Thành lập bình đồ ảnh hàng không khu vực Tràng An, tỉnh Ninh Bình bằng công nghệ ảnh số

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại học Tài nguyên
và Môi trường Hà Nội, được sự hướng dẫn và giúp đỡ của các thầy giáo, cô
giáo trong trường, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Trắc Địa tôi đã được
trang bị những kiến thức cơ bản về chuyên môn cũng như về xã hội, giúp tôi
từng bước trưởng thành và vững vàng hơn trên con đường lập nghiệp. Đến
nay tôi đã hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp của mình. Xuất phát từ lòng kính
trọng và lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn:
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Trắc Địa,
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện tốt đồ án của mình.
Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ hướng dẫn ThS. Phan Ngọc
Sơn đã tâm huyết, nhiệt tình, kiên nhẫn, hướng dẫn em từng bước giải quyết
những khó khăn của đề tài.
Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót, kính mong
sự đóng góp của các thầy, cô để đồ án được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội ngày 20/6/2016
Sinh viên đã sửa đồ án theo ý kiến
đóng góp của hội đồng.

Nguyễn Viết Tuấn


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
b. Điều vẽ ngoại nghiệp.........................................................................................64
Từ kết quả điều vẽ nội nghiệp, tiến hành in kết quả trên nền bình đồ ảnh trực

giao phục vụ cho công tác điều vẽ ngoại nghiệp. Công tác điều vẽ ngoại nghiệp
cũng được tiến hành trên 6 nhóm đối tượng:......................................................64
a. Trường hợp đo vẽ bù địa vật đơn chiếc............................................................66
b. Trường hợp đo vẽ bù trên diện tích rộng.........................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................72


DANH MỤC BẢNG

b. Điều vẽ ngoại nghiệp.........................................................................................64
Từ kết quả điều vẽ nội nghiệp, tiến hành in kết quả trên nền bình đồ ảnh trực
giao phục vụ cho công tác điều vẽ ngoại nghiệp. Công tác điều vẽ ngoại nghiệp
cũng được tiến hành trên 6 nhóm đối tượng:......................................................64
a. Trường hợp đo vẽ bù địa vật đơn chiếc............................................................66
b. Trường hợp đo vẽ bù trên diện tích rộng.........................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................72


DANH MỤC HÌNH
b. Điều vẽ ngoại nghiệp.........................................................................................64
Từ kết quả điều vẽ nội nghiệp, tiến hành in kết quả trên nền bình đồ ảnh trực
giao phục vụ cho công tác điều vẽ ngoại nghiệp. Công tác điều vẽ ngoại nghiệp
cũng được tiến hành trên 6 nhóm đối tượng:......................................................64
a. Trường hợp đo vẽ bù địa vật đơn chiếc............................................................66
b. Trường hợp đo vẽ bù trên diện tích rộng.........................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................72


LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình tồn tại và phát triển của xã hội loài người có hai cuộc

cách mạng khoa học kỹ thuật mang tính đột phá. Cuộc cách mạng khoa học
kỹ thuật lần thứ nhất là quá trình cơ khí hóa, lấy máy móc thay thế cho lao
động chân tay. Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ hai bản chất chính
là quá trình tin học hóa, lấy công nghệ thông tin thay thế một phần lao động,
trợ giúp con người về trí tuệ. Với cuộc cách mạng khoa học lần 2, chiếc máy
tính đầu tiên đã ra đời và kể từ ngày đó đến nay ngành công nghệ thông tin đã
có những bước phát triển to lớn, được ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực: kinh
tế, văn hóa, xã hội và đặc biệt là khoa học, kỹ thuật. Điều đó đã giúp cho
ngành khoa học Trắc địa ngày càng tiến bộ và hiện đại hơn, dần thay thế các
phương pháp thành lập bản đồ truyền thống.
Việc ứng dụng công nghệ ảnh số trong viêc thành lập bản đồ địa hình
đã giúp hạn chế được khối lượng công việc và có tính kinh tế đồng thời hạn
chế được các sai số trong quá trình thành lập bản đồ địa hình. Trong quá
trình thành lập bản đồ địa hình thì hai khâu quan trọng không thể thiếu là
khâu thành lập bình đồ ảnh và khâu đoán đọc điều vẽ ảnh. Hai khâu này
quyết định đến tính chính xác và trung thực của bản đồ cần thành lập. Đặc
biệt, công tác đoán đọc điều vẽ cần phải được tiến hành định kỳ để tiến hành
làm mới bản đồ phục vụ cho các mục địch chính trị, quốc phòng, kinh tế, xây
dựng cơ bản…
Tràng An là địa danh du lịch tổng hợp gồm nhiều di tích danh thắng đã
được Thủ tướng Chính phủ xếp hạng di tích quốc gia đặc biệt, như khu hang
động Tràng An, khu Tam Cốc - Bích Động, Chùa Bái Đính, cố đô Hoa Lư…
Liên kết giữa các di tích và danh thắng này là khu rừng đặc dụng Hoa Lư trên
núi đá vôi, đất ngập nước và hệ thống sông, hồ, đầm, thung... với diện tích
khoảng 12 nghìn ha. Như vậy, quy hoạch chung xây dựng quần thể danh
1


thắng Tràng An là loại hình quy hoạch xây dựng chuyên ngành, trong đó yếu
tố bảo tồn di sản thiên nhiên và văn hoá đóng vai trò chủ đạo và quyết định

