Ứng dụng công nghệ ảnh số trong thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình

Khái niệm về ảnh số

Nh vậy, ảnh số là tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí m, n (hoặc x, y) và giá trị độ xám tơng ứng với từng điểm ảnh. Thông thờng nó đợc thực hiện nhờ hệ thống quang học với kích thớc nào đó dã đợc chọn chuyển động dọc theo đờng quét trên tấm. Việc định mẫu ảnh cho từng vị trí cửa mở của hệ thống quang học là giá trị thich hợp của toàn giá trị độ đen trong khoảng cửa mở (kích thớc).

Các bậc độ xám này có thể lu trữ dới dạng một byte nên chúng có rất nhiều thuận lợi trong quá trình xử lý ảnh số. Phơng thức thu trực tiếp này đợc sử dụng trong kĩ thuật viễn thám nh hệ thống MSS, TM đặt trên vệ tinh Lansat của Mỹ hoặc hệ thống CDD. Đầu tệp (header) chứa các thông tin về kiểu ảnh, kích thớc, độ phân giải, số bit dùng cho 1 pixel, cách mã hoá, vị trí bảng màu.

Do dung lợng file ảnh rất lớn, nên ngời ta đã nghiên cứu và đa ra kỹ thuật nén dữ liệu ảnh - đó là quá trình làm giảm lợng thông tin “d thừa” trong dữ liệu gốc và kết quả là lợng thông tin thu đợc sau khi nén thờng nhỏ hơn dữ liệu gốc rất nhiều. Cho tới nay có rất nhiều phơng pháp nén đã và đang đợc nghiên cứu sử dụng và phân chia thành các nhóm lớn nh nén không mất mát thông tin (tức là các phơng pháp nén mà sau khi giải nén ta thu đợc chính xác dữ liệu gốc) và nén có mất mát thông tin (tức là các phơng pháp nén mà sau khi giải nén ta không thu đợc dữ liệu nh bản gốc).

Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số

Trong công tác thành lập bản đồ thì dữ liệu ảnh số ban đầu thờng có đợc thông qua quá trình quét ảnh hàng không bằng các máy quét chuyên dùng có độ chính xác cao. Các sản phẩm này đợc lu trữ trên máy tính và chúng có khả năng hiển thị trên màn hình máy tính và chuyển tải ra máy in và có thể kết hợp với các nguồn thông tin khác trên các hệ thống GIS / LIS tạo ra khả năng lu trữ, cập nhật, quản lý và khai thác một cách có hiệu quả. Mặc dù công nghệ đo ảnh số đã đợc phát triển khá rộng rãi nhng trong thực tế công nghệ chụp ảnh vẫn ít thay đổi và đại đa số ảnh hàng không hiện nay vẫn đợc chụp bằng máy ảnh dùng phim.

Hơn thế nữa, các nhiệm vụ mà trong ảnh giải tích đòi hỏi nhiều máy móc khác nhau và nhiều ng- ời thao tác đợc đào tạo chuyên sẩuiêng thì trong ảnh số có thể dợc thực hiện chỉ trên một trạm đo vẽ và chỉ bởi một ngời thao tác. - Các tính năng xử lý phụ nh bộ tăng tốc đồ hoạ, bảng xử lý tín hiệu só, bộ xử lý mảng để đảm bảo thực hiện nhanh các công việc có khối lợng tính toán lớn nh khớp ảnh hay tạo mô hình số địa hình (DTM). Để có đợc sản phẩm là bản đồ gốc, hệ thống đo ảnh số đợc trng bị máy in phục vụ công tác chuyển tải các sản phẩm của trạm đo ảnh số ra giấy hoặc vật liệu khác….

Các lớp pixel đợc sắp xếp thứ tự từ lớp có kích thớc pixel lớn tới các lớp có kích thớc bé hơn, cao nhất (480àm) là lớp đợc coi là thô nhất và lớp pixel bé nhất (30àm) đợc coi là lớp ảnh gốc. Với cấu trúc này chơng trình sẽ tính toán sao cho trên màn hình chỉ hiển thị phần ảnh thuộc đối tợng cần quan sát trong tầng ảnh phù hợp, làm cho tốc độ hiển thị ảnh trên màn hình tăng lên đáng kể.

Kỹ thuật khớp ảnh

Nguyên nhân sinh ra biến dạng bức xạ: độ chiếu sáng, hớng bức xạ trên bề mặt vật chụp ảnh, khí quyển, độ suy giảm của kính vật máy chụp ảnh, sự khác biệt về điều kiện xử lý ảnh và sai số trong quá trình số hoá ảnh v.v. Trong đo ảnh tỷ lệ lớn ở thành phố, đối tợng xử lý chủ yếu là các vật kiến trúc, các đối tợng phi địa hình khi đó do tính không liên tục của hình ảnh, do bóng hoặc bị che khuất hoặc việc các đối tợng có kiến trúc giống nhau. Đối với mục đích đo ảnh khác nhau thì việc lựa chọn đặc trng cũng khác nhau, các đặc trng đợc lựa chọn trên ảnh có thể phân thành một số cấp theo cấu trúc hình tháp để lần lợt xử lý khi khớp ảnh.

