ĐỀ CƯƠNG MÔN CÔNG NGHỆ ĐO ẢNH

CÔNG NGHỆ ĐO ẢNH

1


Câu 1 Bản chất của phương pháp đo ảnh :
Là phương pháp đo gián tiếp thông qua hình ảnh các nguồn thông tin thu được
của đối tượng đo
Nhiệm vụ của phương pháp đo ảnh :
Xác định trạng thái hình học của đối tượng đo bao gồm vị trí , hình dạng , kích
thước & mối quan hệ của đối tượng
Câu 2 _ Nắn ảnh là quá trình biến đổi hình ảnh của miền thực địa được chụp
trên ảnh nằm ngang có tỷ lệ phù hợp với tỷ lệ bản đồ hoặc bình đồ cần thành lập
_ Nhiệm vụ của công tác nắn ảnh : Gồm 3 nhiệm vụ
1 Thông qua những phép biến đổi phù hợp để biến hình ảnh trên ảnh nghiêng
thành hình ảnh tương ứng trên ảnh nằm ngang để loại bỏ sai do ảnh nghiêng gây
ra
2 Lựa chọn phương pháp thích hợp để hạn chế sai số vị trí điểm do địa hình lồi
lõm gây ra
3 Lựa chọn tỷ lệ của ảnh nắn phù hợp với tỷ lệ bản đồ hoặc bình đồ cần thành
lập
⇒ Trong đó nhiệm vụ thứ 2 là không thể thực hiện triệt để. Vì trong công tác
này ta chỉ lựa chọn phương pháp phù hợp nhất để HẠN CHẾ sai số vị trí điểm
do địa hình gây ra , làm cho sai số vị trí điểm này nhỏ hơn giới hạn cho phép
(δrh < Cgh ) . Sai số này ta không thể loại bỏ hoàn toàn được.
Câu 3 Loại trừ sai số vị trí điểm ảnh do ảnh nghiêng gây ra
Mối quan hệ giữa ảnh nghiêng và ảnh nắn được thể hiện theo công thức :

(1)

x=z.

y=z.

Trong đó : x’, y’,fk là tọa độ điểm ảnh trên ảnh nghiêng

2


X,y

là tọa độ điểm ảnh trên ảnh nắn

ak, bk ,ck (k= 1÷ 8 ) là các cosin chỉ hướng của góc quay ma trận A
Chia (1) cho phần tử c3fk có :

(2)

x=z.

y=z.
Đặt

= u1 ;

= u2 ;

= u3

= u4 ;

= u5 ;

= u6

= u7 ;

= u8

Thì hệ phương trình (2) có dạng sau :

(3)

x=
y=

Từ công thức (3) ta thấy mối quan hệ giữa ảnh nghiêng và ảnh nắn được xác
định theo csc tham số u k ( k = 1÷ 8 ). Để xác định 8 tham số này cần lập ít nhất
8 phương trình theo mối quan hệ của phương trình (3) . 8 phương trình này
được lập từ 4 cặp điểm tươn ứng trên ảnh nắn và ảnh nghiêng . Các điểm này
gọi là điểm nắn ảnh
Câu 4 Hạn chế sai số do chênh cao địa hình
_ Sai số đo xê dịch vị trí điểm ảnh do địa hình gây ra :

3


δ rh =
Trong đó : h là độ cao của điểm so với mặt phẳng trung bình của khu đo
r’ là bán kính hướng tâm của điểm ảnh r’ =
H là độ cao bay chụp trung bình
⇒ hmax ≤

có Chmax = Hmax - Hmin ≤ 2 hmax

⇒ Chmax ≤

=

(1)

I là sai dịch vị trí điểm trên ảnh nắn

=

( ma là mẫu số tỷ lệ ảnh ; mbđ là mẫu số tỷ lệ bản đồ )