đến giải pháp liên quan đến đầu tư xây dựng, phát triển hạ tầng xã hội, hạ tầng
kỹ thuật phục vụ du lịch và dân cư.
Bình đồ ảnh được thành lập từ ảnh hàng không kỹ thuật số với độ chính
xác cao, thời gian thành lập nhanh, có các thông tin liên quan được cập nhật
nhanh tin cậy và trực quan sẽ giúp các nhà quản lý đánh giá, sử dụng, quy
hoạch... một khu vực rộng lớn, đáp ứng tình hình chính trị, quốc phòng, kinh
tế, xây dựng cơ bản... của địa phương. Để tìm hiểu về nội dung trên với sự
hướng dẫn tận tình chu đáo của Th.S Phan Ngọc Sơn và trên cơ sở tổng hợp
những kiến thức đã học nên em đã chọn đề tài tốt nghiệp: “Thành lập bình
đồ ảnh hàng không khu vực Tràng An, tỉnh Ninh Bình bằng công nghệ
ảnh số”
Đề tài bao gồm :
 Mở đầu
 Chương I: Khái quát về bình đồ ảnh và các phương pháp thành lập
bình đồ ảnh.
 Chương II : Thành lập bình đồ ảnh hàng không bằng công nghệ ảnh
số.
 Chương III: Kết quả thực nghiệm thành lập bình đồ ảnh hàng không
khu vực Tràng An, tỉnh Ninh Bình.
 Kết luận
Mặc dù đã cố gắng nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án
không tránh khỏi có thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các
thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S
Phan Ngọc Sơn đã giúp em hoàn thành đồ án này.

2


CHƯƠNG I. KHÁI QUÁT VỀ BÌNH ĐỒ ẢNH VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH
1.1. Khái niệm về ảnh số
1.1.1 Khái niệm chung về ảnh số
Theo các khái niệm truyền thống , một ảnh chụp qua hệ thống kính
quang học và vật liệu cảm quang được gọi là ảnh tương tự. Ảnh tương tự là
tập hợp những tín hiệu liên tục về không gian và giá trị độ sáng của các điểm
ảnh để có thể xử lý thông tin của máy ảnh trên máy tính thì phải thay đổi
phương thức lưu ảnh là chụp ảnh số hoặc ảnh tương tự phải được số hóa bằng
ảnh số.
Vậy ảnh số là một tư liệu không phải lưu trên giấy hoặc phim thông
thường. Nó là tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí (x,y) và giá trị xám
tương ứng với từng điểm ảnh. Trong ảnh số các điểm ảnh rời rạc (phần tử)
của ảnh được gọi là Pixel và mỗi điểm ảnh tương ứng với một Pixel được
mô tả bằng hàm số ảnh với các biến tọa độ (x,y) và giá trị độ xám (D) của nó
như sau.
F (x,y,D)
Với giá trị hàm được giới hạn trong một phạm vi các số nguyên dương
là :
0 < F(x.y.D) <
Trong đó

là hàm số được lưu dữ như một byte thông tin:
=

=256

Ảnh số thường được biểu diễn bởi ma trận hai chiều với số cột là m , số
hằng là n và tọa độ của điểm ảnh được xác định:
11

Góc tọa độ ảnh số
3


Góc tọa độ

mặt phẳng ảnh

(0,0)

Cột
y’

x’
hàng
Hình 1.1 Quy trình xác định các Pixel ảnh.
Các Pixel ảnh thường có dạng hình vuông, mỗi Pixel được xác định
bằng tọa độ hàng và cột. Như vậy hệ tọa độ ảnh số thường có dạng gốc O ở
góc trên bên trái và tăng dần từ trên xuống dưới với chỉ số hàng.
Tọa độ của mỗi điểm ảnh trên ảnh số sẽ được xác định theo:
=

Trong đó i, j là chỉ tọa độ của trị độ xám.
i = 0 ,1 ,2,…..m - 1
j = 0 ,1 ,2,…...n – 1
,

,

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

là tọa độ điểm khởi đầu.

Độ xám D được lượng tử hóa theo 256 bậc độ xám và ma trận chia độ
xám của nó được biểu diễn như sau:

4


D=
là mức xám của Pixel ảnh ở cột i và hàng j của ma trận.
Ngày nay công nghệ đo vẽ ảnh số , chủ yếu dùng ảnh tương tự để số
hóa thành ảnh số. Sự chuyển đổi này là quá trình lượng tử hóa ảnh thông qua
các máy quét ảnh chuyên dụng. Qúa trình lượng tử hóa ảnh liên quan đến
lượng tử hóa độ phân giải của ảnh và lượng tử hóa độ xám của ảnh.
- Lượng tử hóa độ phân giải của ảnh:
Thực chất là số hóa ảnh , là quá trình biến đổi tín hiệu tương tự liên tục
sang tín hiệu rời rạc ( Pixe ) có kích thước cụ thể.
- Lượng tử hóa giá trị độ xám :
Thực chất là quá trình biến đổi tín hiệu quang dưới dạng tương tự thành
tín hiệu số theo từng Pixel được gắn một giá trị xám tương ứng. Gía trị xám
hay còn gọi là mức xám là sự mã hóa tương ứng cường độ sáng của mỗi
điểm ảnh bởi một giá trị số. Quá trình mã hóa này được mô tả trong nguyên
lý hoạt động của các thiết bị tích điện ghép CCD (Charge Coupled
Devices) trong bộ cảm biến. Khi dùng bộ cảm biến này để chụp ảnh số hoặc
quét ảnh các hạt lượng tử ánh (Photon) đập vào các Pixel của CCD và tạo ra
một sự tích điện trong mỗi Pixel đó. Các điện tích gây ra bởi các lượng tử
ánh sáng được truyền tới bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.
Bộ chuyển đổi đo các điện tích đó và chuyển chúng sang tín hiệu tương ứng
tùy theo độ lớn khác nhau của các điện tích. Dưới dạng tín hiệu số , mỗi

Pixel được gắn cho một giá trị số, các giá trị số này được thể hiện bằng các
mức độ xám tương ứng.

