Phủ dọc và ngang của các tấm ảnh

Diện tích chồng lên nhau của hai tấm ảnh kề nhau trong cùng một đường bay được gọi là diện tích phủ dọc (overlap).

Diện tích chồng phủ giữa hai loạt tấm ảnh trong hai dải bay liền kề nhau được gọi là diện tích phủ bên (sizelap).

Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang khoảng 30%. Trong trường hợp cụ thể tùy theo loại địa hình, tùy theo yêu cầu sử dụng ảnh, các độ phủ này có thể thay đổi, nhưng khơng nhỏ hơn các giá trị trên.

Chụp ảnh theo tuyến được ứng dụng rộng rãi để giải quyết những vấn đề về dân sự, quân sự, trong nghiên cứu khoa học,... điển hình là khảo sát các đối tượng dạng tuyến như hệ thống giao thông, hệ thống thuỷ văn, thủy lợi, đường địa giới v.v...

Trong đo vẽ địa hình, chụp ảnh theo tuyến được dùng cho việc bố trí các dải bay chặn theo hướng vng góc với các dải bay chụp theo nhiều tuyến. Việc bố trí dải bay chặn như thế cho phép ta giảm được khá nhiều điểm khống chế ngoại nghiệp góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế.

- Chụp ảnh theo khối (nhiều tuyến): Phương pháp này còn gọi là chụp ảnh theo

diện tích là chụp theo nhiều tuyến dải bay thẳng, song song và cách đều nhau. Các tấm ảnh kề nhau trong cùng dải bay được liên kết với nhau bằng độ phủ dọc p, các tấm ảnh trên hai dải bay kề nhau được liên kết với nhau bằng độ phủ ngang. Độ phủ ngang của ảnh hàng không được ký hiệu bằng q và được xác định theo công thức:

% 100 . l l q= y (2.2) Trong đó: l - kích thước tấm ảnh;

ly - kích thước phần phủ của hai ảnh trên 2 dải bay kề.

Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang khoảng 30%. Trong trường hợp cụ thể tùy theo loại địa hình, tùy theo yêu cầu sử dụng ảnh, các độ phủ này có thể thay đổi, nhưng khơng nhỏ hơn các giá trị trên.

- Chụp ảnh theo tỷ lệ: dựa theo tỷ lệ trung bình của ảnh chụp, người ta chia ra như sau: Chụp ảnh tỷ lệ lớn, tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ.

Khi chụp thẳng, tỷ lệ ảnh hàng không là hàm số của độ cao bay chụp Hbc, tiêu cự kính vật máy ảnh fk, cịn khi chụp nghiêng ngồi Hbc và fk ra tỷ lệ ảnh cịn phụ thuộc vào góc nghiêng a của trục quang máy chụp ảnh khi lộ quang so với đường

dây dọi và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh. Vì vậy:

) , , , (H f 0 y F m l =  (2.3)

trung bình của ảnh chụp lớn hơn 1:10.000, tỷ lệ trung bình là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp từ 1:10.000 - 1:30.000 và tỷ lệ nhỏ là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp nhỏ hơn 1:30.000.

Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập được thể hiện bằng công thức:

M C

m= (2.4)

Trong đó: m - mẫu số tỷ lệ của ảnh hàng không.

C - hệ số kinh tế, theo các kết quả nghiên cứu lý luận và thực tiễn, hệ số C thường được lựa chọn từ 130 - 400 với từng loại tỷ lệ bản đồ cần thành lập theo phương pháp lập thể và tuỳ thuộc vào phương tiện kỹ thuật sử dụng.

M - mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập. 2.1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật trong quá trình bay chụp

Tính tốn các thơng số chụp ảnh: Khi lập thiết kế bay chụp, ngoài việc lựa chọn

tỷ lệ chụp ảnh, độ cao bay chụp và tiêu cự máy chụp, cần phải tính tốn các thơng số kỹ thuật cơ bản sau:

+ Tính cạnh đáy chụp ảnh Bx: a X p lm B (100 %).. 100 1 − = (2.5)

+ Tính khoảng cách giữa 2 dải bay kề By:

a X p lm B (100 %).. 100 1 − = (2.6)

Trong các công thức trên: l là kích thước của ảnh, p và q là độ phủ dọc và độ phủ ngang của ảnh. Độ phủ dọc p tối thiểu là 60%, độ phủ ngang q khoảng 20%- 30% để đảm bảo khả năng quan sát lập thể và liên kết tồn khối ảnh.

