.2 : Các tính chất của ma trận quay A? (theo 8.1)

 Ma trận quay A là một ma trận trực giao:

A.AT= E

A.AT= (Aφ Aω).(Aφ Aω)T= Aφ Aω.AT

φ AT ω

 Các cosin chỉ hướng của ma trận quay phụ thuộc vào quá trình tự quay các góc

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

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

AωAφ ≠ AφAω

O X

Z

Y

M’

R

r S

Ro

M R

Z

Câu 9: Bài toán thuận trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong ảnh?

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 M

và p’ phải nằm trên một đường thằng hay nói các khác là S,P,P’ thẳng hàng => vector SP và SP’ cùng phương => R= Ro + m.A.r’(1)

Trong đó:R là vector tọa độ điểm vật M 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 -> r’=

A là ma trận quay với các góc định hướng của ảnh trong hệ tọa độ=>A==

Từ (1) =>

= +m (2)

Đối với ảnh đơn,hệ số tỉ lệ điểm ảnh m không được xác định.Vì vậy,từ (2) ta có thể xác định được tọa độ mặt phẳng của điểm vật M theo quan hệ sau:

X= Xo +(Z-) (3)

Y= Yo +(Z-)

(Z-Zo )=-H

U=a11(x’-x’o) + a12(y’-y’o) – a13

V=a21(x’-x’o) + a22(y’-y’o) – a23

W=a31(x’-x’o) + a32.(y’-y’o) – a33

Nên có:

X=-H

Y=-H

Câu 10: Bài toán nghịch trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong ảnh?

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 (1) =>r’ = m-1.A-1 (R- Ro)

Trong đó:m’= và vì ma trận quay A là một ma trận trực giao

Từ đó có quan hệ tọa độ sau:

x’=x’o – fk

y’ = y’o – fk (4)

Trong đó :

U’=a11(X-) +(Y-)+(Z-)

V’=a21(X-) + a22(Y-)+(Z-)

W’= a13(X-) +(Y-)+(Z-)

Câu 11: Xét trường hợp đặc biệt công thức cơ bản quan hệ tọa độ trong đo ảnh?

X Y

Z

z

y x M’

M R

S

X O

Y

S z

Z y

x

M’

Ảnh hàng không nghiêng Ảnh hàng không lý tưởng

1.Ảnh lý tưởng:

+ t = α = =0

+ y= = ω = 0

=> ==E

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

Thay vào công thức (3) và(4) ta có:

X=x’=x’ ,Y=y’=y’

x’=X= X ,y’=Y= Y

2.Ảnh nghiêng (tức α # 0)

Giả thiết t= = 0

Aα = =

Thay vào công thức ta có quan hệ tọa độ sau :

X = +H

Y = +H

x’ = +

y’ = +

Câu 12: Đối với 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

Ảnh nằm ngang (*)

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

Câu 13: Đối với 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