5


1.1.2. Lý thuyết chung ảnh hàng không.
Chúng ta có thể phân loại thành các ảnh hàng không như sau:
a. Theo phương pháp chụp ảnh: Chia ra làm 3 loại.
- Ảnh chụp đơn: là ảnh chụp từ vùng nhỏ của khu vực nghiên cứu theo
từng tấm ảnh riêng biệt . Các tấm ảnh chụp được không phủ dọc (overlap) và
phủ ngang (sidelap) với nhau. Chụp ảnh đơn được dung cho điều tra khảo sát,
dò thám quân sự…..trên những vùng tương đối nhỏ.
- Ảnh chụp theo tuyến: là ảnh chụp theo một vòng tuyến nào đó đã bố
trí sẵn có thể là thẳng , gấp khúc hay uốn cong. Các tấm ảnh kề nhau trên một
tuyến có độ phủ lên nhau và gọi là độ phủ dọc (overlap) .Ứng dụng rộng rãi
trong quân sự , nghiên cứu khoa học đặc biệt là khảo sát các công trình theo
tuyến giao thông, thủy lợi….
- Ảnh chụp nhiều tuyến (chụp ảnh diện tích): là chụp theo nhiều tuyến dải
bay thẳng , song song với nhau và cách đều nhau, Các tấm ảnh trên hai dải bay
kề ngoài độ phủ dọc (overlap) trong mỗi một dải bay còn có độ phủ bên nữa
(sidelap). Đây là cách chụp thường dùng nhất để thành lập bản đồ địa chính.
b. Theo bước song của ảnh chụp: Chia làm 5 loại
- Ảnh hàng không toàn sắc (Panchromatic): là ảnh hàng không được
chụp hoàn toàn trong dải song nhìn thấy ( 0.4 - 0.7

) , khi in thành ảnh sẽ

cho ảnh trắng đen.
- Ảnh hàng không hồng ngoại ( IR: Infran- Red) trắng đen: là ảnh hàng

không được chụp bằng loại phim cảm nhận mạnh trong dải song hồng ngoại
từ 0.7-0.9

, khi in thành ảnh cũng cho ảnh trắng đen.

- Ảnh hàng không màu thật ( True color ): là ảnh bình thường dung
trong kỹ thuật nhiếp ảnh , tức là các sự vật trên ảnh sẽ có màu tự nhiên như
khi được nhìn trong ánh sáng thấy được.
- Ảnh hàng không màu hồng ngoại (Infrared color).
- Ảnh hàng không đa phổ (Multippectrcal): các máy ảnh nhiều bang
phổ ghi lại ảnh một cách đồng thời của một hình ảnh với một loạt tổ hợp các
6


phím và tấm lọc để thu thập các ảnh chụp ở các băng phổ hẹp khác nhau của
năng lượng điện tử.
Ngày nay các máy chụp nhiều băng phổ được thay thế một cách rộng
rãi bằng các máy quét “ quét đa phổ” , chúng ghi nhận nhiều hình ảnh ở các
bước song khác nhau. Tài liệu được ghi lại ở dạng sô hóa ( Digital form ) rồi
được xử lý để đưa ra các ảnh đa phổ.
Các ảnh quét đa phổ từ máy bay là nguồn thông tin tổng hợp rất có giá
trị xong thường đòi hỏi những chi phí cao hơn so với chụp ảnh toàn sắc. Một
vài hạn chế của các máy quét là chúng rất phức tập, đắt tiền và đòi hỏi xử lý
máy tính để tạo hình ảnh ngược lại, các máy ảnh tương đối không đắt tiền và
dễ sử dụng, phim chỉ đòi hỏi quá trình xử lý hóa đơn giản.
1.2. Lý thuyết bình đồ ảnh
1.2.1. Khái niệm chung về bình đồ ảnh hàng không
Bình đồ ảnh là hình ảnh của miền thực địa được thực hiện bằng cách
ghép và cắt dán các tấm ảnh đơn và nắn theo mảnh bản đồ những tấm ảnh nắn
được khử sai số do góc nghiêng của ảnh gây ra, còn sai số của điểm ảnh do

địa hình được hạn chế tới mức tối thiểu phù hợp với độ chính xác của bản đồ.
Cơ sở nắn, ghép ảnh là các điểm khống chế được ghi trên bản gốc. Bình đồ
ảnh mang các thông tin tối đa bề mặt thực địa, là sản phẩm trung gian để
thành lập hay hiện chỉnh bản đồ. Trong trường hợp này, hình ảnh trên bản đồ
được giải đoán và các yếu tố địa hình được tô vẽ trực tiếp trên đó bằng các
phương pháp trắc địa hoặc phương pháp đo vẽ lập thể.
Bình đồ ảnh có hai khái niệm là bình đồ ảnh được thành lậpthông qua
công tác nắn ảnh theo nguyên lý nắn ảnh vùng bằng phẳng và bình đồ ảnh
trực giao được thành lập theo nguyên lý trực giao. Ngày nay bình đồ ảnh trực
giao được thành lập theo dây truyền công nghệ đo ảnh số.
Bình đồ ảnh thường được sử dụng khi thành lập và hiện chỉnh bản đồ
địa hình, bản đồ chuyên đề, đôi khi có thể thay thế bản đồ trong công tác khảo
sát thăm dò. Trong chiến đấu, là tài liệu quan trọng giúp người chỉ huy trận

