công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông

công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông

bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học mỏ địa chất Trần trung anh công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông luận văn thạc sĩ kỹ thuật h nội-2005 bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học mỏ địa chất Trần trung anh công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông Chuyên ngành : Trắc địa Mã số : 2.16.00 luận văn thạc sĩ kỹ thuật ngời hớng dẫn khoa học GS. TSKH Phan văn lộc h nội-2005 1 lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân. Toàn bộ quá trình nghiên cứu đợc tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là chính xác, trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trần Trung Anh 2 lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo GS.TSKH Phan Văn Lộc, ngời đã dìu dắt tôi ngay từ khi bỡ ngỡ bớc vào nghề và động viên hớng dẫn tôi trong suốt thời gian công tác và làm luận văn. Thầy là một tấm gơng lớn về tinh thần trách nhiệm, lòng tận tụy, tình yêu nghề và ý thức nghiên cứu khoa học nghiêm túc. Đặc biệt thầy để lại trong tôi sự kính phục về tri thức khoa học, lối sống yêu thơng, độc lập và thẳng thắn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phạm Vọng Thành đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi thuận lợi trong công tác và cố vấn nhiệt tình về mặt chuyên môn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Trắc Địa ảnh, Bộ môn Trắc Địa Mỏ, Khoa Trắc Địa, Phòng Đại học và Sau Đại học, Trờng Đại học Mỏ Địa chất cùng bạn bè đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Tác giả luận văn 3 mục lục Trang phụ bìa Lời cam đoan .1 Lời cảm ơn .2 Mục lục 3 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .5 Danh mục các bảng .6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 7 Mở đầu .9 Chơng 1. tổng quan về sự phát triển của công nghệ đo ảnh 12 1.1. Bản chất và nhiệm vụ của phơng pháp đo ảnh 12 1.2. Sự phát triển của công nghệ đo ảnh 14 1.3. Đo ảnh mặt đất trên thế giới .17 1.4. Đo ảnh mặt đất tại Việt Nam 18 1.5. Cơ sở lý thuyết đo ảnh mặt đất .20 1.5.1.Các yếu tố định hớng của ảnh mặt đất 20 1.5.2. Các dạng chụp cơ bản của ảnh lập thể mặt đất 21 1.5.3. Công thức xác định tọa độ điểm chi tiết bằng ảnh mặt đất 22 1.5.4. Độ chính xác tọa độ điểm chi tiết xác định bằng ảnh mặt đất .23 1.6. Yêu cầu thực tiễn đặt ra cho đo ảnh mặt đất .24 1.7. Công nghệ đo ảnh số mặt đất 25 Kết luận chơng 1 27 Chơng 2. máy chụp ảnh số phổ thông và phơng pháp kiểm định 28 2.1. Máy chụp ảnh số phổ thông 28 2.2. Một số đặc trng của ảnh số .30 2.2.1. ảnh số 30 2.2.2. Độ phân giải của ảnh số .31 2.2.3. Nguyên lý tạo ảnh của máy chụp ảnh số .32 2.2.4. Bộ cảm CCD 32 4 2.3. Hệ thống kính vật của máy chụp ảnh số .34 2.4. Kiểm định máy chụp ảnh số phổ thông 34 2.4.1. Sự cần thiết phải kiểm định 34 2.4.2. Các phơng pháp kiểm định 35 2.4.3. Lựa chọn hàm toán học hiệu chỉnh sai số méo hình kính vật 38 2.4.4. Bản chất