Đề cương trắc lượng ảnh

PHOTOGRAMMETRY Mục lục 1.Kĩ thuật bay chụp ảnh hàng không 1.1 Các dạng chụp ảnh hàng không - Phân loại theo quang trục chụp ảnh: Trong chụp ảnh hàng không, hướng quang trục khơng hồn tồn thẳng đứng mà lệch góc (α0) so với phương dây dọi Ngồi ra, tính khơng ổn định hệ thống bay chụp nên góc lệch thực tế (α), ∆α chấn động ngẫu nhiên quang trục chụp ảnh α = α ± ∆α Nếu α0 = ∆α ≤ 30 gọi chụp bằng, kết cho ảnh Nếu α0 ≠ ∆α ≤ 30 gọi chụp nghiêng, cho ảnh nghiêng Nhưng ∆α ≥ 30 gọi chụp phối cảnh, cho ảnh phối cảnh Các máy ảnh đại, sử dụng thiết bị ổnđịnh quay, cho phép độ lệch 30’ - Phân loại theo phương thức chụp ảnh + Chụp ảnh đơn: Đây dạng chụp thông thường cho vùng nhỏ, theo ảnh riêng biệt Các ảnh chụp khơng có quan hệ mặt hình học với Ảnh đơn thường sử dụng cho mục đích điều tra, khảo sát, thăm dò, an ninh quốc phòng + Chụp ảnh lập thể: Hay chụp ảnh có độ phủ (Stereo Photography), dạng chụp phổ biến nay, cho mục đích thành lập đồ Trong chia ra: • Chụp theo tuyến: Các ảnh kế cận dải bay phủ trùm lên phần định kích thước ảnh gọi độ phủ dọc ảnh (Endlap) Độ phủ dọc ảnh (p%) phụ thuộc vào kích thước phần độ phủ theo hướng đường bay (dx) đường đáy chụp ảnh Bx=L1L2 (khoảng cách tâm chụp liên tiếp nhau) định so với kích thước ảnh (d) Về lý thuyết, yêu cầu độ phủ dọc không 50%, thông thường 60% Hai ảnh kế cận có độ phủ dọc p% tạo cặp ảnh lập thể (Stereopair) Phần diện tích có độ phủ dọc (A) ảnh (Overlap Area) cho phép quan sát mơ hình khơng gian mặt đất Đây sở phương pháp đo lập thể ảnh hàng không Chụp ảnh theo tuyến (hay dải) ứng dụng rộng rãi ngành kinh tế, quốc phòng, nghiên cứu khoa học Đặc biệt khảo sát cơng trình dạng tuyến hệ thống giao thơng, hệ thủy văn, thủy lợi, biên giới, đường bờ, địa giới hành chính… • Chụp theo khối: Còn gọi chụp ảnh diện tích, phương thức chụp theo nhiều dải bay thẳng, song song, cách Ngoài độ phủ dọc, ảnh dải bay kế cận phủ trùm lên phần kích thước ảnh gọi độ phủ ngang ảnh (Sidelap) Độ phủ ngang (q%) lý thuyết yêu cầu ≥ 15%, thơng thường 20÷40% Hình chiếu đứng đường bay mặt đất gọi “Nadirline”, biểu thị chất lượng trình bay chụp Đây dạng chụp thường sử dụng thành lập đồ 1.2 Thiết kế kỹ thuật bay chụp Khi bay chụp ảnh khu vực mặt đất phục vụ cho mục đích định, phương án thiết kế kỹ thuật bay chụp (Flight Planning) thành lập Trong đó, xác định mục tiêu, nhiệm vụ, tính tốn kinh phí, nhân lực, thời gian, phương pháp kiểm tra nghiệm thu thành quả… Đặc biệt giải vấn đề liên quan đến kỹ thuật bay chụp, gồm: 1.2.1 Xác định tỷ lệ bay chụp Mức độ chi tiết ảnh hàng không phụ thuộc lớn vào tỷ lệ chụp.Tương tự tỷ lệ đồ, tỷ lệ ảnh hàng không (1/m) đại lượng biểu thị mức độ thu nhỏ miền thực địa lên mặt phẳng phim ảnh, theo nguyên lý phép chiếu xuyên tâm Đối với ảnh lý tưởng, tỷ lệ ảnh tỷ số tiêu cự buồng chụp (fk) độ cao bay so với mặt đất (H) Do bề mặt đất không phẳng nên độ cao bay so với mặt đất (H) thay đổi, độ cao bay so với mặt thủy chuẩn gốc (Hd) ổn định Theo đó, tỷ lệ chụp ảnh hàng không hàm số độ chênh cao địa hình Chênh cao địa hình biến đổi, tỷ lệ ảnh hàng không biến thiên phức tạp gây tượng méo hình ảnh Đây điểm phân biệt ảnh hàng không với đồ Để thuận lợi đo ảnh, thông thường sử dụng tỷ lệ chụp (1/m) xác định theo độ chênh cao trung bình địa hình khu vực (hTB).Nghĩa là, độ cao bay (H) tính theo mặt trung bình địa hình Tỷ lệ chụp ảnh hàng khơng đại lượng mang ý nghĩa kinh tế kỹ thuật, phụ thuộc chủ yếu vào mục đích nghiên cứu Nếu chụp ảnh cho mục đích