1 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - địa chất QUANG HNG Luận văn thạc sÜ TRẮC ĐỊA Hµ néi – 2007 mơc lơc Néi dung Trang Lêi cam ®oan……………………………………………………… mơc lơc…………………………………………………………… Danh mục bảng danh mục hình vẽ, đồ thị mở đầu Ch−¬ng 1- Tìm hiểu lý thuyết ảnh số đo ảnh số 1.1 ảnh số 1.2 Tìm hiểu số hệ thống màu phổ biến 11 1.3 ảnh xám thuộc tính chúng 13 1.4 Cấu trúc dạng tháp ảnh 17 1.5 Một số khái niệm đo ảnh số 18 1.6 Biến đổi hình học tái chia mức xám 21 Chơng 2- Tìm hiểu sở lý thuyết khớp ảnh tự động 26 2.1 Tổng quan khớp ảnh 26 2.2 Phơng pháp khớp ảnh theo bề mặt 27 2.3 Khớp ảnh theo đặc trng 51 Chơng - Xây dựng chơng trình & thực nghiệm 57 3.1 Lựa chọn phơng thức khớp ảnh 57 3.2 Mô tả bớc khớp ảnh 59 3.3 Các nội dung thực nghiệm kết thực nghiệm 69 kết luận kiến nghị 92 tài liệu tham khảo 95 Danh mục bảng Bảng 1.1: Lực phân giải phim âm màu KODAK AEROCOLOR III 2444 10 Bảng 1.2: Chuyển đổi hệ toạ độ ảnh hệ toạ độ mặt đất 21 Bảng 3.1 Các thông số máy chụp ảnh RC-30 đợc lấy từ lý lịch máy 70 Bảng 3.2: Kết khớp ảnh với cửa sổ 10x10 pixel, phơng pháp nội suy song tuyến 79 B¶ng 3.3: KÕt qu¶ khíp ¶nh víi cưa sỉ 30x30 pixel, phơng pháp nội suy song tuyến 81 Bảng 3.4: KÕt qu¶ khíp ¶nh víi cưa sỉ 50x50 pixel, phơng pháp nội suy song tuyến 82 Bảng 3.5: Kết qu¶ khíp ¶nh víi cưa sỉ 31x31 pixel, sư dơng hàm tơng quan độ xám pixel trung tâm, phơng pháp nội suy song tuyến 84 Bảng 3.6: Kết khớp ảnh với cửa sổ 30x30 pixel, phơng pháp nội suy láng giềng gần 86 Bảng 3.7: Kết khớp ảnh với cửa sổ 30x30 pixel, phơng pháp nội suy xoắn bậc ba 88 Bảng 3.8: Tổng hợp kết khớp ảnh với phơng thức khác 90 danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Tách ảnh mầu kênh RGB ma trận xám tơng ứng 11 Hình 1.2: Khối nón mu minh họa hệ thống mu HIS 13 Hình 1.3: Mô tả tăng cờng chất lợng ảnh (thay đổi histogram) 15 Hình 1.4: Cấu trúc dạng tháp ảnh 17 Hình 1.5: Phép chiếu xuyên tâm 18 Hình 1.6: Quan hệ toạ độ ảnh toạ độ pixel 20 Hình 1.7: Lới ô vuông ảnh trớc sau biến đổi 22 Hình 1.8: Mô tả việc tái chia mức xám 23 Hình 1.9: Mô tả phép nội suy song tuyến 24 Hình 1.10: Mô tả phép nội suy xoắn bậc [3] 24 Hình 2.1: Cửa sổ dò tìm tơng quan chiều 29 Hình 2.2: Mô hình hình học tơng quan đờng đáy 29 Hình 2.3: Cửa sổ dò tìm tơng quan chiều 30 Hình 2.4: Biểu diễn hình học ý nghĩa hệ số tơng quan 31 Hình 2.5: Mô tả việc khớp ảnh hệ số tơng quan [9] 32 Hình 2.6: Quan hệ véctơ độ xám độ khác biệt hình ảnh 33 Hình 2.7: Phơng pháp khớp ảnh theo đờng thẳng đứng 35 Hình 2.8: Tích hợp đờng cong parapol hệ số tơng quan 37 Hình 2.9: Đại lợng xê dịch hình học 41 Hình 2.10: Sự biến dạng hình học ảnh 43 Hình 2.11: Khớp ảnh nhiều ảnh 47 Hình 2.12: Khớp ảnh theo phơng thức tìm kiếm sâu trớc 54 Hình 2.13: Kết tìm biên thuật toán Sobbel LoG [9] 55 Hình 3.1: Mô tả hình học khớp điểm theo nguyên lý tơng tự VLL 58 Hình 3.2: quy trình lấy toạ độ đầu vào (toạ độ điểm cần tìm) 59 Hình 3.3 Sơ đồ quy trình khớp ảnh cho điểm ảnh 60 Hình 3.4: Sơ đồ hệ toạ độ ảnh (máy chụp ảnh RC-30) 63 Hình 3.5: Tìm độ cao Z gần điểm ảnh P mô hình DTM 65 Hình 3.6: Nội suy ma trËn cưa sỉ t×m kiÕm 66 H×nh 3.7: Néi suy vị trí điểm hệ số tơng quan điểm lân cận 67 Hình 3.8: Giao diện chơng trình TCC_Match 73 Hình 3.9: Mô tả phơng thức phối màu thể hệ số tự tơng quan 74 Hình 3.10: Khảo sát hàm tự tơng quan với dạng điểm đặc trng 75 Hình 3.11: Vệt tìm kiếm vị trí tìm thấy điểm 76 Hình 3.12: Đồ thị biến đổi hệ số tơng quan vệt tìm kiếm điểm 77 Hình 3.13: Vệt tìm kiếm vị trí tìm thấy điểm 77 Hình 3.14: Đồ thị biến đổi hệ số tơng quan vệt tìm kiếm, điểm 78 mở đầu Tính cấp thiết đề tài Phơng pháp đo ảnh số công nghệ tiên tiến phơng pháp đo ảnh Hiện ®ang chiÕm −u thÕ gÇn nh− tut ®èi ®o ảnh Một u điểm bật phơng pháp đo ảnh số khả tự động hoá