Bài giảng trắc địa ảnh

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ***** BÀI GIẢNG TRẮC ĐỊA ẢNH (Phục vụ giảng dạy ngành Quản lý đất đai) Nhóm giảng viên biên soạn: ThS.GVC Nguyễn Bích Ngọc ThS.Hồ Việt Hồng, ThS Nguyễn Thành Nam, ThS Nguyễn Đình Tiến Huế, 2021 CHƯƠNG I KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ẢNH Nội dung chương giới thiệu chất phương pháp đo ảnh Trình bày nội dung phương pháp đo ảnh: Phương pháp đo ảnh tương tự, phương pháp đo ảnh giải tích phương pháp đo ảnh số Qui trình cơng nghệ phương pháp đo ảnh Sự hình thành phát triển ngành Trắc địa ảnh giới Việt Nam Ứng dụng phương pháp đo ảnh kinh tế quốc dân quốc phòng 1.1 Bản chất nhiệm vụ phương pháp đo ảnh Phương pháp đo đạc chụp ảnh gọi phương pháp trắc địa ảnh phương pháp đo gián tiếp thông qua ảnh nguồn thông tin thu đối tượng đo (bề mặt tự nhiên trái đất) Nhiệm vụ phương pháp đo ảnh xác định trạng thái hình học đối tượng đo bao gồm: Vị trí, hình dạng, kích thước mối quan hệ tương hỗ đối tượng đo, biểu diễn đối tượng đo dạng bình đồ đồ Vì phương pháp đo ảnh tóm tắt hai q trình sau đây: Quá trình thứ nhất: thu nhận hình ảnh thông tin ban đầu đối tượng đo thực thời điểm định phương pháp khác nhau, là: Chụp ảnh đối tượng đo máy chụp ảnh ghi nhận hình ảnh đối tượng đo vật liệu cảm quang (phim cứng phim mềm) Quá trình thu nhận hình ảnh theo cách hình ảnh thu tuân theo qui luật phép chiếu xuyên tâm qui luật vật lý hệ thống máy chụp ảnh Ngồi cịn chịu ảnh hưởng q trình gia cơng ảnh (kỹ thuật in, rửa ảnh) Thu nhận thông tin xạ đối tượng đo loại máy quét khác (máy quét quang máy quét điện tử) Hình ảnh thu dạng tín hiệu lưu giữ băng từ Các trình thực nhờ thiết bị đặt mặt đất không gọi chụp ảnh mặt đất chụp ảnh không Chụp ảnh mặt đất: Là thiết bị chúp ảnh đặt mặt đất (Các máy chụp ảnh mặt đất - Hình 1.1) Hình 1.1 Các máy chụp ảnh mặt đất (Nguồn: Giáo trình Trắc địa ảnh viễn thám, TS Đàm Xn Hồn) Chụp ảnh khơng: Là thiết bị chụp ảnh đặt vật mang, vật mang máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ trạm vũ trụ quốc tế Thông thường ảnh chụp từ máy bay cịn gọi ảnh hàng khơng, ảnh chụp từ vệ tinh nhân tạo gọi ảnh vệ tinh Như tư li ệu đầu vào ảnh đo ảnh mặt đất, ảnh hàng không ảnh vệ tinh Tuy nhiên loại ảnh thể hi ện dạng ảnh tương tự ảnh số Quá trình thứ 2: Là dựng lại đo đạc mơ hình đối tượng đo từ ảnh chụp từ thông tin thu phát hi ện phương pháp hệ thống thiết bị tương ứng, là: Phương pháp đo ảnh tương tự Phương pháp đo ảnh giải tích Phương pháp đo ảnh số Như vậy, thực chất phương pháp đo ảnh ghi lại hình ảnh đối tượng đo vật liệu ảnh (ảnh tương tự) ghi lại băng từ (ảnh số) dựng lại mơ hình lập thể đối tượng đo tiến hành đo vẽ mơ hình đó, biểu diễn đối tượng đo theo nội dung đồ Q trình thực phương pháp 1.2 Nguyên lý phương pháp đo ảnh Như biết có phương pháp ghi nhận hình ảnh đối tượng đo hai dạng: ảnh tương tự ảnh số Ảnh tương tự: Ảnh tương tự loại ảnh mà hình ảnh ghi lại vật liệu ảnh Đây kết trình chụp ảnh nhờ vào máy chụp ảnh hàng không, máy chụp ảnh mặt đất Ảnh số: Ảnh số loại ảnh mà hình ảnh khơng ghi lại vật liệu ảnh mà ghi lại băng từ dạng tín hiệu Ngày nhờ máy quét ảnh người ta biến ảnh tương tự thành ảnh số ngược lại Việc xử lý khai thác ảnh tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng ảnh Trong chương trình mơn học đề cập đến phương pháp đo ảnh với mục đích thành lập đồ địa hình, đồ địa tỷ lệ khác Có phương pháp đo ảnh, là: Phương pháp đo ảnh tương tự Sau chụp cặp ảnh lập thể người ta tiến hành nắn ảnh máy nắn ảnh (hình 1.2) Dùng ảnh nắn để điều vẽ ảnh, đưa ảnh vào máy đo vẽ (máy quang cơ) dựng lại mơ hình lập thể, tăng dầy điểm khống chế ảnh tiến hành đo vẽ mơ hình lập thể Phương pháp đo ảnh giải tích Hình 1.2 Máy nắn ảnh SEG.1 Phương pháp đo ảnh giải tích (gọi (Nguồn: Giáo trình Trắc địa ảnh viễn thám, TS Đàm Xuân