Tổng Quan Về Các Phương Pháp Đo Vẽ Ảnh Lập Thể

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VẼ ẢNH LẬP THỂ Cùng với phát triển ngành Trắc địa - đồ, lịch sử phát triển phương pháp đo vẽ ảnh trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, giai đoạn phát triển tương ứng với khả công nghệ đương thời Các phương pháp đo vẽ ảnh bao gồm: - Phương pháp đo vẽ ảnh tương tự - Phương pháp đo vẽ ảnh giải tích - Phương pháp đo vẽ ảnh số 2.1 Phương pháp đo vẽ ảnh tương tự Trong phương pháp đo vẽ ảnh tương tự có hai phương pháp đo vẽ khác nhau: phương pháp vi phân phương pháp toàn 2.1.1 Phương pháp vi phân Quá trình thành lập đồ gốc từ ảnh đo tiến hành độc lập với không gian thời gian Số lượng công tác riêng biệt phương pháp vi phân phụ thuộc vào biện pháp sử dụng để đo vẽ đồ Sản phẩm phương pháp đo vẽ vi phân bình đồ ảnh có đường đồng mức Các thiết bị dùng đo vẽ ảnh phương pháp vi phân có độ xác thấp, suất không cao Quy trình công nghệ thành lập đồ phương pháp vi phân gồm bước sau:  Chụp ảnh hàng không  Đo nối điểm khống chế ngoại nghiệp  Tăng dày khống chế ảnh  Điều vẽ ảnh hàng không  Đo vẽ địa hình  Tẩy trắng chụp lại kết đo vẽ  Chiếu hình chuyển vẽ địa hình, địa vật  Thanh vẽ đồ gốc Phương pháp xuất Liên Xô (cũ) vào năm 30 kỷ 20, không ứng dụng 2.1.2 Phương pháp toàn Phương pháp đo vẽ ảnh dựa nguyên lý biến đổi chùm tia chiếu tờ ảnh Phương pháp sử dụng hệ thống máy đo vẽ toàn Quy trình công nghệ thành lập đồ địa hình phương pháp toàn sau: Sơ đồ 2: Quy trình thành lập đồ địa hình phương pháp toàn Khảo Khảo sát sát thiết thiết kế, kế, làm làm dấu dấu mốc mốc Bay Bay chụp chụp ảnh ảnh Đo Đo nối nối khống khống chế chế ngoại ngoại nghiệp nghiệp Tăng Tăng dày dày tam tam giác giác ảnh ảnh không không gian nội nghiệp gian nội nghiệp Đoán Đoán đọc đọc và điều vẽ ảnh điều vẽ ảnh Đo Đo vẽ vẽ trên máy máy toàn toàn năng Thanh Thanh vẽ vẽ bản đồ đồ gốc gốc 2.2 Phương pháp đo vẽ ảnh giải tích Phương pháp đo vẽ ảnh giải tích đời thay phương pháp đo vẽ ảnh tương tự Nội dung phương pháp sau:  Phát triển phương pháp tam giác ảnh không gian giải tích thay phương pháp tam giác ảnh không gian quang  Xây dựng hệ thống đo ảnh giải tích sở liên kết chặt chẽ thiết bị đo ảnh xác cao với hệ thống máy tính phần mềm chuyên dụng Sự khác phương pháp giải tích phương pháp tương tự: phương pháp giải tích lấy xử lý tính toán để thực trình giao hội tia chiếu không gian thay phép giao hội quang phương pháp đo vẽ ảnh tương tự 2.3 Phương pháp đo vẽ ảnh số 2.3.1 Tổng quát Trong phương pháp đo ảnh số, liệu đầu vào phục vụ công tác đo ảnh ảnh dạng số, ảnh chụp kỹ thuật số ảnh tương tự chuyển thành dạng số hệ thống máy quét ảnh Khi quét ảnh, hệ thống máy quét ghi nhận tín hiệu từ ảnh thông qua hệ thống thiết bị điện từ Các điểm ảnh lưu trữ máy tính dạng giá trị độ xám điểm ảnh Hệ thống đo vẽ ảnh số xử lý tín hiệu điện từ tờ ảnh để thành lập mô hình lập thể ảnh số Các công tác thành lập mô hình lập thể ảnh số bao gồm:  Định hướng tờ ảnh  Định hướng tương đối cặp ảnh lập thể  Định hướng tuyệt đối mô hình lập thể  Thành lập mô hình lập thể  Xác định toạ độ, độ cao điểm ảnh  Thành lập mô hình độ cao số  Nội suy đường đồng mức Số hoá đối tượng mô hình lập thể (chủ yếu chi tiết địa vật) ảnh nắn trực giao Hiện nay, tồn khái niệm phương pháp đo ảnh số: Khái niệm thứ nhất: phương pháp đo vẽ ảnh số phương pháp xử lý thông tin hình học thông tin vật lý ảnh đo Phương pháp dựa nguyên lý phương pháp đo vẽ ảnh kết hợp lý luận phương pháp nhiều lĩnh vực khoa học khác như: khoa học máy tính, kỹ thuật nhận dạng, kỹ thuật xử lý tín hiệu số,… Kết xử lý phương pháp tồn dạng số, tức số liệu đầu vào, số liệu trung gian số liệu đầu dạng số Khái niệm thứ hai: tất