cao Công việc tìm kiếm điểm ảnh tên ảnh liền kề, hay gọi khớp ảnh, chiếm vị trí quan trọng tự động hoá đo ảnh Hai nhiệm vụ quan trọng đo ảnh đo tăng dày tam giác ảnh không gian xây dựng mô hình số độ cao đợc tự động hoá nhờ việc tìm điểm tên Giải đợc nhiệm vụ tự động tìm điểm tên giải vấn đề quan trọng đo ảnh tự động Hiện thị trờng phổ biến nhiều loại phần mềm xử lý ảnh có tính tìm điểm tự động nh: ImageStation Z/I Imaging, Match-T vµ Match-AT cđa Inpho, Phodis cđa Zeiss, v.v Tuy nhiên trình sản xuất có nhiều vấn đề nảy sinh mà cha có biện pháp giải không nắm đợc chế hoạt động chơng trình Các chơng trình sẵn có phần mềm thơng mại phục vụ sản xuất hầu nh sử dụng cho công tác nghiên cứu Chúng đợc ví nh hộp đen mà tất thuật toán đợc giấu kín Để tiến tới làm chủ công nghệ khớp ảnh tự động khắc phục hạn chế tồn tại, cần nghiên cứu thấu đáo lý thuyết khớp ảnh tự động, từ khai thác triệt để khả phần mềm sẵn có, tạo điều kiện phát triển xây dựng phần mềm cho phép cải tiến nâng cao khả khớp ảnh tự động, nhằm ứng dụng rộng r`i kỹ thuật sản xuất Mục đích, đối tợng phạm vi nghiên cứu Mục đích luận văn bớc đờng làm chủ công nghệ khớp ảnh tự động, dựa vào hệ thống lý thuyết để xây dựng chơng trình khớp ảnh tự động mức độ sơ khai Đối tợng nghiên cứu ảnh hàng không dạng số Phạm vi nghiên cứu giới hạn lĩnh vực tự động tìm điểm ảnh tên hàm tơng quan cặp ảnh lập thể đ` có nguyên tố định hớng tuyệt đối Nội dung nghiên cứu Các nội dung đợc tập trung nghiên cứu là: Các khái niệm ¶nh sè, ®o ¶nh sè, lý thut khíp ¶nh tù động, áp dụng phần lý thuyết để xây dựng chơng trình phần mềm, chạy thực nghiệm kết để kiểm chứng lý thuyết Phơng pháp nghiên cứu Trớc hết luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề lý thuyết liên quan đến khớp ảnh tự động, sau xây dựng chơng trình, chạy thực nghiệm kết để kiểm chứng lý thuyết Phần mềm đợc xây dựng tập trung vào kỹ thuật khớp ảnh tự động hàm tơng quan, với nhiều tham số đầu vào khác nh: kích thớc cửa sổ tìm kiếm theo hớng trục x trục y, phơng thức nội suy tái chia mức xám để tạo ma trận độ xám cửa sổ tìm kiếm, bớc nhảy tìm kiếm v.v Kết thực nghiệm tìm điểm tự động phần mềm xây dựng đợc đối chiếu với kết chơng trình Image Station Automatic Triangulation 4.2 (ISAT 4.2) để có nhận xét cần thiết Các tài liệu đợc sử dụng để nghiên cứu giáo trình Trắc địa ảnh Trờng Đại học Mỏ Địa chất dùng cho đào tạo đại học sau đại học, đặc biệt quan trọng tài liệu Tự động hoá đo ảnh GS TSKH Phan Văn Lộc, Cơ sở lý luận khớp ảnh cđa GS TSKH Tr−¬ng Anh KiƯt, cïng víi mét sè tài liệu lý thuyết đo ảnh số khớp ảnh nớc đợc trình bày danh mục tài liệu tham khảo ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc hoàn thành luận văn góp phần khẳng định tính thực tiễn lý thuyết khớp ảnh tự động, cho phép đa ý tởng áp dụng vào thực tế Chơng trình thực nghiệm khớp ảnh tự động khởi đầu trình làm chủ công nghệ, tạo sở để phát triển hoàn thiện mở rộng việc áp dụng công nghệ lĩnh vực sản xuất t liệu địa hình từ ảnh hàng không Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 55 trang, chia làm chơng với 10 bảng biểu 37 hình vẽ Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn, GS TSKH Phan Văn Lộc, ngời đ` động viên bảo tận tình suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn thầy giáo, nhà giáo nhân dân, GS TSKH Trơng Anh Kiệt thầy cô Bộ môn Trắc địa ảnh Khoa Trắc địa Trờng Đại học Mỏ Địa chất đ` quan tâm giúp đỡ cung cấp tài liệu để thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến l`nh đạo Công ty Trắc địa Bản đồ Bộ Quốc phòng Xí nghiệp Chụp ảnh Hàng không, đặc biệt đồng chí Đại tá Kim Ngọc Hà - Phó Giám đốc Công ty, đồng chí Thợng tá Đinh Lê Quân Giám đốc Xí nghiệp đ` đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi máy móc trang thiết bị để hoàn thành