Đề tài “Thành lập bình đồ ảnh vùng đồi núi và công tác đoán đọc điều vẽ ’’ doc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI Thành lập bình đồ ảnh vùng đồi núi và công tác đoán đọc điều vẽ Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 1 LớP cđ_tđ b_49 Mở đầu Trong quá trình tồn tại và phát triển của xã hội loài ngời có hai cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật mang tính đột phá. Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ nhất bản chất là quá trình cơ khí hoá, lấy máy móc thay thế cho lao động chân tay. Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ hai ,bản chất là quá trình tin học hoá, lấy công nghệ thông tin thay thế một phần lao động, trợ giúp con ngời về trí tuệ. Với cuộc cách mạng khoa học lần 2, chiếc máy tính đầu tiên đã ra đời và kể từ đó đến nay ngành công nghệ thông tin đã có những bớc phát triển to lớn, đợc ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực: kinh tế ,văn hoá, xã hội và đặc biệt là khoa học kỹ thuật. Từ cuối những năm 80, đầu những năm 90 của thế kỷ XX, ở Việt Nam công nghệ thông tin đã đợc áp dụng rộng rãi vào lĩnh vực Trắc địa nói chung và Trắc địa ảnh nói riêng. Sự phát triển của nó đã có tác động sâu sắc, làm thay đổi cơ bản diện mạo của ngành cũng nh tăng năng suất lao động và chất lợng sản phẩm bản đồ. Và cùng với sự phát triển đó phơng pháp đo ảnh số đã ra đời. Đây là phơng pháp có mức tự động hoá cao, đợc tiến hành trên các trạm ảnh số, với dữ liệu đầu vào cũng nh các kết quả trung gian đều là dạng số. Vì thế việc ứng dụng công nghệ ảnh số trong việc thành lập bản đồ địa hình đã giúp hạn chế đợc khối lợng công việc và có tính kinh tế đồng thời hạn chế đợc các sai số trong quá trình thành lập bản đồ địa hình. Trong quá trình thành lập bản đồ địa hình thì hai khâu quan trọng không thể thiếu là khâu thành lập bình đồ ảnh và khâu đoán đọc điều vẽ . Hai khâu này quyết định đến tính chính xác và trung thực của bản đồ thành lập. Đặc biệt công tác đoán đọc điều vẽ cần phải đợc tiến hành định kì để hiện chỉnh làm mới bản đồ để phục vụ cho các mục đích kinh tế chính trị, quốc phòng an ninh Để tìm hiểu về nội dung hai quá trình trên , với sự hớng dẫn tận tình, chu đáo của GS.TS khoa học PHAN văn lộc và sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Trắc địa ảnh và của lãnh đạo, cán bộ công nhân viên ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI Thành lập bình đồ ảnh vùng đồi núi và công tác đoán đọc điều vẽ Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 2 LớP cđ_tđ b_49 xí nghiệp Đo đạc ảnh địa hình, em đã thực hiện đề tài tìm hiểu công tác Thành lập bình đồ ảnh vùng đồi núi và công tác đoán đọc điều vẽ Đề tài bao gồm : Mở đầu Chơng I : Quy trình thành lập bình đồ ảnh bằng công nghệ ảnh số. Chơng II : Công tác đoán đọc điều vẽ phục vụ thành lập bản đồ địa hình. Chơng III : Thực nghiệm. Kết luận Mặc dù đã hết sức cố gắng nhng do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án không tránh khỏi có thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình chu đáo của thầy giáo GS.TS khoa học Phan Văn Lộc đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin chân thành cảm ơn xí nghiệp Đo dạc ảnh địa hình đã tạo điều kiện cho