Hoàn) tắt phương pháp giải tích) nguyên lý phương pháp giải tích giống phương pháp tương tự khác việc tăng dầy điểm khống chế ảnh phương pháp quang thay phương pháp giải tích Việc phát triển hệ thống đo ảnh giải tích dựa sở chặt chẽ thiết bị đo ảnh có độ xác cao với máy tính điện tử phần mềm chuyên dụng Phương pháp đo ảnh giải tích có nhiệm vụ chủ yếu là: - Xây dựng lưới tam giác ảnh không gian nhằm tăng dầy điểm khống chế ảnh Nhiệm vụ gọi phương pháp xử lý điểm đo ảnh - Sử dụng máy đo ảnh giải tích thơng qua điều khiển số để đo đạc xác định hình dạng, vị trí, độ lớn mối quan hệ tương hỗ yếu tố hình học đối tượng đo tự động đo vẽ theo nội dung Nhiệm vụ gọi phương pháp xử lý tuyến ảnh Phương pháp đo ảnh số Phương pháp đo ảnh số (gọi tắt phương pháp số) giai đoạn thứ phương pháp đo ảnh Sự khác biệt phương pháp đo ảnh số với phương pháp đo ảnh tương tự phương pháp đo ảnh giải tích tóm tắt sau: Phương pháp đo ảnh tương tự: Sử dụng ảnh chụp từ máy chụp ảnh quang học Chiếu ảnh máy quang gọi máy đo ảnh tương tự Quá trình thực thao tác người thu sản phẩm bình đồ đồ Phương pháp đo ảnh giải tích: Ảnh chụp từ máy chụp ảnh quang học, chiếu ảnh phương pháp toán học máy giải tích có trợ giúp người (bán tự động) sản phẩm thu sản phẩm đồ giải sản phẩm số Phương pháp đo ảnh số: sử dụng ảnh số loại ảnh số hoá, chiếu ảnh phương pháp chiếu ảnh số qua trạm xử lý ảnh số Việc thao tác tự động có trợ giúp người thu sản phẩm số sản phẩm đồ hoạ Như trình phát triển phương pháp ảnh số phương pháp hoàn thiện nhất, vừa đẩy nhanh tiến trình tự động hố vừa nâng cao độ xác phương pháp đo ảnh 1.3 Những đặc điểm phạm vi ứng dụng phương pháp đo ảnh Với phương pháp đo gián tiếp ảnh đối tượng đo, phương pháp đo ảnh có đặc điểm sau đây: - Phương pháp đo ảnh có khả đo đạc tất đối tượng đo mà không thiết phải tiếp xúc đến gần chúng, miền đối tượng chụp ảnh Vì đối tượng ảnh chụp đa dạng từ miền thực địa rộng lớn mặt đất đến vi sinh vật nhỏ đến 10-6mm - Phương pháp đo ảnh nhanh chóng thu tư liệu đo đạc thời gian chụp ảnh nên cho phép giảm nhẹ cơng tác ngồi trời, tránh ảnh hưởng thời tiết đến công tác trắc địa - Có thể đo thời điểm nhiều điểm đo khác đối tượng đo Do khơng cho phép đo vật thể tĩnh (như địa hình, địa vật bề mặt trái đất) mà đo vật thể vận động nhanh: quỹ đạo chuyển động tên lửa, máy bay vật thể chuyển động cực chậm biến dạng cơng trình xây dựng - Quy trình cơng nghệ phương pháp thuận lợi cho việc tự động hố cơng tác tính tốn nâng cao hiệu suất cơng tác góp phần làm giảm giá thành sản phẩm Tuy nhiên nhược điểm chủ yếu phương pháp đo ảnh trang thiết bị kỹ thuật cồng kềnh, đắt tiền, đòi hỏi điều kiện định việc sử dụng bảo quản trang thiết bị, đặc biệt điều kiện khí hậu nước ta Ngày nước ta nhiều nước giới phương pháp đo ảnh trở thành phương pháp công tác đo vẽ đồ địa hình, địa loại tỷ lệ Ngồi lĩnh vực địa hình phương pháp đo ảnh cịn sử dụng rộng rãi ngành khoa học kỹ thuật khác, đặc biệt ảnh vệ tinh sử dụng nhiều ngành kinh tế quốc dân quốc phòng: - Trong xây dựng: Đo độ lún biến dạng cơng trình ảnh thay cho phương pháp truyền thống - Trong công nghiệp: Đo khối lượng khai thác mỏ, nghiên cứu phương pháp thiết kế gia công tối ưu, kiểm tra công tác lắp ráp thiết bị công nghiệp, kiểm tra chất lượng tạo hình cơng nghiệp, chế tạo máy bay, tô, tàu thuỷ - Trong lâm nghiệp: Điều tra quy hoạch rừng Nghiên cứu trình phát triển rừng - Trong nông nghiệp: Lập đồ trạng sử dụng đất, đồ cấu trồng, nghiên cứu hình thành phát triển gia súc, trồng - Trong lĩnh vực quân sự: Thành lập đồ địa hình Nghiên cứu quỹ đạo tốc độ chuyển động loại đầu đạn, tên lửa, máy bay, nghiên cứu vụ nổ - Trong công tác địa chính: Xây dựng đồ địa phục vụ việc quản lý nhà nước đất đai, đồ phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất 1.4 Tóm tắt lịch sử phát triển ngành trắc địa ảnh