Thành lập bản độ địa hình tỷ lệ trung bình bằng công nghệ ảnh số

đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Lời nói đầu
Bản đồ địa hình là một loại tài liệu rất quan trọng. Nó là cơ sở để thành
lập các loại bản đồ chuyên đề khác, vì nội dung của bản đồ địa hình phải đảm
bảo độ chính xác, tính thống nhất và đầy đủ về nội dung đều phụ thuộc vào từng
loại tỷ lệ bản đồ.
Bản đồ địa hình có thể đợc thành lập bằng nhiều phơng pháp nh đo vẽ
trực tiếp trên mặt đất, đo vẽ ảnh, biên vẽ từ tài liệu có sẵn. Các phơng pháp trên
đều có thể đợc thực hiện theo công nghệ truyền thống và hiện đại.
Trong những năm gần đây khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nó
đã ảnh hởng đến hầu hết đến các ngành khoa học trong dó có ngành khoa học
đo ảnh. Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công nghệ thông tin
cộng với sự không ngừng hoàn thiện của lý thuyết đo ảnh trong những thập kỷ
gần đây đã cho ra đời một phơng pháp đo ảnh mới đó là phơng pháp đo ảnh số.
Phơng pháp đo ảnh số là phơng pháp xử lý các bài toán đo ảnh giải tích
với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dùng để tiến hành số hoá
ảnh, đo ảnh, nhận biết hình ảnh và tính toán xử lý thay cho con ngời trong phần
lớn các quá trình đo ảnh nh: công tác tăng dày khống chế ảnh, xây dựng mô
hình số địa hình, nắn ảnh số và đo vẽ địa hình. Trớc đây việc xử lý các tấm ảnh
tơng tự với các máy toàn năng cồng kềnh, sản phẩm làm ra đợc lu trữ rất khó
khăn thì ngày nay việc xử lý các tấm ảnh số trên các trạm đo ảnh số chuyên
dùng với mức độ tự động hoá cao, cho ra những sản phẩm đa dạng và khả năng
cập nhật quản lý dễ dàng và cho hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt nó còn phát huy
đợc hiệu quả khi tổ chức thi công ở khu vực rộng lớn.
Để có thể bổ túc thêm kiến thức về ứng dụng công nghệ ảnh số trong
công tác thành lập bản đồ địa hình, tôi đã thực hiện đề tài tốt nghiệp với tiêu đề
Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình bằng công nghệ ảnh số .
Chơng I
bản đồ địa hình
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3

1
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
1.1 Một số khái niệm về bản đồ địa hình
Bản đồ địa hình là loại bản đồ địa lý chung, có tỷ lệ lớn hơn hoặc bằng
1:1000000. Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ của bề mặt trái đất thông qua
phép chiếu toán học nhất định có tổng quát hoá theo hệ thống ký hiệu và các
mối quan hệ tơng quan giữa các yếu tố cơ bản của địa lý tự nhiên và kinh tế xã
hội với độ chính xác và mức độ chi tiết tơng đối nh nhau phần lớn vẫn giữ đợc
hình dạng, kích thớc theo tỷ lệ bản đồ, đồng thời giữ đợc tính chính xác hình
học của ký hiệu và yếu tố nội dung.
Bản đồ địa hình không đa lên tất cả các hình ảnh có trên bề mặt trái đất
mà chỉ chứa đựng một lợng thông tin phụ thuộc bởi thời gian, không gian và
mục đích sử dụng của chúng.Tính không gian chính là xác định giới hạn khu
vực tiến hành đo vẽ. Mục đích sử dụng chi phối nội dung và độ chính xác của
bản đồ, yếu tố không gian và mục đích sử dụng có ảnh hởng tới việc lựa chọn tỷ
lệ bản đồ. Thời gian chính là tại thời điểm đo vẽ bản đồ.
Nh vậy Bản đồ địa hình có thể hiện hết đợc3 tính trên thì nó phải tuân
theo 3 tính chất cơ bản là cơ sở toán học của bản đồ, hệ thống ký hiệu quy ớc và
tổng quát hoá bản đồ.
Cơ sở toán học của bản đồ là phơng pháp toán học đảm bảo các nguyên
tắc và quy luật chuyển từ bề mặt tự nhiên của trái đất lên mặt phẳng bản đồ. Nó
tuân thủ theo những trình tự sau:
Chuyển bề mặt tự nhiên của trái đất lên mặt elipxoit trái đất sau đó
chuyển từ bề mặt elipxoit trái đất với kích thớc thu nhỏ theo tỷ lệ nhất định lên
mặt phẳng trong một phép chiếu đã chọn nào đó. Tỷ số thu nhỏ của kích thớc
elipxoit để biểu thị lên bản đồ đợc gọi là tỷ lệ bản đồ. Phép chiếu chính là quy
luật của sự biểu thị elipxoit trái đất lên mặt phẳng đợc biểu hiện ở sự phụ thuộc
hàm số giữa toạ độ của điểm tơng ứng ở trên mặt phẳng. Nh vậy trong cơ sở
toán học của bản đồ thì bao gồm cơ sở trắc địa, tỷ lệ và phép chiếu. Ngoài ra bố
cục bản đồ, khung bản đồ, sự phân mảnh và đánh số các bản đồ cũng phụ thuộc

vào các yếu tố cơ sở toán học của bản đồ.
Hệ thống ký hiệu quy ớc của bản đồ là phơng tiện đặc biệt để phản ánh
nội dung bản đồ. Phơng tiên chủ yếu là các yếu tố đồ hoạ và màu sắc, đồng thời
có xét đến khía cạnh tâm lý học, thẩm mỹ học để tạo nên hệ thống ký hiệu bản
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
2
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
đồ. Trong hệ thống ký hiệu bản đồ sử dụng rộng rãi các dạng đồ hoạ, các chữ
cái, con số, màu sắc và từ ngữ.
Tổng quát hoá bản đồ là quá trình lựa chọn và khái quát các đối tợng cần
thể hiện lên bản đồ. Mục đích của tổng quát hoá là nhằm phản ánh đúng bản
chất của đối tợng và đáp ứng tối u những yêu cầu đặt ra.
Ngoài 3 tính chất cơ bản trên thì bản thân bản đồ nh là một mô hình. Nó
còn có những đặc tính của các loại mô hình khác nh là tính chọn lọc, tính trừu t-
ợng, tính đơn trị, tính trực quan, tính đo đợc.
Chính vì bản đồ có nhiều đặc tính của các mô hình khác cho nên càng
ngày nó càng đợc sử dụng rộng rãi.
1.2 Cơ sở toán học của bản đồ địa hình
Cơ sở toán học của bản đồ địa hình bao gồm các yếu tố sau: tỷ lệ, hệ
thống toạ độ, phép chiếu, sự phân mảnh.
- Tỷ lệ bản đồ
Theo quy phạm bản đồ địa hình nớc ta cũng dùng dãy tỷ lệ nh hầu hết
các nớc trên thế giới, gồm những tỷ lệ sau: 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000,
1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000.
- Hệ thống toạ độ bản đồ
Bản đồ địa hình dùng hai hệ thống toạ độ đó là hệ toạ độ địa lý và hệ toạ
độ vuông góc.
- Phép chiếu của bản đồ
ở nớc ta các bản đồ đợc thành lập trong phép chiếu Gauss hoặc phép

chiếu UTM.
- Phân mảnh bản đồ
Từ mảnh bản đồ 1:1000000 chia thành 144 mảnh bản đồ 1:100000 có
kích thớc có