thành lập đồ địa hình, tỷ lệ chụp thường xác định mối quan hệ với tỷ lệ đồ cần thành lập (1/M) theo cơng thức GRUBER, c số kinh tế (100÷300) m = c√M Thơng thường, tỷ lệ chụp ảnh chọn nhỏ tỷ lệ đồ từ 2÷5 lần, đặc biệt với tỷ lệ đồ cần thành lập 1.2.2 Thiết kế sơ đồ bay chụp (Flight Map) Trên sở tỷ lệ chụp xác định (1/m); tiêu cự kích thước ảnh (thường sử dụng f=150mm cho cỡ ảnh 230*230mm; f=200÷210mm cho cỡ ảnh 180*180mm f=115mm cho cỡ ảnh có kích thước lớn); diện tích khu bay chụp (P- tính đồ); độ chênh cao lớn so với mặt trung bình (h) tính theo đồ… Tính tốn tham số kỹ thuật sau phục vụ cho thiết kế sơ đồ bay chụp: - Độ cao bay tính theo mặt trung bình (H, mét): H = fk.m - Độ phủ dọc (p%) độ phủ ngang (q%): - Đường đáy chụp ảnh (Air Base Bx, mét), d- kích thước ảnh: - Khoảng cách dải chụp (By, mét): - Số lượng ảnh gần (n), hệ số u ≥ 20% - Thời gian gián cách (∆t, giây), v -là tốc độ bay chụp (m/s) - Thời gian lộ quang cực đại (tmax, giây), k độ mờ cho phép ảnh (thường lấy k = 0,05mm) Tiến hành thiết kế sơ đồ bay chụp (trên đồ tỷ lệ nhỏ), cung cấp cho phi hành đồn thơng tin liên quan đến kỹ thuật bay chụp Các đường bay thường thiết kế theo hướng đông – tây hay tùy chọn, cho tận dụng tốt điểm khống chế trắc địa mặt đất làm điểm khống chế ảnh Độ dài đường bay ứng với tỷ lệ đồ (được quy định quy phạm) 1.2.3 Lập hệ thống tín hiệu mặt đất - Hệ thống tín hiệu mặt đất thiết lập điểm chọn làm điểm khống chế ảnh Tùy theo phương pháp thành lập đồ mà số lượng, vị trí, phân bố… điểm chọn khác nhau, có khả thể rõ nét ảnh chụp (thống đãng, khơng bị che bóng…) Kích thước dấu hiệu phải đủ lớn, phụ thuộc vào tỷ lệ chụp ảnh Thường chọn dấu hiệu dạng chữ thập, mầu sắc tương phản với môi trường xung quanh (thường trắng) để dễ dàng nhận biết ảnh - Dấu hiệu điểm khống chế trắc địa phải mang tính đặc trưng, điểm có độ xác cao, phân bố hợp lý thực địa… thiết phải nhận diện ảnh đo, làm sở cho công tác đo nối tăng dày khống chế ảnh sau 1.2.4 Quá trình bay chụp Công tác bay chụp thực máy bay chuyên dụng, phi hành đoàn chuyên nghiệp Mùa chụp phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu vùng mục đích nghiên cứu Thời gian bay chụp ngày tốt từ 9h÷15h (cường độ chiếu sáng tốt, độ che bóng nhỏ…), thời tiết sáng… Sử dụng phương thức bay hai chiều (bay bay lại) hay chiều theo nguyên tắc hình số tám Đảm bảo ổn định độ cao bay quang trục chụp ảnh thẳng đứng Đầu cuối dải bay cần bay chụp chờm ranh giới khu đo… 1.2.5 Đánh giá thành bay chụp ảnh Trên sở yêu cầu chụp ảnh hàng không quy định quy phạm yêu cầu đặc biệt nêu mục tiêu nhiệm vụ…, tiến hành kiểm tra đánh giá thành bay chụp gồm: - Đánh giá chất lượng bay chụp + Kiểm tra độ phủ ảnh: Theo địa vật tên phần độ phủ ảnh ghép ảnh dải bay với nhau, dùng thước đo kích thước độ phủ tính độ phủ dọc, độ phủ ngang ảnh Yêu cầu: p% ≥ 60% q% ≥ 30% +Kiểm tra góc nghiêng ảnh: Thường dựa vào vị trí hình ảnh bọt thủy tròn phim để xác định Yêu cầu: α ≤ 30 + Kiểm tra độ cong đường bay: Đặc trưng tỷ số khoảng cách từ tâm ảnh xa đến đường nối tâm ảnh đầu tâm ảnh cuối (δ ) so với độ dài dải bay (L) Yêu cầu: δ /L ≤ 3% + Kiểm tra góc lệch hướng bay: Góc lệch hướng bay phát sinh tượng “dạt” máy bay gió gây Yêu cầu: γ ≤ 60 + Kiểm tra góc xoay ảnh: Góc xoay ảnh mặt phẳng ảnh phát sinh bay lệch hướng đường bay thiết kế Yêu cầu: κ ≤ 50 - Đánh giá chất lượng ảnh chụp + Kiểm tra dấu hiệu nhận biết ảnh: Gồm: Số hiệu ảnh (vị trí ảnh sơ đồ bay, ngày tháng năm chụp, tên mảnh đồ quốc tế tên khu hay phân khu bay chụp) Hình ảnh đồng hồ (chỉ thời gian bay chụp ngày) Hình ảnh ống thăng tròn (chỉ góc hướng nghiêng quang trục chụp ảnh) Tiêu cự buồng chụp f + Kiểm tra chất lượng ép phim mấu khung ảnh: Các đường viền thẳng, sắc, vuông vức Bốn mấu khung cạnh đều, đối xứng… + Kiểm tra biến đổi tỷ lệ ảnh: Sự biến đổi tỷ lệ ảnh kề cận (∆m%) tính theo cơng thức, d1 d2 khoảng cách hai điểm ảnh tên hai ảnh Yêu cầu: Trong đường bay ∆m ≤ 7% Giữa hai đường bay kế cận ∆m ≤ 8% + Kiểm tra độ đen, độ tương phản phim ảnh: So sánh phim ảnh chụp với mẫu phim ảnh tiêu chuẩn Phim ảnh chụp coi có chất lượng tốt hình ảnh địa hình địa vật ảnh thể rõ ràng, dễ nhận biết, đoán đọc, màu sắc hài hòa, độ tương phản phù hợp, khơng có sai sót lớn… Cơ sở toán học phương pháp đo ảnh 2.1 Ảnh đo yếu tố hình học ảnh đo Ảnh chụp dùng vào mục đích đo đạc gọi ảnh đo (Metric Photographs) Ảnh đo hình chiếu xuyên tâm không gian vật mặt phẳng xác định Là kết tổng hợp trình tạo hình quang học, hình ảnh vật ghi nhận vật liệu ảnh theo nguyên lý phép chiếu xuyên tâm Các tính chất ảnh đo: - Ảnh đo phản ánh trung thực chi tiết bề mặt đối tượng, nguồn thông tin đối tượng đo thu nhận thời điểm chụp ảnh - Khả đo ảnh đo phụ thuộc vào chất lượng ảnh, liên quan đến thiết bị chụp, dạng vật liệu ảnh, kỹ thuật điều kiện bay chụp… - Ảnh đo nguồn thông tin ban đầu đối tượng đo, sử dụng trực tiếp loại đồ, quan hệ tọa độ điểm ảnh điểm mặt đất tương ứng quan hệ phối cảnh, tỷ lệ ảnh biến đổi phức tạp, hình ảnh đối tượng bị biến dạng… Các yếu tố hình học ảnh đo (4 mặt; điểm đường) mặt Mặt phẳng vật (E), giả thiết mặt phẳng nằm ngang (mặt đất) Mặt phẳng ảnh (P), thường nghiêng góc α so với mặt phẳng vật Mặt phẳng ngang thực (G), tưởng tượng nằm ngang chứa tâm chụp L Mặt phẳng đứng (W), chứa tâm chụp vng góc với mặt vật.1 Ảnh đo yếu tố hình học ảnh đo điểm Điểm ảnh (o), giao điểm quang trục chụp ảnh (tia chiếumchính) với mặt phẳng ảnh Điểm đáy ảnh hay Nadir ảnh (n), giao điểm phương thẳng đứng qua tâm chụp với mặt phẳng ảnh Điểm đẳng giác ảnh (c), giao điểm đường phân giác góc nghiêng ảnh với mặt phẳng ảnh Điểm vật (O), tương ứng với điểm ảnh nằm mặt phẳng vật E Điểm đáy vật hay Nadir vật (N), tương ứng với điểm đáy ảnh nằm mặt phẳng vật Điểm đẳng giác vật (C), tương ứng với điểm đẳng giác ảnh nằm mặt phẳng vật Điểm hợp (I), giao điểm đường ngang qua tâm chiếu mặt ngang thực với mặt phẳng ảnh đường Đường hướng chụp ảnh (VV) hay đường hướng bản, giao tuyến mặt phẳng đứng mặt phẳng vật Đường dọc ảnh (vv), giao tuyến mặt phẳng đứng mặt phẳng ảnh Đường ngang ảnh (hoho), đường vng góc với đường dọc ảnh qua điểm ảnh Đường đẳng tỷ lệ (hchc), đường vng góc với đường dọc ảnh qua điểm đẳng giác ảnh Đường vết (hIhI), giao tuyến mặt phẳng ảnh mặt phẳng ngang thực Căn vào mấu khung ảnh xác định đường dọc ảnh (vv) đường ngang ảnh (hoho) Giao điểm hai đường điểm ảnh (o) Nếu biết góc nghiêng dọc ảnh (α) tiêu cự buồng chụp (f), xác định vị trí điểm đường khác nhờ đại lượng tính toán sau: Trong trường hợp chụp ảnh lý tưởng, α = nên ba điểm (o, c, n) ảnh trùng điểm ảnh, điểm hợp chỉnh (I) đường vết nằm vô cực… 10 Các tính chất hình học ảnh hàng không 3.1 Các dạng ảnh đo Do ảnh đo hình thành điều kiện đặc biệt, ngun tố định hướng ngồi ảnh ln thay đổi, nên ảnh hàng không chia thành dạng: - Ảnh ngang: Còn gọi ảnh lý tưởng, ảnh đo chụp điều kiện lý tưởng (Nghĩa là: τ = α = κ = ϕ = ω = κ = ) - Ảnh nghiêng: Là ảnh đo chụp điều kiện với giá trị nguyên tố định hướng ảnh (Nghĩa là: τ ≠ α ≠ κ ≠ ϕ ≠ ω ≠ κ ≠ ) - Ảnh bằng: Là ảnh đo chụp điều kiện tất góc định hướng ngồi ảnh khơng vượt q 30 (riêng góc κ ≤ 50) Nhờ sử dụng hệ thống cân quay ổn định máy chụp, thiết bị chụp ảnh đại hầu hết cho ảnh (góc nghiêng lớn không vượt 30’) 3.2 Tỷ lệ ảnh hàng không - Khái niệm tỷ lệ điểm ảnh Do ảnh nghiêng mặt đất không phẳng, nên tỷ lệ ảnh hàng không biến thiên phức tạp theo vị trí điểm ảnh hướng xác định Do phải nghiên cứu tỷ lệ điểm ảnh Tỷ lệ điểm ảnh (1/m) hiểu giới hạn tỷ số đọan thẳng vô bé ảnh (∆l) đọan thẳng tương ứng mặt đất (∆L) - Tỷ lệ ảnh ảnh + Tỷ lệ ảnh điểm ảnh bất kỳ: Đối với ảnh bằng, góc nghiêng ảnh nhỏ (α ≤ 30), cơng thức tính tỷ lệ điểm ảnh có dạng: 17 Theo đó, tỷ lệ điểm ảnh hướng dọc (γ = 900) hướng ngang (γ = 00) tính theo cơng thức: + Tỷ lệ trung bình điểm ảnh: Bằng trung bình cộng tỷ lệ ảnh theo hướng dọc hướng ngang + Tỷ lệ chung ảnh bằng: Mặc dù tỷ lệ điểm ảnh ảnh hàng không biến đổi, ảnh biến thiên nhỏ, nên thực tế thường sử dụng tỷ lệ chung cho ảnh Tỷ lệ chung ảnh trị trung bình tỷ lệ trung bình tất điểm ảnh mặt phẳng ảnh, tức là: 3.3 Biến dạng hình học ảnh hàng không - Khái quát biến dạng hình học ảnh Hình ảnh mặt đất đối tượng ghi nhận ảnh hàng khôngđều bị biến dạng nhiều nguyên nhân khác nhau, chủ yếu: 18 + Do quy luật phép chiếu xun tâm: Tức tính chất khơng gian vật thể (độ chênh cao địa hình, độ cong trái đất, độ cao vật ) ảnh nghiêng dẫn đến hình ảnh chúng ảnh khơng hồn tồn đồng dạng với vật chụp + Do tính chất vật lý trình chụp ảnh: Như méo hình hệ thống kính vật máy chụp, chiết quang ánh sáng, biến dạng vật liệu ảnh Thực chất biến dạng hình ảnh xuất sai số xê dịch vị trí điểm ảnh dẫn đến sai số lệch hướng đường thẳng ảnh, làm ảnh hưởng đến tính chất ảnh đo - Sự xê dịch điểm ảnh chênh cao địa hình gây Độ chênh cao địa hình biến đổi làm cho hình ảnh đối tượng mặt đất bị biến dạng vị trí điểm ảnh bị xê dịch khác độ lớn hướng Nghĩa là, điểm ảnh thực tế bị xê dịch khỏi vị trí lý thuyết phương vector hướng tâm - Sự lệch hướng đường thẳng chênh cao địa hình gây + Các đường ảnh hàng không, kể ảnh ngang ( = 0) bị lệch hướng chênh cao địa hình gây + Các đường ảnh xuất phát từ điểm đáy ảnh (c) không bị lệch hướng chênh cao địa hình + Các đường nằm đường ngang ảnh (h0h0) đường dọc ảnh (vv) khơng bị lệch hướng chênh cao địa hình gây + Các đường ảnh xuất phát từ điểm có độ cao bay chụp nhau, khơng bị lệch hướng chênh địa hình gây + Sự sai lệch hướng đường ảnh không giống nhau, dẫn đến sai lệch phức tạp góc ảnh hàng khơng 19 Thành lập đồ từ ảnh hàng không 4.1 Phương pháp đo ảnh đơn 4.1.1 Phương pháp xác định đại lượng đo ảnh đơn Do ảnh hưởng độ chênh cao địa hình (độ cao điểm khác nhau) khoảng cách nằm ngang mặt đất phương vị xác định phương pháp gián tiếp sử dụng quan hệ tọa độ điểm ảnh điểm mặt đất tương ứng: Viết biểu thức cho điểm A B, tính tọa độ mặt đất chúng (X A; YA) (XB; YB) theo tọa độ điểm ảnh tương ứng đo ảnh (x a; ya) (xb; yb) 20 Từ tọa độ điểm A, B tính được, theo tốn nghịch trắc địa, tính khoảng cách nằm ngang phương vị cạnh AB (SAB αAB) Riêng yếu tố độ cao xác định theo quan hệ sau, chấp nhận sai số xê dịch điểm ảnh định theo biểu thức 21 Phương pháp đo ảnh lập thể Đây phương pháp cho phép đo vẽ mơ hình khơng gian đối tượng đo nên có khả khái quát tốt miền thực địa, hạn chế đến mức thấp ảnh hưởng yếu tố địa hình phức tạp, điều kiện lại khó khăn, thời tiết khí hậu khắc nghiệt… Đáp ứng yêu cầu độ xác nhiều loại tỷ lệ đồ, đặc biệt thích hợp thành lập đồ tỷ lệ trung