em trong quá trình thực tập để hoàn thành đồ án. Hà nội 1/2008 Sinh viên : Đỗ Văn Thế Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 3 LớP cđ_tđ b_49 Chơng i: QUY TRìNH THàNH LậP BìNH Đồ ảnh bằng công nghệ ảnh số I. Lí thuyết nắn ảnh Nắn ảnh là quá trình biến đổi hình ảnh của miền thực địa đợc chụp trên ảnh nghiêng thành hình ảnh tơng ứng trên ảnh nằm ngang có tỷ lệ phù hợp với tỷ lệ bản đồ cần thành lập, nhằm loại trừ các sai số do ảnh nghiêng và hạn chế sai số do chênh cao địa hình. Nguyên lí cơ bản của nắn ảnh là: - Biến hình ảnh trên ảnh nghiêng thành hình ảnh trên ảnh nắn. - Hạn chế sai số vị trí điểm do địa hình lồi lõm gây ra. Hình trên biểu diễn mối quan hệ phối cảnh giữa miền thực địa (giả thiết là một mặt phẳng G), ảnh hàng không nghiêng (P) và ảnh nắn ở tỷ lệ bản đồ cần thành lập (E). Về thực chất mặt E chímh là mặt thu nhỏ của mặt G với tỷ lệ (1/M). Vì vậy mối quan hệ phối cảnh cần đợc xác lập ở đây là giữa mặt Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 4 LớP cđ_tđ b_49 phẳng ảnh P và mặt nắn E. Để thực hiện đợc mục đích nói trên, việc nắn ảnh có thể tiến hành theo các phơng pháp sau : 1. Phơng pháp nắn ảnh giải tích. Thực chất phơng pháp này là giải bài toán nắn ảnh thông qua quan hệ toán học chặt chẽ giữa điểm ảnh và điểm vật tơng ứng (điểm vật đợc thay thế bằng điểm ảnh tơng ứng trên mặt phẳng nắn). Mối quan hệ này đợc biểu diễn bằng công thức sau : 1'' '' 87 321 yuxu fuyuxu X k 1' '' '87 654 y k uxu fuyuxu Y k fc a zu 3 1 1 k fc a zu 3 2 2 k fc a zu 3 3 3 k fc b zu 3 1 4 k fc b zu 3 2 5 k fc b zu 3 3 6 k fc c zu 3 1 7 k fc c zu 3 2 8 Trong đó : x , y ,f k là toa độ của điểm ảnh trên ảnh nghiêng X, Y, Z là toạ độ của điểm tơng ứng trên ảnh nắn Z = - H/M bd a i ,b i , c i (i = 1,2,3) là Cosin chỉ hớng của ma trận quay A u i (i = 1ữ 8) là tham số nắn ảnh. Phơng pháp này cho độ chính xác cao và cũng là một phần cơ sở toán học của phơng pháp tăng dày khống chế ảnh. 2. Phơng pháp nắn ảnh quang cơ Đây là phơng pháp sử dụng các máy nắn ảnh để dựng lại chùm tia chiếu của ảnh hàng không và biến đổi chùm tia đó theo những điều kiện nhất Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 5 LớP cđ_tđ b_49 định để tạo nên hình ảnh tơng ứng với ảnh chụp nằm ngang và thu nhận nó trên mặt nắn có tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Trong nắn ảnh quang cơ, sai số vị trí điểm do địa hình lồi lõm gây ra không thể đợc loại trừ , mà có thể hạn chế nó trong giới hạn cho phép thông qua việc giới hạn độ chênh cao địa hình trong phạm vi ảnh nắn. Độ chênh cao địa hình giữa điểm cao nhất so với điểm thấp nhất trong phạm vi của ảnh đợc xác định theo công thức: h max 2 gh .m bd .f k /r - Nếu độ chênh cao địa hình trong phạm vi của một tấm ảnh hàng không thoả mãn yêu cầu trên thì khu vực địa hình đó đợc coi là vùng bằng phẳng. Khi đó ta có thể tiến hành nắn ảnh theo nguyên lý nắn ảnh vùng bằng phẳng. - Nếu độ chênh cao địa hình vợt quá giới hạn cho phép thì ta phải tiến hành chia nhỏ vùng địa hình trên tấm ảnh thành những vùng nắn nhỏ. Khi đó áp dụng nguyên tắc nắn ảnh phân vùng. Nguyên tắc nắn ảnh phân vùng thờng chỉ thực hiện cho những vùng địa hình có h < 3. h max và phơng pháp này thờng chỉ áp dụng cho kĩ thuật nắn ảnh quang cơ. - Khi độ chênh cao địa hình rất lớn (đồi, núi) nếu ta nắn ảnh theo phơng tức trên thì bề mặt địa hình bị chia cắt rất phức tạp và sẽ không thể thực hiện đợc. Vì vậy trong trờng hợp h > 3h max thì tiến hành chia nhỏ ảnh nắn thành những vùng nắn rất bé với kích thớc xác định (thờng qua một khe hẹp) để tiến hành nắn. Trong quá trình nắn độ cao của ống chiếu luôn luôn đợc thay đổi để sao cho phần ảnh đợc nắn có độ chênh cao địa hình nằm trong giới hạn cho phép. Việc nắn ảnh theo phơng pháp này gọi là nắn ảnh vi phân đã dần dần đợc thay thế bằng phơng pháp nắn ảnh số. 3. Phơng pháp nắn ảnh số. Là phơng pháp nắn ảnh trong phơng pháp đo ảnh số để tạo nên ảnh trực chiếu, trong đó hình ảnh trên ảnh nghiêng sẽ đợc biến đổi từng phần tử ảnh ( hay còn gọi là Pixel ) trên ảnh nghiêng sẽ thành Pixel ảnh tơng ứng Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 6 LớP cđ_tđ b_49 trên ảnh nắn theo toạ độ đợc tính toán theo quan hệ phối cảnh và độ xám của nó. Đối với khu vực đồi núi có độ chênh cao địa hình lớn phải sử dụng phơng pháp nắn ảnh trực chiếu. Để nắn ảnh cần có mô hình số độ cao DEM . Khi đó ảnh hởng của chênh cao địa hình và các góc nghiêng, góc xoay của ảnh sẽ đợc khử trong nắn ảnh trực giao. II. Khái niệm về ảnh số Theo các khái niệm truyền thống, một ảnh chụp qua hệ thống kính quang học và vật liệu cảm quang đợc gọi là ảnh tơng tự. ảnh tơng tự là tập hợp những tín hiệu liên tục về không gian và về giá trị độ xám của các điểm ảnh để có thể xử lí các thông tin của máy ảnh trên máy tính thì phải thay đổi phơng thức lu ảnh là chụp ảnh số hoặc các ảnh tơng tự phải đợc số hoá bằng ảnh số . Vậy ảnh số là một dạng t liệu ảnh không đợc lu trên giấy hoặc phim thông thờng. Nó là một tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí (x,y) và giá trị xám tơng ứng với từng điểm ảnh. Trong ảnh số các điểm ảnh rời rạc (phần tử) của ảnh đợc gọi là Pixel và mỗi điểm ảnh tơng ứng với một Pixel đợc mô tả bằng hàm số ảnh với các biến toạ độ (x,y) và giá trị độ xám (D) của nó nh sau. F (x,y,D) Với giá trị hàm đợc giới hạn trong một phạm vi các số nguyên dơng là : 0 < F (x,y,D) <F Max Trong đó F Max là hàm số ảnh đợc lu trữ nh một byte thông tin: F Max =2 8 = 256 ảnh số thờng biểu diễn bởi ma trận hai chiều với số cộ là m, só hàng là n và toạ độ của điểm ảnh đợc xác định : 1< x < n 1 < y < m Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 7 LớP cđ_tđ b_49 Gốc toạ độ ảnh số mặt phẳng ảnh Gốc toạ độ (0,0) Cột y x hàng Các Pixel ảnh thờng có dạng hình vuông, mỗi Pixel đợc xác định bằng toạ độ hàng và cột. Nh vậy hệ toạ độ ảnh số thờng có dạng gốc O ở góc trên bên trái và tăng dần từ trên xuống dới với chỉ số hàng. Toạ độ của mỗi điểm ảnh trên ảnh số sẽ đợc xác định theo : x i = x 0 + i.x y i = y 0 + j.y Trong đó i,j là chỉ toạ độ của trị độ xám . i = 0, 1, 2,m- 1 j = 0, 1, 2,n - 1 x,y là khoảng cách lấy mẫu trên hớng x và y, thông thờng là x = y x 0 ,y 0 là toạ độ điểm khởi đầu. Độ xám D đợc lợng tử hoá theo 256 bậc độ xám và ma trận chia độ xám của nó đợc biểu điễn nh sau: ),(),()0,( ).(),()0.