phần thực nghiệm luận văn Chơng Tìm hiểu lý thuyết ảnh số đo ảnh số 1.1 ảnh số ảnh số đợc xem tập hợp điểm ảnh (pixel) khác Mỗi pixel mang giá trị màu sắc ảnh số nhận đợc từ đờng: trực tiếp từ máy chụp ảnh số gián tiếp từ việc quét ảnh tơng tự Trong chất lợng ảnh tơng tự phụ thuộc vào độ nhạy lớp nhũ phim chất lợng ảnh số phụ thuộc vào thông số CCD (charge-coupled device) Đây phận cảm quang tất thiết bị thu nhận ảnh số nh máy chụp ảnh quay video số, máy quét v.v Số lợng tế bào cảm quang CDD, hình dạng, kích thớc độ nhạy chúng thông số CCD Có trình quan trọng diễn tạo lập ảnh số, lấy mẫu lợng tử hoá Lấy mẫu việc chia biến đổi liên tục hình ảnh thành tập hợp rời rạc giá trị đại diện, pixel với hình dáng kích thớc xác định Toàn ảnh đợc chia thành phần tử hình ảnh nhỏ gọi pixel, hình dạng kích thớc phụ thuộc vào hình dạng kích thớc tế bào tạo nên CCD Quá trình lấy mẫu định đến thuộc tính hình học ảnh số Lợng tử hoá việc chọn gán giá trị cờng độ tín hiệu (độ xám) cho pixel Các giá trị tạo nên thuộc tính cờng độ ảnh Các khái niệm liên qua đến thuộc tính hình học thuộc tính cờng độ đợc nêu chi tiết phần ảnh số có nhiều điểm u việt, đáng ý có thĨ nªu lªn nh− sau: 10 - Cho phÐp tù động hoá trình xử lý, - Cho phép lu trữ, chép dễ dàng tiện lợi, - Cho phép gửi liệu dễ dàng nhanh chóng từ khoảng cách xa (gửi từ nới đến nơi khác qua mạng, gửi từ vệ tinh tàu vũ trụ mặt đất v.v ), - Cho phép thể nhiều kênh với dải tần kể dải ánh sáng nhìn thấy không nhìn thấy Tuy nhiên bên cạnh u điểm, ảnh số số nhợc điểm: - Các thiết bị thu nhận xử lý đắt tiền, - Dung lợng lu trữ lớn, - Độ phân giải thông thờng thấp ảnh tơng tự Phim chụp hàng không thông thờng đạt 60-80 lp (cặp dòng)/mm, ảnh quét thờng dùng sản xuất, quét với độ phân giải 16 àm đạt khoảng 31 lp/mm Bảng 1.1: Lực phân giải phim âm màu KODAK AEROCOLOR III 2444 Quy trình xử lý Lực phân giải (cặp dòng/mm) thời gian TOC 1.6:1 TOC 1000:1 AN-6, 3:00 80 100 C-41, 4:15 80 125 C-41, 3:15 80 125 Với tổng hợp u điểm nhợc điểm nh trên, nhìn chung phần u điểm vợt trội ảnh số ngày chiếm lĩnh vị trí thay dần ảnh tơng tự Với mô tả đ` nêu trên, ảnh số đợc thĨ hiƯn b»ng mét ma trËn I chøa m dßng n cột Mỗi phần tử ma trận mang giá trị cờng độ xám Tuỳ thuộc vào kiểu ảnh đợc lu trữ, ma trận chứa líp (¶nh 81 B¶ng 3.3: KÕt qu¶ khíp ¶nh víi cửa sổ 30x30 pixel, phơng pháp nội suy song tuyến: Ch Trình Tên điểm ISAT 4.2 TCC-Match x(mm) y(mm) x(mm) y(mm) dx(pixel) dy(pixel) r -21.038 103.390 -18.931 103.396 65.80 0.20 0.45 -12.166 59.507 -12.133 59.528 1.00 0.70 0.91 -80.266 26.370 -80.362 26.375 -3.00 0.20 0.85 -31.407 39.639 -31.400 39.638 0.20 0.00 0.95 -19.385 -16.770 -19.373 -16.764 0.40 0.20 0.81 -23.606 -49.389 -23.598 -49.379 0.20 0.30 0.80 -2.625 -82.978 -2.637 -82.974 -0.40 0.10 0.81 -80.384 -26.964 -80.383 -26.974 0.00 -0.30 0.86 -77.934 -77.753 -77.925 -77.764 0.30 -0.30 0.78 10 23.487 -30.890 23.511 -30.886 0.70 0.10 0.68 11 5.174 53.945 5.191 53.929 0.50 -0.50 0.73 12 -42.121 88.873 -41.874 88.853 7.70 -0.60 0.70 13 -55.297 -35.740 -55.291 -35.745 0.20 -0.20 0.78 14 -46.620 -92.128 -46.602 -92.132 0.60 -0.10 0.88 15 -14.803 14.027 -14.791 14.029 0.40 0.10 0.82 16 -68.688 81.968 -68.646 81.965 1.30 -0.10 0.80 17 -42.855 12.511 -42.854 12.511 0.00 0.00 0.91 18 -49.742 -9.910 -49.769 -9.910 -0.80 0.00 0.81 19 -42.945 63.938 -42.939 63.935 0.20 -0.10 0.93 20 -8.511 -53.801 -8.511 -53.802 0.00 0.00 0.75 21 -0.680 94.259 -0.698 94.246 -0.50 -0.40 0.65 22 -82.165 88.203 -82.158 88.201 0.20 -0.10 0.88 23 5.992 39.584 5.991 39.576 0.00 -0.20 0.56 24 -72.792 45.634 -72.790 45.623 0.10 -0.30 0.64 25 -77.963 -1.496 -77.970 -1.497 -0.20 -0.10 0.82 26 0.281 -1.995 0.289 -1.991 0.20 0.10 0.61 27 -2.153 -44.233 -2.143 -44.229 0.30 0.10 0.71 82 28 -9.544 -47.966 -9.534 -47.960 0.30 0.20 0.84 29 -80.820 -91.487 -80.793 -91.497 0.80 -0.30 0.80 30 5.951 -93.045 5.960 -93.039 0.30 0.20 0.74 31 -86.174 -43.106 -86.152 -43.111 0.70 -0.10 0.69 32 -84.709 -49.879 -84.716 -49.883 -0.20 -0.10 0.70 33 -31.644 38.043 -31.657 38.040 -0.40 -0.10 0.58 34 -18.315 76.391 -18.310 76.382 0.10 -0.30 0.94 35 11.589 78.209 11.608 78.187 0.60 -0.70 0.69 36 -56.025 54.565 -56.013 54.567 0.40 0.10 0.81 37 -59.669 25.961 -59.673 25.965 -0.10 0.20 0.70 38 -12.319 30.813 -12.295 30.814 0.80 0.00 0.74 39 14.761 19.130 14.783 19.134 0.70 0.10 0.59 40 -0.156 -26.324 -0.126 -26.317 0.90 0.20 0.72 41 -38.947 -24.904 -38.939 -24.900 0.30 0.10 0.86 42 -21.002 -32.235 -20.977 -32.227 0.80 0.30 0.84 43 -35.236 -69.530 -35.221 -69.523 0.50 0.20 0.81 44 -61.615 -63.378 -61.608 -63.383 0.20 -0.20 0.50 45 -23.665 -76.368 -23.653 -76.364 0.40 0.10 0.64 46 16.052 -64.417 16.054 -64.412 0.10 0.20 0.81 47 -19.111 -95.629 -19.100 -95.634 0.30 -0.20 0.65 48 -60.063 -79.058 -60.035 -79.064 0.90 -0.20 0.71 49 -57.121 -102.137 -57.118 -102.139 0.10 -0.10 0.67 50 18.137 -75.159 18.156 -75.153 0.60 0.20 0.78 0.48 0.24 0.77 Trung b×nh bình phơng Bảng 3.4: Kết khớp ảnh với cửa sổ 50x50 pixel, phơng pháp nội suy song tuyến: Ch trình Tên điểm ISAT 4.2 TCC-Match x(mm) y(mm) x(mm) y(mm) dx(pixel) dy(pixel) r -21.038 103.390 -18.992 103.395 63.90 0.20 0.35 -12.166 59.507 -12.138 59.528 0.90 0.70 0.89 -80.266 26.370 -80.362 26.375 -3.00 0.20 0.87 83 -31.407 39.639 -31.403 39.638 0.10 0.00 0.94 -19.385 -16.770 -19.375 -16.764 0.30 0.20 0.70 -23.606 -49.389 -23.592 -49.378 0.40 0.30 0.79 -2.625 -82.978 -2.653 -82.974 -0.90 0.10 0.74 -80.384 -26.964 -80.393 -26.974 -0.30 -0.30 0.82 -77.934 -77.753 -77.917 -77.764 0.60 -0.30 0.72 10 23.487 -30.890 23.511 -30.886 0.80 0.10 0.50 11 5.174 53.945 5.183 53.929 0.30 -0.50 0.77 12 -42.121 88.873 -41.994 88.852 4.00 -0.70 0.78 13 -55.297 -35.740 -55.275 -35.745 0.70 -0.20 0.78 14 -46.620 -92.128 -46.603 -92.132 0.50 -0.10 0.80 15 -14.803 14.027 -14.794 14.029 0.30 0.10 0.76 16 -68.688 81.968 -68.622 81.965 2.10 -0.10 0.79 17 -42.855 12.511 -42.862 12.511 -0.20 0.00 0.75 18 -49.742 -9.910 -49.767 -9.910 -0.80 0.00 0.74 19 -42.945 63.938 -42.938 63.935 0.20 -0.10 0.93 20 -8.511 -53.801 -8.505 -53.802 0.20 0.00 0.72 21 -0.680 94.259 -0.722 94.246 -1.30 -0.40 0.74 22 -82.165 88.203 -82.204 88.201 -1.20 -0.10 0.78 23 5.992 39.584 5.988 39.576 -0.10 -0.20 0.55 24 -72.792 45.634 -72.792 45.623 0.00 -0.30 0.89 25 -77.963 -1.496 -77.977 -1.497 -0.40 -0.10 0.82 26 0.281 -1.995 0.280 -1.991 0.00 0.10 0.68 27 -2.153 -44.233 -2.151 -44.229 0.10 0.10 0.74 28 -9.544 -47.966 -9.570 -47.961 -0.80 0.10 0.79 29 -80.820 -91.487 -80.795 -91.497 0.80 -0.30 0.76 30 5.951 -93.045 5.956 -93.039 0.10 0.20 0.72 31 -86.174 -43.106 -86.149 -43.111 0.80 -0.10 0.68 32 -84.709 -49.879 -84.727 -49.884 -0.60 -0.10 0.63 33 -31.644 38.043 -31.656 38.040 -0.40 -0.10 0.62 34 -18.315 76.391 -18.327 76.382 -0.40 -0.30 0.87 35 11.589 78.209 11.609 78.187 0.60 -0.70 0.62 84 36 -56.025 54.565 -56.016 54.567 0.30 0.10 0.88 37 -59.669 25.961 -59.669 25.965 0.00 0.20 0.61 38 -12.319 30.813 -12.290 30.814 0.90 0.00 0.76 39 14.761 19.130 14.785 19.134 0.80 0.10 0.55 40 -0.156 -26.324 -0.028 -26.315 4.00 0.30 0.69 41 -38.947 -24.904 -38.937 -24.900 0.30 0.10 0.80 42 -21.002 -32.235 -20.975 -32.227 0.80 0.30 0.81 43 -35.236 -69.530 -35.233 -69.524 0.10 0.20 0.74 44 -61.615 -63.378 -61.616 -63.383 0.00 -0.20 0.45 45 -23.665 -76.368 -23.656 -76.364 0.30 0.10 0.81 46 16.052 -64.417 16.062 -64.412 0.30 0.20 0.83 47 -19.111 -95.629 -19.099 -95.634 0.40 -0.20 0.63 48 -60.063 -79.058 -60.066 -79.065 -0.10 -0.20 0.61 49 -57.121 -102.137 -57.091 -102.139 0.90 -0.10 0.73 50 18.137 -75.159 18.162 -75.152 0.80 0.20 0.71 0.53 