Đề cương môn đo ảnh I

Họ và tên: Trần Trọng Trường
Mã sinh viên: 1421050221
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN ĐO ẢNH 1
1. Khái niệm về đo ảnh?
2. Khái niệm về phương pháp đo ảnh?
 Bản chất?
 Nhiệm vụ?
 Phương pháp thực hiện?
 Các đặc trưng cơ bản của các phương pháp đo ảnh?
3. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đo ảnh?
4. Khái niệm về ảnh đo?(định nghĩa, phương thức và đặc điểm)
5. Các yếu tố hình học cơ bản của tấm ảnh hàng không?
6. Trình bày hệ thống tọa độ trong không gian ảnh?
7. Các nguyên tố định hướng của ảnh?
8. Bài toán chuyển đổi hệ tọa độ không gian vuông góc trong đo ảnh?
8.1.
TT
1
2
3
4
5
8.2.

Phép chuyển đổi trực giao hai hệ tọa độ?(tìm ra ma trận A)
Góc quay
к→φ →ω
ω→к→φ
ω→φ →к
φ →к→ω
φ →ω→к

Thứ tự sinh viên
2,3,5,7,9,22,
1,4,6,8,10,24,31
11,13,15,17,19,26
12,14,16,18,20,28
21,23,25,27,29,30

Các tính chất của ma trận quay A? (theo 8.1)

9. Bài toán thuận trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong đo ảnh?
10.Bài toán nghịch trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong đo ảnh?
11.Xét trường hợp đặc biệt công thức cơ bản quan hệ tọa độ trong đo ảnh?
12.Đối với ảnh lý tưởng?
13.Đối với ảnh nghiêng?


BÀI LÀM
Câu 1: Khái niệm về đo ảnh?
Định nghĩa: Đo ảnh:
 Là một ngành khoa học ký thuật xác định vị trí và hình dáng của đối
tượng thông qua ảnh chụp.
 Xây dựng đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.
 Là một phương pháp đo đạc gián tiếp.
Câu 2: Phương pháp đo ảnh là một phương pháp viễn thám hiện đại trong
lĩnh vực khoa học về trái đất.
 Bản chất:là một phương pháp đo gián tiếp có nhiệm vụ xác định trạng thái
hình học của đối tượng đo (vị trí, hình dáng, kích thước và mối quan hệ
tương hỗ) thông qua hình ảnh thu nhận được của chúng.
 Bản chất của đo ảnh là một công cụ khoa học kỹ thuật phát triển để tự

động hóa biểu diễn thông tin và thuộc tính không gian của đối tượng từ
các hệ thống dữ liệu thu nhận được.
 Nhiệm vụ của đo ảnh: xác định trạng thái hình học của đối tượng đo (vị
trí, hình dạng, kích thước và mối quan hệ tương hỗ).
 Phương pháp thực hiện: Thu nhận ảnh được thực hiện bằng phương pháp
chụp ảnh theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm hay phương pháp quét
ảnh điện tử. đo ảnh mặt đất, đo ảnh hàng không, đo ảnh vệ tinh.
 Các đặc trưng cơ bản của các phương pháp đo ảnh:
Phương pháp
đo ảnh
Phương pháp
đo ảnh tương
tự
Phương pháp
đo ảnh giải tích
Phương pháp
đo ảnh số

Tư liệu
đầu vào
Ảnh tương
tự

Phương pháp Thiết bị xử lý
Sản phẩm
thực hiện
đầu ra
Chiếu hình
Máy đo ảnh
Bản đồ và các

quang cơ
quang cơ
đô thị

Ảnh tương
tự
Ảnh số hóa
Ảnh số

Các công thức
toán học
Các công thức
toán học

Máy đo ảnh
giải tích
Trạm ảnh số
và phần mềm
chuyên dùng

Bản đồ và cơ
sở dữ liệu số
Bản đồ số,
bình đồ ảnh,
cơ sở dữ liệu
số và các sản
phẩm đồ họa.


Câu 3: Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp đo ảnh?

 Đặc điểm:
 Có thể đo được tất cả các đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp
hoạc đến gần đối tượng mà chỉ cần chụp ản các đối tượng trong vùng ánh
sáng nhìn thấy, hồng ngoại nhiệt, siêu cao tần. Vì vậy mà có khả năng đo đo
được rất đa dạng bao gồm miền thực địa lớn hoặc miền thực địa nhỏ.
 Có thể thu nhận được các số liệu một cách nhanh chóng nên giảm nhẹ
được công tác nặng nhọc ngoài thực địa.
 Có thể đo được nhiều điểm khác nhau trong cùng một thời điểm.
 Có khả năng tự động hóa cao do đó nó có khả năng nâng cao năng suất
của các công tác đo đạc ngoài trời.
 Nhược điểm: đòi hỏi trong thiết bị đắt tiền và phải bảo quản theo các
thiết bị trong điều kiện nhất định. Ngoài ra cần có các cán bộ kỹ thuật chuyên
môn cáo.
 Phạm vi ứng dụng:
Ngày nay ở hầu hết các nước trên thế giới, phương pháp đo ảnh đã trở
thành một phương pháp cơ bản trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình các loại và
được gọi là phương pháp trắc địa ảnh. Ngoài lĩnh vực địa hình, phương pháp đo
ảnh được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học kỹ thuật khác như:
 Thành lập bản đồ DEM và DTM
 Thành lập bản đồ 3D thành phố
 Thành lập bản đồ địa hình
 Thành lập bản đồ địa chính
 Đo vẽ phi địa hình
 Trong công trình: đo biến dạng và dịch động các công trình, nghiên
cứu các mô hình xây dựng, vật liệu xây dựng,…
 Trong công nghiệp: đo tính khối lượng khai thác mỏ, nghiên cứu các
phương án thiết kế va giữa gia công tối ưu, kiểm tra công tác lắp ráp