của méo hình kính vật .40 2.4.5. Thuật toán kiểm định .41 2.4.6. Chơng trình kiểm định .44 2.4.7. Quy trình kiểm định máy chụp ảnh số phổ thông .46 2.4.8. Kết quả kiểm định .48 Kết luận chơng 2 51 Chơng 3. công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông 52 3.1. Cấu trúc hình tháp với số lợng pixel không đổi 52 3.2. Xác lập hệ tọa độ mặt phẳng ảnh số .53 3.3. Giới hạn chụp hữu dụng của ảnh số 57 3.4. Thiết kế đờng đáy chụp ảnh 58 3.5. ảnh hởng của sự không ổn định của tiêu cự tới độ chính xác điểm chi tiết .60 3.6. Công nghệ đo vẽ ảnh số phổ thông .62 3.7. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ tỷ lệ lớn 64 3.8. Quy trình công nghệ thành lập bản vẽ kiến trúc .75 3.9. Công dụng và khả năng phát triển của t liệu ảnh số phổ thông 77 Kết luận chơng 3 79 chơng 4. thực nghiệm 80 Kết luận và kiến nghị . 88 Tài liệu tham khảo . 90 phụ lục 93 5 danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt CCD Charge Coupled Device - mảng nhận ảnh số CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor - mảng nhận ảnh số DTM Mô hình số địa hình GIS Hệ thống thông tin địa lý GPS Hệ thống định vị toàn cầu int Số nguyên Integer LIS Hệ thống thông tin đất đai m Đơn vị đo dài mét mm Đơn vị đo dài milimét MP Mega Pixel - triệu điểm ảnh Pixel Picture Element - phần tử ảnh số, điểm ảnh 6 danh mục các bảng Bảng 2.1. Một số máy chụp ảnh số phổ thông có độ phân giải tốt 29 Bảng 2.2. Một số máy chụp ảnh kỹ thuật số chuyên dụng 30 Bảng 2.3. Kết quả kiểm định máy chụp ảnh số Sony F707 48 Bảng 3.1. Tọa độ các mấu khung trong ảnh số phổ thông 55 Bảng 3.2. Tọa độ 4 mấu khung của ảnh số máy chụp Sony F707 56 Bảng 3.3. Thiết kế chụp ảnh cho máy chụp ảnh số Sony F707 59 Bảng 3.4. Giới hạn sai số tơng đối của tiêu cự máy chụp ảnh số Sony F707 61 Bảng 3.5. Sổ ghi các thông số chụp ảnh 67 Bảng 3.6. Kết quả định hớng và kiểm tra mô hình lập thể 71 Bảng 4.1.Thống kê sự so sánh kết quả đo ngoại nghiệp và kết quả đo ảnh 85 Bảng 4.2. Quy tỷ lệ và kiểm tra mô hình công trình Nhà hát Lớn Hà Nội 87 7 danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1. Đồ giải ảnh trên thớc Ckiridov 14 Hình 1.2. Đo vẽ bản đồ trên máy toàn năng Wild A8 15 Hình 1.3. Hệ thống đo vẽ ảnh giải tích Planicom P3 của Carl Zeiss, Đức 16 Hình 1.4. Trạm đo vẽ ảnh số ImageStation Z/I Intergraph, Mỹ 16 Hình 1.5. Các yếu tố định hớng ngoài của cặp ảnh lập thể mặt đất 21 Hình 1.6. Dạng chụp giao nhau, dạng chụp xiên đều và dạng chụp thẳng 22 Hình 1.7. Xác định tọa độ điểm chi tiết bằng ảnh mặt đất 23 Hình 1.8. Công nghệ đo ảnh số mặt đất 26 Hình 2.1. Máy chụp ảnh số Sony CyberShot Pro DSC-F828 28 Hình 2.2. Ma trận độ xám của ảnh số 30 Hình 2.3. Nguyên lý tạo ảnh của máy chụp ảnh số 32 Hình 2.4. Một số CCD nhìn ở bên ngoài 32 Hình 2.5. Nguyên lý tạo ảnh trên CCD 33 Hình 2.6. Hệ thống kính vật của máy chụp ảnh số 34 Hình 2.7. Phòng kiểm định máy chụp ảnh Carl Zeiss, Oberkochen, Đức 36 Hình 2.8. Tự kiểm định bằng các điểm khống chế tại thực địa 36 Hình 2.9. Bãi kiểm định chuẩn 37 Hình 