=20 và


=30 và đánh số hiệu bằng chữ ả rập từ 1,2, ,144.
Chia bản đồ tỷ lệ 1:100000 thành 4 mảnh 1:50000 có kích thớc có


=10 và


=15 và đợc ký hiệu là A, B, C, D. Từ mảnh 1:50000 chia thành 4 mảnh
1:25000 có kích thớc có


=5 và


=730 và đợc ký hiệu là a, b, c, d. Từ
mảnh 1:25000 chia thành 4 mảnh 1:10000 có kích thớc có


=230 và

=345 và đợc ký hiệu là 1, 2, 3, 4. Từ mảnh 1:100000 chia thành 384 mảnh
1:5000 có kích thớc có


=115 và


=115 và đánh số hiệu bằng chữ ả
rập từ 1,2,...,384.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
3
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
1.3 Hệ thống lới khống chế
Cơ sở khống chế toạ độ, độ cao khi thành lập bản đồ địa hình dựa trên
mạng lới khống chế toạ độ, độ cao của nhà nớcvà theo kinh tuyến trục của múi
bao gồm các cấp hạng nh sau:
Các điểm của lới toạ độ địa chính cơ sở tơng đơng với các điểm toạ độ
hạng III nhà nớc (tức là các điểm của lới khống chế địa hình ), đợc xây dựng
dựa trên các điểm toạ độ hạng I,II nhà nớc. Cơ sở để đo nối độ cao đến các
điểm toạ độ địa chính cơ sở là các điểm độ cao từ hạng III nhà nớc trở lên.
Lới toạ độ địa chính cấp I,II xây dựng trên lới toạ độ hạng III nhà nớc
hoặc lới toạ độ địa chính cơ sở. Lới độ cao kỹ thuật tơng đơng với lới độ cao
hạng IV nhà nớc thì thờng phải bố trí trùng với lới toạ độ địa chính cấp I,II.
Lới khống chế đo vẽ phát triển trên cơ sở lới toạ độ địa chính cấp I,II và
lới khống chế đo vẽ độ cao phát triển dựa trên các điểm độ cao kỹ thuật.
Các quy định khác về cơ sở toán học phải tuân thủ theo các quy định của
quy phạm hiện hành.
1.4 Tóm tắt nội dung bản đồ
Nội dung của bản đồ số phải thống nhất nh bản đồ thờng chúng đợc in

trên giấy theo những quy định trong quy phạm thành lập bản đồ địa hình ở các
tỷ lệ do tổng cục địa chính ban hành. Toàn bộ ký hiệu đợc dựa theo ký hiệu bản
đồ địa hình hiện hành với tỷ lệ tơng ứng.
Các yếu tố nội dung bản đồ số đợc chia thành 7 nhóm lớp là: cơ sở toán
học, thuỷ hệ, địa hình, dân c, giao thông, ranh giới và thực vật. Mỗi một nhóm
lớp lại đợc chuẩn hoá thành một tệp tin riêng và sắp xếp theo từng lớp trên cơ sở
của việc phân chia nhóm lớp và lớp là các quy định về nội dung bản đồ địa
hình.
Nội dung chính của các nhóm lớp quy định nh sau
Nhóm lớp cơ sở toán học bao gồm khung bản đồ, lới km, các điểm khống
chế trắc địa nh giải thích, trình bày khung ngoài và các nội dung có liên quan.
Nhóm lớp dân c bao gồm nội dung dân c và các đối tợng kinh tế, văn hoá
xã hội.
Nhóm lớp địa hình bao gồm các yếu tố nh dáng đất, chất đất, các điểm
độ cao.
Nhóm lớp thuỷ hệ bao gồm các yếu tố thuỷ văn và các đối tơng có liên quan.
Nhóm lớp giao thông bao gồm các yếu tố giao thông và các thiết bị phụ thuộc.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
4
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Nhóm lớp ranh giới bao gồm đờng biên giới, mốc biên giới, địa giới hành
chính các cấp nh ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất.
Nhóm lớp thực vật bao gồm ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật.
Để tiện cho việc l trữ và khai thác các dữ liệu một cách dễ dàng thì các
tệp tin chứa các đối tợng của từng nhóm lớp phải đợc đặt tên theo một quy tắc
thống nhất.
Lớp thông tin (level) và mã đối tợng (code)
Trong mỗi tệp thì yếu tố nội dung đợc chia thành các đối tợng. Mỗi tệp tin có 63
lớp trong microtation nhng khi phân lớp không sử dụng hết toàn bộ mà dành lại một số

lớp trống cho các thao tác phụ khi số hoá. Mỗi lớp có thể gồm một hoặc một vài đối tợng
có cùng tính chất, mỗi đối tợng đợc gắn một mã riêng. mã này thống nhất áp dụng cho
toàn hệ thống bản đồ địa hình.
Ghi chú và ký hiệu bản đồ
Ghi chú trên bản đồ địa hình bao gồm :
- Ghi chú tên vùng dân c, biển, vịnh, sông ngòi, cửa sông, mơng máng,
hồ, đảo, núi,
- Ghi chú giải thích dùng để phân biệt hoặc nói rõ tính chất của địa vật.
ghi chú giải thích bao gồm tên sản phẩm của nhà máy, xí nghiệp, tính chất của
hồ, giếng nớc, tính chất của mắt đờng và khả năng đi lại, tính chất của đập, loại
cây của rừng cây, tên cột mốc biên giới và tất cả các loại ghi chú phải ghi bên
cạnh ký hiệu của địa vật.
- Ghi chú số liệu là để nói rõ độ cao các điểm trên mặt đất, độ cao của
điểm khống chế và đờng bình độ, tỷ lệ độ cao của đờng nh bờ lở, vách sụt, núi
đá, độ sâu của khe, hố đất.
1.5 Độ chính xác của bản đồ
Độ chính xác của điểm ảnh khống chế ảnh ngoại nghiệp
Sai số trung phơng về vị trí mặt phẳng của điểm khống chế ảnh ngoại
nghiệp phục vụ cho công tác tăng dày khống chế ảnh ( điểm đo vẽ ảnh ) so với
điểm khống chế trắc địa nhà nớcgần nhất không quá 0,1 mm tính theo tỷ lệ bản
đồ cần thành lập. Đối với vung ẩn khuất thì sai số trung phơng không quá 0,15
mm.
Sai số trung phơng về độ cao của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phục
vụ cho công tác tăng dày so với điểm độ cao nhà nớc gần nhất không quá 1/10
khoảng cao đều của đờng bình độ cơ bản.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
5
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Khi bay chụp mà có thể xác định toạ độ tâm chiếu hình thì độ chính xác