7


đấu cũng như bảo vệ mục tiêu quan trọng. Trong huấn luyện, bình đồ ảnh là
tài liệu học tập.
Có thể nói thành lập bình đồ ảnh là quá trình xử lý, hiệu chỉnh hình
ảnh ở cấp độ cao nhất, nhằm hiệu chỉnh hoặc khử ảnh hưởng của các nguồn
sai số đối với dữ liệu ảnh và hiệu chỉnh ảnh hưởng của chênh cao địa hình để
nhận được một tấm ảnh kết quả đảm bảo độ chính xác về mặt phẳng theo yêu
cầu kĩ thuật tương ứng với một tỷ lệ bản đồ đã xác định.
1.2.2. Phương pháp thành lập bình đồ ảnh
Thành lập bình đồ ảnh hiện nay được thực hiện bằng phương pháp ảnh
số.
Quy trình này gồm các bước sau:
− Nhập ảnh số và các thông tin bổ trợ.
− Chọn phương pháp nắn. mô hình nắn và điểm khống chế nắn ảnh.

− Nắn ảnh, ghép ảnh và cắt mảnh bình đồ ảnh.
− Xử lý phổ và trình bày khung bình đồ ảnh.
− Xuất in bình đồ ảnh.
Bình đồ ảnh hàng không được sản xuất và sử dụng trong quy trình hiện
chỉnh bản đồ địa hình phục vụ cho điều vẽ các yếu tố địa vật. Để sản xuất
được các bình đồ ảnh hàng không đạt độ chính xác, người ta ứng dụng
nguyên lý nắn chỉnh hình học và dựa trên cơ sở các nô hình toán học để nắn
ảnh chỉnh vệ tinh, sử dụng mô hình toán học thích hơp tùy theo yêu cầu cụ thể
để nắn chỉnh hình học ảnh.
Theo quy trình thành lập bình đồ ảnh hàng không có thể thấy các yếu
tố ảnh hưởng tới kết quả nắn ảnh là: độ phân giải của ảnh, phương pháp nắn,
các mô hình toán học sử dụng để thực hiện phép nắn, số lượng điểm khống
chế ngoại nghiệp và đồ hình bố trí chúng độ chính xác đo đạc khống chế ảnh,
mô hình số độ cao sử dụng nắn ảnh và mô hình hình học dùng nắn ảnh.
1.2.3. Đánh giá độ chính xác
Các nguồn sai số ảnh hương tới độ chính xác bình đồ ảnh:
- Sai số trong quá trình thu nhận ảnh hàng không:
Trong qua trình thu nhận, hình ảnh được tạo ra một cách liên tục theo
sự chuyển độ của vệ tinh. Do sự chuyển động không ổn định của vệ tinh nên
8


hình ảnh thu được đễ bị méo hơn. Hơn nữa do các thay đổi của các góc định
hướng hoặc do quyc đạo bay bị sai lệch nên hình ảnh bị méo hình. Ảnh hưởng
này gây nên méo hình đáng kể khi các hình ảnh có kích thước lớn hơn rất
nhiều lần kích thước một pixel. Các nguồn sai số gay méo hình này có thể gộp
vào thành 2 nhóm: sai số nội tại của bộ cảm biến thu chụp và sai số do động
tác bên ngoài.
- Sai số trong quá trình xử lý ảnh vệ tinh:
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ảnh nắn trong quá

trình xử lý. Đó là các yếu tố xuất phát từ bản chất của thiết bị thu chụp như độ
phân giải của ảnh vệ tinh, mô hình sử dụng ảnh để nắn hay các yếu tố tham
gia vào quá trình nắn chỉnh hình học từ khâu ngoại nghiệp tới khâu nội nghiệp
như độ chính xác tăng dày khống chế ảnh ( độ chính xác điểm khống chế ảnh
và số lượng điểm, đồ hình bố trí khống chế ảnh ), độ chính xác mô hình số độ
cao.
1. 3. Lý thuyết nắn ảnh
Nắn ảnh là quá trình biến đổi hình ảnh của miền thực địa được chụp
trên ảnh nghiêng thành hình ảnh tương ứng trên ảnh nằm ngang có tỷ lệ phù
hợp với tỷ lệ bản đồ cần thành lập , nhằm loại trừ các sai số do ảnh nghiêng
và hạn chế sai số do chênh cao địa hình.
Nguyên lý cơ bản của nắn ảnh là:
- Biến hình ảnh trên ảnh nghiêng thành hình ảnh trên ảnh nắn.
- Hạn chế sai số vị trí điểm do địa hình lồi lõm gây ra.
Để thực hiện được mục đích nói trên, việc nắn ảnh có thể tiến hành
theo các phương pháp sau:
1.3.1. Phương pháp nắn ảnh giải tích
Thực chất phương pháp này là giải bài toán nắn ảnh thông qua quan
hệ toán học chặt chẽ giữa điểm ảnh và điểm vật tương ứng (điểm vật này
được thay thế bằng điểm ảnh tương ứng trên mặt phẳng nắn). Mối quan hệ
được biểu diễn bằng công thức sau:

9


X=

Y=

Trong đó:

x’, y’,

: là tọa độ của điểm ảnh trên ảnh nghiêng.