Tính tổng số ảnh cần chụp N: Số ảnh cần chụp trong khu đo là tổng số ảnh cần chụp trong từng dải bay được tính như sau:

k n k N N 1 =  = (2.7) Trong đó: Nk = Int 1 + x xk B L

với Lxk là chiều dài của dải bay thứ k.

n là số dải bay của khu chụp.

n = Int 1 + Y Y B L

với LYlà độ rộng của khu vực bay chụp.

Lập bản đồ bay: Bản đồ được sử dụng để thực hiện quá trình bay chụp ảnh

được gọi là bản đồ bay chụp. Bản đồ bay chụp có thể chia làm hai loại riêng biệt: bản đồ bay và bản đồ chụp. Bản đồ bay dùng cho phi công và hoa tiêu chụp ảnh để định hướng chung, còn bản đồ chụp dùng cho hoa tiêu định hướng chi tiết khi chụp ảnh. Khi bản đồ bay có đầy đủ các nội dung như bản đồ chụp thì có thể sử dụng làm bản đồ chụp. Thông thường, người ta sử dụng bản đồ tỷ lệ 1:100.000 - 1:500.000 làm bản đồ bay chụp khi thành lập bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ 1:50.000 - 1:100.000 làm bản đồ bay chụp khi chụp ảnh tỷ lệ lớn.

Trên bản đồ chụp cần thể hiện các chi tiết sau:

+ Ranh giới tồn bộ diện tích khu chụp và ranh giới từng khu chụp riêng biệt. + Các tuyến bay với độ dài của tuyến, khoảng cách giữa các tuyến và số lượng tấm ảnh chụp trên mỗi tuyến bay.

+ Các địa vật định hướng trên từng tuyến bay.

+ Các đặc trưng địa hình, như đỉnh núi, thung lũng với cao độ được ghi chú rõ ràng và độ cao bay trung bình của khu chụp.

+ Các đặc điểm khí hậu, như hướng gió, tốc độ gió.

+ Trong một số trường hợp, như khi khoảng cách giữa các tuyến bay tương đối nhỏ khơng thuận lợi cho việc lượn vịng của máy bay để vào đường bay tiếp cần thể hiện phương pháp bay lượn trên bản đồ bay chụp.

bay có thể hồn tồn được thực hiện một cách tự động.

Khi bay chụp bằng thiết bị bay khơng người lái thì phạm vi khu đo thường nhỏ, do vậy trước bay chụp cần phải thu thập các nguồn tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn 1:5.000 hoặc các bản đồ có tỷ lệ trung bình 1:10.000 phục vụ cho việc thiết kế tuyến bay. Hiện nay, đa số các thiết bị bay không người lái phục vụ bay chụp ảnh đều được trang bị phần mềm thiết kế tuyến bay và cho phép sử dụng dữ liệu ảnh từ Google Earth.

2.1.3 Ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số

2.1.3.1. Đo ảnh

Đo ảnh là quá trình thu nhận các thông tin về đối tượng thông qua các phép đo đạc và giải đoán được tiến hành trên ảnh. Sự phát triển của công nghệ thu nhận dữ liệu ảnh và giải đoán ảnh hiện nay được mở rộng bao gồm cả ảnh viễn thám chuyển từ giải đoán ảnh truyền thống (bằng mắt thường) sang các phép xử lý ảnh số áp dụng kỹ thuật phân tích trên máy tính điện tử.

Ngồi ra cịn một số định nghĩa khác được công nhận rộng rãi trong cộng đồng trong cộng đồng đo ảnh và viễn thám. Đo ảnh là “nghệ thuật,khoa học và công nghệ để thu được các thông tin xác thực về các đối tượng vật lý và mơi trường. Thơng qua q trình thu thập, đo đạc, giải đốn ảnh và các mơ hình của năng lượng phát xạ điện từ và các hiện tượng khác mà không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng” .