0.24 0.74 Trung b×nh bình phơng 3.3.4 Thực nghiệm khớp ảnh với hàm tơng quan Bảng 3.5: Kết khớp ảnh với cửa sổ 31x31 pixel, sử dụng hàm tơng quan độ xám pixel trung tâm, phơng pháp nội suy song tuyến Ch trình Tên điểm ISAT 4.2 TCC-Match x(mm) y(mm) x(mm) y(mm) dx(pixel) dy(pixel) r -21.038 103.390 -14.750 103.437 196.50 1.50 0.90 -12.166 59.507 -12.122 59.528 1.40 0.70 1.10 -80.266 26.370 -80.251 26.376 0.40 0.20 0.57 -31.407 39.639 -31.408 39.638 0.00 0.00 0.96 -19.385 -16.770 -19.408 -16.764 -0.70 0.20 0.86 -23.606 -49.389 -23.596 -49.379 0.30 0.30 1.02 -2.625 -82.978 -2.651 -82.974 -0.80 0.10 0.81 -80.384 -26.964 -80.368 -26.974 0.50 -0.30 0.78 -77.934 -77.753 -77.924 -77.764 0.30 -0.30 0.79 10 23.487 -30.890 23.496 -30.886 0.30 0.10 0.95 85 11 5.174 53.945 5.186 53.929 0.40 -0.50 0.74 12 -42.121 88.873 -42.004 88.852 3.60 -0.70 0.75 13 -55.297 -35.740 -55.315 -35.746 -0.60 -0.20 1.14 14 -46.620 -92.128 -46.596 -92.132 0.80 -0.10 0.94 15 -14.803 14.027 -14.778 14.029 0.80 0.10 0.86 16 -68.688 81.968 -68.669 81.965 0.60 -0.10 0.92 17 -42.855 12.511 -42.839 12.511 0.50 0.00 0.87 18 -49.742 -9.910 -49.769 -9.910 -0.80 0.00 0.81 19 -42.945 63.938 -42.949 63.935 -0.10 -0.10 0.92 20 -8.511 -53.801 -8.509 -53.802 0.00 0.00 0.64 21 -0.680 94.259 -0.697 94.246 -0.50 -0.40 0.67 22 -82.165 88.203 -82.158 88.201 0.20 -0.10 0.90 23 5.992 39.584 5.276 39.568 -22.40 -0.50 0.82 24 -72.792 45.634 -72.696 45.624 3.00 -0.30 0.41 25 -77.963 -1.496 -77.959 -1.497 0.10 0.00 0.85 26 0.281 -1.995 0.266 -1.992 -0.50 0.10 0.51 27 -2.153 -44.233 -2.164 -44.229 -0.40 0.10 0.67 28 -9.544 -47.966 -9.535 -47.960 0.30 0.20 0.90 29 -80.820 -91.487 -80.750 -91.497 2.20 -0.30 0.84 30 5.951 -93.045 5.959 -93.039 0.20 0.20 0.75 31 -86.174 -43.106 -86.151 -43.111 0.70 -0.10 0.65 32 -84.709 -49.879 -84.703 -49.883 0.20 -0.10 0.70 33 -31.644 38.043 -31.656 38.040 -0.40 -0.10 0.58 34 -18.315 76.391 -18.305 76.382 0.30 -0.30 0.98 35 11.589 78.209 11.604 78.187 0.50 -0.70 0.72 36 -56.025 54.565 -56.035 54.567 -0.30 0.10 0.68 37 -59.669 25.961 -59.659 25.966 0.30 0.20 0.78 38 -12.319 30.813 -12.306 30.814 0.40 0.00 0.62 39 14.761 19.130 14.774 19.134 0.40 0.10 0.72 40 -0.156 -26.324 -0.110 -26.316 1.40 0.20 0.78 41 -38.947 -24.904 -38.895 -24.899 1.60 0.20 0.93 42 -21.002 -32.235 -20.983 -32.227 0.60 0.30 0.79 86 43 -35.236 -69.530 -35.220 -69.523 0.50 0.20 0.95 44 -61.615 -63.378 -61.614 -63.383 0.00 -0.20 0.58 45 -23.665 -76.368 -23.689 -76.364 -0.80 0.10 0.76 46 16.052 -64.417 16.013 -64.413 -1.20 0.10 0.73 47 -19.111 -95.629 -19.111 -95.634 0.00 -0.20 1.00 48 -60.063 -79.058 -60.190 -79.066 -4.00 -0.30 0.72 49 -57.121 -102.137 -57.114 -102.139 0.20 -0.10 0.70 50 18.137 -75.159 18.152 -75.153 0.50 0.20 0.47 0.47 0.22 0.80 Trung bình bình phơng 3.3.5 Thực nghiệm khớp ảnh với phơng pháp nội suy tái chia mức xám Bảng 3.6: Kết khớp ảnh với cửa sổ 30x30 pixel, phơng pháp nội suy láng giềng gần Ch trình Tên ®iÓm ISAT 4.2 TCC-Match x(mm) y(mm) x(mm) y(mm) dx(pixel) dy(pixel) r -21.038 103.390 -14.750 103.437 196.50 1.50 0.90 -12.166 59.507 -12.122 59.528 1.40 0.70 1.10 -80.266 26.370 -80.251 26.376 0.40 0.20 0.57 -31.407 39.639 -31.408 39.638 0.00 0.00 0.96 -19.385 -16.770 -19.408 -16.764 -0.70 0.20 0.86 -23.606 -49.389 -23.596 -49.379 0.30 0.30 1.02 -2.625 -82.978 -2.651 -82.974 -0.80 0.10 0.81 -80.384 -26.964 -80.368 -26.974 0.50 -0.30 0.78 -77.934 -77.753 -77.924 -77.764 0.30 -0.30 0.79 10 23.487 -30.890 23.496 -30.886 0.30 0.10 0.95 11 5.174 53.945 5.186 53.929 0.40 -0.50 0.74 12 -42.121 88.873 -42.004 88.852 3.60 -0.70 0.75 13 -55.297 -35.740 -55.315 -35.746 -0.60 -0.20 1.14 14 -46.620 -92.128 -46.596 -92.132 0.80 -0.10 0.94 15 -14.803 14.027 -14.778 14.029 0.80 0.10 0.86 16 -68.688 81.968 -68.669 81.965 0.60 -0.10 