nhỏ, cho độ xác cao, mang lại hiệu kinh tế Trong chia ra: Phương pháp đo vẽ ảnh tương tự (mơ hình tương tự hay phương pháp toàn năng); Phương pháp đo vẽ ảnh giải tích Phương pháp đo vẽ ảnh số Phương pháp đo ảnh lập thể lấy cặp ảnh lập thể (Stereopair) làm sở Khi định hướng tương đối, hiệu ứng lập thể xảy làm xuất mơ hình lập thể (Stereo Model) Tiến hành định hướng tuyệt đối mơ hình thực phép chiếu thẳng góc để thành lập đồ… 5.1 Cơ sở phương pháp đo ảnh lập thể 5.1.1 Khả nhìn không gian đôi mắt Mắt hệ thống quang học tự nhiên hồn chỉnh, có cấu tạo phức tạp tính tuyệt vời Khả nhìn khơng gian đôi mắt sở quan trọng phương pháp đo ảnh lập thể Cấu tạo mắt gồm thành phần sau đây: Giác mạc (màng nhầy mỏng, suốt, có tác dụng bảo vệ mắt) - Thủy tinh thể (chứa thủy tinh dịch, đóng vai trò hệ thống kính vật máy ảnh) - Lỗ đồng tử (có tác dụng điều tiết lượng ánh sáng vào mắt, tương tự kính trập máy chụp ảnh) - Cơ vòng (có nhiệm vụ làm thay đổi kích thước, hình dạng thủy tinh thể để điều quang theo thay đổi khoảng cách quan sát) - Võng mạc (thành vách mắt, chứa tế bào thị giác cảm thụ mầu sắc ánh sáng) - Vùng điểm vàng (trên võng mạc, có khả cảm thụ ánh sáng tương đối mạnh) - Ổ võng mạc (nằm điểm vàng, nơi có độ nhạy cảm ánh sáng cao nhất) - Thần kinh thị giác (tác dụng truyền cảm thụ thị giác đến vỏ não) 22 Đường thẳng qua tâm ổ võng mạc tiêu điểm sau thủy tinh thể gọi trục nhìn mắt Khi quan sát điểm bất kỳ, trục nhìn mắt tự động hướng điểm đó, thủy tinh thể tự động thay đổi tiêu cự (nhờ vòng) để thu nhận hình ảnh rõ nét võng mạc, đồng thời lỗ đồng tử tự động thay đổi độ lớn để điều tiết lượng ánh sáng vào mắt, tượng gọi “sự tự điều tiết mắt” Cuối cùng, võng mạc (như loại vật liệu ảnh) ghi nhận lại hình ảnh thu dây thần kinh thị giác truyền tín hiệu hình ảnh trung tâm thần kinh thị giác vỏ não để xử lý Khi quan sát vật thể mắt, cho ta cảm giác khoảng cách xa gần vật, không cảm nhận hình thể khơng gian Nghĩa là, mắt khơng có khả nhìn khơng gian Cảm giác nhìn khơng gian (ba chiều) vật thể có nhìn hai mắt Khả trở thành tự nhiên đôi mắt… 5.1.2 Nguyên lý nhìn ảnh lập thể hàng khơng - Sự hình thành cảm giác lập thể nhân tạo: Khi nhìn vật hai mắt, đặt trước mắt kính để ghi lại hình ảnh khơng gian vật thu nhận từ mắt, sau bỏ vật thể hai mắt nhìn ảnh riêng biệt vật Khi đó, ảnh vật kính tạo võng mạc mắt tương ứng hình ảnh hình ảnh thực Hiện tượng gọi cảm giác lập thể nhân tạo (cơ sở phương pháp đo ảnh lập thể) - Cặp ảnh lập thể hàng khơng: Sở dĩ có cảm giác lập thể nhân tạo quan sát cặp ảnh vật thu nhận từ hai điểm nhìn khác xuất loại thị sai (có chất thị sai sinh lý tự nhiên) gọi thị sai sinh lý nhân tạo Từ phương pháp chụp ảnh lập thể hàng không đời, tạo nên cặp ảnh lập thể (Stereopair) Hình ảnh điểm vật (A, B…) thể cặp ảnh lập thể (aa’; bb;…) gọi điểm ảnh tên Các tia chiếu từ điểm vật đến điểm ảnh tên gọi tia chiếu tên… Khi nhìn (hay chiếu ngược) cặp ảnh lập thể hàng khơng từ điểm nhìn (hay tâm chiếu) khác nhau, với vị trí tương đối chúng xác lập, tia chiếu tên từ tâm chiếu đến điểm ảnhcùng tên giao cắt khơng gian mở mơ hình khơng gian ảo bề mặt đất Do vậy, điều kiện để có cảm giác lập thể nhân tạo nhờ nhìn khơng gian vật bao gồm: + Hình ảnh vật thiết phải ghi nhận lại hai ảnh có tâm chụp khác 23 + Khi nhìn (hay quan sát) cặp ảnh, mắt cảm nhận ảnh tương ứng thuộc mắt + Vị trí tương đối hai ảnh cặp ảnh lập thể phải khôi phục (giống trình chụp ảnh) Nghĩa là, tia chiếu phải nằm mặt phẳng đường đáy mắt, khoảng cách