≤ C gh

⇒i=

⇒ ma . δrh ≤ C gh . mbđ thay vào (1) ta có :
Chmax ≤

là giá trị lớn nhất cho phép trong phạm vị tấm ảnh

Câu 5 Có 4 phương pháp nắn ảnh:
_ Phương pháp nắn ảnh đồ giải
_ Phương pháp nắn ảnh giải tích
_ Phương pháp nắn ảnh quang cơ
_ Phương pháp nắn ảnh số
• Phương pháp nắn ảnh giải tích :

_ Là phương pháp tính toán xác định tọa độ của điểm địa vật trên ảnh nắn tương
ứng với điểm ảnh thông qua công thức về quan hệ tọa độ của cặp điểm tương
ứng trong phép chiếu xuyên tâm
_ Nguyên lý :

4


Giải quyết bài toán xác định tham số nắn u k và tính toạn độ các điểm trên mặt
đất
Câu 6 Xác định tham số nắn ảnh trong phương pháp nắn ảnh giải tích :
(*) Dựa vào các nguyên tố định hướng
u1 =

; u2 =

; u3 =

u4 =

; u5 =

; u6 =

u7 =

; u8 =

Trong đó : z = -H : độ cao bay chụp trung bình
ak , bk , ck : các cosin chỉ hướng của góc quay ma trận A

(*) Dựa vào các điểm nắn ảnh : (x,y) và (x’,y’)

Phương trình v = C.u – l
vT = ( v1 v2 v3…… vj …… vn )
với

vj =
uT = ( u1 u2 u3…… u7 …… u8 )
cT = ( c1 c2 c3…… cj …… cn )

với Cj =
lT = ( l1 l2 l3 ….. lj ….. ln )

với lj =
Nếu số điểm KCA n > 4 thì u = (CTC)-1 .CT .l

5


⇒ Hiệu chỉnh tọa độ ảnh của điểm nắn ảnh do chênh cao địa hình theo công
thức sau :
δ x’ =

r

= x’ .

δ y’ =

r

= y’ .

Câu 7 Điều kiện để tạo thành một cặp ảnh lập thể :
1 Hai tấm ảnh được chụp ở 2 tấn chụp khác nhau , nhưng phải có hình ảnh
chung của đối tượng cầu chụp . ( phần hình ảnh chung này được gọi là phần phủ
của cặp ảnh lập thể )
2 Góc kẹp của các tia chiếu cùng tên không vượt quá 16° gây ảnh hưởng đến
hiệu ứng lập thể
_ Yếu tố lập thể của cặp ảnh lập thể

Trong đó : S1 , S2 _ Tâm chụp hay gọi là tâm chiếu
B _ Đương đáy chụp ảnh

6


S1O1 , S2O2 _ Trục quang chính
S1n1 , S2n2 _ Tia đáy
O1 , O2 _ Điểm chính ảnh
C1 , C2 _ Điểm đẳng giác
n1 , n2 _ Điểm đáy ảnh
α1 , α2 _ Góc nghiêng tấm ảnh P1 , P2
f _ Tiêu cự máy chụp ảnh
S1m1 , S2m2 _ Tia chiếu cùng tên
m1 , m 2 _ Điểm ảnh cùng tên
S1S2O1 , S1S2O2 _ Mặt phẳng đáy chính của tấm ảnh P1P2
K1 , K2 _ Góc xoay của tấm ảnh P1P2

7

Câu 8 Giao hội thuận

Ở 2 vị trí tâm chụp S 1 và S2 ta chụp 2 tấm ảnh P1 và P2 . Điểm m1 và m2 là hình
ảnh của điểm M trên thực địa lần lượt 2 tấm ảnh P 1 và P2 . Dựng hệ tọa độ
S1X1Y1Z1 và hệ tọa độ S2X2Y2Z2 song song với nhau
Vì vector

và

= N1 .