2.10. Méo hình xuyên tâm 40 Hình 2.11. Hiệu chỉnh sai số méo hình xuyên tâm 40 Hình 2.12. Sự lắp ráp không đồng trục của hệ thống kính vật 41 Hình 2.13. Hiệu chỉnh méo hình tiếp tuyến theo công thức Brown 41 Hình 2.14. Giao diện của chơng trình kiểm định CalImage Ver 2.0 44 Hình 2.15. Sơ đồ khối tổng quát quá trình kiểm định ảnh 45 Hình 2.16. Quy trình kiểm định máy chụp ảnh số phổ thông 46 Hình 2.17. Méo hình xuyên tâm 5 3 3 21 rKrKrKdr ++= 49 Hình 2.18. Hiệu chỉnh méo hình xuyên tâm yx , 50 Hình 2.19. Méo hình tiếp tuyến yx , 50 8 Hình 2.20. Hiệu chỉnh méo hình kính vật dydx, 50 Hình 3.1. Cấu trúc hình tháp với số lợng pixel không đổi 52 Hình 3.2. Hệ tọa độ ảnh số và hệ tọa độ mặt phẳng ảnh 54 Hình 3.3. Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh số phổ thông 56 Hình 3.4. Giới hạn chụp hữu dụng của ảnh số 57 Hình 3.5. Thiết kế đờng đáy chụp ảnh 58 Hình 3.6. Thiết kế chụp ảnh cho máy chụp ảnh số Sony F707 60 Hình 3.7. Phần mềm ISDM định hớng cặp ảnh số phổ thông 62 Hình 3.8. Phần mềm PhotoModeler đo vẽ phi địa hình 63 Hình 3.9. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ địa hình 64 Hình 3.10. Chụp ảnh số phổ thông phục vụ đo vẽ địa hình mỏ lộ thiên 67 Hình 3.11. Mẫu sổ ghi sơ đồ trạm chụp tại thực địa 68 Hình 3.12. Nhập các hệ số méo hình của máy chụp ảnh số phổ thông 69 Hình 3.13. Định hớng trong tấm ảnh số phổ thông 70 Hình 3.14. Mô hình số địa hình 73 Hình 3.15. Quy trình công nghệ thành lập bản vẽ kiến trúc 75 Hình 3.16. Chụp ảnh số phổ thông phục vụ đo vẽ phi địa hình 76 Hình 3.17. Canon EOS 1Ds Mark II và CMOS 16,7 triệu pixel 78 [...]... dạng của đo ảnh, sự lựa chọn phơng pháp đo ảnh số là duy nhất hiện nay 1.7 công nghệ đo ảnh số mặt đất Trong công nghệ đo ảnh số mặt đất từ đối tợng đo, thiết bị chụp ảnh, công cụ xử lý đợc sản phẩm đo, nếu chụp ảnh đối tợng đo bằng máy kinh vĩ chụp ảnh chuyên dụng thì phải thông qua máy quét ảnh chuyên dụng để chuyển khuôn dạng tơng tự của phim kính sang dạng số sau đó nhập vào trạm đo ảnh số Điều... kiểm định máy chụp ảnh số là không thể thiếu và kết quả kiểm định máy chụp ảnh số phổ thông rất cần thiết trong đảm bảo độ chính xác của công tác đo vẽ ảnh 2.1 máy chụp ảnh số phổ thông Máy chụp ảnh số phổ thông là loại máy ảnh số thông dụng trên thị trờng phục vụ cho mục đích chính là chụp ảnh nghệ thuật Đối với đo ảnh các máy chụp ảnh loại này có các thuật ngữ gọi là: non-metric digital camera, amateur... trong công nghệ đo ảnh số Bởi vì các lý do sau: - Máy chụp ảnh số: ngày càng có độ phân giải cao và ngày càng rẻ - Công tác chụp ảnh gọn nhẹ, nhanh chóng, t liệu chụp nhiều, khuôn dạng ảnh số dễ dàng nhập vào máy tính không cần máy quét ảnh Việc áp dụng máy chụp ảnh số phổ thông vào công tác đo vẽ phi địa hình ở trên thế giới là khá phổ biến, nhng ở Việt Nam thì vẫn còn khá mới 27 mẻ áp dụng loại máy. .. Chơng 2 máy chụp ảnh số phổ thông v phơng pháp kiểm định Chơng này giới thiệu về thiết bị thu nhận hình ảnh không chuyên dụng cho đo ảnh, đó là máy chụp ảnh số phổ thông Nguyên lý