Cùng với phát triển ngành khoa học - kỹ thuật lĩnh vực: quang học, hàng khơng, khí xác, điện tử, tin học, ngành trắc địa ảnh khơng ngừng hồn thiện ln phát triển Có thể tóm tắt hình thành phát triển theo giai đoạn sau: Giai đoạn (1858 - 1900) Đặc trưng chủ yếu giai đoạn việc thí nghiệm thành công nhà khoa học người Pháp A.Laussedat (1859) người Đức A.Meydenbauer (1857) với việc ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh mặt đất đơn giản Trong thời gian NADAR thực việc chụp ảnh khơng máy ảnh đơn giản từ kinh khí cầu Trong thời gian phương pháp đo ảnh chưa khỏi quy trình cơng nghệ phương pháp giao hội thuận với hướng xác định từ điểm, ảnh mặt đất gọi phương pháp giao hội ảnh Nhược điểm chủ yếu phương pháp giao hội ảnh nhận biết khó khăn điểm ảnh tên ảnh chụp từ tâm chụp khác Do khả ứng dụng phương pháp vào công tác đo đạc địa hình hạn chế Giai đoạn (1900 - 1914) Đặc trưng giai đoạn hình thành phương pháp đo ảnh lập thể với đời máy đo ảnh máy chụp ảnh chuyên dụng Năm 1901 Carl - Fulfrich (1958 - 1927) nhà khoa học người Đức thành công việc đưa nguyên lý đo ảnh lập thể vào lĩnh vực đo đạc chụp ảnh Nhờ khắc phục nhược điểm phương pháp đo đạc chụp ảnh giai đoạn đầu thúc đẩy phát triển phương pháp đo ảnh lập thể mặt đất Nhiều máy đo vẽ toạ độ lập thể chế tạo Giai đoạn (1915 - 1930) Đây giai đoạn hình thành phương pháp đo ảnh hàng không với phát triển kỹ thuật hàng không đời máy chụp ảnh hành không Messter máy đo ảnh hàng không Gasser (1915) Khoảng 15 năm sau máy đo ảnh không ngừng cải tiến hồn chỉnh Vì phương pháp đo ảnh sử dụng rộng rãi đo vẽ đồ Giai đoạn (1930 - 1945) Đặc trưng giai đoạn phát triển phương pháp chụp ảnh hàng không cho công tác đo vẽ đồ địa hình hồn thiện máy đo vẽ, máy chụp ảnh Trong giai đoạn Liên Xô thành công việc thành lập đồ quốc gia tỷ lệ 1:100 000 đồ tỷ lệ 1: 25 000; 1: 50 000 vùng khó khăn Giai đoạn (1945 - 1970) Đặc trưng chủ yếu giai đoạn việc ứng dụng ngày nhiều thành tựu kỹ thuật điện tử máy tính vào việc chế tạo máy móc chụp ảnh vào trình đo vẽ ảnh Các linh kiện điện tử thay cho phận học máy đo ảnh làm cho chúng trở nên gọn nhẹ góp phần giảm sức lao động, nâng cao hiệu suất công tác Trong giai đoạn hệ thống máy móc bán tự động tự động xuất ngày nhiều, hệ thống đo ảnh giải tích xuất Ngày nay, với sở lý thuyết hoàn chỉnh, hệ thống máy móc đại, độ xác cao, hiệu suất công tác lớn, với việc ứng dụng ngày nhiều thành tựu máy tính điện tử, phương pháp đo đạc chụp ảnh có khả giải nhiệm vụ đo vẽ đồ địa hình từ tỷ lệ nhỏ đến tỷ lệ lớn (tỷ lệ 1: 50 0000 1:200), đồng thời giải nhiều nhiệm vụ đo đạc phức tạp lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác thay cho phương pháp đo đạc truyền thống Đặc biệt ảnh vệ tinh mở triển vọng lớn không cho việc thành lập đồ mà phục vụ nhiều mục đích khác lĩnh vực: địa chất thuỷ văn, lâm nghiệp, nông nghiệp, bảo vệ tài nguyên môi trường 1.5 Sự phát triển ngành trắc địa ảnh Việt Nam Cùng với phát triển ngành trắc địa đồ ngành trắc địa ảnh Việt Nam khơng ngừng phát triển Sự hình thành phát triển ngành trắc địa ảnh Việt Nam tóm tắt sau: Năm 1958 giúp đỡ Cộng hoà dân chủ Đức, Việt Nam tiến hành chụp ảnh khảo sát tài nguyên rừng Năm 1965 bắt đầu sử dụng phương pháp đo ảnh hàng không vào việc đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1: 50 000 - 1: 25 000 Giai đoạn 1965 - 1972, khó khăn thiết bị kỹ thuật chủ yếu sử dụng phương pháp đo vẽ phối hợp để đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1: 25 000 vùng đồng vùng trung du máy đo vẽ S7D-2, LCY, Stereokomparatov 1818, máy nắn ảnh SEG.1, SE( |IV Trong giai đoạn xây dựng đội bay chụp ảnh hàng không tiến hành công tác bay chụp ảnh phục vụ việc đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 1:10.000 nhập thêm máy đo vẽ ảnh: SO.3, SPR3 Liên Xô Từ năm 1973 phương pháp đo đạc chụp ảnh mặt