đồng phương nên có phương trình
;

Trong C S1S2M có
Có [

×

= N2
=

-

]=0⇒[

-

⇒[

→
)×

= N1 .
]=0
×

]=[

8

]


⇒ N1 . [ R’1 × R’2 ] = [

×

]

Giả sử có M (X ,Y ,Z ) _ trong hệ tọa độ không gian S1X1Y1Z1
m1 (X’1, Y’1, Z’1 ) _ trong hệ tọa độ S1X1Y1Z1
m2 (X’2, Y’2, Z’2 ) _ trong hệ tọa độ S2X2Y2Z2
S2 (X0, Y0, Z0 ) _ trong hệ tọa độ không gian S1X1Y1Z1

⇒ N1 ×

=

⇒N1 ×

=

⇒ N1 =

=

=

⇒ Các tọa độ không gian X’1 , Y’1 , Z’1 và X’2 , Y’2 , Z’2 tính theo công thức :

Với x ,y _ tọa độ điểm ảnh trong mặt phẳng ảnh
x0 , y0 _ tọa độ điểm chính ảnh
Trong C S1S2M có :
Có [

×

=

⇒

+

= N2.

] = 0 ⇒ [(
⇒[

⇒ N2 [

⇒ N2

×
×

]=-[
×

]=-[

=-

9

+
]=0
]
]


⇒ N2

⇒

N2 = -

=-

= -

Mục đích và điều kiện của bài toán giao hội thuận ( thiếu )

10

= -


Câu 9 Công thức cơ bản của cặp ảnh lý tưởng

Ta có :

=

=R=0

Tâm 0≡ 01
⇒

Ta có N1 =

⇒ N1 =

=
=

11

⇒ N1 =

( P= x1- x2 là thị sai ngang )

Tọa độ của điểm M

⇒
Câu 10 Phương trình định hướng tương đối Mô hình lập thể ( đối với mô hình
độc lập )

Ta có :

( X0 , Y0 , Z0 )
( X1 , Y1 , Z1 )
( X2 , Y2 , Z2 )
(X,Y,Z)

Để 2 vector

,

,

cùng nằm trên 1 mặt phẳng thì thỏa mãn đk :

12


[

×

] =0

⇒F =

=0

Đối với mô hình độc lập thì trục X của hệ tọa độ do ảnh trùng với đường đá
chụp ảnh B

⇒ F=
⇒ F = Y’1Z’2 – Y’2Z’1 = 0

(*)

Giả sử cho trước cac giá trị gần đúng của yếu tố định hướng :
ϕ10 , K10 , ϕ20 , ω20 , K20
Phương trình (*) khi đó có dạng
F ( ϕ1 , K1 , ϕ2 , ω2 , K2 ) = F0 (ϕ10 , K10 , ϕ20 , ω20 , K20 ) +
δK1 +
Đặt a =

. δϕ2 +
,b=

. δω2 +
,c=

. δϕ1 +

.

. δK2
,d=

,e=

l = F0 (ϕ10 , K10 , ϕ20 , ω20 , K20 ) = Y’10 Z’20 – Y’20 Z’10
⇒ phương trình sai số
V = l + aδ ϕ 1 + bδ ϕ 2 + cδ ω 2 + dδ K1 + eδ K2

(**)

Phương trình (**) là phương trình sử dụng để tính số hiệu chỉnh có các yếu tố
định hướng tương đối với 1 điểm trên mô hình → 1 phương trình 5 ẩn số
Muốn giải phương trình (**) cần 5 phương trình tương tự → cần ít nhất 5 điểm
trong đó không có 3 điểm nào nằm trong hàng song song với trục x
Câu 11 Phương pháp giải tích xác định các yếu tố định hướng tương đối
Ta thành lập một Hệ phương trình sai số các phương trình :

13


Với n _ số điểm trên mô hình định hướng tương đối
Khi n > 5 thì giảu toán theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất
Phương trình số hiệu chỉnh : V = A.X + L
Trong đó A – ma trận hệ số
X – ma trận ẩn số
L – ma trận số hạng tự do