X,Y,Z là tọa độ tương ứng trê nảnh nắn Z = -H/

.

là cosin chỉ hướng của ma trận A.
là tham số nắn ảnh.
Phương pháp này cho độ chính xác cao và cũng là một phần cơ sở toán
học của phương pháp tăng dày khống chế ảnh.

10


1.3.2. Phương pháp nắn ảnh quang cơ
Đây là phương pháp sử dụng các máy nắn ảnh để dựng lại chum tia
chiếu của ảnh hàng không và biến đổi chum tia đó theo những điều kiện nhất
định để tạo nên hình ảnh tương ứng với chụp ảnh nằm ngang và thu nhận nó
trên mặt nắn có tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
Trong nắn ảnh quang cơ, sai số vị trí điểm do địa hình lồi lõm gây ra
không thể được loại trừ, mà có thể hạn chế nó trong giới hạn cho phép thông
qua việc giới hạn độ chênh cao địa hình trong phạm vi ảnh nắn. Độ chênh cao
địa hình giữa điểm cao nhất so với điểm thấp nhất trong phạm vi của ảnh
được xác định theo công thức:
- Nếu độ chênh cao địa hình trong phạm vi của một tấm ảnh hàng
không thỏa mãn yêu cầu trên thì khu vực địa hình đó được coi là vùng bằng
phẳng. Khi đó ta có thể tiến hành nắn ảnh theo nguyên lý nắn ảnh vùng bằng
phẳng.

- Nếu độ chênh cao địa hình vượt quá giới hạn cho phép thì ta phải tiến
hành chia nhỏ vùng địa hình trên tấm ảnh thành những vùng nắn nhỏ. Khi đó
áp dụng nguyên tắc nắn ảnh phân vùng. Nguyên tắc nắn ảnh phân vùng
thưởng chỉ thường chỉ thực hiện cho những vùng địa hình có
và phương pháp này thường chỉ áp dụng cho kĩ thuật nắn ảnh quang cơ.
- Khi độ chênh lệch địa hình rất lớn (đồi, núi) nếu ta nắn ảnh theo
phương thức trên thì bề mặt địa hình bị chia cắt rất phức tạp ta sẽ không thể
thực hiện được. Vì vậy trong trường hợp

thì tiến hành chia

nhỏ ảnh nắn thành những vùng nắn đất bé với kích thước xác định ( thường
qua một khe hẹp) để tiến hành nắn. Trong quá trình nắn độ cao của ống chiếu
luôn luôn được thay đổi để sao cho phần ảnh được nắn có độ chênh cao địa
hình nằm trong giới hạn cho phép. Việc nắn ảnh theo phương pháp này gọi là

11


nắn ảnh vi phân đã dần dần được thay thế bằng phương pháp nắn ảnh số.
1.3.3. Phương pháp nắn ảnh số
Là phương pháp nắn ảnh trong phương pháp đo ảnh số để tạo nên ảnh
trực chiếu , trong đó hình ảnh trên ảnh nghiêng sẽ được biến đổi từng phần tử
ảnh (hay còn gọi là Pixel) trên ảnh nghiêng sẽ thành Pixel ảnh tương ứng trên
ảnh nắn theo tọa độ được tính toán theo quan hệ phối cảnh và độ xám của nó.
Đối với khu vực đồi núi có độ cao chênh lệch địa hình lớn phải sử dụng
phương pháp nắn ảnh trực chiếu. Để nắn ảnh cần có mô hình số độ cao
DEM. Khi đó ảnh hưởng của chênh lệch cao địa hình và các góc nghiêng ,
góc xoay , của ảnh sẽ được khử trong nắn ảnh trực giao.
a. Nắn ảnh với vùng địa hình bằng phẳng

Đối với khu vực bằng phẳng ta có thể tiến hành nắn ảnh theo phương
pháp nắn ảnh đơn dựa trên cơ sở các điểm khống chế ảnh có ở trên ảnh việc
nắn ảnh đơn có thể dựa trên các mô hình nắn ảnh như sau :
- Mô hình chiếu hình ( Projective ): Đây là mô hình nắn ảnh 8 tham số.
Mô hình có thể nắn ảnh số trên cơ sở toán học như sau:

- Mô hình nắn Affine: Là mô hình nắn 6 tham số và được thực hiện theo
cơ sở toán học sau:
x=

+

y=

+

Mô hình nắn affine sẽ được giải ra các tham số nắn sau :
+ Góc quay trục tọa độ
+ Góc nghiêng trục tọa độ
+ Gía trị tính chuyển theo trục x
+ Gía trị tính chuyển theo trục y
+ Tỷ lệ theo trục x
+ Tỷ lệ theo trục y
Trong phương pháp nắn ảnh affine coi sự biến dạng và tỷ lệ theo các
trục x và y là khác nhau:
- Mô hình Helmart: Là mô hình nắn 4 tham số và cơ sở toán học:
12


x=

+

y=

+

Mô hình này giải ra 4 tham số.
+ Góc quay trục tọa độ
+ Gía trị tính chuyển
+ Tỷ lệ theo trục x
+ Tỷ lệ theo trục y
- Mô hình đa thức: gồm mô hình đa thức bậc 2,3,4,5 tùy theo yêu cầu
về độ chính xác mà ta lực chọn hàm đa thức cho phù hợp. Hàm đã thức bậc
càng cao thì mức độ phức tạp càng cao.
Ví dụ : Đa thức bậc 2 có 12 tham số:
+
+
b. Nắn ảnh với vùng địa hình đồi núi
Vùng đồi núi hay khu vực có độ chênh cao lớn là khu vực mà các
phương pháp nắn ảnh đơn không đảm bảo độ chính xác do ảnh hưởng của sai
số chênh cao địa hình địa vật. Do vậy việc nắn ảnh khu vực chênh cao lớn
(vùng đồi núi ) ta phải xây dựng mô hình địa hình.
Mô hình địa hình là một mô hình dung để mô tả xác thực bề mặt địa
hình địa vật mà ta nghiên cứu.
Mô hình địa hình được xây dựng theo 2 dạng lưới :
+ Mô hình luới GRID (Lưới quy chuẩn) : là một lưới ô vuông được
phủ trùm lên khu vực địa hình cần nghiên cứu vị trí và độ cao của lưới ô
vuông sẽ được đo trực tiếp bằng phương pháp đo lập thể hoặc có thể được nội
suy. Kích thước của lưới ô vuông quyết định đến độ chính xác của mô hình

cần thành lập. Lưới ô vuông là lưới để thực hiện nhưng độ chính xác thể hiện
địa hình là không cao.
+ Mô hình luới TIN ( lưới không quy chuẩn ) : Là lưới gồm tam giác
liên kết lại với nhau và được phủ trùm lên bề mặt địa hình khu vực nghiên
cứu. Lưới TIN thể hiện xác thực nhất bề mặt địa hình khu vực nghiên cứu tuy

13


nhiên khó xây dựng, vị trí và độ cao của các mắt lưới TIN sẽ được xác định
thông qua phương pháp đo lập thể hoặc nội suy. Thông thường lưới TIN được
nội suy trên cơ sở lưới Grid.
- Nắn ảnh trực giao ( sau khi xây dựng song mô hình số địa hình hoặc
mô hình số độ cao )
Được sử dụng ở vùng đồi núi có độ chênh lệch cao địa hình lớn.
Khi nắn ảnh số, tấm ảnh đã được số hóa và đã qua các khâu xử lý cơ
bản để có được mô hình số địa hình . Khác với nắn ảnh vi phân , kích thước
các khe trong nắn ảnh số bé bằng kích thước Pixel mà kích thước Pixel lại bé
rất nhiều so với sai số đồ thị cho nên việc nắn ảnh có thể coi như một phép
chiếu thẳng đứng từng điểm một trên bề mặt địa hình xuống mặt phẳng hứng
ảnh. Do đó phép nắn này được gọi là phép nắn ảnh trực giao.
Phương pháp nắn ảnh trực giao là phương pháp nắn ảnh dựa vào thông
số độ cao do mô hình số địa hình hoặc mô hình số độ cao cung cấp. Trong nắn
ảnh số, việc nắn ảnh trực giao sẽ tiến hành trực tiếp trên từng Pixel một từ bề
mặt của mô hình số độ cao của ảnh. Nguyên lý hình học , chuyển từ một
chùm tia hình nón sang các tia song song với nhau và vuông góc với mặt đất
hay mặt phẳng chiếu và nhiệm vụ kết quả sẽ là ảnh trực chiếu.
Số hóa địa vật: vẽ lại các yếu tố địa vật có trên ảnh.
Trong nắn ảnh trực giao chênh cao địa hình và các góc nghiêng , góc xoay
của ảnh sẽ được khử vì thế ảnh trực giao có độ chính xác về mặt bằng. Và ảnh

trực giao có thể được sử dụng như một bản đồ có thể tiến hành các phép đo trực
tiếp như tọa độ , khoảng cách , góc và diện tích trực tiếp trên ảnh.
Để quá trình nắn ảnh ở khu vực đồi núi thêm chính xác nên chọn
phương pháp nắn ảnh trực giao có sử dụng mô hình ( DEM ).
Hiện nay trên các trạm đo vẽ ảnh số Intergraph ảnh trực giao được nắn
theo phần mềm Base Reetifier. Các số liệu đầu vào :
+ Ảnh số .
+ Mô hình số độ cao DEM.
+ Các yếu tố định hướng trong và định hướng ngoài của ảnh.
Phần mềm Base Rectifier còn cho phép xác định giới hạn vùng nắn ,
14


kích thước của Pixel trên ảnh nắn và có thể chạy theo một trình đọ cho nhiều
ảnh.

CHƯƠNG II. THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH HÀNG KHÔNG BẰNG
CÔNG NGHỆ ẢNH SỐ.
2.1. Yêu cầu về thành lập bình đồ ảnh hàng không
Đây là công đoạn thu nhập và chuẩn bị tài liệu là bước đầu tiên trong
quá trình thành lập bản đồ.
Việc sử dụng ảnh hàng không đòi hỏi cần phải vừa đảm bảo độ chính
xác cần thiết vừa đảm bảo tính hiệu quả kinh tế. Để đảm bảo các yếu tố trên
thì phải xác định được độ cao bay chụp cũng như là tiêu cự máy chụp ảnh.
Ngoài ra còn phải đảm bảo đọ phủ dọc và độ phủ ngang của tấm ảnh.
Bất kể đo vẽ bản đồ theo phương pháp nào p > 56% . Ở vùng núi độ phủ
ngang (p) cho phép tang lên đến 75% . Trường hợp đặc biệt độ phủ ngang có
thể đạt tới 80% - 90%. Trong mọi trường hợp độ phủ dọc q không được nhỏ
hơn 15%.