xác định toạ độ tâm chiếu hình phải tơng đơng với độ chính xác xác định điểm
khống chế ảnh ngoại nghiệp.
Độ chính xác vị trí điểm địa vật
Sai số trung bình của vị trí điểm địa vật trên bản đồ gốc chính là Sai số
trung bình của vị trí điểm trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chính
so với vị trí của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp gần nhất không đợc vợt quả
0,5 mm theo tỷ lệ bản đồ đối với vùng bằng phẳng, vùng đồi núi và không đợc
vợt quả 0,7 mm đối với vùng núi và vùng ẩn khuất.
Độ chính xác về biểu thị độ cao
Sai số trung bình về độ cao của đờng bình độ, dộ cao của điểm đặc trng
địa hình, độ cao của điểm ghi chú, độ cao biểu thị trên bản đồ so với vị trí của
điểm khống chế độ cao ngoại nghiệp gần nhất không đợc vợt quá 1/3 khoảng
cao đều của đờng bình độ cơ bản đối với vùng đồng bằng và không đợc vợt quá
1/2 khoảng cao đều của đờng bình độ cơ bản đối với vùng đồi núi và vùng ẩn
khuất.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
6
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
1.6 Các phơng pháp thành lập bản đồ
Bản đồ địa hình nói chung và bản đồ địa chính có thể đợc thành lập theo
các phơng pháp sau:
Hình 1.1 Các phơng pháp thành lập bản đồ địa hình
1.6.1 Phơng pháp đo vẽ trực tiếp
Phơng pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa cho độ chính xác cao. Vì vậy
nó thuận tiện cho việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn và cực lớn. Để đảm bảo độ
chính xác thì mật độ đo trực tiếp phải lớn nên thời gian làm việc ngoài trời lâu.
Sự ảnh hởng của thời tiết và sự hạn chế tầm nhìn do địa vật gây ra là lớn tới
công việc. Ngoài ra địa hình phức tạp cũng gây cản trở không nhỏ tới năng suất
công việc. Do vậy phơng pháp này cho hiệu quả kinh tế không cao và có một

hạn chế về khả năng áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất.
Chính vì vậy mà phơng pháp này thờng đợc áp dụng vào những địa bàn không
lớn, chủ yếu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở các vùng dân c đặc biệt là các
vùng đô thị có mật độ dân c đông, nhà cửa công trình nhiều.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
7
Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình
Phương pháp đo trực
tiếp ngoài thực địa
Phương pháp
đo ảnh
Phương pháp
biên tập
Phương pháp
bàn đạc
Phương pháp
toàn đạc
Phương pháp
phối hợp
Phương pháp
đo ảnh lập thể
ảnh
đơn
Bình đồ
ảnh
Phương pháp
vi phân
Phương pháp
toàn năng

Quang cơ Giải tích Trạm ảnh số
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Khi máy móc ngày càng hiện đại thì số liệu đo đợc ghi ở sổ ghi điện tử
và đợc lu giữ trong file số liệu dạng ASCII và đã giảm đợc tối thiểu thời gian
thao tác ở thực địa. Kết quả đo có độ chính xác là bao mhiêu đều phụ thuộc vào
việc dựng gơng ở các điểm chi tiết và công tác sơ hoạ.
1.6.2 Phơng pháp biên tập
Thành lập các loại bản đồ trên cơ sở các bản đồ cùng khu vực có tỷ lệ lớn
hơn mới đợc thành lập. Khi tiến hành biên tập cần tuân theo những quy định lấy
bỏ, tổng quát hoá nội dung bản đồ. Phơng pháp này có u điểm là thành lập bản
đồ bằng phơng pháp trong phòng với thời gian ngắn và rẻ tiền, có ứng dụng
thành lập các loại bản đồ tỷ lệ trung bình, tỷ lệ bé, thành lập các loại bản đồ
chuyên đề.
1.6.3 Phơng pháp phối hợp
Có hai phơng pháp phối hợp: phơng pháp đo phối hợp trên ảnh đơn và ph-
ơng pháp đo phối hợp trên bình đồ ảnh. Tuy nhiên phơng pháp đo phối hợp trên
ảnh đơn đã không đợc ứng dụng nữa do nhiều bất cập của nó, hiện nay thờng sử
dụng phơng pháp đo phối hợp trên bình đồ ảnh để thay thế. ảnh sau khi tiến
hành nắn và cắt ghép lập bình đồ, tiến hành đo vẽ địa vật ở trong phòng sau đó
kết hợp với đo vẽ địa hình và đo địa vật bổ sung ngoài thực địa.
Phơng pháp này có u điểm là thành lập bản đồ với độ chính xác rất cao.
Nhợc điểm là khối lợng công tác ngoại nghiệp khá nhiều do đó làm giảm tính u
việt của phơng pháp. Nó đợc ứng dụng trong thành lập bản đồ vùng rộng lớn,
bằng phẳng, bản đồ có yêu cầu khoảng cao đều và độ chính xác độ cao ngoại lệ.
Đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả các
phơng pháp khác. ngày nay nhờ có các thiết bị hiện đại nh máy đo vẽ lập thể
toàn năng quang cơ, máy đo vẽ toàn năng giải tích và trạm đo ảnh số mà phơng
pháp lập thể thoả mãn tất cả các loại bản đồ có tỷ lệ từ 1:10000 trở xuống. Do
đo vẽ trên mô hình nên phơng pháp lập thể hạn chế đến mức tối đa ảnh hởng
của thời tiết và địa hình. Đặc biệt đối với bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ bé

thì không có phơng pháp nào cho độ chính xác cao hơn. Có thể nói phơng pháp
này luôn đợc áp dụng các thành tựu khoa học mới vào sản xuất để giải phóng
con ngời khỏi lao động vất vả tăng năng xuất lao động đẫn tới giảm giá thành
sản phẩm.
Ngày nay, phơng pháp đo ảnh số đã thể hiện sự u việt về tính tổng thể, độ
chính xác đồng đều rất thuận lợi cho công tác điều tra giám sát về chất lợng, tốc
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
8
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
độ thi công nhanh, khả năng công nghiệp và tự động hoá cao, hiệu quả kinh tế
lớn đặc biệt là ph ơng pháp này phát huy đợc hiệu quả khi tổ chức thi công ở
khu vực rộng lớn.
Hiện nay trên thế giới và nớc ta thì công nghệ đo ảnh số đã và đang đợc
áp dụng rộng rãi trong sản xuất.
Phơng pháp đo ảnh số:
Phơng pháp đo ảnh toàn số:
Trong phơng pháp này số liệu đa vào là ảnh số tức là tín hiệu ảnh quét đ-
ợc ghi nhận thông qua các hệ thống điện tử, nếu t liệu đầu vào là ảnh chụp
truyền thống thì trớc hết tiến hành số hoá ảnh bằng thiết bị số hoá. Quá trình đo
vẽ ảnh số trong hệ thống này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: xác dịnh các
yếu tố định hớng ảnh, nhận dạng và tổ hợp ảnh, tính toạ độ không gian điểm
ảnh, nội suy bề mặt mô hình, tự động vẽ địa hình trên bản đồ ảnh trực giao đựoc
thành lập theo phơng phơng pháp nắn ảnh số.
1.6.4 Phơng pháp đo ảnh số tức thời:
Trong quá trình thu nhận thông tin ảnh và sử lý thông tin xảy ra đồng
thời với sự liên kết chặt chẽ giữa thiết bị chụp ảnh và hệ thống máy tính có tính
năng cao. Phơng pháp đo ảnh số tức thời đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khoa học và công nghiệp. Trong đo ảnh, phơng pháp nàyđợc ứng dụng để phát
triển phơng pháp đo ảnh tự động trong phạm vi gần. Hiện nay đã có các hệ