đất bắt đầu sử dụng vào việc đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ lớn (tỷ lệ 1: 500 - 1: 2000) vùng khai thác công nghiệp, khu vực khai thác vật liệu xây dựng, thuỷ lợi với trang thiết bị tương đối đồng máy chụp ảnh mặt đất Phototheodolit 19/1318 Do đặc điểm tính chất loại ảnh mà ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học - kỹ thuật phục vụ lợi ích kinh tế, quốc phịng Đặc biệt lĩnh vực thành lập đồ Ở nước ta công nghiệp viễn thám vệ tinh bắt đầu tiếp cận ứng dụng công tác trắc địa đồ, quản lý đất vào đầu năm 80 kỷ 20 Năm 1990 ảnh vệ tinh dùng để hiệu chỉnh đồ địa hình tỷ lệ: 1:1.000.000 việc sử dụng ảnh vệ tinh KATE-200 Nga, Landsat TM Mỹ Sau việc tiến hành hiệu chỉnh đồ tỷ lệ 1: 50.0000 vùng trung du đồng Bắc Bộ, tỉnh miền trung đồng Nam Bộ Trong có sử dụng ảnh vệ tinh KFA-1000 Nga, Spot Pháp Nhất kết hợp ảnh vệ tinh Spot ảnh hàng không số khu vực để hiệu chỉnh đồ tỷ lệ 1: 25.00 vùng đồng Bắc Bộ, làm giảm giá thành sản phẩm, chi phí 30 - 70% so với phương pháp chụp ảnh hiệu chỉnh đồ ảnh hàng không Năm 1995 - 1999 với việc hiệu chỉnh đồ địa hình, sử dụng ảnh vệ tinh có độ giải cao Nga phần ảnh vệ tinh Spot Pháp, ảnh Landsat Mỹ thành lập đồ vùng đảo Hoàng Sa - Trường Sa tỷ lệ 1: 25.000, vùng đảo tỷ lệ 1:50.000, vùng đảo nổi, đảo chìm tỷ lệ 1: 280.000, 1:500.000 phủ quần đảo Bộ đồ cung cấp nhiều thông tin đảo, bãi ngầm thuộc quần đảo Hồng Sa Trường Sa Với vị trí địa lý cách xa bờ quần đảo đồ không thành lập phương pháp truyền thống mà thành lập ảnh vệ tinh có ý nghĩa vơ to lớn Ngồi năm 2000 dùng ảnh Spot thành lập đồ địa hình dải ven biển vịnh Bắc Chúng ta với công ty TRIMAR (Thuỵ Điển) thành lập đồ tỷ lệ 1:100.000 Trong lĩnh vực quản lý đất đai ảnh vệ tinh sử dụng để thành lập đồ sử dụng đất Năm 1994 ta dùng ảnh vệ tinh xây dựng đồ trạng sử dụng đất tỷ lệ 1: 250.000 phủ nước gần thành lập đồ trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:100.000, 1:50.000, 1:25.000 loại ảnh KFA1000, Spot, Landsat dùng vào việc kiểm kê đất đai năm 2000, 2005 10 Thay giá trị ơmin ơmax vào công thức (4.3) ta có: AY = 30 AỴmin = 12 AYmax = 1030' Dựa trị số lực nhìn khơng gian mắt ta xác định số liệu khả nhìn khơng gian mắt Khả nhìn khơng gian lớn mắt Từ hình 4.2 ta có: y = -p" (4.4) Y Trong đó: b' - đáy mắt, b' = 65mm Y - góc giao hội y - khoảng cách từ đáy nhìn đến vật thể P'' = 206265'' Nhìn vào cơng thức (4.4) ta nhận thấy: khoảng cách xa góc giao hội nhỏ Góc giao hội nhỏ để mắt đốn nhận điểm khơng gian nhìn giới hạn góc giao hội Ymin lấy lực nhìn khơng gian nhỏ mắt, tức là: Ymin = AYmin = 30'' Thay giá trị vào cơng thức (4.4) ta được: 65mm ymax = p = 446,9m = 447m 30'' ymax = 447m khoảng cách nhìn khơng gian lớn mắt, ngồi khoảng cách mắt người khơng phân biệt tính khơng gian vật thể Vì ymax gọi bán kính nhìn khơng gian lớn mắt 4.2 Nguyên lý nhìn lập thể 4.2.1 Sự hình thành cảm giác nhìn lập thể nhân tạo Từ thí nghiệm cho thấy: cảm giác không gian nhìn vật thể mắt tạo nên nhờ xuất thị sai sinh lý mắt Để hiểu rõ 56 hình thành cảm giác lập thể nhân tạo ta làm thí nghiệm sau: Thí nghiệm: Giả sử ta nhìn khối hộp (hình 4.3) mắt, ta đặt trước mắt kính ghi lại hình ảnh vật thể kính, hình ảnh vật thể nhìn từ mắt trái ghi lại kính trái, từ mắt phải ghi lại kính phải Ta cất vật thể mắt ghi lại hình ảnh vật thể kính trái phải với điều kiện mắt trái nhìn hình ảnh kính trái, mắt phải nhìn hình ảnh kính phải Khi võng mạc mắt hình thành hình ảnh vật thể quan sát trực tiếp vật thể, tức võng mạc mắt trái xuất hình ảnh a1 b1 võng mạc mắt phải xuất hình ảnh a2 b2 Các hình ảnh tạo thị sai sinh lý vật thể thực, tức là: = aibi - a2b2 Hiện tượng cảm giác lập thể nhân tạo Nó sở phương pháp đo ảnh trắc địa ảnh Hình 4.3 Sự hình thành cảm giác lập thể Cặp ảnh lập thể Từ thí nghiệm cho thấy cặp ảnh P1P2 thu từ điểm nhìn mắt khác vật thể gọi cặp ảnh lập thể Trong chụp ảnh vật thể ta đặt máy vị trí khác chụp ảnh từ tâm 57 chụp khác ta thu ảnh, cặp ảnh lập thể Ảnh điểm vật (như điểm A B) ảnh cặp ảnh lập thể gọi điểm ảnh tên điểm a1 a2 b1 b2 Các tia từ điểm vật đến tâm nhìn mắt tâm chụp ảnh gọi tia ngắm tia chiếu tên, tia AO1 AO2 BO1 BO2 Như cảm giác lập thể hình thành xuất thị sai sinh lý nhân tạo từ điểm ảnh tên cặp ảnh lập thể Từ hình 4.3 ta xác lập mối quan hệ thị sai sinh lý nhân tạo với toạ độ điểm ảnh tên cặp ảnh lập thể = ai'bi' - a2'b2' = K (aibi -a2b2) (4.7) Trong đó: K hệ số tỷ lệ a1b1, a2b2 véctơ điểm ảnh ảnh trái ảnh phải Muốn tạo nên cảm giác lập thể nhân tạo cần phải có điều kiện sau: - Hình ảnh vật thể phải chụp từ ảnh có tâm chụp khác nhau, tức phải có cặp ảnh lập thể - Khi quan sát cặp ảnh lập thể mắt nhìn thấy ảnh tương ứng cặp ảnh lập thể - Cặp ảnh lập thể phải đặt vị trí thích hợp cho tia ngắm tên phải giao không gian, tức là: a) Các tia ngắm tên phải nằm mặt phẳng đường đáy mắt b) Khoảng cách ảnh phải phù hợp, cho khoảng cách điểm ảnh tên phải nhỏ chiều dài cạnh đáy mắt c) Khoảng cách nhìn từ mắt đến cặp ảnh lập thể tương ứng với khoảng cách từ tâm chụp đến mặt phẳng ảnh Tuy nhiên, phá vỡ điều kiện b c không làm cảm giác lập thể nhân tạo mà phá vỡ tính đồng dạng cảm giác lập thể với hình dạng tự nhiên vật thể mà 58 4.2.2 Hiệu ứng lập thể tính chất Cảm giác lập thể tạo nên thị sai sinh lý mắt, hình thành quan sát cặp ảnh lập thể gọi hiệu ứng lập thể Căn vào đặc điểm, tính chất cảm giác lập thể nhân tạo người ta phân thành loại hiệu ứng lập thể, là: Hiệu ứng lập thể thuận Nếu cảm giác lập thể nhân tạo hồn tồn đồng với khơng gian thực vật thể cảm giác gọi hiệu ứng lập thể thuận Điều kiện để thu nhận hiệu ứng lập thể thuận là: - Thoả mãn điều kiện để tạo nên cảm giác lập thể nhân tạo (như trình bày trên) - Khi quan sát cặp ảnh lập thể mắt trái nhìn hình ảnh ảnh trái, mắt phải nhìn hình ảnh ảnh phải Hiệu ứng lập thể nghịch cảm giác lập nhân tạo ngược với không gian thực vật thể cảm giác lập thể gọi hiệu ứng lập thể nghịch Điều kiện để thu hiệu ứng lập thể nghịch là: - Xoay ảnh cặp ảnh lập thể quanh điểm ảnh O góc 1800 - Mắt trái nhìn ảnh trái, mắt phải nhìn ảnh phải Khi thị sai sinh lý nhân tạo sinh có dấu ngược với dấu thị sai sinh lý quan sát cặp ảnh lập thể vị trí thuận Hiệu ứng lập thể không Cảm giác lập thể nhân tạo tạo nên điều kiện trị số thị sai sinh lý tất điểm quan sát khơng Lúc khơng gian vật thể nhìn thấy mặt phẳng Cảm giác gọi hiệu ứng lập thể khơng Các tính chất hiệu ứng lập thể Mắt thường ta quan sát cặp ảnh lập thể p1p2 với đáy nhìn b' = 65mm Khi ta thu hình ảnh vật thể là: ABCD Nếu dùng hệ thống quang học 59 có cạnh đáy nhìn b = nb' quan sát cặp ảnh lập thể đó, ta thu hình ảnh vật thể A'B'C'D' Khi ta nhận thấy hình A'B'C'D' lớn hình ABCD nhiều lần Hiện tượng gọi mở rộng hiệu ứng lập thể việc tăng đáy nhìn Hệ số mở rộng tương ứng với hệ số phóng đại cạnh đáy nhìn Giả sử thí nghiệm tiếp tục thực hệ thống quan sát mới, khoảng cách nhìn từ tiếp điểm trước mắt đến ảnh mở rộng V lần so với tiêu cự mắt, tức là: f = vf ' Với điều kiện nhìn tia nhìn tương ứng tạo nên hình ảnh hình ABCD hình A''B''C''D'' Hình A''B''C''D'' mở rộng theo hướng y V lần Hiện tượng gọi mở rộng hiệu ứng lập thể việc tăng hệ số phóng đại hệ thống quan sát b Kết luận - Lực nhìn khơng gian mắt nâng cao hiệu ứng lập thể mở rộng - Nếu tăng tiêu cự f' lên V lần lực nhìn khơng gian nhỏ mắt giảm V lần khả phân biệt mắt tăng lên V lần Gọi lực nhìn khơng gian nhỏ mắt nhìn vật thể mắt thường là: ẢYrnin = ^min ~F~ ■ Nếu nhìn qua kính có độ phóng đại V lần, lực nhìn khơng gian nhỏ AY = ^Yrnn-f' = A/mm (4.8) Vf V mắt ký hiệu AY'min tính: - Khi tăng đáy nhìn lên n lần (b = nb'), tiêu cự lên V lần (f = vf) khả nhìn khơng gian mắt tăng lên nv lần Thật vậy, nhìn mắt thường