tạo ảnh, nguyên nhân gây sai số vị trí điểm ảnh của máy chụp ảnh số phổ thông Phơng pháp kiểm định, thuật toán và chơng trình kiểm định, phân tích các kết quả kiểm định Từ đó khẳng định kiểm định máy chụp ảnh số là không... công nghệ thông tin Hình 1.2 Đo vẽ bản đồ trên máy toàn năng Wild A8 1.2.3 Đo ảnh giải tích (analytical photogrammetry) Ngay từ khi máy tính điện tử bắt đầu phát triển thì công nghệ đo ảnh đã đợc thừa hởng thành quả, đo ảnh giải tích ra đời và phát triển nhanh chóng (1950 đến nay) Đo ảnh giải tích là sự kết hợp hoàn hảo của công nghệ cơ học, quang học trong đo tọa độ ảnh công nghệ số hóa trị đo và công. .. thờng quan tâm nhiều ở ảnh vệ tinh 32 2.2.3 Nguyên lý tạo ảnh của máy chụp ảnh số Hình 2.3 Nguyên lý tạo ảnh của máy chụp ảnh số Nguyên lý tạo ảnh của máy chụp ảnh số cũng giống nh nguyên lý tạo ảnh của máy chụp ảnh thông thờng Điểm khác biệt lớn nhất của máy chụp ảnh số là không dùng phim halogel Bạc để lu trữ hình ảnh với độ nhạy cao mà dùng bộ cảm biến ánh sáng CCD để lu hình ảnh tạm thời kết hợp... vụ cho đo ảnh cần giải quyết Nhng vớng mắc ở đây là công nghệ chụp ảnh chuyên dụng cho đo vẽ Vậy giải quyết ra sao? Những năm đầu của thế kỉ XXI đã xuất hiện ồ ạt các loại máy chụp ảnh số phổ thông (non-metric digital camera) đợc dùng rộng rãi trong chụp ảnh nghệ thuật Chúng tôi sử dụng thuật ngữ này nhằm nói về loại máy chụp ảnh đại chúng trên cơ sở công nghệ số hóa, đợc sử dụng theo nhu cầu thông. .. Giải quyết các vấn đề về sự không chuyên dụng của ảnh số phổ thông nhằm nâng cao khả năng đo vẽ, độ chính xác của sản phẩm đo ảnh - Giải quyết một số đặc trng riêng khi xử lý tấm ảnh số phổ thông trên các phần mềm đo ảnh số - ứng dụng thành công trong đo vẽ đo vẽ địa hình và phi địa hình sử dụng ảnh số phổ thông, khẳng định u thế của phơng pháp đo ảnh - Nâng cao trình độ tiếp cận và phục vụ sản xuất... giải quyết, thành công của nó sẽ cởi bỏ một số gút mắc khó khăn về t liệu đầu vào của đo ảnh số mặt đất Với mong muốn đóng góp phần nhỏ của trí thức bản thân cho sự phát triển đa dạng của công nghệ đo ảnh ở Việt Nam, đợc sự hớng dẫn tâm huyết của thầy giáo GS.TSKH Phan Văn Lộc, tác giả đã chọn đề tài Công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông Đây là một mảng đề tài khá lớn đòi hỏi... kinh vĩ chụp ảnh chỉ dừng lại ở công nghệ đo ảnh tơng tự trên phim kính từ những năm 70 của thế kỉ trớc Ngày nay, khi công nghệ số đã phổ biến rộng rãi trong đo ảnh hàng không thì đo ảnh mặt đất với các máy kinh vĩ chụp ảnh gần nh đã bị lãng quên Không phải vì đo ảnh mặt đất không ứng dụng đợc công nghệ số mà vấn đề ở đây là công nghệ chụp ảnh Những máy PhotoTheodolite phải sử dụng những tấm phim kính . bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học mỏ địa chất Trần trung anh công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông . bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học mỏ địa chất Trần trung anh công nghệ đo ảnh trên cơ sở ảnh chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông Chuyên