phương pháp đo ảnh kết xử lý trung gian sản phẩm cuối dạng số gọi phương pháp đo ảnh số Theo khái niệm thứ hai, có phương pháp đo ảnh số:  Phương pháp đo vẽ ảnh số có trợ giúp máy tính phương pháp đo vẽ ảnh sử dụng hệ thống máy đo vẽ ảnh giải tích máy đo vẽ ảnh quang kết hợp máy tính thu nhận liệu xử lý liệu thành lập đồ số, mô hình độ cao số, Trong phương pháp này, liệu đầu vào ảnh quang học analog, trình đo ảnh thực theo phương pháp nhìn lập thể, máy tính thực trình ghi nhận liệu xử lý liệu Đây phương pháp đo vẽ bán tự động  Phương pháp đo vẽ ảnh số sử dụng hệ thống máy tính phần mềm chuyên dụng thực trình xử lý ảnh cách tự động Phương pháp không cần sử dụng máy quang thao tác truyền thống Dữ liệu đầu vào sử dụng ảnh số ảnh quang học analog thông qua trình số hoá ảnh Dựa vào trình số hoá ảnh, có phương pháp đo vẽ ảnh số: a) Phương pháp đo ảnh số phối hợp: người ta lắp đặt số hoá CCD máy đo ảnh giải tích để số hoá phần tờ ảnh, liệu số hoá thu nhận thông qua tổ hợp Một số hệ thống tiêu biểu như: - Hệ thống DCCS (Digital Comparator Correlation System) hãng Helava - Hệ thống hãng Wild Kern b) Phương pháp đo ảnh toàn số: liệu đầu vào ảnh số, tín hiệu ảnh ghi nhận thông qua hệ thống điện từ Nếu tư liệu đầu vào ảnh analog phải tiến hành số hoá ảnh Một số hệ thống đo vẽ ảnh sử dụng phương pháp như: - Imagestation (Intergraph - Mỹ) - Leica – helava (Thuỵ sỹ) - Photomod (Racurs – Nga) c) Phương pháp đo ảnh số tức thời: trình ghi nhận xử lý thông tin tờ ảnh diễn đồng thời với kết hợp thiết bị chụp ảnh máy tính Một số hệ thống tiêu biểu như: - IRI – D256 (Canada) - RTP (Thuỵ sỹ) Điểm khác phương pháp đo ảnh toàn số với phương pháp đo ảnh tương tự phương pháp đo ảnh giải tích trình số hoá xử lý thông tin xạ ảnh đo Thông tin xạ điểm ảnh yếu tố đóng vai trò quan trọng phương pháp đo vẽ ảnh số Sự đời phương pháp đo vẽ ảnh số làm cho hệ thống đo vẽ ảnh quang trở nên không phù hợp Các hệ thống máy tính trạm máy tính cá nhân kết hợp phần mềm chuyên dụng thay máy đo vẽ quang Phương pháp đo vẽ ảnh số thực hầu hết thao tác công tác đo ảnh với mức độ tự động hoá cao Sự phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt đời hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), làm cho công tác bay chụp ảnh tăng dày khống chế ảnh trở nên hiệu hơn, phương pháp đo vẽ ảnh số ngày ứng dụng rộng rãi Với đời phương pháp đo vẽ ảnh số, trạm đo vẽ ảnh số tự động bán tự động thay máy đo vẽ quang truyền thống Phổ biến trạm xử lý ảnh số hãng: ImageStation (Intergraph - Mỹ), Leica – Helava (Thuỵ Sĩ), Photomod (Racurs – Nga) Đây hệ thống xử lý ảnh số hệ thống máy tính trạm (station) máy tính cá nhân (PC) Các hệ thống gọn nhẹ so với máy đo vẽ toàn trước 2.3.2 Các ứng dụng phương pháp đo ảnh số - Thành lập loại đồ địa hình dạng số tỷ lệ lớn trung bình - Thành lập đồ địa tỷ lệ từ 1/1000 - 1/25000 - Thành lập đồ ảnh trực giao - Thành lập mô hình độ cao số địa hình; xây dựng sở liệu độ cao phục vụ ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) nhờ khả kết nối trạm đo ảnh số với hệ thống GIS; phục vụ công tác lưu trữ, xử lý, phân tích, khai thác thông tin ngành kinh tế, quốc phòng,… Ưu điểm phương pháp ảnh số so với phương pháp đo ảnh truyền thống trước là:  Các sản phẩm dạng số (lưu trữ máy tính thiết bị lưu khác đĩa CDRom, ghi, v.v.), sản phẩm dạng số kết nối trực tiếp đến hệ thống ứng dụng khác cách nhanh chóng hiệu  Hệ thống trang thiết bị gọn nhẹ dễ vận chuyển, chiếm không gian Nhược điểm: Các trang thiết bị đắt tiền nên chưa thể trang bị rộng khắp sản xuất Người sử dụng hệ thống cần đào tạo kỹ chuyên ngành 2.3.3 Hệ thống đo vẽ ảnh số Ảnh Ảnhhàng hàngkhông không(Analog) (Analog) Sơ đồ 3: Hệ thống đo vẽ ảnh số Ảnhhàng hàngkhông