15


Chụp ảnh HK
Đo nối KCANN
Tạo Project
Tăng dày khống chế
ảnh
Xây dựng MHLT
Xây dựng MH số độ
cao DEM
Nắn ảnh trực giao
Cắt ảnh, ghép ảnh
Thành lập bình đồ ảnh
hàng không
In bình đồ ảnh
Hình 2.1 Quy trình sơ đồ công nghệ

16


2.2. Đo nối lưới khống chế ảnh
Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp (KCANN) là điểm ảnh của địa vật
rõ nét được nhận biết trên các ảnh và trên thực địa. Tọa độ trắc địa của chúng
ta được xác định ngoài trời. Để phục vụ cho các tăng dày điểm khống chế ảnh
trong phòng , điểm KCANN có 3 loại :
- Điểm khống chế ảnh tổng hợp tức là các điểm khống chế ảnh được
xác định cả tọa độ mặt phẳng và độ cao.
- Điểm khống chế mặt phẳng.
- Điểm khống chế độ cao.

Công tác đo nối ảnh khống chế ngoại nghiệp đóng vai trò định hướng
lưới tam giác ảnh trong hệ tọa độ trắc địa và bình sai lưới.
Yêu cầu về độ chính xác đối với điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
Đọ chính xác điểm KCANN cao hơn độ chính xác điểm tăng dày một
cấp hoặc cao hơn độ chính xác bản đồ hai cấp.
hoặc
Do đó sai số trung bình của tọa độ các điểm ảnh KCNN không được
lớn hơn 1/3 hoặc tối đa là 1/2 sai số trung bình cho phép đối với nội dung bản
đồ.
Yêu cầu về vị trí các điểm KCNN phải được đánh dấu trên ảnh hàng
không với độ chính xác

.1 mm đối với bản đồ tỷ lệ vừa nhỏ. Các điểm

khống chế ảnh ngoại nghiệp thường được thiết kế đo nối bằng phương pháp
trắc địa truyền thống hay bằng công nghệ định vị GPS.
Số lượng và phương án bố trí điểm KCNN phụ thuộc vào độ chính xác
cần đặt của điểm không chế phục vụ cho nhiệm vụ đo vẽ cụ thể. Ngày nay với
những phát triển mới của các phương pháp tam giác ảnh cho phép nâng cao độ
chính xác và hiệu quả của công tác tăng dày , nên số lượng điêm KCNN được
giảm tới mức tối thiểu và phương án bố trì điểm cũng rất linh hoạt.
2.3. Quét phim
Quét phim là công việc cần thiết để có dữ liệu ảnh số nhập vào hệ
thống đo vẽ ảnh số. Ảnh hàng không sau khi chụp cần được số hóa ( raster
17


hóa ) bằng thiết bị máy quét có độ chính xác hình học và độ phân giải cao
Việc lựa chọn độ phân giải của ảnh quét cần phải căn cứ vào tỷ lệ và độ
chính xác của bản đồ cần thành lập , tỷ lê, chất lượng của ảnh chụp và mục

đích sử dụng .
Bảng 2.1 Độ phân giải và lượng thông tin của ảnh quét
Lượng thông

Kích thước Pixel

tin ( Mb)
7.5
15
30
60
120

940
235
59
15
120

Bảng trên cho thấy khi quét ảnh với kích thước Pixel càng bé thì đòi
hỏi máy tính điện tử có bộ nhớ lớn hơn , tốc độ xử lý tính toán nhanh ,tốc độ
xuất nhập thông tin phải cao và đòi hỏi máy quét phải có tốc độ quét cao.
Những điều này ảnh hưởng đến giá thành tờ bản đồ được thành lập. Nếu quét
ảnh với kích thước Pixel quá lớn thì độ chính xác bản đồ sẽ thấp do làm mất
nhiều thong tin trên bản gốc. Vì vậy việc lựa chọn độ phân giải khi quét ảnh
là một vẫn đề quan trong vừa có ý nghĩa kinh tế lần ý nghĩa kĩ thuật.
Độ phân giải quét phim hay còn gọi là kích thước Pixel được ước tính:
= 10

x(

Trong đó

là kích thước Pixel

là mẫu số tỷ lệ ảnh
là mẫu số tỷ lệ bản đồ
Tuy nhiên để đảm bảo độ chính xác của các công tác tăng dày khống

18


chế ảnh, không nên chọn độ lớn của Pixel lớn hơn 3
quét phim với kích thước nhỏ hơn 11

và cũng không nên

ngay cả khi được chụp từ máy ảnh

hiện đại như Leice-Wild RC 30, Zei RMK Top 15 hay LMK – 2000 nm.
Hiện tại, công nghệ chụp ảnh hàng không đã sử dụng máy chụp ảnh
hàng không kỹ thuật số như: Vexcel Ultracam XP W/a, sản phẩm ảnh là ảnh
số có xác định tọa độ tâm ảnh và có độ phân giải cao. Với công nghệ mới này
đưa vào sản xuất, không phải sử dụng đến máy quét phim nữa.
2.4. Tạo Project
Tạo một Project là việc đầu tiên trước khi các quét ảnh có thể được
nhập vào và hiển thị. Sau khi một Project được tạo xong thì hệ quy chiếu , hệ
tọa độ , độ cao, lưới chiếu khu đo được thiết lập. Tên của công việc và các thư
mục trong máy tính dung để lưu trữ các dữ liệu và các kết quả của công việc
đó cũng được xác định.