ta có: 60 y max = B Ymin (4.9) p' Nếu tăng đáy nhìn lên n lần, tăng tiêu cự lên v lần đó: y'max = ~Aỹ Y p = nB' (4.10) nv y max V - Khi tăng đáy nhìn lên n lần (b = nb'), tiêu cự lên V lần (f = vf') khả phân biệt không gian mắt tăng lên nv lần Ay = Y^Ymin b’.p” (4.11) Như ta biết, nhìn mắt thường thì: 61 Khi tăng đáy nhìn lên n lần, tiêu cự lên v lần đó: Ymin ■■ A Ay'min = V = - ^AYmi° = A' ' (4.12) nb p nvb p nv Dựa sở lý luận đó, người ta chế tạo kính lập thể có đáy nhìn mở rộng b = nb' tiêu cự nhìn tăng lên y = vf' 4.2.3 Các phương pháp nhìn lập thể Để tạo nên hiệu ứng lập thể cần phải thực điều kiện mắt nhìn hình ảnh cặp ảnh lập thể Muốn thực điều kiện người ta sử dụng nhiều phương pháp khác để tách tia ngắm mắt với ảnh riêng biệt cặp ảnh lập thể Căn vào phương thức tách tia ngắm mắt ta có phương pháp nhìn lập thể sau: Phương pháp kính lập thể Trong hệ thống kính người ta dùng hệ thống quang học để tách tia ngắm mắt Có loại kính lập thể sau: a Kính lập thể đơn giản: Cấu tạo kính lập thể đơn giản gồm thấu kính đặt giá nhỏ dùng để nhìn cặp ảnh có kích thước nhỏ Kính lập thể đơn giản chủ yếu tách tia ngắm để tạo nên hiệu ứng lập thể Nhược điểm chủ yếu loại kính khay đựng ảnh nhỏ khơng đặt ảnh có kích thước lớn không mở rộng hiệu ứng lập thể Để khắc phục nhược điểm người ta chế tạo kính lập thể phản quang (hình 4.8a) b Kính lập thể phản quang Trong hệ thống kính lập thể phản quang ngồi thấu kính có tác dụng tăng hệ số phóng đại hình ảnh quan sát cịn có kính phản quang đặt song song đơi với góc nghiêng 450 so với trục nhìn thẳng đứng có tác dụng mở rộng cạnh đáy nhìn để tăng khoảng cách ảnh cặp ảnh lập thể (hình 4.8b) Phương pháp kính lọc Một phương pháp nhìn lập thể thường sử dụng dùng kính lọc để tách tia ngắm mắt riêng biệt ảnh cặp ảnh lập thể Hiện có loại kính lọc thường dùng là: kính lọc màu kính phân cực a Phương pháp kính lọc mầu Đặc điểm phương pháp dùng loại màu đặc biệt để nhuộm chùm tia chiếu cặp ảnh lập thể đồng thời dùng kính có mầu tương ứng để nhìn chùm tia nhuộm mầu Do tính chất đặc biệt loại mầu mà mắt nhìn thấy loại tia sáng có màu tương ứng tạo nên hiệu ứng lập thể nhân tạo Hình 4.4 Nguyên lý nhìn lập thể phương pháp lọc màu Nhược điểm chủ yếu phương pháp nhìn lập thể kính lọc mầu tổn thất ánh sáng lớn chùm tia chiếu sau qua kính lọc mầu Vì để đảm bảo khả nhìn rõ hình ảnh cần phải làm việc buồng tối Do ảnh hưởng đến hiệu suất công tác ảnh hưởng đến sức khoẻ người cơng tác b Phương pháp kính phân cực ánh sáng Nguyên lý phương pháp nhìn lập thể kính phân cực ánh sáng là: Các tia chiếu cặp ảnh lập thể biến thành chùm tia sáng có sóng giao động theo hướng định sau qua kính lọc đặc biệt Quá trình gọi phân cực ánh sáng kính lọc đặc biệt gọi kính phân cực Do tính chất đặc biệt sóng ánh sáng phân cực, qua kính phân cực có hướng song song với mặt phẳng giao động chùm tia sáng phân cực hoàn toàn khơng qua kính phân cực có hướng vng góc với mặt phẳng giao động Hình 4.5 SƠ đồ nhìn ỉập thể kính phân cực Trên hình 4.5 mơ tả ngun lý nhìn lập thể phương pháp phân cực ánh sáng, chùm tia chiếu ảnh trái ảnh phải từ máy chiếu phát bị kính phân cực đặt phía trước ống kính máy chiếu biến thành chùm tia sáng phân cực có sóng giao động mặt phẳng vng góc với Thơng thường chùm tia ánh sáng trái phân cực theo hướng thẳng đứng chùm tia ảnh phải phân cực theo hướng nằm ngang Khi người quan sát đeo kính nhìn có mắt kính phân cực, mắt kính phân cực theo hướng thẳng đứng mắt kính phải phân cực theo hướng nằm ngang mắt nhìn thấy hình ảnh tương ứng xuất thị sai sinh lý nhân tạo nên hình thành hiệu ứng lập thể Phương pháp nhìn lập thể kính phân cực ánh sáng có ưu điểm đơn giản không bị tổn thất ánh sáng khơng phải làm việc buồng tối kính lọc mầu 4.4 Nguyên lý đo lập thể 4.4.1 Mơ hình lập thể tiêu đo Khi quan sát hình ảnh tương ứng cặp ảnh