không(Digital) (Digital) Ảnh Bảng Bảng số số liệu liệu khống khống chế chế mặt mặt đất đất Máyquét quét Máy Sơ Sơ đồ, đồ, chú giải giải Trạm đo vẽ ảnh số Máy in Ảnh trực giao Bản đồ giấy Sốliệu liệutrắc trắcđịa địa Số Hệ thống thông tin địa lý Bản đồ số a) Máy quét Máy quét dùng chuyển đổi ảnh từ dạng tương tự sang dạng số lưu máy tính Ảnh quét chuyển đổi nhờ cảm ghi nhận cường độ ánh sáng phần tử ảnh Bộ cảm có hai loại: Bộ cảm ghi nhận cường độ ánh sáng theo thang độ xám Bộ cảm ghi nhận cường độ sáng theo tổ hợp màu Máy quét phân thành loại: Máy quét hình trống: mặt số hoá máy dạng hình trụ quay quanh trục Máy quét dạng phẳng: có hai loại  Quét xuyên: tia sáng xuyên qua ảnh quét  Quét phản xạ: tia sáng phản xạ bề mặt ảnh quét Máy quét dạng phẳng có tốc độ quét chậm cho ảnh quét có độ phân giải cao Máy quét dùng ảnh số phải thoả mãn điều kiện: độ xác hình học ảnh quét độ xác xạ Hình dạng giá trị độ xám pixel ảnh hưởng lớn đến kết xác định từ mô hình lập thể phép đo ảnh số Những ảnh quét dùng máy quét thông thường trước tiến hành xây dựng mô hình lập thể phải qua công đoạn hiệu chỉnh hình học hiệu chỉnh xạ ảnh quét (Xem ba#ng 2: thông số kỹ thuật số loại máy quét ảnh) Bảng 2: Các thông số kỹ thuật máy quét ảnh Nhà sản xuất Tên máy Intergraph PS1 Zeiss SCAI Leica-Helava DSW500 Geo-System DELTA-SCAN b) Trạm đo vẽ ảnh số Độ phân giải ( µm ) 7,5 7,0 4,0 8,0 Độ xác ( µm ) 3,0 2,0 2,0 3,0 Trạm đo ảnh số hệ thống xử lý liệu đầu vào phép đo ảnh số: ảnh dạng số, số liệu đo đạc thực địa, thiết bị xuất - nhập Trạm đo ảnh số sản phẩm kết hợp sở lý thuyết trắc địa - đồ với thành tựu khoa học lĩnh vực điện tử, công nghệ thông tin Trạm đo ảnh số cần phát triển khoa học máy tính, không yêu cầu nhiều lĩnh vực khí xác máy đo vẽ ảnh toàn Sơ đồ tổng quát trạm đo vẽ ảnh số sau: Sơ đồ 4: Trạm đo vẽ ảnh số Thiết bị ngoại vi: Thiết bị ngoại vi: Chuột Chuột Bàn phím Bàn phím Kính lập thể quang học, kính Kính lập thể quang học, kính phân cực phân cực Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ xử lý đồ họa (Card đồ hoạ) Thiết bị lưu trữ: Thiết bị lưu trữ: CDRom CDRom Đĩa mềm Đĩa mềm Thanh ghi Thanh ghi Màn hình hỗ trợ 3D độ phân Màn hình hỗ trợ 3D độ phân giải cao giải cao  Bộ xử lý trung tâm (CPU): hệ thống máy tình trang bị CPU Intel Pentium4 tốc độ 2GHz – 3GHz hoàn toàn đáp ứng yêu cầu tốc độ xử lý máy tính cá nhân  Bộ xử lý đồ hoạ: Card đồ hoạ hỗ trợ 3D, ví dụ card Intense 3D Pro hãng Intergraph  Màn hình: Các hình phẳng tần số quét từ 120Hz phổ biến thị trường  Thiết bị lưu trữ: thời đại công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ liên tục cho đời thiết bị lưu trữ ổ cứng có dung lượng lưu trữ đến hàng trăm Gigabyte, đĩa DVD có dung lượng đến hàng chục Gigabyte, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu lưu trữ liệu số  Các thiết bị ngoại vi: chuột thông thường, chuột 3D, kính lập thể quang học, kính xanh - đỏ, bàn phím v.v Ngồi hệ thống my trạm Workstation (hng Intergraph) đ trang bị cc cơng ty đo đạc ảnh Việt Nam nay, hệ thống đo vẽ ảnh số trn cc my c nhn (PC) hệ thống Photomod (Rakurs – Nga), 3D Mapper (c) dần trang bị cho Cục đo đạc đồ - Bộ tổng tham mưu phục vụ cơng tc đo vẽ đồ phương php khơng ảnh số b.1.) Trạm đo ảnh số Imagestation (Intergraph - Mỹ) Trạm đo vẽ ảnh đại chạy hệ thống máy tính trạm (Workstation) có khả tự động hoá cao, thực hầu hết công tác đo vẽ ảnh số: - Định hướng ảnh - Tăng dày khống chế ảnh - Thành lập mô hình lập thể - Xây dựng mô hình độ cao số - Nắn ảnh trực giao - Số hoá đối tượng Quy trình xử lý thực với tốc độ cao Trang thiết bị hệ thống gồm phần sau:  Máy quét Photoscan PS1 SCAI(do Đức sản xuất)  Bộ xử lý trung tâm (CPU): tối thiểu PentiumII 300Mhz  Bộ xử lý đồ hoạ: EdgeII+  Bộ nhớ động: 128MB of Ram  Đĩa cứng: 15Gb  Màn hình: 18 inch, tần số 120Hz  Kính lập thể  Bộ kích hoạt hồng ngoại  Chuột 3D điều khiển hai tay  Hệ điều hành: Windows NT, UNIX Hiện nay, hãng Intergraph chuyển dần từ trạm đo máy chủ phức tạp sang hệ thống máy cá nhân (PC) với hệ điều hành Windows giúp người sử dụng deã dàng thao tác Hệ thống phần mềm trạm đo vẽ ảnh Imagestation  ISPM (Image Station Photogrammetric Manager): quản lý khu đo máy tính như: máy chụp ảnh, chiều cao bay chụp, tọa độ điểm khống chế mặt đất, số dải bay  ISDO (Image Station Digital Orientation): thực chức định hướng ảnh (định hướng trong, định hướng tương đối, định hướng tuyệt đối)  ISSD (Image Station Stereo Display): hiển thị mô hình lập thể cặp ảnh  ISFC (Image Station Feature Collection): đo vẽ đối tượng chi tieát mô hình lập thể  ISDC (Image Station Digital Terrain Modeling Collection): mô tả yếu tố đặc trưng địa hình (điểm độ cao đặc trưng, đường tụ thủy, phân thủy cho phép tạo mô hình độ cao số DTM vẽ đường đồng mức tự động)  ISMT (Image Station Match – AT): thành lập mô hình độ cao số (tạo DTM tự động theo nguyên lý khớp ảnh) Ngoài ra, hệ thống có phần mềm kèm theo: • Microstation: phần mềm đồ họa phục vụ biên tập thành lập đồ • MGE (Modular GIS Environment): thu thập, phân tích, lưu trữ tích hô#p liệu không gian thông tin thuộc tính thành hệ thống • Iplot: in ấn, xuất bản đồ b.2.) Hệ thống 3D Mapper Hệ thống xử lý ảnh số máy tính cá nhân (PC) thực hầu hết công tác đo vẽ ảnh (ngoại trừ công tác tăng dày khống chế ảnh) Trang thiết bị hệ thống bao gồm:  Bộ xử lý trung tâm (CPU): tối thiểu PentiumII 350Mhz  Bộ nhớ động: 128 MB of Ram  Ổ cứng: 6GB  Màn hình: 17 inch, 120Hz  Chuột 3D  Kính lập thể Hình 14: Thay đổi vị trí điểm ảnh thấu kính bị biến dạng y ∆r m’ ∆y m r ∆x y O x x Ta xác lập hệ tọa độ vuông góc với gốc tọa độ điểm ảnh O, điểm ảnh hữu ảnh m’ điểm ảnh sau hiệu chỉnh biến dạng thấu kính m Khoảng cách từ điểm ảnh đến điểm ảnh m’: r= x +y (4.9) Với: x = x − x0 (4.10) y = y − y0 (4.11) x, y – tọa độ ảnh điểm ảnh m’ x0, y0 – tọa độ điểm ảnh hệ tọa độ ảnh Lập tỷ số tam giác đồng dạng sau: ∆r ∆ x ∆ y = = r x y (4.12) ∆ r tính công thức thực nghiệm sau: ∆ r = k1r + k r + k3 r + k r (4.13) (Paul R.Wolf, Bon A.Dewitt – Elements of Photogrammetry with Application in GIS, 3rd edittion) Trong đó: ∆ r - độ lệch vị trí điểm ảnh biến dạng thấu kính chụp ảnh ki – hệ số đa thức r – khoảng cách từ điểm ảnh đến điểm ảnh Các hệ số ki xác định phương pháp số bình phương nhỏ Từ (4.11) rút được: ∆x = x ∆r r (4.14) ∆y = y ∆r r (4.15) Từ đây, ta tính vị trí điểm ảnh m: xm = x − ∆ x (4.16) ym = y − ∆ y (4.17) Dưới bảng số liệu thực nghiệm tính toán độ sai lệch điểm ảnh biến dạng thấu kính gây nên cho camera tổ chức USGS (U.S Geologycal Survey): r Hình 15 α f F Bảng 4: Bảng thực nghiệm đánh giá độ sai lệch điểm ảnh thấu kính gây nên Góc nghiêng α (0) 7,5 ∆ r (mm) 0,004 r (m) 0,0202 15 0,007 22,5 0,007 30 0,001 35 -0,003 40 -0,004 4.1.4 Sai số biến dạng hình học phim ảnh 0,0411 0,0635 0,0885 0,1073 0,1286 Vật liệu làm phim ảnh có độ biến dạng định trình sử dụng, biến dạng có ảnh hưởng không nhỏ đến vị trí điểm ảnh chụp phim Biến dạng phim ảnh biến dạng biến dạng không Sai số biến dạng phim ảnh gây cần hiệu chỉnh để đưa tọa độ điểm ảnh vị trí xác trước sử dụng ảnh vào công tác đo vẽ ảnh số  Trong trường hợp yêu cầu độ xác không cao, sử dụng công thức sau để hiệu chỉnh vị trí điểm ảnh vị trí nó: x' = xc x xm (4.18) y' = yc y ym (4.19) Trong đó: x’, y’ – tọa độ điểm ảnh hiệu chỉnh x, y – tọa độ điểm ảnh chưa hiệu chỉnh (giá trị x,y ta đo trực tiếp ảnh) xc, yc – khoảng cách hai điểm mấu khung khung ép phim theo hai phương x y