thống đo ảnh tức thời nh MAPVISION của Phần Lan, IRI-D256 của Canada và
RTP của Thuỵ Sỹ v. ..v.
Sự khác biệt cơ bản của phơng pháp đo ảnh toan số với phơng pháp đo
ảnh tơng tự và đo ảnh giải tích là quá trình số hoá và sử lý các thông tin bức xạ
của ảnh. Trớc đó các thông tin bức xạ của ảnh đợc sử lý một cách đơn giản
thông qua nhiều nguồn chiếu sáng và sử lý bằng mắt và não của con ngời. Cùng
với sự phát triển của kỹ thuật viễn thám các thông tin bức xạ của đối tợng chụp
ảnh đã trở nên hết sức quan trọng trong công tác đo ảnh. Có thể nói nếu không
sử dụng thông tin bức xạ thì không thể thực hiện tự động hoá trong đo ảnh.
Do t liệu đo ban đầu của phơng pháp đo ảnh số là các ảnh số nên các
thiết bị quang cơ truyền thống sử dụng trong phơng pháp đo ảnh tơng tự trở nên
không cần thiết nữa, thay vào đó là các máy tính hoặc trạm đo ảnh và các phần
mềm chuyên dùng. Hiện nay phơng pháp đo ảnh số đợc ứng dụng có hiệu quả
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
9
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
trong việc thu thập, quản lý và sử dụng các thông tin ảnh trong kỹ thuật viễn
thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS).
Có thể nói, phơng pháp đo ảnh số là sự phát triển hiện đại về công nghệ
của phơng pháp đo ảnh đợc sử dụng có hiệu quả cao trong các lĩnh vực sau đây:
- Thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ (từ 1:500 đến 1:50000) đối với
các vùng địa hình khác nhau.
- Đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở từ tỷ lệ 1:1000 vùng đồng bằng đến
1:25000 vùng núi.
- Xây dựng mô hình số địa hình (DTM) phục vụ cho mục đích khác nhau
nh: đo vẽ và tạo cơ sở dữ liệu địa hình, sản xuất bản đồ trực ảnh, lập các bản đồ
chuyên đề đo tính khối lợng v.v.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3

10
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Chơng II
công nghệ thành lập bản đồ địa hình
bằng phơng pháp đo ảnh số
2.1 Khái niệm về ảnh số
ảnh số đợc tạo bởi mảng 2 chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thớc
đợc gọi là pixel. Mỗi pixel đợc xác định bởi toạ độ hàng (m), cột (n) và giá trị
độ xám (g) của nó là g (m, n) biến đổi theo toạ độ điểm (x, y). Toạ độ hàng và
cột của mỗi pixel dều là các số nguyên. Còn giá trị độ xám của pixel nằm trong
thang độ xám từ 0 đến 255 (thang độ xám có 256 bậc theo đơn vị thông tin là 8
bit). Toạ độ số hoá chỉ là các giá trị rời rạc m, n và đợc biểu thị :
xmxx
+=
.
0

ynyy
+=
.
0
(2.1)
Trong đó :
m
= 0,1,...M
n
= 0,1,...N

x

,
y

là bớc nhảy số hoá.
Khi lấy
x

=
y

và
m
=
n
chỉ ra các giá trị rời rạc đợc gắn vào các giá
trị độ xám g (m, n) tơng ứng của các pixel, lúc đó chúng ta nói rằng ảnh dợc lấy
mẫu (Sampling) và các giá trị độ xám của nó đợc lợng tử hoá. 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.
Các phần tử của ma trận độ xám g (m, n) có dạng:

1)-N 1,-g(M 1) 1,-g(M 0) 1,-g(M
.
1)-N g(1, 1) g(1, 0) g(1,
1)-N g(0, 1) g(0, 0) g(0,
(2.2)
Trong đó, mỗi pixel có độ xám g và có vị trí tính theo hàng m, cột n.
Đối với ảnh vệ tinh dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu vực
bề mặt trên trái đất. Giá trị độ xám của pixel đợc tính bằng giá trị trung bình của độ
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
11
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel. Ta có thể thu đợc ảnh
số nhờ các thiết bị số hoá mà cụ thể là máy quét ảnh.
Quá trình số hoá bao gồm 2 vấn đề quan trọng đó là định mẫu ảnh và l-
ợng tử hoá hình ảnh, hay có thể nói rằng:
Quá trình số hoá = quá trình định mẫu + quá trình lợng tử hoá
Quá trình định mẫu ảnh đợc sử dụng để tạo ra sự rời rạc hoá không gian
hình học liên tục của 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
ảnh, cũng tại thời điểm đó nó tiến hành đo, ghi (thời gian đã dợc định trớc hoặc
độ dài của bớc nhảy) phản xạ hoặc bức xạ giá trị độ đen của từng vùng với đối
tợng tơng ứng. 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).
Theo luật định mẫu, bớc nhảy định mẫu lý tởng T thoả mãn điều kiện:
c
f
l

T
2

(2.3)
Trong đó:
f
c
là tần số cao nhất của phép biến đổi FURIER của việc định mẫu ảnh,
tức là tần số cắt.
Quá trình lợng tử hoá đợc sử dụng để tạo ra sự rời rạc không gian độ đen
liên tục của ảnh. Lợng tử hoá có thể thực hiện bằng 2 phơng pháp là tuyến tính
hoặc không tuyến tính.
Lợng tử hoá cho ta các giá trị độ xám tại vị trí đợc số hoá thành các mức
độ xám với các khoảng nhảy bằng nhau.
I=2
M
(2.4)
Với M= 1,2,...,8 là số đợc lấy cho bậc độ xám
Với M = 1 thì ta có 2 mức độ xám trắng và đen.
Với M = 8 thì ta có 256 mức độ xám, nh vậy khoảng dao động của mức
độ xám từ 0 đến 255.
ảnh đen trắng chỉ bao gồm hai màu đen và trắng. Ngời ta phân sự biến
đổi đó thành I mức. Nếu I = 2, nghĩa là chỉ có hai mức 0 và 1 còn gọi là ảnh nhị
phân với mức 1 tơng ứng với màu trắng và mức 0 ứng với màu đen. ảnh nhị
phân khá đơn giản, các phần tử ảnh có thể coi nh các phần tử logic. Nếu I >2 ta
có ảnh đa cấp xám. Việc xác định số mức phụ thuộc vào tiêu chí lợng tử hóa, I
thờng chọn là 32, 64, 128 và 256 .
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
12

đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Với ảnh nhị phân, mỗi pixel mã hoá trên 1 bit, ảnh 256 mức mã hoá trên
8 bit (1 by). 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.
Kích thớc của file ảnh đợc tính bằng tích số hàng với số cột và số bit đợc
dùng mã hoá cho một pixel.
ảnh màu là ảnh tổ hợp từ ba màu cơ bản là đỏ, lục và lơ đợc thu nhận
trên các dải băng tần khác nhau. Mỗi pixel ảnh màu gồm ba thành phần nh trên.
Mỗi màu cũng phân thành I cấp khác nhau ( thờng là 256). Do vậy, để lu trữ
ảnh màu, ngời ta lu trữ từng màu riêng biệt, mỗi màu lu trữ nh một ảnh đa cấp
xám. Vì vậy, không gian nhớ dành cho một ảnh màu lớn gấp ba lần một ảnh đa
cấp xám cùng kích thớc.
Hàm số độ đen xác suất về sai sót khi lợng tử hoá đợc lấy đồng nhất:
0,5 tức là:
P(x) = 1 -0,5