Để tạo một công việc cần đưa vào hệ thống các thong số kĩ thuật như:
Các thông số kiểm định của máy ảnh, hệ tọa độ và đơn vị đo, thông số của
tuyến bay , tọa độ và độ chính xác của các điểm khống chế , các ngưỡng giới
hạn cho sự hội tụ của bài toán bình sai theo phương pháp số bình phương nhỏ
nhất. Các thông số giới hạn do người sử dụng quy định. Khi kết thúc thì
chương trình đã tạo ra một thư mục Project.
2.5. Công tác tính toán tăng dày khống chế ảnh
Công tắc tang dày khống chế ảnh có vị trí then chốt trong toàn bộ quá
trình đo vẽ. Nhiệm vụ của công tác tăng dày khống chế ảnh là xác định tọa độ
Trắc địa của của các điểm khống chế đo vẽ ảnh được chọn và đánh dấu ở
những vị trí thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở cho việc liên kết các
đối tượng đo vẽ trong phòng với miền thực địa. Sản phẩm này nhận được từ
công tác tăng dày khống chế ảnh là tọa độ và độ cao Trắc địa của các điểm
khống chế tăng dày trên từng mô hình. Trong đó công tắc tăng dày trên trạm
ảnh số được tiến hành như sau:
19


2.5.1 Định hướng trong
Quá trình định hướng trong là quá trình xá định vị trí không gian tâm
chụp S so với mặt phẳng ảnh. Các nguyên tố định hướng trong bao gồm
,
là tọa độ điểm chính ảnh.
là tiêu cự máy chụp ảnh.
Trong đo ảnh số quá trình định hướng trong nhằm thiết lập mối quan hệ
giữa tọa độ mặt phẳng ảnh ( thông qua độ kiểm định của các dấu khung ) và
hệ tọa độ ảnh quét ( thông qua các kết quả đo được của hình ảnh các dấu
khung tương ứng trên ảnh quét ). Bản chất định hướng trong , trong đo ảnh số
là chuyển hệ tọa độ trong không gian hai chiều từ hệ tọa độ ảnh quét sang hệ
tọa độ trong mặt phẳng ảnh. Có một vài mô hình chuyển đổi hệ tọa độ sau

được áp dụng : `
- Chuyển đổi Affine ( 6 tham số)
x=

+

+

y=

+

+

- Chuyển đổi Helmert ( 4 tham số)
x=

+

+

y=

+

+

- Chuyển đổi Projective ( 8 tham số)
x=

y=
là tọa độ Pixel của ảnh số.

,

là các tham số tính chuyển .
20


Việc chon mô hình chuyển đổi nào phải tùy thuộc vào tính chất hình
học của ảnh. Để đảm bảo độ chính xác của công tác tăng dày thì sai số trung
bình phương đơn vị trọng số của định hướng trong là :

0.3.

là kích thước của Pixel
Trong thực tế ta thường dùng mô hình Affine để chuyển đổi tọa độ.
2.5.2 Định hướng tương đối
Quá trình định hướng tương đối là quá trình xác định mối quan hệ giữa
tấm ảnh trái và tấm ảnh phải của một cặp ảnh lập thể cụ thể là xác định vị trí
tương đối (x,y,z) và các góc xoay (

của tấm ảnh này so với tấm ảnh

kia của cặp ảnh lập thể thông qua việc đo các điểm định hướng của mô hình
lập thể. Thực chất đây là quá trình làm cho các cặp tia chiếu cùng tên của cặp
ảnh giao nhau trong không gian trên cơ sở hình học cơ bản đó là điều kiện
đồng phẳng của hai vectơ điểm ảnh cùng tên trên cặp ảnh lập thể.
2.5.3 Liên kết các giải bay
Khi hoàn thành việc định hướng tương đối cho tất cả các mô hình lập

thể trong các tuyến ảnh cần liên kết các mô hình và các tuyến ảnh bằng việc
đo các điểm nối nhằm tính chuyển tọa độ không gian đo ảnh của các mô hình
trong cả khối ảnh về một hệ tọa độ thống nhất : Hệ tọa độ không gian đo ảnh
hoặc hệ tọa độ mặt đất. Sau đó tiến hành bình sai tương đối toàn khối ảnh.
2.5.4 Định hướng tuyệt đối
Nhiệm vụ của công tác định hướng tuyệt đối là quy tỷ lệ , tức là đưa tỉ
lệ mô hình cả khối lưới về một giá trị nhất định cho trước và định hướng nó
trong hệ tọa độ Trắc địa . Để quá trình này được thực hiện thì phải có đủ số
lượng điểm có tọa độ trong hệ tọa độ mặt đất : tối thiểu là 3 điểm trong đó có
hai điểm bao gồm cả tọa độ mặt bằng và độ cao , điểm còn lại chỉ cần một yếu
tố độ cao là đủ.
2.5.5 Bình sai khối tam giác ảnh không gian
Phương pháp xây dựng và bình sai lưới TAGKG trong phạm vi lớn
21