xm, ym – khoảng cách hai điểm mấu khung tương ứng phim theo hai phương x, y Sau xác định giá trị x c, yc, xm, ym; với điểm ảnh đo toạ độ ảnh x, y ta tính tọa độ hiệu chỉnh sai số biến dạng phim ảnh x’, y’ từ công thức (4.17), (4.18) Chúng ta cần lưu ý rằng, công thức xác định tọa độ hiệu chỉnh biến dạng phim ảnh theo công thức (4.17), (4.18) hiệu chỉnh theo dạng tuyến tính cho toàn ảnh, trường hợp biến dạng phim ảnh không theo quy luật tuyến tính phương pháp tính toạ độ ảnh hiệu chỉnh không cho kết xác  Trong trường hợp yêu cầu độ xác cao công tác đo vẽ, phim ảnh biến dạng không đều, sử dụng công thức chuyển đổi affine hai chiều Phương trình có dạng sau: x’ = a0 + a1x + a2y (4.20) y’ = b0 + b1x + b2y (4.21) Trong đó: x’, y’ – tọa độ hiệu chỉnh điểm ảnh y, y – tọa độ điểm ảnh chưa hiệu chỉnh ai, bi – hệ số chuyển đổi phương trình a0 = ∆ x b0 = ∆ y a1 = m x cos(ε − θ ) cos ε a2 = −m y sin θ cos ε b1 = −m x sin(ε − θ ) cos ε b2 = m y cosθ cos ε với: ∆ x - độ dịch chuyển gốc tọa độ theo phương x hệ tọa độ ảnh hiệu chỉnh so với hệ tọa độ ảnh chưa hiệu chỉnh ∆ y - độ dịch chuyển gốc tọa độ theo phương y mx, my – hệ số tỷ lệ chiếu theo phương x y ε ,θ - góc xoay hệ trục tọa độ so với hệ trục tọa độ cũ Để xác định tham số chuyển đổi ai, bi phương trình (4.19) (4.20), ta sử dụng điểm mấu khung điểm mấu khung phim ảnh để thành lập hệ phương trình giải phương pháp số bình phương nhỏ Ngoài ra, sử dụng phương pháp nội suy đa thức song tuyến để xác định tọa độ điểm ảnh hiệu chỉnh 4.2 Sai số xây dựng mô hình lập thể Khi xây dựng mô hình lập thể phục vụ công tác đo vẽ ảnh, công đoạn trình có nguồn sai số khác tác động đến độ xác mô hình lập thể thành lập Các nguồn sai số tập trung vào loại sau: Sai số thiết bị đo ảnh Sai số số liệu gốc Sai số người đo ảnh Sai số trình định hướng ảnh 4.2.1 Sai số thiết bị đo ảnh Quá trình đo ảnh theo phương pháp đo ảnh số sử dụng ảnh chụp kỹ thuật số ảnh analog quét máy quét chuyên dụng để chuyển thành ảnh số Sai số máy quét ảnh gây nên nguồn sai số ảnh hưởng không nhỏ đến độ xác mô hình lập thể Trong máy quét, yếu tố độ phân giải ảnh quét, biến dạng hình học ảnh quét độ phân giải xạ yếu tố quan trọng cần xác định thực quét ảnh Về độ phân giải không gian máy quét, máy quét với kích thước pixel nhỏ khối lượng thông tin tờ ảnh lớn, khả nhận dạng đối tượng ảnh dễ dàng Những máy quét dùng không ảnh cho độ xác cao quét ảnh có khả đạt đến độ phân giải từ µm đến 15 µm Độ phân giải xạ máy quét thể khả phân biệt cấp độ xám pixel Các máy quét có độ phân giải xạ từ 8bit (256 cấp độ xám) trở lên Chất lượng máy quét thể thông qua độ xác vị trí điểm ảnh quét, theo khảo sát sai số vị trí điểm ảnh quét ảnh khoảng – µm ảnh ảnh quét xem ảnh có chất lượng tốt.(Xem bảng 4: độ xác mô hình lập thể sai số quét ảnh, Nguồn: Luận Văn thạc sĩ “Khảo sát ảnh hưởng nguồn sai số ảnh nhằm đảm bảo độ xác đồ địa hình thành lập công nghệ ảnh số” thạc sĩ Nguyễn Xuân Trường – Hà Nội 2003.) Bảng 5: Quan hệ độ phân giải quét ảnh sai số ảnh quét Độ phân giải ảnh quét 56 µm 28 µm 21 µm 14 µm mxy (m) 0,689 0,315 0,211 0,187 mh (m) 0,272 0,162 0,154 0,143 Ngoài máy quét, hình máy tính hiển thị mô hình lập thể yếu tố ảnh hưởng đến độ xác trình đo vẽ đối tượng mô hình Nếu hình có tần số quét không cao ảnh hưởng lớn đến khả nhìn lập thể, việc định vị tiêu đo mô hình không xác tiêu đo không bắt sát bề mặt mô hình lập thể Do đó, hình phải trang bị có tần số quét cao ( từ 120hz trở lên) đảm bảo yêu cầu hiển thị mô hình lập thể đo vẽ mô hình lập thể 4.2.2 Sai số số liệu gốc Sai số số liệu gốc mô hình lập thể bao gồm sai số : sai số số liệu điểm khống chế đo đạc thực địa, sai số định hướng xác định vị trí điểm khống chế mô ảnh, sai số tỷ lệ mô hình lập thể Các nguồn sai số làm cho mô hình lập thể bị biến dạng việc xác định vị trí độ cao đối tượng mô hình bị ảnh hưởng  Về thành phần tọa độ: Sai số vị trí điểm địa vật xác định theo công thức: m = ± mkc + mt2 k (4.22) đó: mkc – sai số vị trí điểm khống chế mô hình mt – sai số dùng tiêu đo xác định vị trí địa vật mô hình k – hệ số tỷ lệ từ tỷ lệ ảnh sang tỷ lệ đồ thành lập  Về thành phần độ cao: Sai số độ cao điểm địa vật, địa hình xác định mô hình xác định theo công thức: m = ± mh2 + md2 đó: mh – sai số thành phần độ cao điểm khống chế ảnh hưởng đến mô hình lập thể md – sai số xác định độ cao điểm địa vật, địa hình tiêu đo mô hình Trong nguồn sai số trên, thấy sai số thân số liệu gốc tồn từ việc đo đạc thực tế phương pháp khác Trong sai số xác định vị trí độ cao điểm khống chế điểm địa vật mô hình tiêu đo phụ thuộc nhiều vào việc quan sát người đo vẽ ảnh khả hiển thị hình máy tính Do xác định điểm khống chế điểm địa vật mô hình, người đo phải phóng to mô hình hình đến mức quan sát đối tượng mô hình tốt đồng thời nhãn quan người đo ảnh phải trạng thái tốt 4.2.3 Sai số người đo Quá trình xác định vị trí độ cao yếu tố ảnh phép đo ảnh số phụ thuộc nhiều vào kỹ , kỹ xảo người đo ảnh Việc xác định vị trí độ cao yếu tố dựa phép quan sát lập thể mắt người đo, trình di chuyển tiêu đo dựa chuột bắt mục tiêu, người đo ảnh trạng thái không ổn định sinh lý nhãn quan không thật tốt tác động xấu đến kết đo đạc 4.2.4 Sai số trình định hướng ảnh 4.2.4.1 Sai số trình định hướng Quá trình định hướng ảnh liên quan đến công tác chuyển đổi tọa độ điểm ảnh từ hệ tọa độ máy tính tờ ảnh quét sang hệ tọa độ ảnh Quá trình gồm bước bản: - Đăng ký thông số camera (tiêu cự, ma trận biến dạng thấu kính chụp ảnh) - Xác định vị trí mấu khung để thực trình chuyển đổi tọa độ Khi xác định vị trí mấu khung tờ ảnh, nguồn sai số xuất nguồn sai số việc nhận biết xác định vị trí mấu khung Mặc dù công nghệ đo vẽ ảnh số, để xác định vị trí mấu khung tờ ảnh thuận lợi phương pháp truyền thống nhờ vào việc phóng đại hình ảnh khu vực cần chọn vị trí, nhiên trình phóng đại vị trí điểm ảnh có nhận dạng xác hay không lại phụ thuộc vào kích thước pixel quét ảnh (độ phân giải không gian ảnh quét), biến dạng hình học pixel máy quét gây nên, mức độ tương phản để phân biệt điểm ảnh khác (độ phân giải xạ ảnh quét), khả hỗ trợ hình máy tính, sai số trình chuyển đổi điểm ảnh từ hệ tọa độ máy tính sang hệ toạ độ ảnh công thức chuyển đổi affine Tất nguồn sai số ảnh hưởng đến độ xác trình định hướng tờ ảnh Sai số trình định hướng trong công nghệ đo vẽ ảnh số khoảng 0,3 ÷ 0,5 kích thước pixel 4.2.4.2 Sai số trình định hướng tương đối tăng dày khống chế ảnh Quá trình định hướng tương đối hai tờ ảnh có độ phủ dọc hai dải bay kề thực chủ yếu phương pháp thủ công người đo vẽ ảnh thực Đó trình xác định cặp điểm ảnh trùng hai ảnh Quá trình xác định vị trí điểm ảnh trùng hai ảnh phụ thuộc lớn vào khả phóng đại tờ ảnh, độ tương phản điểm ảnh hình, kỹ quan sát người đo vẽ ảnh Giá trị sai số điểm định hướng khoảng 0,3 kích thước pixel 4.2.4.3 Sai số trình định hướng tuyệt đối mô hình Sau ảnh định hướng định hướng tương đối, mô hình lập thể khối ảnh hình thành Từ mô hình lập thể đưa mô hình mô hình thực địa (trắc địa) thông qua số điểm ảnh xác định tọa độ độ cao trắc địa công nghệ đo đạc thực địa (toàn đạc điện tử, công nghệ GPS) Việc xác định vị trí điểm khống chế trắc địa ảnh phụ thuộc vào khả nhận dạng điểm ảnh hình máy tính Sai số công tác đo đạc điểm khống chế ngoại nghiệp phương pháp đo đạc trực tiếp tác động lên độ xác mô hình lập thể khối ảnh Ngoài ra, mô hình lập thể khối ảnh mô hình toán học máy tính thành lập công thức toán học cụ thể Trong mô hình