0.92 87 17 -42.855 12.511 -42.839 12.511 0.50 0.00 0.87 18 -49.742 -9.910 -49.769 -9.910 -0.80 0.00 0.81 19 -42.945 63.938 -42.949 63.935 -0.10 -0.10 0.92 20 -8.511 -53.801 -8.509 -53.802 0.00 0.00 0.64 21 -0.680 94.259 -0.697 94.246 -0.50 -0.40 0.67 22 -82.165 88.203 -82.158 88.201 0.20 -0.10 0.90 23 5.992 39.584 5.276 39.568 -22.40 -0.50 0.82 24 -72.792 45.634 -72.696 45.624 3.00 -0.30 0.41 25 -77.963 -1.496 -77.959 -1.497 0.10 0.00 0.85 26 0.281 -1.995 0.266 -1.992 -0.50 0.10 0.51 27 -2.153 -44.233 -2.164 -44.229 -0.40 0.10 0.67 28 -9.544 -47.966 -9.535 -47.960 0.30 0.20 0.90 29 -80.820 -91.487 -80.750 -91.497 2.20 -0.30 0.84 30 5.951 -93.045 5.959 -93.039 0.20 0.20 0.75 31 -86.174 -43.106 -86.151 -43.111 0.70 -0.10 0.65 32 -84.709 -49.879 -84.703 -49.883 0.20 -0.10 0.70 33 -31.644 38.043 -31.656 38.040 -0.40 -0.10 0.58 34 -18.315 76.391 -18.305 76.382 0.30 -0.30 0.98 35 11.589 78.209 11.604 78.187 0.50 -0.70 0.72 36 -56.025 54.565 -56.035 54.567 -0.30 0.10 0.68 37 -59.669 25.961 -59.659 25.966 0.30 0.20 0.78 38 -12.319 30.813 -12.306 30.814 0.40 0.00 0.62 39 14.761 19.130 14.774 19.134 0.40 0.10 0.72 40 -0.156 -26.324 -0.110 -26.316 1.40 0.20 0.78 41 -38.947 -24.904 -38.895 -24.899 1.60 0.20 0.93 42 -21.002 -32.235 -20.983 -32.227 0.60 0.30 0.79 43 -35.236 -69.530 -35.220 -69.523 0.50 0.20 0.95 44 -61.615 -63.378 -61.614 -63.383 0.00 -0.20 0.58 45 -23.665 -76.368 -23.689 -76.364 -0.80 0.10 0.76 46 16.052 -64.417 16.013 -64.413 -1.20 0.10 0.73 47 -19.111 -95.629 -19.111 -95.634 0.00 -0.20 1.00 48 -60.063 -79.058 -60.190 -79.066 -4.00 -0.30 0.72 88 49 -57.121 -102.137 -57.114 -102.139 0.20 -0.10 0.70 50 18.137 -75.159 18.152 -75.153 0.50 0.20 0.47 0.47 0.22 0.80 Trung bình bình phơng B¶ng 3.7: KÕt qu¶ khíp ¶nh víi cưa sỉ 30x30 pixel, phơng pháp nội suy xoắn bậc ba Ch trình Tên điểm ISAT 4.2 TCC-Match x(mm) y(mm) x(mm) y(mm) dx(pixel) dy(pixel) r -21.038 103.390 -18.992 103.395 63.90 0.20 0.40 -12.166 59.507 -12.142 59.528 0.80 0.70 0.83 -80.266 26.370 -80.355 26.375 -2.80 0.20 0.76 -31.407 39.639 -31.381 39.639 0.80 0.00 0.92 -19.385 -16.770 -19.364 -16.763 0.70 0.20 0.69 -23.606 -49.389 -23.583 -49.378 0.70 0.30 0.77 -2.625 -82.978 -2.634 -82.974 -0.30 0.10 0.73 -80.384 -26.964 -80.395 -26.974 -0.30 -0.30 0.79 -77.934 -77.753 -77.895 -77.764 1.20 -0.30 0.58 10 23.487 -30.890 23.547 -30.885 1.90 0.10 0.55 11 5.174 53.945 5.172 53.929 0.00 -0.50 0.69 12 -42.121 88.873 -41.630 88.855 15.30 -0.50 0.53 13 -55.297 -35.740 -55.305 -35.746 -0.20 -0.20 0.80 14 -46.620 -92.128 -46.605 -92.132 0.50 -0.10 0.83 15 -14.803 14.027 -14.782 14.029 0.60 0.10 0.70 16 -68.688 81.968 -68.649 81.965 1.20 -0.10 0.76 17 -42.855 12.511 -42.826 12.511 0.90 0.00 0.86 18 -49.742 -9.910 -49.749 -9.910 -0.20 0.00 0.67 19 -42.945 63.938 -42.962 63.935 -0.50 -0.10 0.90 20 -8.511 -53.801 -8.519 -53.802 -0.20 0.00 0.68 21 -0.680 94.259 -0.666 94.246 0.40 -0.40 0.49 22 -82.165 88.203 -82.168 88.201 -0.10 -0.10 0.86 23 5.992 39.584 5.988 39.576 -0.10 -0.20 0.44 89 24 -72.792 45.634 -72.790 45.623 0.10 -0.30 0.56 25 -77.963 -1.496 -77.955 -1.497 0.30 0.00 0.62 26 0.281 -1.995 0.317 -1.991 1.10 0.10 0.34 27 -2.153 -44.233 -2.141 -44.229 0.40 0.10 0.60 28 -9.544 -47.966 -9.531 -47.960 0.40 0.20 0.79 29 -80.820 -91.487 -80.797 -91.497 0.70 -0.30 0.68 30 5.951 -93.045 5.981 -93.039 0.90 0.20 0.62 31 -86.174 -43.106 -86.161 -43.111 0.40 -0.10 0.57 32 -84.709 -49.879 -84.726 -49.884 -0.50 -0.10 0.70 33 -31.644 38.043 -31.626 38.041 0.60 -0.10 0.46 34 -18.315 76.391 -18.313 76.382 0.10 -0.30 0.92 35 11.589 78.209 11.618 78.187 0.90 -0.70 0.64 36 -56.025 54.565 -55.990 54.567 1.10 0.10 0.68 37 -59.669 25.961 -59.671 25.965 -0.10 0.20 0.64 38 -12.319 30.813 -12.301 30.814 0.60 0.00 0.63 39 14.761 19.130 14.798 19.134 