A=

L=

X=

V=

Ta có thể viết Hệ phương trình chuẩn dưới dạng :
Với

BX + C = 0
B = ATPA
C = ATPL

AT : ma trận chuyển vị của ma trận A
P : ma trận trọng số

P=
Giải hệ phương trình chuẩn → số hiệu chỉnh cho giá trị gần đúng của yếu tố
định hướng tương đối . Sau đó lấy giá trị mới hiệu chỉnh để tính các cosin chỉ

14


hướng , tọa độ không gian đo ảnh và hệ số của phương trình sai số → lập hệ
phương trình sai số và hệ phương trình chuẩn lần 2 để tìm cho mối yếu tố định
hướng tương đối
Tiếp tục giải như vậy đến khi cho nhận được nhỏ hơn hạn sai cho phép →tìm

được giá trị đúg của các yếu tố định hướng tương đối
Câu 12 Mục đích của các yếu tố định hướng tuyệt đối
- Quy tỷ lệ mô hình về tỷ lệ xác định
- Định hướng mô hình trong hệ tọa độ trắc địa
• Các yếu tố định hướng tuyệt đối Mô hình lập thể

+) X0 , Y0 , Z0 _ tọa độ điểm gốc của mô hình

15


+) θ _ góc xoay của hệ tọa độ mô hình trong mặt phẳng XY, kẹp giữa trục Y và
giao tuyến của 2 mp XY bà YTĐ Z
+) m0 _ mẫu số tỷ lệ mô hình
+) ξ _ góc nghiêng dọc theo trục X
+) η _ góc nghiêng ngang theo trục Y
Câu 13 Phương trình định hướng tuyệt đối MHLT bằng phương pháp giải tích :
=
Với

+ m0 .A .
_ xác định vị trí điểm M trong hệ tọa độ trắc địa
_ xác định vị trí điểm gốc trong hệ tọa độ trắc địa
_ xác định vị trí điểm M trong hệ tọa độ mô hình

⇒
Với ∆XTĐ , ∆YTĐ , ∆ZTĐ _ số gia tọa độ tọa độ của mô hình
X , Y , Z _ toạ độ mô hình của điểm đo :
Giá trị các cosin chỉ hướng :
a1 = cosξ .cosθ - sinξ.sinη.sinθ

a2 = - cosξ.sinθ - sinξ.sinη.cosθ
a3 = -sinξ.cosη
b1 = cosξ.sinθ
b2 = cosξ.cosθ
b3 = - sinη
c1 = sinξ.cosθ ± cosξ.sinη.sinθ
c2 = - sinξ.sinθ ± cosξ.sinη.cosθ

16


c3 = cosξ.cosη
Giả sử cho các giá trị gần đúng của các yếu tố định hướng :
X’0 , Y’0 ,Z’0 , m’0 , ξ’ , η’ ,θ’
Số gia δX0 , δY0 , δZ0 , δm0 , δξ ,δη ,δθ
⇒ ta có hệ phương trình :
XTĐ = X’0+∆X’TĐ +
. δξ +

. δX0 +
. δη +

. δY0 +

YTĐ = Y’0+∆Y’TĐ +
. δξ +

. δX0 +
. δη +

. δY0 +

ZTĐ = Z’0+∆Z’TĐ +
. δξ +

. δX0 +
. δη +

. δY0 +

. δZ0 +

. δm0 +

. δZ0 +

. δm0 +

. δZ0 +

. δm0 +

. δθ

. δθ

. δθ

Ta đặt :
ax =

bx =

cx =

dx =

by =

cy =

dy =

by =

cy =

dy =

ex =
ay =
ex =
az =
ex =
⇒ Thành lập phương trình sai số cho 1 điểm của mô hình

17


Với

⇒Cần ít nhất 3 điểm biết tọa độ Trắc địa không cùng nằm trên một đường thẳng
( trong đó 2 điểm biết tọa độ mặt bằng và độ cao ; 1 điểm biết độ cao )
Câu 14 _ Phương pháp đo ảnh giải tích
(*) khái niệm
- Với sự trợ giúp của máy tính , tính toán , phục hồi chùm tia và mô hình lập thể
- Xác định vị trí , hình dạng , độ lớn , tính chất và mối quan hệ tương hỗ yếu tố
hình học cơ bản của dối tượng đo
- Từ đó đưa ra kết quả dạng đồ thị hoặc dạng số
(*) Nguyên lý :
- Điều kiện của con người
- Máy đo tạo độ ảnh
- Máy tính và thiết bị ngoại vi