X
+
0,5 (2.5)
= 0 Các giá trị khác
Và gía trị trung bình của chúng là P = 0 có phơng sai là:



===
5,0
5,0
222
1
2

1
)()( dxxdxxPx
àà
(2.6)
Ngoài ra, ảnh số có thể thu nhận trực tiếp nhờ hệ thống Sensor đặt trên
các thiết bị bay. 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
đặt trên vệ tinh Spot của Pháp.
ảnh thu đợc sau quá trình số hoá đợc lu lại cho các quá trình xử lý tiếp
theo hay truyền đi. Cho đến nay, có rất nhiều kỹ thuật xử lý ảnh, tồn tại nhiều
định dang khác nhau nh ảnh đen trắng IMG, ảnh đa cấp xám, ảnh màu nh BMP,
GIF, JPEG. Mặc dù các định dạng này là khác nhau, nhng chúng cũng tuân theo
một cấu trúc chung nhất định. Bao gồm 3 phần:
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. Kích thớc phần header
phụ thuộc vào kiểu định dạng ảnh.
Dữ liệu nén (Data Compression) là số liệu ảnh đã đợc mã hoá bởi kiểu
mã hoá chỉ ra trong header.
Bảng màu (Palette Color) chỉ ra số màu dùng trong ảnh và đợc sử dụng
để hiện ảnh (bảng màu có thể không nhất thiết phải có)
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
13
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
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. Với dữ liệu ảnh, kết quả nén thờng là 10:1. Nếu sử dụng kỹ thuật nén
Fractal thì tỷ số nén có thể lên tới 30:1.
Ngoài thuật ngữ nén dữ liệu ngời ta còn có các tên gọi khác nh giảm

độ d thừa, mã hoá ảnh gốc.
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).
ảnh số có những u nhợc điểm sau:
u điểm
- Đễ sao chép, dễ nhân bản, dễ bảo quản.
- Có thể đợc sử dụng để giải đoán tự động và bán tự động.
- Dễ dàng thay đổi, tăng cờng chất lợng hình ảnh (Histogram).
- Có thể cho giá trị toạ độ và độ xám trực tiếp.
- Có thể trực tiếp tích hợp các dữ liệu khác (dạng raster và vector).
- Có thể hiển thị ở rất nhiều tỷ lệ bằng Zoom in và Zoom out mà không
làm giảm chất lợng ảnh.
Nhợc điểm
- ảnh phân giải cao đòi hỏi bộ nhớ lớn.
- Cần có máy tính màn hình đồ hoạ chất lợng tốt và phần mềm chuyên dùng.
- Bị giới hạn bởi kích thớc màn hình.
- Chuyển sang dạng tơng tự cần có máy in đắt tiền.
2.2 Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số
Quá trình phát triển của đo vẽ ảnh số có liên quan mật thiết tới quá trình
thiết kế, chế tạo và khả năng của các hệ thống đo vẽ ảnh số. Hệ thống đo vẽ ảnh
số đợc định nghĩa là phần cứng và phần mềm để thu đợc các sản phẩm đo vẽ từ
ảnh số thông qua việc áp dụng các kỹ thuật tự động, bán tự động và thủ công.
Cấu trúc của hệ thống đo vẽ ảnh số đợc mô tả nh sau:
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
14
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh

Hình 2,1 Hệ thống đo vẽ ảnh số
Hình trên thể hiện sơ đồ của hệ thống đo vẽ ảnh số. Đó là một hệ thống
bao gồm các phần cứng và phần mềm máy tính để thực hiện các bớc xử lý đo vẽ
ảnh trên các dữ liệu 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. Do đó máy quét là một phần tích hợp
quan trọng của hệ thống đo vẽ ảnh số. Thành phần chính của hệ thống đo vẽ
ảnh số là trạm đo vẽ ảnh số. Trên thực tế có thể bao gồm nhiều trạm với các tính
năng kỹ thuật và vai trò khác nh các trạm Image Station Z và SSK của
Intergraph. Ngoài ra hệ thống này còn có các máy in raster hoặc in phim để
chuyển sản phẩm dạng số sang dạng tơng tự.
Hệ thống đo ảnh số xử lý t liệu là ảnh thu đợc bản đồ dới dạng số. Qua
quá trình xử lý số liệu, sản phẩm nhận đợc của hệ thống đo ảnh số là: bản đồ số,
mô hình số địa hình và địa vật, ảnh trực giao và các số liệu liên quan. 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. Nó phục vụ không chỉ riêng cho nghành trắc
địa bản đồ mà còn phục vụ đắc lực cho các nghành có liên quan. Hệ thống đo
ảnh số gồm những thiết bị đợc liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một hệ
thống hoàn chỉnh cho phép chúng ta thực hiện các chức năng của công tác đo
ảnh. Các thiết bị đó gồm: máy quét, trạm xử lý ảnh số, máy in.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
15
ảnh số
chụp từ
vệ tinh
ảnh
chụp

ảnh của
máy ảnh
số
Bản đồ và
ảnh trực
giao trên
giấy
Hệ thống
bản đồ số
hoặc
GIS/LIS
Trạm
đo vẽ
ảnh số
Máy
quét
Raster
Máy in
Raster
hoặc
phim
A
D
D
A/D
D
D/A
D
D
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh

2.2.1. Máy quét
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. Các máy ảnh hàng không hiện đại
có thể chụp ảnh với kích thớc là 23 cm
ì
23 cm và thời gian giãn cách giữa 2
lần chụp khoảng 2 giây.
Máy quét ảnh là một thiết bị đầu vào quan trọng của hệ thống đo ảnh số.
Máy quét ảnh thực hiện chức năng biến đổi ảnh hàng không thành ảnh số một
cách tự động và ảnh số đợc lu giữ trong máy tính dới dạng Raster.
Khi nói tới máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh, ngoài độ chính xác
hình học còn cần phải đề cập đến các tính chất và độ chính xác về bức xạ vì
trong các công đoạn đo vẽ ảnh, đặc biệt là các công đoạn đo vẽ tự động thông
tin bức xạ của ảnh là mấu chốt của các lời giải. hơn nữa chất lợng bức xạ của
máy quét cũng là yếu tố quan trọng ảnh hởng tới một số sản phẩm của đo vẽ
ảnh số nh ảnh trực giao. Nhiều máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh hiện nay
có khả năng lợng tử hoá theo 10 bit hay12 bit .
Hiện nay ở nớc ta đã có các máy quét nh: FSI, VX3000, SCAL. Các máy
này đã và đang phục vụ tốt cho sản xuất của ngành đo đạc bản đồ và địa chính.
Tuy nhiên để có đợc các máy này phải đàu t lớn.
Bảng 2.1 Một số máy quét chuyên dùng trong đo vẽ ảnh số với các thông
số kỹ thuật.
Hãng sản xuát Tên máy quét Độ chính xác Độ phân giải
Intergraph PSI 3,0
m
à
7,5
m
à