1.20 0.10 0.44 40 -0.156 -26.324 -0.129 -26.317 0.80 0.20 0.61 41 -38.947 -24.904 -38.952 -24.900 -0.10 0.10 0.81 42 -21.002 -32.235 -20.998 -32.227 0.10 0.30 0.67 43 -35.236 -69.530 -35.217 -69.523 0.60 0.20 0.69 44 -61.615 -63.378 -61.610 -63.383 0.20 -0.20 0.53 45 -23.665 -76.368 -23.656 -76.364 0.30 0.10 0.48 46 16.052 -64.417 16.045 -64.412 -0.20 0.20 0.65 47 -19.111 -95.629 -19.106 -95.634 0.20 -0.20 0.62 48 -60.063 -79.058 -60.081 -79.065 -0.60 -0.20 0.57 49 -57.121 -102.137 -57.116 -102.139 0.10 -0.10 0.57 50 18.137 -75.159 18.134 -75.153 -0.10 0.20 0.67 0.49 0.25 0.69 Trung bình bình phơng 90 3.3.6 Tổng hợp kết khớp ảnh với phơng thức khác nhau: Bảng 3.8: Tổng hợp kết khớp ảnh với phơng thức khác nhau: Cỡ Hệ số Chênh x Chênh y Số điểm (pixel) tơng quan (pixel) (pixel) sai STT PP néi suy Bilinear 10x10 0.78 0.46 0.18 Bilinear 30x30 0.77 0.48 0.24 Bilinear 50x50 0.74 0.53 0.24 Bilinear 30x50 0.77 0.47 0.24 Nearest 30x30 0.68 0.44 0.23 11 Bicubic 30x30 0.69 0.49 0.25 10 31x31 0.80 0.47 0.22 10 Bilinear víi pixel trung t©m Nhận xét: 1- Hệ số tơng quan trung bình phơng pháp xấp xỉ nh Đặc biệt có phơng pháp nội suy nearest neighbour bicubic convolution cho hệ số tơng quan - Các độ chênh không khác nhiều phơng pháp Độ chênh theo hớng trục x 0.53 pixel Độ chênh theo hớng trục y 0.25 pixel Điều cho thấy khống chế việc tìm kiếm dọc theo đờng vết mặt phẳng đáy sai sè theo h−íng trơc y lµ rÊt nhá so víi hớng trục x - Số lợng điểm sai phơng án nội suy bilinear với cửa sổ 30x30 pixel - Phơng án sử dụng cửa sổ với kích thớc y > x nhằm tăng trọng số theo hớng trục y không mang lại kết khả quan có sai số hớng x tơng đối lớn số lợng điểm sai tơng đối nhiều - Phơng án sử dụng hàm tơng quan với độ xám pixel trung tâm không cho kết đặc biệt số lợng điểm sai tơng đối nhiều 91 - Phơng án nội suy bilinear với kÝch th−íc cưa sỉ t×m kiÕm 30 pixel cã thĨ xem phơng án tối u - Có 3/50 điểm mà chơng trình ISAT không tìm thấy, nhng chơng trình TCC-Match tìm thấy (các điểm 23, 24, 33 bảng 5), có điểm ISAT tìm thấy TCC-Match không tìm thấy 92 kết luận kiến nghị Kết luận Những vấn đề mà luận văn đ` nghiên cứu thử nghiệm tỉng kÕt tãm t¾t nh− sau: - Cã thĨ thư nghiệm hàm tự tơng quan để nghiên cứu đặc điểm dạng hình ảnh khác nhau, nhằm lựa chọn phơng pháp khớp ảnh hợp lý để có đợc kết khớp ảnh với chất lợng tốt - Khi tìm kiếm chiều theo đờng vết mặt phẳng đáy, hệ số tơng quan biến đổi có quy luật xung quanh điểm cực trị Có thể sử dụng giá trị pixel khu vực để nội suy vị trÝ tèi −u b»ng ®−êng cong bËc - ViƯc áp dụng phơng pháp nội suy láng giềng gần nhÊt (nearest neighbour) vµ hµm bËc ba (bicubic convolution) tạo lập cửa sổ tìm kiếm không mang lại kết khả quan Nguyên nhân số lợng thực nghiệm phạm vi hẹp - Việc đa vào trọng số khác theo hớng trục x trục y tính toán hệ số tơng quan (u tiên trục y) phơng pháp hay đổi kích th−íc cưa sỉ t×m kiÕm (size_y > size_x) ch−a thÊy mang lại kết khả quan - Phơng pháp tính toán hệ số tơng quan với việc chuẩn hoá độ xám cách thay độ xám trung bình độ xám pixel trung tâm không mang lại kết khả quan Điều hiểu nh sau: độ xám pixel chịu tác động sai số ngẫu nhiên, chọn độ xám trung bình làm sở chuẩn hoá độ xám cửa sổ mục tiêu cửa sổ tìm kiếm sai số ngẫu nhiên độ xám pixel đợc hạn chế tối đa - Kích thớc cửa sổ tìm kiếm phơng pháp khớp ảnh hệ số tơng quan có liên quan rõ rệt đến kết khớp ảnh Kích thớc cửa sổ 93 nhỏ lớn làm giảm khả tìm điểm Trong chuỗi giá trị kích thớc đợc khảo sát, cửa sổ với kích thớc 30x30 pixel giá trị tối u Luận văn đ` đạt đợc mục đích đề là: tìm hiểu nắm vững kiến thức có liên quan đến lĩnh vực khớp ảnh tự động, trớc hết sử dụng kiến thức vận dụng vào sản xuất để khai thác triệt để tính phần mềm có, đ` vận dụng kiến thức lý thuyết để xây dựng thành công