Đặc điểm của phương pháp đo ảnh giải tích
5 đặc điểm : - Độ chính xác cao
- Công năng lớn
- Hiệu xuất cao
- Tự động hóa thuận lợi
- Thuận lợi cho việc thành lập cơ sở dữ liệu và đo vẽ bản đồ số

18


Câu 15 _ Ảnh số là tập hợp các pixcel , mỗi pixcel tương ứng với một điểm ảnh
được mô tả bằng hàm số ảnh với tọa độ điểm ảnh (x, y) và giá trị tọa độ xám D
f(x , y , D )
với 0 ≤ f (x , y , D ) ≤ fmax ( fmax = 256 )
_ Tính chất cơ bản của ảnh số
+) Lượng tử hóa ảnh : là sự chuyển đổi từ các mô ta liên tục sang cách mô ta rời
rạc . theo vị trí (x ,y) của điểm ảnh và giá trị độ xám của từng pixcel

+) giá trị xám
Biểu đồ cột giá trị xám : là một hàm cung cấp tần xuất , hiện của một mức xám
Từ lược đồ xám → giá trị xám trung bình và mức độ tân mạn của giá trị xám
Lược đồ xám được biểu diễn trong hệ tọa độ vuông
Góc Trục X : biểu diễn mức xám từ 0 → N (N là số mức xám cần xét )
Trục Y : biểu diễn số điểm ảnh cùng mức xám hoặc tỷ số giữa số điểm
ảnh cùng mức xám trên tổng số điểm ảnh
Ma trajn chuyển tiếp giá trị xám : là công cụ để nhận xét về cấu trúc của một
ảnh . Do đó ta cần xác định mối quan hệ về giá trị giữa 2 điểm ảnh trên khoảng
cách cho trước
Nội dung thông tin của ảnh
_ Hàm thông tin I = k log

= -k .log

I = - ln Pi
_

Dung lượng thông tin TB của ảnh

IHo =

. I ( h(g))

=
Với h(g) tần suất tương đối của giá trị xám

19

Câu 16 (*) Phương pháp nắn ảnh đối với góc ảnh chụp xuyên tâm
<1> Theo phương pháp gián tiếp
Bước 1 : Xác định quan hệ tọa độ của điiểm thực địa và điểm ảnh . Nó được
thể hiện theo công thức

+) Ảnh gốc được số hóa thông qua quét ảnh nên các điểm ảnh được sắp xếp
theo m hàng và n cột . Vậy vị trí của cột I, J thay cho tọa độ điểm ảnh :

=λ

(**)

Từ (*) và (**) suy ra :

λ.

=

.

.

Biến đổi ta có :
I=
J=
Với x , y, z _tọa độ pixcel trên điểm ẩn số hóa
uk (k = 1 ÷ 11 ) _ hàm của tham số biến đổi m’ 1 , m’2 ,n’1 ,n’2 của phần tuer
ma trận quay A
I0 , J0 _ vị trí điểm chính ảnh
Bước 2 : Nội suy giá trị độ xám của điêm ảnh

+) Do tạo độ điểm ảnh ko trùng với tâm của pixcel ảnh số hóa ⇒ tiến hành nội
suy độ xán của điểm ảnh trên có số độ xám của ma trận số . ( thực hiện quá
trình tái chia mẫu )
+) Thông thường độ xám của điểm ảnh P được nội suy theo hàm song tuyến từ
dộ xám của 4 pixcel lân cận :