Vì vậy, sau khi nhận biết điểm ảnh cùng tên theo các cơ sở lý luận khớp ảnh nói trên, cần tiến hành tính toán xác định toạ độ không gian (X, Y, Z) của điểm vật, sau đó thành lập mô hình số bề mặt vật thể (nh mô hình số địa hình DTM). Giả thiết trong không gian vật có một vật thẳng đứng thì hình ảnh của nó trên ảnh cũng là một đờng thẳng tức là giao điẻm A của đờng thẳng đứng VLL (Vertical Line Locus) với mặt địa hình nhất định sẽ nằm trên hình chiếu tơng ứng trên ảnh. Trong tăng dày nếu có sử dụng toạ độ tâm chụp bằng công nghệ GPS và các điểm khống chế ngoại nghiệp đợc đánh dấu trớc khi chụp thì có thể áp dụng phơng pháp này để khớp đa ảnh cho quá trình định hớng tơng đối.

Tóm lại bản chất của khớp ảnh là quá trình sử lý các thông tin bức xạ trên các vùng có độ phủ của 2 hay nhiều ảnh nhằm tự động tìm ra các điểm ảnh cùng tên dựa trên cấu trúc hình tháp và một vài tham số hình học gần đúng với ban đầu của ảnh. Nh vậy để thực hiện các bớc xử lý ảnh số trong các ứng dụng của hệ phần mềm theo nguyên lý khớp ảnh hoặc để tăng tốc độ đọc và hiển thị đồ hoạ, các file ảnh thờng đợc tổ chức thành các cấu trúc hình tháp của ảnh.

Quy trình đo vẽ bản đồ địa hình bằng phơng pháp đo ảnh số

Các cấu trúc hình tháp của ảnh là các lớp pixels mới của cùng một file ảnh với độ phân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất dịnh. Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp là cơ sở trực tiếp xác định toạ độ và độ cao của các điểm tăng dày phục vụ cho công tác định hớng mô hình. Trong khi quột, ngoài việc đảm bảo hỡnh ảnh rừ nột cũn phải chọn độ phõn giải quét phim sao cho vừa phải đảm bảo độ chính xác đạt yêu cầu của bản đồ cần thành lập vừa có dung lợng file là rất nhỏ.

Công tác đoán đọc và điều vẽ nhằm xác định định tính và định lợng của các yếu tố địa vật dựa theo hình ảnh của chúng đợc chụp trên ảnh. Điều vẽ ngoại nghiệp đợc áp dụng khi thành lập bản đồ có tỷ lệ lớn, các vùng có nhiều địa vật thay đổi, các vùng dân c cần thu thập nhiều số liệu chi tiết mà không thể hoặc khó có thể xác định đợc trên mô hình lập thể. Điều vẽ ngoài trời dày đặc là áp dụng khi đo vẽ lập thể mà khu đo có nhiều công trình xây dựng và khi đo vẽ phối hợp để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn.

Công việc này thờng đợc thực hiện nhờ sự trợ giúp của các t liệu cũ kết hợp với kiến thức địa chất địa mạo của khu đo để nhận biết từng đối tợng. Trong đó chứa các file dữ liệu nh file camera chứa các thông tin số của máy ảnh hay file control chứa toạ độ và độ chính xác của điểm khống chế ngoại nghiệp. Quá trình định hớng trong thiết lập một mối quan hệ toạ độ ảnh thông qua toạ độ kiểm định của các mấu khung và hệ toạ độ ảnh quét thông qua kết quả đo đợc của các mấu khung tơng ứng trên ảnh quét.

Nh vậy, bản chất của định hớng trong của ảnh số là chuyển hệ toạ độ trong không gian hai chiều từ hệ toạ độ của ảnh quét sang hệ toạ độ của mặt phẳng ảnh. Quá trình này đợc thực hiện bằng cách đo tại các điểm có vị trí phân bố chuẩn trên từng mô hình nhằm khử thị sai dọc tại các điểm trên vị trí chuẩn. Nh vậy phải liên kết các tuyến bay thành một khối ảnh bằng việc đo các điểm nối trên mỗi mô hình đó nhằm tính chuyển toạ độ không gian đo ảnh của các mô hình trong cả khối về một hệ toạ độ đồng nhất.

Trong quá trình bình sai nếu phát hiện các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp có sai số vị trí mặt bằng và có độ cao lớn phải tiến hành kiểm tra,. Mô hình lập thể đợc xây dựng từ cặp ảnh lập thể, sau quá trình tăng dày khống chế ảnh, trong bộ nhớ của máy tính có các giá trị nguyên tố định hớng của ảnh, toạ độ của điểm tăng dày. Cắt ghép ảnh trên mảnh bản đồ phải đảm bảo mọi thông tin trên ảnh đợc bảo lu tối đa, hài hoà về độ sỏng, độ tơng phản và độ rừ nột đồng đều của cỏc địa vật.