thực địa mô hình xác định công thức toán học cụ thể Mô hình lập thể máy tính mô hình mô gần mô hình thực địa, mức độ phù hợp trình mô toán học ảnh hưởng đến độ xác xác định yếu tố mô hình Sai số điểm định hướng thông thường nhỏ 0,3 kích thước pixel 4.3 Sai số phương pháp đo vẽ ảnh Quá trình đo vẽ ảnh số trình xử lý ảnh chủ yếu hệ thống phần mềm máy tính, trình khôi phục chùm tia chiếu xuyên tâm thực trình định hướng ảnh thực lý thuyết toán học chặt chẽ, khả biểu thị yếu tố ảnh biểu thị đồ dạng số có độ xác cao Tuy nhiên, quan tâm đến số yếu tố dẫn đến sai số mà lý thuyết toán học không loại trừ nguồn sai số này, sai số xác định vị trí đối tượng đo vẽ ảnh, sai số trình thành lập mô hình độ cao số, sai số trình nén ảnh số để giảm dung lượng ảnh lưu trữ ảnh 4.3.1 Sai số xác định vị trí đối tượng đo vẽ Quá trình đo vẽ yếu tố ảnh dựa việc xác định tín hiệu pixel tờ ảnh ghi nhận thông qua tọa độ cấp độ xám pixel Tuy nhiên, pixel tờ ảnh điểm thể lên hình phụ thuộc vào kích thước pixel chọn lựa trình quét ảnh để chuyển ảnh analog sang ảnh số Hình 16: Sai số đo vẽ đối tượng ảnh O PX - kích thước pixel PX m O – tâm pixel PX Theo hình vẽ ta thấy, với điểm ảnh (pixel) quét ảnh có kích thước P X, trình đo vẽ ảnh mô hình lập thể, người đo vẽ xác định vị trí điểm ảnh tâm pixel điểm O vị trí điểm ảnh hoàn toàn xác Nhưng người đo vẽ xác định vị trí pixel không điểm O mà điểm thuộc pixel trình đo vẽ tồn sai số kích thước pixel gây Bởi máy tính, hệ thống máy tính xác định giá trị tọa độ cho toàn pixel nên việc người đo vẽ đặt tiêu đo O điểm m thuộc pixel máy tính cho tọa độ Như trường hợp này, sai số tồn kích thước pixel gây đạt giá trị lớn người đo vẽ đặt tiêu đo vị trí 1, 2, 3, pixel Giá trị sai số lớn ± PX Điều cho thấy, chọn độ phân giải hình học ảnh quét nhỏ (kích thước pixel nhỏ) sai số kích thước pixel gây nhỏ ngược lại Do loại đồ với độ xác yêu cầu cụ thể phải chọn độ phân giải quét ảnh phù hợp 4.3.2 Sai số trình tạo mô hình độ cao số tự động Ưu phương pháp đo ảnh số phương pháp truyền thống công tác thành lập mô hình bề mặt địa hình khả tự động hoá tạo mô hình độ cao số Độ cao điểm địa hình tạo thuật toán khớp ảnh dựa thị sai hai ảnh Quá trình khớp ảnh có độ xác khoảng 0,15 ÷ 0,5 kích thước pixel Phương pháp tạo mô hình độ cao số tự động thường sử dụng phương pháp tạo mạng lưới điểm độ cao dạng lưới điều hoà (regular grid), sau sử dụng thuật toán nội suy tạo mạng tam giác không hoà từ mạng lưới điều hoà Quá trình tạo lưới điều hoà nội suy mạng tam giác không điều hoà (TIN – Triangulation Irregular Network) từ điểm độ cao mạng lưới điều hoà diễn hoàn toàn tự động nhanh chóng, tiết kiệm nhiều thời gian công sức cho người Tuy nhiên, trình tạo mô hình độ cao tự động từ mô hình lập thể tồn số vấn đề sau:  Trong trường hợp khu vực đo vẽ khu vực quang đãng, địa hình biến đổi liên tục, nhiều yếu tố địa vật dân cư, trồng, … Đó khu vực vùng đồng bằng, vùng bình nguyên vùng tương tự Trong khu vực vậy, việc tạo mô hình độ cao số tự động cho kết tốt lựa chọn mật độ phân bố điểm độ cao mô hình (kích thước ô lưới mạng lưới điều hoà) mức độ phù hợp Bởi điểm độ cao nội suy trường hợp nội suy tự động vị trí điểm độ cao nằm bề mặt đất khả thể bề mặt địa hình mức độ phù hợp cao  Tuy nhiên, thực tế bề mặt địa hình thông thường bao gồm yếu tố địa vật dân cư, cối, hệ thống giao thông, thuỷ hệ; yếu tố đặc trưng địa đường đứt gãy địa hình (breaklines), vùng có bề mặt thay đổi bất thường, vùng ảnh không đầy đủ thông tin, Đối với trường hợp vậy, hệ thống tự động nội suy điểm độ cao không tự xác định vị trí đặc trưng địa hình vị trí có địa vật nhà bao phủ Do có điểm mô hình độ cao nằm mái nhà, v.v mô hình xác bề mặt địa hình khu đo Do trình