lập thể theo nguyên tắc nêu hình thành hiệu ứng lập thể xuất không gian tương ứng với vật thể chụp ảnh Khơng gian gọi mơ hình lập thể đối tượng chụp Có hai loại mơ hình lập thể mơ hình lập thể hình học mơ hình lập thể quang học Mơ hình lập thể hình học Mơ hình lập thể hình học mơ hình tạo nên mặt quỹ tích giao điểm cặp tia chiếu tên cặp ảnh lập thể Đặc điểm mơ hình học là: - Nó mơ hình thực đối tượng chụp ảnh thu nhỏ tồn khách quan, khơng trực tiếp nhìn thấy - Kích thước mơ hình phụ thuộc vào tỷ lệ ảnh, tiêu cự buồng chiếu khoảng cách buồng chiếu (gọi cạnh đáy chiếu ảnh) Mô hình hình học ln ln đồng dạng với khơng gian vật Mơ hình lập thể quang học Mơ hình lập thể quang học mơ hình tạo nên mặt quỹ tích giao điểm cặp tia ngắm tên cặp ảnh lập thể Đặc điểm mơ hình quang học là: - Mơ hình quang học hình thành quan sát điểm ảnh tên cặp ảnh lập thể - Hình dạng kích thước mơ hình lập thể hồn tồn phụ thuộc vào vị trí quan sát mắt Như vậy, trình quan sát cặp ảnh lập thể, mơ hình lập thể hình học sở, cịn mơ hình lập thể quang học phương tiện để nhận biết mơ hình hình học mà thơi Tiêu đo Trong đo ảnh tiêu đo vật chuẩn gắn vào thước đo dùng để xác định vị trí điểm đo mơ hình hình học vật thể (hình 4.13) Dựa vào phương thức đo ảnh để phân loại tiêu đo Tiêu đo gồm loại sau đây: a Tiêu đo thực: Tiêu đo thực dấu mốc thích hợp chọn đặt khơng gian mơ hình lập thể Tiêu đo thực vận động đến vị trí mơ hình gắn với thước đo toạ độ để xác định vị trí điểm đo mơ hình b Tiêu đo ảo: Tiêu đo ảo mơ hình quang học tiêu đo thực hoàn toàn giống đặt vị trí điểm ảnh tên mặt phẳng ảnh (hình 3.13b) Hiện máy đo ảnh người ta dùng nhiều loại tiêu đo khác hình dạng kích thước Ngun lý đo lập thể Nguyên lý đo lập thể tiêu đo thực Nguyên lý đo lập thể tiêu đo thực vật chuẩn dùng làm tiêu đo (tiêu đo thực) đặt bàn đo vận động trực tiếp không gian mô hình lập thể để xác định vị trí giao điểm tia ngắm tên mơ hình lập thể (hình 4.13a) Giả sử cần xác định vị trí khơng gian (XYZ) điểm A mơ hình lập thể tạo nên từ cặp ảnh lập thể P1, P2 Ta dùng bàn đo có tiêu đo thực M xê dịch không gian mô hình để hứng nhận ảnh tia chiếu tên a1S1 a2S2 đồng thời thay đổi độ cao bàn đo cho hình ảnh tên giao tiêu đo M Khi thang số hệ toạ độ XYZ xác định toạ độ không gian điểm A mơ hình lập thể Ngun lý đo lập thể tiêu đo ảo Tiêu đo ảo thực chất hình ảnh lập thể tiêu đo thực đặt mặt phẳng ảnh Giả sử cần đo điểm A mơ hình lập thể tạo nên từ cặp ảnh lập thể P1P2 Ta dùng tiêu đo hồn tồn giống hình dạng kích thước M1, M2 đặt mặt phẳng ảnh trái ảnh phải Các tiêu đo gắn vào thước đo Khi tiến hành đo lập thể ta xác định tiêu đo theo hướng toạ độ X Y tiêu đo M1 trùng với điểm ảnh a1, tiêu đo M2 trùng với điểm ảnh a2 Khi nhờ hiệu ứng lập thể mắt ta đồng thời nhìn thấy điểm mơ hình A tiêu đo ảo M hồn tồn trùng khít lên Toạ độ điểm A xác định điểm A trùng với tiêu đo ảo M toạ độ xác A 4.4.2 Q trình đo vẽ lập thể Để thấy rõ trình đo vẽ lập thể, ta phân tích q trình trường hợp: đo vẽ lập thể tiêu đo ảo tiêu đo thực Quá trình đo vẽ lập thể tiêu đo ảo Trong trình đo vẽ lập thể tiêu đo ảo xảy trường hợp sau: Trường hợp a: Khi tiêu đo thực M1M2 không trùng với điểm ảnh tên a1 a2 ảnh trái vả ảnh phải, nhờ hiệu ứng lập thể ta thấy hình ảnh đo M điểm A mơ hình lập thể điểm riêng biệt Trường hợp b: Xê dịch tiêu đo làm trùng tiêu đo M2 với điểm ảnh phải a2 tiêu đo M1 chưa trùng với điểm ảnh trái a1 mà nằm lệch phía điểm ảnh trái a1 Khi nhìn thấy hình ảnh tiêu đo ảo M nằm cao điểm mơ hình A (hình 4.15b) Trườn hợp c: Trường hợp tiêu đo ảo M2 trùng với điểm ảnh phải a2, tiêu đo trái M1 nằm lệch phía trái điểm ảnh a1, ta nhìn thấy tiêu đo ảo M nằm vị trí thấp điểm mơ hình A Trường hợp d: Trường hợp xê dịch tiêu đo thực M1 M2 trùng với điểm ảnh tên a1 a2 ảnh trái ảnh phải Khi ta nhìn thấy tiêu đo ảo M hồn tồn trùng với