20


I(P) =
Với I(i,j) _ ma trận độ xám của pixcel lân cận điểm ảnh P
W(I,j) _ ma trận trọng số theo khoảng cách của 3 pixcel với điểm ảnh P
<2> Theo phương pháp trực tiếp
- Quá trình nắn ảnh xuất phát từ ảnh gốc từng điểm ảnh hoặc từng pixcel
ảnh được xác định tọa đôh theo hàm
X = ϕ (x ,y)
Y = ϕ (x, y)
và gán giá trị độ xám được nội suy theo hàm song tuyến
- Trong phương pháp này , tọa độ của điểm nắn được xác định công thức :
X= Z.
Y=Z.
Với Z _ độ cao của điểm thực địa
(*) Phương pháp nắn ảnh số gián tiếp
_ hình ảnh trên ảnh quét được xác định theo pt tạo ảnh thời điểm t như sau :

=
⇒0=

[ a12(t). (X – Xs(t)) + a22(t) (Y – Ys(t)) + a22(t) (Z – Zs(t)) ]

⇒
Với a11 , a13 , a31 , a33 , a21 , a23 , Xs ,Ys , Zs _ là các nguyên tố định hướng ngoài
của điểm ảnh tọa độ (x,y) được xác định theo :
ϕ1 = ϕ0 + (l – l0) .∆ϕ
ω1 = ω0 + (l – l0) .∆ω
K1 = K0 + (l – l0) .∆K

21


Xs = Xs0 + (l – l0) .∆Xs
Ys = Ys0 + (l – l0) .∆Ys
Zs = Zs0 + (l – l0) .∆Zs
Với ϕ0 , ω0 , K0 , Xs0 , Ys0 , Zs0 _ Nguyên tố định hướng ngoài của rẻo quét giữa
l0 _ số thứ tự rẻo quét giữa
∆ϕ ,∆ω ,∆K ,∆Xs ,∆Ys ,∆Zs _ tham số biến xuất của nguyên tố định hướng
ngoài
Câu 18 Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh số
Với ảnh đơn :

_ Với ảnh lập thể

22


Câu 19 Cấu trúc của hệ thống xử lý ảnh số bao gồm :
_ Máy quét ảnh : là thiết thực hiện chức năng biến đổi ảnh tương tự thành ảnh
số một cách tự động và ảnh số được lưu trong máy tính dưới dạng Raster . Có 2
loại máy quét ảnh chính là loại giàn và loại chổi đẩy

+) Bao gồm các trạm _ Đo ảnh số đơn
_ Đo ảnh ố lập thể
_ Đo ảnh số tam giác ảnh khôn gian
_ Đo ảnh số mô hình địa hình
_ Đo ảnh số trực giao

23


Máy in : là thiết bị chuyển tải sản phẩm của trạm đo ảnh số ra giấy , vật liệu ảnh
, màng khắc
+) Phân loại máy un theo độ chính xác _ máy vẽ có độ phân giải thấp
_ máy vẽ có độ phân giải cao
_ máy vẽ có độ phân giải trung bình
+) Hiện nay có các loại máy vẽ nét , máy vẽ điện tử , máy vẽ quang ảnh , máy
vẽ ma trận , máy in phun
Câu 20 Quy trình công nghệ của phương pháp đo ảnh trên trạm ảnh số
Trạm ảnh số là các máy tính điện tử hay các Work Station có dung lượng lớn ,
đồng thời có tốc độ xử lý cao . Trạm đo ảnh số có thể hoạt động trên hệ điều
hành mạng máy tính và thực hiện chức năng xử lý các thông tin về ảnh số .
Trạm máy này bao gồm các thiết bị :
_ Bộ xử lý trung tâm có tốc độ xử lý nhanh
_ Bộ xử lý đồ họa
_ Màn hình lập thể có độ phân giải cao
_ Các thiết bị lưu trữ thông tin với dung lượng lớn
_ Các thiết bị chuẩn : Bàn phím , con chuột ,thiết bị điều khiển đo trên mô hình
lập thể .

24