Leica-Helava DSW200
DSW300
DSW500
2,0
m
à
4,0
m
à
Vexcel VX3.000 3,0
m
à
8,5
m
à
Wherli RM-1 5,0
m
à
12,0
m
à
Zeiss Intergraph SCAL TD 2,0
m
à
7,0
m
à
Các máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh cần có độ chính xác hình học
khoảng 2-4
m

à
với kích thớc pixel nhỏ nhất có thể quét 7- 10
m
à
. độ chính
xác của các máy quét ngang bằng với độ chính xác của các máy đo toạ độ ảnh
đơn (monocomparator) hoặc các máy đo vẽ giải tích chính xác.
2.2.2 Trạm đo ảnh số
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
16
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
Trạm đo ảnh số là các máy tính điện tử hay các WorkStation có dung l-
ợng lớn, đồng tời có tốc độ xử lý cao. Nó là sản phẩm tuyệt vời của sự kết hợp
giữa cơ sở lý thuyết ngành trắc địa với công nghệ tin học để thực hiện các chức
năng đo ảnh. Khi so sánh phơng pháp đo vẽ ảnh giải tích với phơng pháp đo vẽ
ảnh số thì u điểm lớn của các trạm đo vẽ ảnh số là loại bỏ tất cả các bộ phận cơ
học chính xác cao và đắt tiền thờng có trong máy giải tích. Lý do là trong đo vẽ
ảnh số độ chính xác của các phép đo không còn bị hạn chế bởi các giới hạn vật
lý của thiết bị nh độ nhạy của các trục vít, bớc răng hoặc các thiết bị mã hoá.
Các trạm đo vẽ ảnh số không cần có các kiểm định cơ học, lau dầu mỡ nh các
máy đo vẽ giải tích.
Hình 2.2 Sơ đồ của trạm đo ảmh số
Trạm đo vẽ ảnh số là hạt nhân của hệ thống ảnh số. Nó bao gồm một
trạm đồ hoạ với khả năng xử lý ảnh cao. Bộ nhớ, các tính năng hiển thị trong
đại đa số trờng hợp là hiển thị lập thể và các phần mềm xử lý ảnh. Các trạm đo
vẽ ảnh số đóng một vai trò then chôt khong chỉ trong việc lấy thông tin từ ảnh
mà còn tạo ra các sản phẩm mới cũng nh phơng pháp mới. Các thế mạnh của
công nghệ đo vẽ ảnh số thể hiện rõ rẹt nhất trong các trạm đo vẽ ảnh số. So với
các máy giải tích thì các trạm đo vẽ ảnh số còn đa năng hơn nhiều. Chúng có

thể xử lý nhiều loại ảnh số từ ảnh hàng không chụp từ phim sau đó đợc quét và
ảnh hàng không đợc chụp từ máy ảnh số cho tới ảnh vẹ tinh. 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.
Hệ thống phần cứng
Phần cứng của một trạm đo vẽ ảnh số bao gồm:
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
17
Các thiết bị lưu trữ
thông tin lâu dài
Bộ xử lý trung tâm
Bộ xử lý đồ hoạ
Màn hình lập thể có
độ phân giải cao
Bàn phím Thiết bị đo vẽ lập thể Con chuột
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
- Một bộ xử lý CPU mạnh và bộ nhớ Ram lớn để có thể xử lý các file ảnh
số lớn sau khi quét..
- 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).
- Bộ nhớ lu trữ t liệu lớn nh đĩa cứng và thiết bị lu trữ phải có dung lợng
lớn để lu trữ dữ liệu ảnh.
- Khả năng truyền dữ lỉệu nhanh giữa ram, bộ nhớ video để hiển thị ảnh
trên màn hình và bộ lu trữ dữ liệu chính trong đĩa cứng.
- Màn hình mầu độ phân giải cao phục vụ đo vẽ lập thể.
- Thiết bị đo lập thể cho phép định vị tiêu đo chính xác để thực hiện tốt
các thao tác nh đo điểm hay số hoá các đối tợng.

Hệ thống phần mềm
Các Modul phần mềm trong các trạm đo vẽ ảnh số có thể đợc chia thành
các phần mềm chính:
- Phần mềm dịnh hớng ảnh.
- Phần mềm tăng dày.
- Phần mềm thành lập mô hình số địa hình.
- Phần mềm thành lập ảnh trực giao.
- Phần mềm đo vẽ mô hình lập thể, nội suy đờng binh độ.
- Phần mềm số hoá và biên tập bản đồ số.
Tuỳ thuộc vào phơng thức xử lý và phơng pháp xử dụng là do ảnh đo hay
đo ảnh lập thể mà ta có các bộ Modul xử lý thích hợp.
Xét về khía cạnh thuật toán thì các giải pháp dùng trong các trạm đo ảnh
số về cơ bản giống nh trong đo vẽ ảnh giải tích. Chúng đều dung các cơ sở hình
học xạ ảnh và các mô hình toán học giống nhaunh điều kiện đồng tuyến và điều
kiện đồng phẳng.
2.2.3 Máy in
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
Có thể chia làm 3 loai máy vẽ theo độ chính xác nh sau:
- Máy vẽ có độ phân giải thấp < 0.03 mm
- Máy vẽ có độ phân giảit trung bình: 0.01 - 0.02 mm
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
18
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
- Máy vẽ có độ phân giải cao > 0.01 mm
2.3 Một số kỹ thuật xử lý ảnh số
2.3.1 Tăng cờng chất lợng ảnh
Qúa trình phân tích ảnh thực chất là quá trình tăng cờng chất lợng ảnh.

Do nhiều nguyên nhân khác nhau nh: tính năng của thiết bị thu nhận ảnh do
nguồn sáng và nhiễu xạ nên có thể bị suy biến. Vì vậy cần phải tăng cờng và
khôi phục ảnh để làm nổi bật các đặc trng chính của ảnh nhằm bảo đảm cho ảnh
số gần giống với ảnh gốc mà không bị biến dạng.
Tăng cờng chất lợng ảnh và chiết tách đặc tính nh một thao tác chuyển
đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu cho ngời làm công tác giải toán ảnh, một
thao tác nhằm phân loại, sắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu
cầu hoặc chỉ tiêu đa ra dới dạng hàm số. Cho đến nay, ngời ta vẫn cha đa ra một
tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lợng của ảnh số. Vì vậy việc nâng cao chất lợng
ảnh thờng theo yêu cầu và mục đích của ngời sử dụng. Thực chất việc nâng cao
độ tơng phản là sự cần thiết lợng tử hoá độ xám của ảnh. Sự sắp xếp độ xám sau
quá trình này nằm trong khoảng từ 0
ữ
255 bậc. Một số phơng pháp nâng cao
độ tơng phản đợc sử dụng trong các thiết bị xử lý ảnh đợc kể tới nh nâng cao
tuyến tính, nâng cao phi tuyến tính và nâng cao theo phép biến đổi Histogram.
2.3.2 Cấu trúc hình tháp
Cấu trúc hình tháp làm tăng tốc tính toán khi khớp ảnh cũng nh tăng tốc
độ đọc, hiển thị ảnh trên màn hình. Các file ảnh sau khi quét thờng đợc tổ chức
theo các lớp cấu trúc hình tháp với độ phân giải khác nhau. Các lớp hình ảnh
của một ảnh có độ phân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất định (th-
ờng là hệ số 2, 3 hoặc 4). 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 (480
à
m) là lớp đợc coi là
thô nhất và lớp pixel bé nhất (30
à
m) đợc coi là lớp ảnh gốc. Khái niệm kích
thớc pixel ở đây không giống nh pixel trên màn hình máy tính. Trên màn hình
kích thớc pixel là không đổi, còn trong ảnh số kích thớc pixel có thể hiểu là