Sản phẩm trực tiếp của đo ảnh là bản đồ địa hình thể hiện qua các đường bình độ để cung cấp thông tin về độ cao và một số lớp đối tượng khác. Sau này them một số sản phẩm nữa là mơ hình số độ cao DEM. Đo ảnh còn được ứng dụng để thành lập bản đồ dưới lòng đất, dưới nước hay các bản đồ của các hành tinh như mặt trăng, sao hỏa…

2.1.3.2 Phân loại đo ảnh

Dựa vào vị trí và khoảng cách bay chụp ảnh, đo ảnh được chia làm các loại sau:

- Đo ảnh hàng không: độ cao bay chụp >300m; - Đo ảnh khoảng cách gần: độ cao bay chụp <300m; - Đo ảnh mặt đất: vị trí chụp cố định trên mặt đất;

- Đo ảnh hàng không khoảng cách gần: chính là các thiết bị UAV có gắn máy ảnh để chụp các khu vực có diện tích khơng lớn.

2.2 ẢNH SỐ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA ẢNH HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ 2.2.1 Khái niệm 2.2.1 Khái niệm

Ảnh số là một mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là điểm ảnh (pixel). Mỗi một pixel được xác định bằng tọa độ hàng, tọa độ cột và độ xám. Độ xám của mỗi pixel được mã hóa theo đơn vị thơng tin là bit. Thường thì pixel của ảnh tồn sắc được mã hóa theo 8 bit tức là 28 = 256 bậc độ xám. Với ảnh màu được tổ hợp từ ba kênh: R, G, B với mỗi kênh được mã hóa theo độ xám khác nhau. Mỗi kênh có tối đa 256 bậc độ xám thì ảnh màu sẽ có tối đa 2563 = 16777216 màu, đồng nghĩa với việc để mã hóa một pixel trong ảnh màu cần đến 3x8 = 24 bit lưu trữ.

Mỗi điểm ảnh tương ứng với một pixel được mô tả bằng hàm số: F(x,y,D) với các biến là tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trị độ xám của nó (D).

Với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vi các số nguyên dương và có thể viết là: 0 < F < Fmax, trong đó Fmax là lượng thơng tin tối đa được lưu trữ (Fmax = 256 với ảnh 8 bit).

Nếu mơ tả một ảnh màu thì mỗi thành phần màu cơ bản (màu đỏ-R, màu lục- G, màu lam-B) của ảnh sẽ được biểu diễn bằng các hàm số ảnh thành phần, tức là:

r(x,y,Dr); g(x,y,Dg); b(x,y,Db) (2.8)

Trong đó: Dr, Dg, Db là giá trị độ xám tương ứng với ba thành phần màu cơ

bản.

Như vậy ảnh số là một ma trận giá trị độ xám có n cột và m hàng. Các phần tử của ma trận ảnh số là những điểm ảnh rời rạc với tọa độ của nó được xác định bằng một số nguyên dương nằm giữa (1^ n) cột và (1^ m) hàng. Tức là:

1 < X <n-1 ; 1 <y < m-1

Tọa độ của một điểm ảnh trên ảnh số sẽ được xác định theo công thức:

y j y y x i x y j i  + =  + = 0 0 (2.9) Trong đó: i = 0, 1, 2,..., m-1 j = 0, 1, 2,..., n-1 y x   ,

là khoảng cách lấy mẫu trên hướng X và hướng y, thông thường

y x = 

. Độ xám của ảnh sẽ được lấy mẫu và sắp xếp theo ma trận độ xám:

1 , 1 , 1 0 , 1 1 , 0 1 , 0 0 00 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... − − − − − − = n m i m m n j ji j n i d d d d d d d d d D (2.10)

Trong đó: dij là mức xám của pixel ảnh ở cột i và hàng j của ma trận.

2.2.2 Độ phân giải của ảnh số

- Độ phân giải hình học là khoảng cách hình học tối thiểu giữa hai đối tượng mà chúng phân chia và tách biệt với nhau trên ảnh. Biểu thị cho độ phân giải không gian là: kích cỡ pixel và dpi (dots per inch); Kích cỡ pixel thể hiện độ rộng của một pixel, thường tính theo đơn vị p,m. Kích cỡ pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao; Đơn vị đo độ phân giải dpi là thể hiện số lượng pixel chứa trong 1 inch (2,54 cm) chiều dài. Số pixel trên 1 inch càng nhiều thì độ phân giải càng cao. Mối quan hệ giữa hai đơn vị đo trên được biểu diễn bằng công thức sau:

dpi x

m 2,54 10000

. =

 (2.11)

Trong máy chụp ảnh số, người ta gọi độ phân giải của ảnh theo số lượng pixel của bản thân tấm ảnh tương ứng với số hàng nhân số cột của ảnh số, thường lấy đơn vị là MP-Mega Pixel.

Độ phân giải độ xám là sự chênh lệch nhỏ nhất về độ xám mà hai pixel có thể phân biệt với nhau trên ảnh. Độ phân giải độ xám được xác định bởi số bậc độ xám của một pixel, thường lấy 256 bậc để biểu thị độ xám trong ảnh toàn sắc và 25 63 bậc màu trong ảnh màu.

Kích thước tấm ảnh: là số hàng và cột trên mỗi tấm ảnh.

2.2.3 Các đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số

Ảnh được chụp theo hướng vng góc với mặt đất, trên cùng một tấm ảnh tỷ lệ không đồng nhất.

Gốc tọa độ ảnh: Mỗi pixel được xác định bằng tọa độ hàng và cột, hệ tọa độ ảnh thường có điểm 0 ở góc trên bên trái và tăng dần từ trái sang phải đối với chỉ số cột từ trên xuống đối với chỉ số hàng.

Số kênh phổ: thông thường đối với máy chụp ảnh phổ thông, số kênh phổ trên mỗi tấm ảnh là 3 kênh tương đương với các màu cơ bản Red, Green, Blue (RGB). Với các máy ảnh kỹ thuật số tiên tiến hiện nay, một máy có chức năng chụp với 5 kênh phổ gồm: ảnh Pan (toàn sắc), ảnh màu RGB, ảnh NIR (cận hồng ngoại).

Các nguyên tố định hướng trong của ảnh số được xác định bởi: tiêu cự của máy ảnh, gốc tọa độ, số hàng và số cột, độ phân giải của ảnh.

2.3 THIẾT BỊ BAY UAV 2.3.1 Khái niệm về UAV 2.3.1 Khái niệm về UAV

Có hai thuật ngữ để định nghĩa về máy bay khơng người lái, đó là:

- UAV (Unmanned Aerial Vehicle) là phương tiện bay không người lái. Theo đúng nghĩa của nó thì hồn tồn khơng có phi cơng lái mà nó được điều khiển từ xa hoặc cũng có thể bay theo một lịch trình được thiết lập sẵn.

- UAS (Unmanned Aircraft System) là hệ thống máy bay không người lái, định nghĩa này để nhấn mạnh các hệ thống không chỉ bao gồm máy bay mà cịn bao gồm cả trạm kiểm sốt trên mặt đất và một số thiết bị khác kèm theo trên máy bay.

Với hai khái niệm trên có thể thấy điểm khác nhau ở chỗ UAV chỉ đơn thuần là một thiết bị bay có điều khiển từ xa, cịn UAS là cả một hệ thống phức tạp kèm theo

cả trên thiết bị bay và cả trạm điều khiển trên mặt đất. UAV hiện nay được chia làm 2 loại chính theo cấu tạo là máy bay cánh cố định (Fix Wing UAV) và máy bay cánh quay (Rotary Wing UAV-UAV) như hình vẽ

- Postflight Terra 3D của hãng SenseFly.

Hình 2. 2: Thiết bị bay chụp khơng người lái eBee

- Hệ thống bay chụp ảnh MD4-1000 của hãng Microdrones GmbH.

Hình 2. 3: Thiết bị bay chụp khơng người lái MD4-1000

Ưu điểm:

- UAV cánh quay có khả năng cất cánh, hạ cánh theo chiều thẳng đứng và rất cơ động trong quá trình bay. Điều này cho phép người dung hoạt động trong những địa hình chật hẹp mà khơng cần phải bố trí đường băng cất, hạ cánh như loại cánh bằng, cũng có thể thay đổi độ cao và chuyển hướng bay một cách dễ dàng.

- Khả năng bay tại chỗ và khả năng bay cơ động làm cho UAV cánh quay rất phù hợp với cơng tacsn bay chụp ở địa hình phức tạp và có diện tích nhỏ.

- Giá thành thiết bị thấp nhưng vẫn cho ra được những sản phẩm phục vụ được nhiều mục đích trong các dự án giao thông.

Nhược điểm:

- Máy bay cánh quay có cấu tạo liên quan đến cơ khí và điện tử phức tạp do đó u cầu q trình bảo trì và sửa chữa phức tạp hơn so với máy bay cánh cố định.

- Do tốc độ thấp và thời gian bay ngắn nên sẽ phải bay nhiều chuyến hơn so với