tạo mô hình độ cao số tự động muốn đạt yêu cầu độ xác biểu thị phải có tác động bàn tay người theo cách:  Phần mềm hệ thống nội suy tự động điểm độ cao toàn khu đo  Con người dựa mô hình lập thể xác định yếu tố đặc trưng địa hình hiệu chỉnh điểm độ cao không phù hợp (điểm độ cao mái nhà, cây, ) mô hình tạo Dựa vào đặc điểm nhận thấy, độ xác mô hình độ cao số thể bề mặt địa hình phụ thuộc yếu tố sau:  Độ phân giải hình học độ phân giải xạ ảnh quét  Đặc điểm địa hình khu đo, mức độ phức tạp địa hình mức độ phân bố đối tượng bề mặt địa hình  Khả đo đạc người đo khả phát yếu tố đặc trưng địa hình  Số lượng điểm độ cao cần nội suy đơn vị diện tích chọn khả xử lý hệ thống máy tính 4.3.3 Sai số trình nén ảnh Do yêu cầu đo vẽ ảnh ảnh hàng không, quét ảnh với kích thước pixel khoảng từ vài µ m đến vài chục µ m nên dung lượng ảnh lưu vào máy tình khoảng vài chục megabyte (MB) đến hàng trăm MB ảnh trắng đen, ảnh màu dung lượng lưu trữ lên đến hàng ngàn MB Do đó, yêu cầu sử dụng thuật toán nén ảnh để giảm dung lượng file ảnh lưu điều cần thiết Quá trình nén ảnh dựa nguyên lý sau: - Do pixel có kích thước nhỏ nên giá trị độ xám pixel giống với pixel kế cận - Khi quét ảnh màu sử dụng ba kênh phổ red, green, blue giá trị phổ kênh pixel thương gần Điều cho thấy độ tương quan kênh lớn dẫn đến dư thừa thông tin lưu trữ Dựa đặc điểm đó, người ta phát triển thuật toán lọc bỏ thông tin dư thừa kênh thân kênh phổ để giảm dung lượng lưu trữ Các kiểu nén cho định dạng phổ biến JPEG, TIFF, BMP, Khi ảnh nén đưa vào sử dụng qua trình giải nén để khôi phục lại ảnh ban đầu thông qua trình lấy mẫu lại Ví dụ sử dụng khung cửa sổ 3x3 5x5 để xác định giá trị độ xám cho pixel trung tâm cửa sổ Tuy nhiên, thuật toán tái lấy mẫu cho file ảnh tái tạo lại ảnh hoàn toàn giống chư ban đầu mà bị số lượng thông tin định Quá trình dẫn đến việc nhận dạng số đối tượng ảnh không với thực tế Vấn đề mức độ sai sót tái lấy mẫu mức độ chấp nhận phụ thuộc vào yêu cầu công tác đo vẽ đồ Thông thường, dung lượng file ảnh sau nén không nhỏ lần ảnh trước nén khối lượng thông tin bị xem không đáng kể Kết khảo sát hệ số nén ảnh chất lượng ảnh xem bảng Bảng 6: Kết khảo sát hệ số nén ảnh JPEG chất lượng ảnh số Dạng hình Kích thước Chất lượng Kích thước ảnh số % nén nguyên Hệ số nén ảnh pixel ảnh số (%) (ảnh 23cm x 23cm) gốc nguyên gốc (MB) Trắng-đen 100 784 Trắng-đen 95 328 42 2,390 Trắng-đen 90 237 30 3,308 Trắng-đen 85 169 22 4,639 Trắng-đen 80 135 17 5,807 Trắng-đen 75 107 14 7,327 Trắng-đen 70 93 12 8,403 Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen 16 16 16 16 16 16 16 100 95 90 85 80 75 70 196 76 49 36 29 24 22 39 25 18 15 12 11 2,579 4,000 5,444 6,759 8,167 8,909 Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen 20 20 20 20 100 95 90 85 127 56 38,3 29 44 30 23 2,268 3,316 4,379 Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen 20 20 20 80 75 70 24 20 18 19 16 14 5,292 6,350 7,056 Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen Trắng-đen 24 24 24 24 24 24 24 100 95 90 85 80 75 70 86 38 26 20 16 14 12 44 31 23 19 16 14 2,263 3,308 4,300 5,375 6,143 7,167 ... song song với mặt phẳng W, đường giao với mặt phẳng ảnh P I, I gọi tụ điểm 12.) Qua điểm tụ I, kẻ đường nằm ngang chứa mặt phẳng P gọi đường chân trời (hi-hi) 13.) Tại điểm ảnh O, kẻ đường song... trời (hi-hi) 13.) Tại điểm ảnh O, kẻ đường song song với đường nằm ngang TT gọi đường nằm ngang (h0-h0) 14.) Tại điểm đẳng giác c kẻ đường song song với đường nằm ngang TT tạo thành đường đẳng... lý đồ họa (Card đồ hoạ) Thiết bị lưu trữ: Thiết bị lưu trữ: CDRom CDRom Đĩa mềm Đĩa mềm Thanh ghi Thanh ghi Màn hình hỗ trợ 3D độ phân Màn hình hỗ trợ 3D độ phân giải cao giải cao  Bộ xử lý