nhìn từ mắt đến cặp ảnh tương ứng với khoảng cách từ tâm chụp đến mặt phẳng ảnh… 5.1.3 Thị sai hình ảnh Có thể xác lập mối quan hệ thị sai sinh lý tự nhiên (σ) thị sai sinh lý nhân tạo (σ’) theo biểu thức (với k số) Nói cách khác, xác định khác biệt hình ảnh vật thu nhận hai ảnh khác cặp ảnh lập thể Biểu diễn thị sai sinh lý nhân tạo (tức độ chênh hình ảnh) theo hai trục tọa độ hệ tọa độ mặt phẳng ảnh (x, y) biến đổi: Chênh lệch tọa độ cặp điểm ảnh tên gọi thị sai hình ảnh, pgọi thị sai dọc (Horizontal Parallax) q- gọi thị sai ngang (Vertical Parallax) điểm ảnh 24 Hiệu thị sai dọc hai điểm ảnh gọi độ chênh thị sai dọc (∆p); hiệu thị sai ngang hai điểm ảnh gọi độ chênh thị sai ngang (∆q) 5.1.4 Hiệu ưng lập thể Mơ hình lập thể - Hiệu ứng lập thể tính chất nó: Cảm giác lập thể tạo nên thị sai sinh lý mắt hình thành quan sát cặp ảnh lập thể gọi hiệu ứng lập thể (Stereo Effect) Nói cách khác, hiệu ứng lập thể tượng quang học xảy quan sát mắt cặp ảnh lập thể Phân biệt ba loại hiệu ứng lập thể: + Hiệu ứng lập thể thuận: Là hiệu ứng cho cảm giác lập thể nhân tạo hoàn toàn đồng với khơng gian thực vật Điều kiện để có hiệu ứng lập thể thuận mắt trái nhìn ảnh trái mắt phải nhìn ảnh phải Vị trí ảnh quan sát (hình a) Trường hợp này, độ chênh thị sai dọc mang giá trị dương (∆p > 0) + Hiệu ứng lập thể nghịch: Là hiệu ứng cho cảm giác lập thể nhân tạo hoàn tồn ngược lại với khơng gian thực vật Điều kiện để có hiệu ứng lập thể nghịch xoay ảnh cặp ảnh quanh điểm ảnh góc 180o Hoặc đổi chỗ hai ảnh cặp ảnh lập thể (nghĩa là, đưa ảnh trái sang quan sát mắt phải đưa ảnh phải sang quan sát mắt trái Hiệu ứng lập thể nghịch có ý nghĩa thành lập đồ từ ảnh hàng khơng vùng địa hình phức tạp + Hiệu ứng lập thể bằng: Còn gọi hiệu ứng lập thể không, hiệu ứng không cho cảm giác lập thể nhân tạo, mà hình ảnh vật quan sát thể “mặt phẳng” Điều kiện để có hiệu ứng lập thể là, từ hiệu ứng lập thể thuận, xoay ảnh cặp ảnh theo chiều kim đồng hồ quanh điểm ảnh góc 90o Hiệu ứng lập thể khơng có ý nghĩa thành lập đồ mặt Các hiệu ứng tạo nên quan sát cặp ảnh lập thể thay đổi theo điều kiện quan sát Nếu dùng hệ thống quang học có đáy quan sát hay đáy chiếu (B0) gấp n lần đáy mắt (tức B0 = n.br) kích thước mơ hình lập thể tăng lên n lần Hiện tượng gọi mở rộng hiệu ứng lập thể việc mở rộng đáy quan sát Nói cách khác, lực nhìn khơng gian mắt nâng cao hiệu ứng lập thể mở rộng 25 - Mơ hình lập thể tiêu đo: Kết hiệu ứng lập thể làm xuất mơ hình khơng gian ảo vật chụp (trong phần độ phủ dọc ảnh) gọi mơ hình lập thể (Stereo Model) Tùy thuộc tính chất hiệu ứng mà mơ hình lập thể đồng dạng hay ngược chiều với vật Phân biệt loại mơ hình: + Mơ hình lập thể quang học: Là mơ hình cảm nhận thơng qua hình ảnh vật thể tác động lên võng mạc hai mắt nhờ hệ thống thần kinh thị giác Hình dáng kích thước mơ hình phụ thuộc vị trí quan sát mắt Đây phương thức để nhận biết mơ hình lập thể hình học + Mơ hình lập thể hình học: Là mơ hình tạo mặt quỹ tích điểm giao cắt cặp tia chiếu tên cặp ảnh lập thể Mơ hình lập thể hình học tồn khách quan, thu nhỏ, đồng dạng với khơng gian vật Kích thước mơ hình phụ thuộc vào tỷ lệ ảnh, tiêu cự buồng chiếu đường đáy chiếu Trong phương pháp đo ảnh, “tiêu đo” loại vật chuẩn gắn với thước đo dùng để định vị điểm đo mơ hình vật chụp Tiêu đo thực dấu mốc thích hợp chọn đặt khơng gian mơ hình lập thể, di chuyển đến điểm mô hình gắn với thước đo tọa độ để xác định vị trí điểm đo mơ hình Tiêu đo ảo mơ hình quang học hai tiêu đo thực hồn