khoảng cách nhỏ nhất đợc dùng thể hiện ảnh.
Có nghĩa là lớp ảnh thô tầng trên có số lợng pixel ít hơn số pixel của lớp
ảnh tầng dới.
Cấu trúc hình tháp của ảnh đợc áp dụng rộng rãi trong đo vẽ ảnh số từ
định hớng tăng dày cho tới các công đoạn nh tạo mô hình số địa hình (DTM) và
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
19
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
nắn ảnh trực giao. Các lớp pixel của cấu trúc hình tháp còn có thể tách ra và đợc
dùng nh một file ảnh số độc lập.
Các hệ thống ảnh số đều lấy cấu trúc này của loại tệp có tên mở rộng là
TIF, đây là một cấu trúc tệp ảnh chuẩn của Microsoft. Tuy nhiên các hãng sản
xuất phần mềm xử lý ảnh số đã cải tiến cấu trúc tệp *.TIF nhằm cải thiện khả
năng hiển thị ảnh trên màn hình máy tính. Cấu trúc tệp ảnh các lớp ảnh hình
tháp còn chia đợc thành các ma trận có kích thớc là 128 hoặc 256 hoặc 512
pixel và xếp kề nhau (tiles). 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.
2.4 Kỹ thuật khớp ảnh
Một trong những kỹ thuật đặc trng của công nghệ ảnh số đó là kỹ thuật tự
động nhận dạng điểm ảnh cùng tên, đó là kỹ thuật khớp ảnh.
Trong phơng pháp ảnh số, khớp ảnh (Image Matching) là một kỹ thuật
quan trọng trong đo lập thể thay thế cho việc nhìn lập thể của mắt ngời để xác
định điểm ảnh cùng tên trên cặp ảnh lập thể. Hiện nay, có 3 phơng pháp khớp
ảnh đợc biết đến:
- Khớp ảnh theo vùng (Area Based Matching hay ABM)
- Khớp ảnh theo đặc trng địa vật (Feature Matching hay FBM)
- Khớp ảnh theo biểu tợng (Symbolic Matching)
Các thuật toán khớp ảnh khác nhau chủ yếu ở đối tợng hay thực thể dùng

để so sánh, đối chiếu trên các ảnh để tìm ra các đối tợng cùng tên. Các đối tợng
dùng để so sánh, đối chiếu có thể là các mức độ xám, các đặc trng của địa vật
hay các biểu tợng mô tả. Đây chính là sự khác biệt giữa các phơng pháp khớp
ảnh.
2.4.1 Phơng pháp khớp ảnh theo vùng
Lấy sự phân bố độ xám của ảnh làm cơ sở, nguyên lý tính toán tối u cho
phơng pháp khớp ảnh theo vùng là nguyên lý số bình phơng nhỏ nhất. Sử dụng
thuật toán bình sai cho các biến dạng độ xám trong quá trình tính các độ đo t-
ơng quan, cho nên có khả năng đạt độ chính xác cao và sử dụng trong những
nhiệm vụ đo ảnh cần độ chính xác cao, nh công tác tăng dày khống chế ảnh.
Trong phơng pháp này xét tới hai loại biến dạng hệ thống của độ xám:
biến dạng bức xạ và biến dạng hình học. Từ đó sinh ra sự khác biệt về phân bố
độ xám của ảnh.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
20
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa 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.
Nguyên nhân chủ yếu sinh ra biến dạng hình học gồm: các loại biến dạng
hình ảnh do phơng vị máy chụp ảnh và độ chênh cao địa hình gây ra. Trong
chụp ảnh thẳng đứng thì độ chênh cao địa hình là nguyên nhân chủ yếu của biến
dạng hình học. Vì vậy, đối với cùng địa hình có độ chênh cao lớn (vùng núi)
việc khớp ảnh sẽ khó khăn hơn vùng bằng phẳng.
2.4.2 Phơng pháp khớp ảnh theo đặc trng
Khi điểm ảnh cần khớp nằm trong vùng có độ tơng phản thấp, tức là thiếu
thông tin trong cửa sổ khớp, tỷ số tín hiệu tạp rất nhỏ, thì khả năng khớp đợc
ảnh không cao. 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. Vì vậy, trong nhiều trờng hợp việc khớp ảnh chủ yếu dựa vào các đặc trng
của địa vật trên ảnh với các thuộc tính mô tả nh: đặc trng điểm, đờng hoặc diện.
Phơng pháp khớp ảnh này đợc gọi là khớp ảnh theo đặc trng. Nó có thể phân
thành các loại khớp ảnh theo đặc trng điểm, theo đặc trng đờng và theo đặc trng
diện. Các loại khớp điểm này đều thực hiện theo 3 bớc:
- Lựa chọn đặc trng
- Mô tả đặc trng bằng một số tham số
- Sử dụng các tham số đã đợc xác định để tiến hành khớp ảnh.
Các đặc trng có thể phân bố theo 2 dạng: Phân bố tuỳ ý và phân bố đều.
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.
Mô tả đặc trng bằng một số tham số, thờng thì lựa chọn đờng biên đối t-
ợng làm đặc trng để khớp ảnh, sử dụng thuật toán biên (Edge Operation) để tách
biên từ ảnh sau đó dùng tham số mô tả biên.
Khi tiến hành tham gia khớp ảnh điểm đặc trng, các điểm tham gia khớp
ảnh có thể lựa chọn theo các tiêu chí sau:
- Trong vùng định đo trên ảnh phải chọn điểm đặc trng làm điểm có khả
năng khớp ảnh.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
21
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
- Tất cả các điểm ảnh trong vùng định đo của ảnh phải đều làm điểm có
khả năng khớp ảnh
2.4.3 Khớp ảnh theo mô hình đối tợng
Mục đích của khớp ảnh là thu nhận thông tin hình học của đối tợng để
xác định vị trí không gian của nó. 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). Trong quá trình xây dựng mô hình số bề mặt
vật thể có thể cần phải sử dụng một số phơng pháp nội suy, nên ít nhiều làm
giảm độ chính xác đo.
Vì vậy, để tránh nhợc điểm này có thể sử dụng phơng pháp khớp ảnh dựa
vào điểm vật có toạ độ không gian trên bề mặt của đối tợng và vận dụng điều
kiện đồng phơng để xác định độ cao. Lúc này toạ độ mặt phẳng của điểm vật
(X, Y) đã biết và chỉ cần xác định độ cao Z của nó. Phơng pháp khớp ảnh này
đợc gọi là khớp ảnh theo yếu tố bề mặt của đối tợng tức là phơng pháp khớp ảnh
theo độ cao.
Nguyên lý cơ bản của phơng pháp nh sau:
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. Vận dụng tính chất này có thể tìm kiếm các điểm ảnh cùng tên a1,
a2 trên ảnh trái và ảnh phải để xác định độ cao của điểm A.
Phơng pháp này đợc ứng dụng trong xây dựng mô hình số độ cao tự động
sau quá trình tăng dày tức là khi toạ độ tâm chụp và các yếu tố định hớng ngoài
của mỗi ảnh đã đợc xác định.
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. Sau khi tìm đợc ra toạ độ của các điểm cùng tên sẽ đợc tự
động đo ngay. Khớp ảnh mở ra khả năng chọn điểm, chuyển điểm và đo diểm
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
22

đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
tự động đợc thực hiện gần nh đồng thời trên trạm đo vẽ ảnh số. Khớp ảnh đợc
áp dụng trong công tác định hớng, tăng dày và tao mô hình số địa hình.
Để cho quá trình khớp ảnh đợc thực hiện tốt cần phải có những thông tin
cần thiết về mô hình hình học cũng nh mô hình bức xạ của ảnh. Ngoài ra các
giá trị gần đúng ban đầu của một vài tham số cũng cần phải đợc xác định với độ
tin cậy nhất dịnh. Đặc điểm địa hình địa vật cũng là những yếu tố rất quan trọng
và có ảnh hởng lớn tới kết quả khớp 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. 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. Cấu trúc hình tháp này đợc dùng
rất nhiều trong các thuật toán khớp ảnh (tự động tìm kiếm điểm cùng tên trên
các ảnh phủ nhau).
2.5 Quy trình đo vẽ bản đồ địa hình bằng phơng pháp đo ảnh số
Bản đồ địa hình là một loại bản đồ mang tính chất đặc biệt quan trọng, nó
có yêu cầu chặt chẽ về độ chính xác cũng nh phơng thức thể hiện nội dung.
công nghệ thành lập bản đồ địa hình phải trải qua nhiều công đoạn với yêu cầu
chặt chẽ vè lý luận và thao tác. Do vậy để đánh giá hết khả năng, hạn chế và xu
hớng phát triển của công nghệ số thành lập bản đồ. Quy trình thành lập bản đồ
bao gồm các công đoạn sau:
2.5.1 Khảo sát thiết kế.
Thu thập các số liệu trắc địa bản đồ, khảo sát tình hình địa lý kinh tế,
nắm bắt yêu cầu nhiệm vụ và khả năng kỹ thuật. Lập luận chứng kinh tế kỹ
thuật đa ra các phơng pháp thực hiện, lịch tiến hành nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật tính kinh tế và khả năng thực thi.
2.5.2 Chụp ảnh hàng không
Đây là công đoạn đầu tiên trong phơng pháp thành lập bản đồ bằng ảnh
hàng không. Nó có ý nghĩa rất quan trọng tới độ chính xác của bản đồ cần

thành lập và hiệu quả kinh tế mà nó mang lại.
Độ cao bay chụp có thể xác định theo công thức :
h
p
P
H



=
(2.7)
P,
p

là thị sai ngang và độ chênh của thị sai ngang
p


là sai số trung bình xác định độ chênh thị sai ngang.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
23
In-Lu trữ
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
h

là sai số trung bình xác định độ cao.
Ngày nay với kỹ thuật tiến bộ của của công nghệ GPS cho phép ta xác
định toạ độ tâm chụp ngay trong lúc chụp ảnh đã tạo điều kiện nâng cao chất l-
ợng kỹ thuật bay chụp. Cùng với chất lợng của hệ thống quang học hoá ảnh của

máy chụp và phim đợc nâng cao. Tạo ra những tấm ảnh có chất lợng cao.
2.5.3 Đo nối khống chế ảnh
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. Nó thoả
mãn một số yêu cầu sau:
- Độ chính xác phải cao hơn độ chính xác điểm tăng dày ít nhất một cấp.
- Số lợng và vị trí điểm bố trí linh hoạt theo yêu cầu độ chính xác điểm
tăng dày và phơng pháp tăng dày.
Công tác đo nối khống chế ảnh đợc thực hiện bằng các phơng pháp giao
hội hoặc máy GPS cho độ chính xác rất cao. Đồ hình bố trí điểm đo nối phụ
thuộc vào phơng pháp tăng dày bằng tam giác ảnh không gian.
2.5.4 Quét ảnh
Đây là công tác số hoá ảnh hàng không. Dựa vào độ chính xác của bản
đồ cần thành lập theo quy phạm của tổng cục địa chính ban hành để lựa chọn tỷ
lệ ảnh chụp. Từ đó ta lựa chọn độ phân giải của ảnh quét nhằm đảm bảo độ
chính xác của ảnh đo.
Việc lựa chọn độ phân giải của ảnh quét là một yêu cầu quan trọng.
Trong khi quét, ngoài việc đảm bảo hình ảnh rõ nét còn phải chọn độ phân 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.
Hiện nay, độ phân giải quét ảnh thờng đợc lựa chọn theo công thức:

a
b
M
M
mP
à
100
(2.8)
Trong đó :
P là kích thớc của pixel
M
a
là mẫu số tỷ lệ ảnh
M
b
là mẫu số tỷ lệ bản đồ
2.5.5 Đoán đọc và điều vẽ ảnh
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. Tuỳ theo yêu
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
24
đồ án tốt nghiệp bộ môn trắc địa ảnh
cầu của từng loại bản đồ mà xác định nội dung và khối lợng của công tác đoán
đọc diều vẽ.
Các phơng pháp đoán đọc và điều vẽ :
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. Phụ thuộc vào
quy trình công nghệ đo vẽ hoặc đặc điểm địa lý của khu đo và mức độ nghiên

cứu của nó. Phụ thuộc vào tài liệu bay chụp là mới hay cũ và các tài liệu đã có
trên khu đo mà chọn phơng pháp điều vẽ cho thích hợp.
Hiện nay, khi thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng công nghệ số thì tốt nhất là
điều vẽ trên ảnh đã đợc nắn đúng bằng tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Công tác điều
vẽ có thể thực hiện theo 2 cách sau:
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.
Điều vẽ ngoài trời theo tuyến là áp dụng cho những khu dân c, khu vực t-
ơng đối phức tạp cho việc đoán đọc trong phòng, khu vực cha đợc nghiên cứu
đầy đủ và có ít tài liệu.
Đoán đọc trong phòng: Cơ sở của phơng pháp là sử dụng các chuẩn đoán
đọc trực tiếp và các chuẩn đoán đọc gián tiếp để giải đoán các yếu tố địa vật.
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.
Đoán đọc và điều vẽ kết hợp là phơng pháp phù hợp cho nhiều trờng hợp
thành lập bản đồ ngoại trừ bản dồ địa chính. Thông thờng ngời ta đoán đọc ở
trong phòng sau đó mới điều vẽ ngoài trời theo tuyến đã thiết kế.
2.5.6 Các thao tác trên trạm ảnh số
2.5.6.1 Tạo dựng Project
Là tập hợp và sắp xếp các file dữ liệu cần thiết cho một khu đo trên trạm
đo vẽ ảnh số. Tên của th mục thờng đợc lấy từ tên của khu đo vẽ. 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. Ngoài ra
trong th mục còn có các file kết quả. Lúc đầu các file kết quả này còn là các file
trống chỉ đến khi một số công đoạn đợc thực hiện xong thì các file này mới
hoàn chỉnh.
SV: chu thế mạnh
Lớp LT Trắc địa A K3
25