( ).0().0()0.0( mninn mjijj mi DDD DDD DDD D Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 8 LớP cđ_tđ b_49 D (i,j) là mức xám của Pixel ảnh ở cột i và hàng j của ma trận . Ngày nay trong công nghệ đo vẽ ảnh số , chủ yếu dùng ảnh tơng tự để số hoá thành ảnh số. Sự chuyển đổi này là quá trình lợng tử hoá ảnh thông qua các máy quét ảnh chuyên dụng. Quá trình lợng tử hóa ảnh liên quan đến lợng tử hoá độ phân giải của ảnh và lợng tử hoá độ xám của ảnh. Lợng tử hoá độ phân giải của ảnh: Thực chất là số hoá ảnh ,là quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự liên tục sang tín hiệu rời rạc (Pixel) có kích thớc cụ thể. Lợng tử hoá giá trị độ xám: Thực chất là quá trình biến đổi tín hiệu quang dới dạng tơng tự thành tín hiệu số theo từng Pixel đợc gán một giá trị xám tơng ứng. Giá trị xám hay còn còn gọi là mức xám là sự mã hoá tơng ứng cờng độ sáng của mỗi điểm ảnh bởi một giá trị số. Quá trình mã hoá này đợc mô tả trong nguyên lý hoạt động của các thiết bị tích điện ghép CCD (Charge Coupled Devices) trong bộ cảm biến . Khi dùng bộ cảm biến này để chụp ảnh số hoặc quét ảnh , các hạt lợng tử ánh sáng (Photon) đập vào các Pixel của CCD và tạo ra một sự tích điện trong mỗi Pixel đó . Các điện tích gây ra bởi các lợng tử ánh sáng đợc truyền tới bộ chuyển đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số . Bộ chuyển đổi đo các điện tích đó và chuyển chúng sang tín hiệu số tơng ứng tuỳ theo độ lớn khác nhau của các điện tích. Dới dạng tín hiệu số, mỗi Pixel đợc gán cho một giá trị số, các giá trị số này đợc thể hiện bằng các mức độ xám tơng ứng. III. Nắn ảnh số 1. Nắn ảnh vùng bằng phẳng. Đối với khu vực bằng phẳng ta có thể tiến hành nắn ảnh theo phơng pháp nắn ảnh đơn dựa trên cơ sở các điểm khống chế ảnh có ở trên ảnh việc [...]... vẽ, dạng số hay dạng văn bản Trong công tác đoán đọc điều vẽ ảnh người ta chia ra làm hai loại : Đoán đọc điều vẽ tổng hợp: là đoán đọc điều vẽ địa hình và đoán đọc điều vẽ cảnh quan Đoán đọc điều vẽ chuyên đề : là đoán đọc điều vẽ địa chất , đoán đọc điều vẽ lâm nghiệp Với quan điểm lý thuyết nhận dạng ,đoán đọc điều vẽ chia hai nhóm : + Các phương pháp đoán đọc điều vẽ dựa trên nguyên lý hoạt động sáng... chọn, vùng ảnh đã cắt sẽ được lưu trên máy tính bằng các file số liệu Bình đồ ảnh sau khi cắt ghép xong phải kiểm tra lại đối điểm và tiếp biên 7.3 Biên tập và in bình đồ ảnh Bình đồ ảnh được biên tập phục vụ cho công tác điều vẽ ,đo vẽ nội dung bản đồ Trên bình đồ ảnh được biên tập theo khung mảnh bản đồ cùng tỷ lệ có danh pháp của bản đồ địa hình Bình đồ ảnh được in trên giấy phục vụ điều vẽ ngoại... thành lập dưới dạng anbom và có thể sử dụng mọi trường hợp đoán đọc điều vẽ ảnh và cho công tác đào tạo cán bộ kỹ thuật đoán đọc điều vẽ Còn ảnh mẫu dùng riêng được thành lập để đoán Đỗ VĂN THế 31 LớP cđ_tđ b_49 Trường đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp đọc điều vẽ trên một khu vực cụ thể nào đó 1.2.Cơ sở sinh lý của đoán đọc điều vẽ 1.2a Thụ cảm thị giác và giới hạn thị giác: Đoán đọc điều vẽ là... cho công tác đoán đọc điều vẽ nhiều nhiệm vụ mới như đoán đọc điều vẽ ảnh vệ tinh Các yêu cầu kĩ thuật và các giai đoạn của công tác đoán đọc điều vẽ - Tuỳ thuộc vào bản đồ cần thành lập để chọn thông tin đúng mục Đỗ VĂN THế 27 LớP cđ_tđ b_49 Trường đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp đích ngoài ra tỷ lệ bản đồ cần thành lập cũng đòi hỏi khối lợng thông tin tương ứng Do đó, khi đoán đọc điều vẽ cần... trời và đoán đọc điều vẽ trong phòng Theo phương tiện tiến hành đoán đọc điều vẽ, có thể chia ra phương pháp đoán đọc điều vẽ bằng mắt và bằng dụng cụ - Phương pháp đoán đọc điều vẽ bằng mắt là dùng mắt kính, nhìn trực tiếp vào hình ảnh Trong trường hợp không thể dùng mắt để khai thác thông tin cần thiết khi đoán đọc điều vẽ ta phải dùng các thiết bị như : Kính lúp, kính nhìn lập thể, máy đoán đọc điều. .. IV Quy trình thành lập bình đồ ảnh bằng công nghệ ảnh số Phim ảnh HK Đo nối KCANN Quét phim Tạo Project Tăng dày khống chế ảnh Xây dựng MHLT Xây dựng MH số độ cao DEM Nắn ảnh trực giao Cắt ảnh, ghép ảnh Thành lập bình đồ ảnh In bình đồ ảnh (Sơ đồ công nghệ) 1 ảnh hàng không Đây là công đoạn thu thập và chuẩn bị tài liệu là bước đầu tiên trong quá trình thành lập bản đồ Việc sử dụng ảnh hàng không đòi... vậy để đoán đọc điều vẽ tốt ,người đoán đọc điều vẽ phải hiểu biết các môn học : Chụp ảnh hàng không ,Đo ảnh, Trắc địa, Địa lý, Bản đồ, các lĩnh vực nghiên cứu cụ thể như địa chất thuỷ văn và các vấn đề về toán thống kê, lý thuyết thông tin, lý thuyết nhận dạng Đoán đọc điều vẽ ảnh là phần việc sản xuất bản đồ bằng hình ảnh hàng không, kết quả của việc đoán đọc điều vẽ ảnh được ghi lại ở dạng vẽ, dạng... cho dạng và mức độ hoá mặn của đất hay đá mẹ bị phân hoá Chỉ báo thuỷ văn đặc trưng cho nước ngầm 1.1.1b Đoán đọc trên cơ sở ảnh mẫu: Mẫu đoán đọc điều vẽ là hình ảnh điển hình của một khu đo nào đó đã được khảo sát và đoán đọc điều vẽ ngoài trời mà với một độ tin cậy nhất định nó phản ảnh toàn bộ hình ảnh địa vật trên ảnh trong điều kiện chụp ảnh xác định Mẫu đoán đọc điều vẽ thường được thành lập từ... học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Chương ii công tác đoán đọc điều vẽ phục vụ thành lập bản đồ địa hình I- Khái niệm chung Đoán đọc điều vẽ ảnh là việc thu nhận thông tin của các địa vật theo ảnh dựa vào các quy luật tạo hình quang học và quy luật phân bố của các địa vật Theo định nghĩa trên ,việc đoán đọc điều vẽ ảnh được xây dựng trên cơ sở hình học và quang học( cơ sở toán học ) và sự phân bố không... pháp đoán nhận tự động trên thuật toán xử lý logic hình ảnh : Trong đó việc đoán đọc điều vẽ được tiến hành bằng cách biến đổi hình ảnh thành các tín hiệu ánh sáng hay các tín hiệu điện từ, sau đó mã hoá các tín hiệu và gia công các hình ảnh được mã hoá theo các quy luật toán học đã được thống kê và lý thuyết nhận dạng Theo nơi tiến hành đoán đọc điều vẽ, ta chia đoán đọc điều vẽ thành đoán đọc điều vẽ . đồ ảnh vùng đồi núi và công tác đoán đọc điều vẽ Đề tài bao gồm : Mở đầu Chơng I : Quy trình thành lập bình đồ ảnh bằng công nghệ ảnh số. Chơng II : Công tác đoán đọc điều vẽ phục vụ thành lập. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI Thành lập bình đồ ảnh vùng đồi núi và công tác đoán đọc điều vẽ Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế. núi và công tác đoán đọc điều vẽ Trờng đại học mỏ địa chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ VĂN THế 2 LớP cđ_tđ b_49 xí nghiệp Đo đạc ảnh địa hình, em đã thực hiện đề tài tìm hiểu công tác Thành lập bình đồ