tồn giống kích thước hình dạng, đặt vị trí hai điểm ảnh tên mặt phẳng ảnh 5.1.5 Các phương pháp nhìn lập thể ảnh hàng khơng Trong chụp ảnh lập thể hàng không, hai ảnh hình thành từ hai tâm chụp liên tiếp, có độ phủ dọc p%, nhìn từ hai vị trí quan sát khác cho cảm giác lập thể nhân tạo Điều kiện tạo cảm giác lập thể nhân tạo (tức hiệu ứng lập thể) mắt nhìn ảnh tương ứng cặp ảnh lập thể Để thực điều kiện này, phương pháp quan sát khác sử dụng nhằm tách tia ngắm mắt tới ảnh riêng biệt - Phương pháp kính lập thể Đây phương pháp quan sát lập thể thông dụng, dùng hệ thống kính quang học để tách tia ngắm từ hai mắt đến hai ảnh riêng biệt Có nhiều loại kính lập thể: + Kính lập thể bỏ túi: Đơn giản nhất, nhỏ gọn, thích hợp khảo sát giã ngoại, nhiên khơng có khả mở rộng hiệu ứng lập thể, khơng thích hợp cho ảnh kích thước lớn) 26 + Kính lập thể phản quang (Mirror StereoScope) Bộ phận kính phản quang đặt song song đơi nghiêng góc 45o so với phương thẳng đứng Ngồi khả phóng đại hình ảnh cho phép mở rộng hiệu ứng lập thể, thích hớp cho ảnh có kích thước lớn + Máy đo ảnh lập thể Trong hệ thống quan sát tổ hợp quang học hồn chỉnh - Phương pháp kính lọc Ngun tắc chung phương pháp dùng kính lọc đặc biệt để tách tia ngắm từ hai mắt cho hai ảnh riêng biệt Hiện có hai loại kính lọc thường dùng kính lọc màu kính phân cực + Kính lọc mầu (Filters) Dùng màu bổ sung để “nhuộm” hai chùm tia chiếu đến hai ảnh riêng biệt, đồng thời dùng màu tương ứng kính mắt để quan sát hai chùm tia nhuộm màu Hai màu gọi bổ sung tổ hợp với tạo nên màu trắng chồng khít lên tạo nên màu đen (ví dụ: Lục – Đỏ) Ánh sáng màu khơng thể qua kính lọc có màu bổ sung nó, mắt cảm nhận màu tương ứng Phương pháp thường gây tổn thất lượng ánh sáng quan sát + Kính phân cực ánh sáng (Polarization) Dựa sở tính chất phân cực ánh sáng Các chùm tia chiếu cặp ảnh lập thể sau qua kính phân cực biến thành chùm tia có sóng giao động theo hướng định Ánh sáng phân cực qua kính phân cực có hướng song song với mặt phẳng giao động chùm tia sáng phân cực hồn tồn khơng qua kính phân cực có hướng vng góc với mặt phẳng dao động Phương pháp đơn giản, không bị tổn thất lượng ánh sáng quan sát, sử dụng cho nhiều loại ảnh khác 5.1.6 Nguyên lý đo lập thể ảnh hàng không Việc xác định vị trí khơng gian điểm vật bất lợi sử dụng ảnh hàng không (đo ảnh đơn) Trong đo ảnh lập thể, vị trí xác định cách thuận lợi mơ hình hình học mở từ cặp ảnh lập thể (Stereopair) Nguyên lý đo lập thể ảnh hàng không dựa sở mối quan hệ sau đây: - Quan hệ thị sai dọc điểm ảnh (p) tọa độ điểm mặt đất Sự tồn thị sai dọc hình ảnh (x-parallax) định tồn mơ hình lập thể Trong trường hợp ảnh chụp nằm ngang, xác lập mối quan hệ thị sai dọc (p), đáy chụp ảnh (B), độ cao bay chụp (H) tọa độ (X,Y) điểm 27 Giả sử điểm A mặt đất có tọa độ (XA,YA) Hình ảnh cặp ảnh lập thể có tọa độ (xa, ya xa’, ya’) hình vẽ Theo đó, độ cao tuyệt đối điểm A mặt đất (hA) tính từ độ cao bay chụp điểm A (HA) độ cao bay chụp so với mặt chuẩn (Hd) Đồng thời xác định tỷ lệ ảnh điểm ảnh A (1/ma) - Quan hệ độ chênh thị sai dọc (∆p) độ chênh cao địa hình Nếu hai điểm A, B mặt đất có độ cao tuyệt đối khác nhau, tức tồn độ chênh cao địa hình điểm (hAB) Viết biểu thức độ cao bay chụp điểm A B: 28 Theo đó, độ chênh cao địa hình (hAB) tính: Đây cơng thức phương pháp đo ảnh lập thể, việc dùng để xác định độ chênh cao địa hình từ ảnh sử dụng để tính tốn độ cao vật thể mặt đất Các công thức liên quan đến thị sai dọc điểm ảnh(p) Do vậy, để xác định tọa độ điểm mặt đất, độ chênh cao địa hình, tỷ lệ điểm ảnh đo ảnh lập thể phải xác định thị sai dọc điểm Nên nói, thực chất phương pháp đo lập thể ảnh hàng không xác định thị sai dọc điểm ảnh - Phương pháp đo thị sai dọc (p) cặp ảnh lập thể Vị trí điểm ảnh ảnh hàng không biểu thị vector điểm ảnh r (x,y), với x,y tọa độ điểm ảnh đo mặt phẳng ảnh Muốn xác định thị sai hình ảnh (tức độ chênh tọa độ cặp điểm ảnh tên) phải đo tọa độ điểm ảnh Có nhiều loại máy đo (tọa độ) ảnh khác nhau, đơn giản “máy đo tọa độ lập thể”, cho phép tiến hành đo đồng thời tọa độ ảnh (x’,y’) (x”,y”) cặp điểm ảnh tên cặp ảnh lập thể 29 Máy có cấu tạo học cho phép vận động thẳng hai ảnh theo hệ trục tọa độ vng góc x,y để đảm bảo khả đưa hai tiêu đo trái phải trùng với hai điểm ảnh tên ảnh trái ảnh phải Cho phép vận động xoay làm cho hai điểm ảnh tên cặp ảnh nằm đường thẳng song song với đáy quan sát để tạo hiệu ứng lập thể Ngồi có hệ thống quang học tiêu đo Trong thực tế, đơn giản thường sử dụng kính lập thể phản quang thước thị sai, cho phép quan sát lập thể cặp ảnh đo thị sai dọc đồng thời nhiều cặp điểm ảnh tên Để đo tọa độ ảnh thị sai cặp điểm ảnh tên, trước hết cần phải định hướng tương đối cặp ảnh lập thể máy đo tọa độ lập thể Mục đích định hướng tương đối thực điều kiện để tạo hiệu ứng lập thể Thường sử dụng đường phương vị, tức đường nối điểm ảnh cặp ảnh lập thể, đặt song song với đường đáy quan sát (đáy mắt) trùng vào trục x máy đo, tịnh tiến hai ảnh trục x thu hiệu ứng lập thể tốt Các phương pháp đo thị sai dọc (p) bao gồm: • Phương pháp đo đơn giản: Đặt cặp ảnh lập thể lên bàn phẳng, tiến hành định hướng tương đối cặp ảnh theo đường phương vị (oo’oo’) Dùng kính lập thể quan sát cặp ảnh, di chuyển cặp ảnh cho hiệu ứng lập thể xảy Khi mơ hình lập thể xuất hiện, cố định vị trí ảnh, đo khoảng cách hai điểm ảnh (oo’ = D), xác định cặp điểm ảnh tên cần đo (a,a’), đo khoảng cách hai điểm ảnh tên hai ảnh (d) Thị sai dọc (p) xác định theo biểu thức: • Phương pháp đo thước thị sai (Parallax Bar): Điều chỉnh kính lập thể để tạo hiệu ứng lập thể trường quan sát, cố định cặp ảnh mơ hình lập thể xuất Đặt thước thị sai trực tiếp lên mặt cặp ảnh cho tiêu đo (cố định) bên trái thước trùng với điểm ảnh trái, xoay ốc thị sai ốc điều chỉnh đưa tiêu đo phải trùng với điểm ảnh phải tên, đọc số đo thị sai p thang thước • Phương pháp đo máy có tiêu đo ảo: Tiêu đo ảo thực chất hình ảnh lập thể hai tiêu đo thực đặt mặt phẳng ảnh Trước tiên điều chỉnh hệ thống quan sát 30 máy để tạo hiệu ứng lập thể trường nhìn Sau xác định điểm cần đo tọa độ thị sai mô hình, dùng tay quay máy xê dịch hai tiêu đo thực trái phải theo hướng tọa độ (x,y) trùng vào hai điểm ảnh tương ứng trái phải Khi đó, nhờ hiệu ứng lập thể mắt nhìn thấy tiêu đo ảo hồn tồn trùng khít với điểm đo mơ hình lập thể (cơng việc gọi q trình khử thị sai ngang điểm đo) Tiến hành đọc số đo hộp số tương ứng 31 ... xoay ảnh: Góc xoay ảnh mặt phẳng ảnh phát sinh bay lệch hướng đường bay thiết kế Yêu cầu: κ ≤ 50 - Đánh giá chất lượng ảnh chụp + Kiểm tra dấu hiệu nhận biết ảnh: Gồm: Số hiệu ảnh (vị trí ảnh. .. điểm ảnh hướng xác định Do phải nghiên cứu tỷ lệ điểm ảnh Tỷ lệ điểm ảnh (1/m) hiểu giới hạn tỷ số đọan thẳng vô bé ảnh (∆l) đọan thẳng tương ứng mặt đất (∆L) - Tỷ lệ ảnh ảnh + Tỷ lệ ảnh điểm ảnh. .. điểm ảnh ảnh hàng không biểu thị vector điểm ảnh r (x,y), với x,y tọa độ điểm ảnh đo mặt phẳng ảnh Muốn xác định thị sai hình ảnh (tức độ chênh tọa độ cặp điểm ảnh tên) phải đo tọa độ điểm ảnh