chơng trình khớp ảnh tự động dựa vào hàm tơng quan, chạy thử thành công liệu ảnh số, tiếp tục cải tiến bổ sung thêm nhiều tính để chơng trình khớp ảnh tự động ngày hoàn thiện hơn, mặt giúp cho việc tiếp tục phát triển nghiên cứu sâu rộng công nghệ khớp ảnh, mặt khác phục vụ tích cực cho lĩnh vực sản xuất có sử dụng công nghệ Kiến nghị Để tiếp tục sâu phát triển việc nghiên cứu ứng dụng thực nghiệm lĩnh vực khớp ảnh tự động, tác giả xin có số kiến nghị nh sau: - Mở rộng phạm vi thực nghiệm phơng pháp đ` áp dụng luận văn nhiều loại ảnh hàng không chụp khu vực khác nhau, có đặc điểm địa hình khác để có nhiều kết đa dạng phong phú - Nghiên cứu thực nghiệm thuật toán tìm điểm đặc trng đờng đặc trng thuộc phạm vi phơng pháp khớp điểm theo thuộc tính (FBM) Đặc biệt thực nghiệm việc khớp ảnh cấu trúc ảnh dạng tháp để tăng cờng khả tìm điểm - Thực nghiệm phơng pháp khớp ảnh theo nguyên lý bình phơng nhỏ (LSM) Đây mức độ nâng cao bớc nâng cao phơng pháp đ` đợc thực nghiệm luận văn Theo nội dung nhiều tài liệu khác nhau, phơng pháp LSM cho độ xác cao phơng pháp khớp ảnh, cần có nghiên cứu đầy đủ tỉ mỉ phơng pháp 94 - Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm khớp ảnh tự động với phơng thức khác để chuyển đổi từ ảnh màu sang ảnh đen trắng Phát triển công nghệ khớp ảnh trực tiếp ảnh mầu thông tin ảnh mầu đa dạng phong phong phú ảnh đen trắng, mặt khác ảnh hàng không mầu có xu phát triển thay dần ảnh đen trắng - Tiến hành thực nghiệm khớp ảnh để định hớng mô hình, khớp ảnh để tạo mô hình số độ cao ứng dụng phổ biến công nghệ khớp ảnh tự động - Tìm hiểu thực nghiệm phơng pháp đánh giá độ xác loại trừ sai số thô công nghệ khớp ảnh Đây vấn đề quan trọng đảm bảo tin cậy kiểm soát đợc chất lợng kết khớp ảnh 95 Tài liệu tham khảo Trơng Anh Kiệt (2000), Phơng pháp đo ảnh giải tích đo ảnh số, Bài giảng cao học, ĐH Mỏ - Địa chất Trơng Anh Kiệt (2002), Cơ sở lý luận công nghệ khớp ảnh phơng pháp ảnh số, Đại học Mỏ Địa chất Phan Văn Lộc (2000), Tự động hoá đo ảnh, Bài giảng cao học, ĐH Mỏ Địa chất Phan Văn Lộc (2000), Phơng pháp đo vẽ ảnh lập thể, Nh xuất Giao thông vận tải, Hà Nội Phạm Vọng Thành, Nguyễn Trờng Xuân (2003), Công nghệ viễn thám, Bài giảng cao học, ĐH Mỏ - Địa chất Lê Quý Thức (2000), Phơng pháp tam giác ảnh số, Tạp chí Trắc địa Bản đồ, Hội Trắc địa Bản đồ Viễn thám Việt Nam, số 1-2000 Trần Đình Trí (2002), Cơ sở toán học xây dựng vùng tự động tìm kiếm điểm ảnh tên cặp ảnh lập thể, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 15, Quyển 5, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Trần Đình Trí, Nguyễn Anh Tuấn (2002), Tự động hóa trình nhận biết vùng tơng ứng cặp điểm tên cặp ảnh lập thể, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 15, Quyển 5, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Marketa Potuckova (2004), Image matching and its applications in photogrammetry, Aalborg University, Denmark 10 Edward M Mikhail, James S Bethel, J Chris McGlone (2001), Introduction to modern photogrammetry, Purdue University & Carnegie Mellon University, John Wiley & Sons, Inc 11 Image Station Automatic Triangulation (ISAT) User’s Guide (2003), Z/I Corporation, Huntsville, USA ... Công việc tìm kiếm điểm ảnh tên ảnh liền kề, hay gọi khớp ảnh, chiếm vị trí quan trọng tự động hoá đo ảnh Hai nhiệm vụ quan trọng đo ảnh đo tăng dày tam giác ảnh không gian xây dựng mô hình số. .. Chơng 1- Tìm hiểu lý thuyết ảnh số đo ảnh số 1.1 ảnh số 1.2 Tìm hiểu số hệ thống màu phổ biến 11 1.3 ảnh xám thuộc tính chúng 13 1.4 Cấu trúc dạng tháp ảnh 17 1.5 Một số khái niệm đo ảnh số 18... học ảnh độ mức khác phần gói phần mềm đo ảnh, GIS xử lý ảnh 26 Chơng Tìm hiểu sở lý thuyết khớp ảnh tự động 2.1 Tổng quan khớp ảnh tự động: Tìm điểm ảnh tên công việc đợc thực nhiều công đo? ??n