điểm A mơ hình Q trình đo vẽ lập thể tiêu đo thực Khi đo vẽ lập thể tiêu đo thực xảy trường hợp tương tự đo vẽ tiêu đo ảo, tức tiêu đo cao thấp điểm đo mơ hình lập thể, độ cao bàn tiêu đo không phù hợp (hình 4.16a 4.16b) Khi độ cao bàn tiêu đo độ cao điểm mơ hình ta xê dịch bàn tiêu đo để đưa tiêu đo thực trùng khít với điểm A mơ hình lập thể (hình 4.16c) Từ việc phân tích q trình đo vẽ lập thể tiêu đo thực tiêu đo ảo ta rút kết luận: Quá trình đo điểm mơ hình lập thể trình làm trùng tiêu đo với điểm ảnh tên (trong phương pháp dùng tiêu đo ảo) tiêu đo thực với tia chiếu tên điểm đo mơ hình lập thể (trong phương pháp dùng tiêu đo thực) Độ xác mơ hình phụ thuộc vào trùng khít tiêu đo điểm mơ hình 4.4.4 Độ xác đo lập thể Độ xác đo lập thể tiêu đo thực Dựa vào đặc điểm trình đo vẽ lập thể tiêu đo thực cho thấy: Độ xác đo vẽ lập thể tiêu đo thực chịu ảnh hưởng sai số sau: a Sai số đốn nhận điểm mơ hình lập thể Sai số đốn nhận điểm mơ hình lập thể phụ thuộc vào khả phân biệt mắt hình ảnh tia chiếu tên bàn tiêu đo Độ lớn sai số tương ứng với lực nhìn khơng gian mắt ẢYrnin Do tồn sai số làm trùng điểm mà bàn tiêu đo cao thấp điểm đo A mơ hình lập thể (hình 4.17a hình 4.17b) Từ đưa đến sai số độ cao điểm mơ hình là: AZ = - AY.' ' (4.13) b'.p" Trong đó: Z khoảng cách từ đáy nhìn đến điểm mơ hình AYmin lực nhìn khơng gian nhỏ mắt AYrnin = 30" b' đáy mắt, b = 65 mm p'' = 206265'' Trong trường hợp đo lập thể hệ thống kính quan sát có hệ số mở rộng hiệu ứng lập thể nv sai số đốn nhận điểm hình AZ giảm nv lần, tức là: AZ' = z •A|7m|in (4.14) nv.b'.p'' Như vậy, muốn nâng cao độ xác đo lập thể phải lựa chọn loại máy đo ảnh có cạnh đáy chiếu ảnh hệ thống phóng đại lớn b Sai số làm trùng tiêu đo với điểm đo mơ hình Sau xác định độ cao điểm mơ hình A, bàn tiêu đo có hình ảnh lập thể điểm mơ hình A tiêu đo thực M (hình 4.17c) cần đưa tiêu đo M trùng với điểm mơ hình A Sai số việc trùng tiêu đo độ xác vị trí mặt phẳng điểm mơ hình A, phụ thuộc vào lực nhìn khơng gian mắt, tức là: AS = z AY'm (4.15) p'' Trong trường hợp đo lập thể hệ thống quan sát có hệ số phóng đại tăng lên V lần Khi độ xác làm trùng tiêu đo với điểm mơ hình tăng lên V lần, tức là: AS' = z (4.16) V.p'' Độ xác đo lập thể tiêu đo ảo Quy trình đo vẽ lập thể tiêu đo ảo làm trùng tiêu đo thực M1, M2 với điểm ảnh tên a1a2 cặp ảnh lập thể Nếu trình đo lập thể tiêu đo ảo ta sử dụng tiêu đo ảo M để làm trùng với điểm đo A mơ hình lập thể sai số đo ngắn phụ thuộc vào lực nhìn khơng gian mắt (Aymin) Trong trường hợp đo ngắn qua hệ thống quang học có hệ số mở rộng cạnh đáy n độ phóng đại V độ xác xác định công thức (4.14 4.16) Nếu phương pháp đo lập thể tiêu đo ảo ta không dùng tiêu đo ảo để làm trùng điểm đo mà nhìn mắt để làm trùng tiêu đo thực M 1M2 với điểm ảnh tên a1a2 ảnh trái ảnh phải xảy sai lệch biểu thị hình 4.18 xuất loại sai số ngắm Độ lớn sai số phụ thuộc vào lực phân biệt mắt (S = 45'') hệ số mở rộng hiệu ứng lập thể quan sát n v.Trong trường hợp cơng thức (4.14 4.16) có dạng: AZ = z f „ (4.17) n.vb'.p" z£ AS = , (4.18) v.p" Trong đó: s lực phân biệt mắt, s = 45'' Độ xác đo ngắm lập thể ln ln cao độ xác đo ngắm mắt điều kiện đo Vì đo ảnh cần vận dụng phương pháp đo ngắm lập thể để nâng cao độ xác ... Sự phát triển ngành trắc địa ảnh Việt Nam Cùng với phát triển ngành trắc địa đồ ngành trắc địa ảnh Việt Nam không ngừng phát triển Sự hình thành phát triển ngành trắc địa ảnh Việt Nam tóm tắt... chụp ảnh hàng không, máy chụp ảnh mặt đất Ảnh số: Ảnh số loại ảnh mà hình ảnh khơng ghi lại vật liệu ảnh mà ghi lại băng từ dạng tín hiệu Ngày nhờ máy quét ảnh người ta biến ảnh tương tự thành ảnh. .. pháp đo ảnh Như biết có phương pháp ghi nhận hình ảnh đối tượng đo hai dạng: ảnh tương tự ảnh số Ảnh tương tự: Ảnh tương tự loại ảnh mà hình ảnh ghi lại vật liệu ảnh Đây kết trình chụp ảnh nhờ