thiết bị công nghiệp, kiểm tra về chất lượng tạo hình trong công nghiệp

chế tạo máy bay, o tô, tàu thủy,…
 Trong nông nghiệp: điều tra quy hoạch đất đai, điều tra nghiên cứu
rừng, ngiên cứu quát trình phát triển của gia súc hoặc các lạo cây
trồng,...
 Trong khí tượng thủy văn: nghiên cứu các hiện tượng về khí tượng
(mây, mưa, gió), nghiên cứu dòng chảy và các hiện tượng thủy văn
(sóng, thủy triều,…).
 Trong kiến trúc và bảo tồn bảo tàng: giữ gìn và khôi phục các công
trình kiến trúc và các di tích lịch sử - văn hóa có giá trị.
 Trong lĩnh vực quân sự: nghiên cứu quỹ đạo và tốc độ của các loại đầu
đạn, tên lửa, máy bay, nghiên cứu các vụ nổ, ảnh chụp trinh sát,…
 Trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác như y học, địa đất, khảo cổ
học, sinh vật học, hóa lý,...
Câu 4: Khái niệm về ảnh đo?(định nghĩa, phương thức và đặc điểm)
 Định nghĩa: Ảnh đo là các ảnh chụp được dùng vào mục đích đo đạc
 Phương thức:
Ảnh đo là hình ảnh thu được của các đối tượng do nguyên lý phép chiếu xuyên
tâm.
Ảnh đo là kết quả của quá trình quang học hoặc quá trình quét ảnh điện – từ và
được ghi nhận lại trên vật liệu ảnh theo những nguyên lý cơ bản của phép chiếu
xuyên tâm đối với phương thực chụp ảnh quan học hoặc trên các bằng từ đối với
phương thực quét ảnh.
 Đặc điểm:
 Nội dung phản ánh trung thực các chi tiết bề mặt của đối tượng nhưng
chưa thể hiện đươc đúng và đầy đủ theo yêu cầu của nội dung bản đồ.
 Mức độ chi tiết và khả năng đo đạc của ảnh đo phụ thuộc vào điều kiện
và phương thức chụp ảnh, như: điều kiện khí tượng, thiết bị chụp ảnh,
vật liệu ảnh, kỹ thuật chụp ảnh,…

 ảnh đo chỉ là nguồn gốc thông tin ban đầu nên không thể trực tiếp sử
dụng như những thành quả đo đạc khác.
Câu 5: Các yếu tố hình học cơ bản của tấm ảnh hàng không:
Giải thích:
 Mặt E được gọi là mặt phẳng vật.
 Mặt P được gọi là mặt phẳng ảnh.
 Điểm S là tâm chụp hay tâm chiếu.
 Qua tâm chiếu S dựng mặt phẳng W.
 Vết của mặt phẳng W trên mặt phẳng ảnh P là đường dọc chính vv.
 Vết của mặt phẳng W trên mặt phẳng vật E là đường hướng chụp VV.
 Giao tuyến giữa mặt phẳng ảnh P với mặt phẳng vật E là đường nằm
ngang hay gọi là trục chụp TT.
 Từ tâm chụp S kẻ đường vuông góc xuống mặt phẳng ảnh P và giao điểm
của chúng được là điểm chính ảnh o. So được gọi là tia sáng chunhs hay
trục quang chính của máy ảnh.
 Từ tâm chụp S kể đường vuông góc SN xuống mặt phẳng vật E và giao
điểm với mặt phẳng ảnh là điểm đáy ảnh n.
 Điểm đẳng giác c.
 Điểm tụ chính I.
 Đường chân trời hihi.
 Đường nằm ngang chính hoho.
 Đường đẳng tỷ lệ hchc.
 Độ cao chụp ảnh SN=H.

Từ hình xác định được các đại lượng hình học cơ bản của hảnh hàng
không:
So = fk ;

Sn =

;

Sc = ;

SI =


on = fktgα;

oI = fkctgα;

oc = fk

 Khi góc nghiêng của ảnh α = 0, tức là mặt phẳng ảnh P nằm ngang.
Đây là trường hợp chụp ảnh hàng không lý tưởng. Trường trường hợp
này, các điểm chính ảnh o, điểm đáy ảnh n và điểm đẳng giác c trùng
nhau tại một điểm. Trên mặt phẳng ảnh, điểm tụ chính I và đường hihi.
đầu nằm ở vô cực.
Câu 6: Trình bày hệ thống tọa độ trong không gian ảnh:
 Hệ tọa độ mặt phẳng:
Hệ tọa độ mặt phẳng ảnh được xác định theo các mấu khung của ảnh với trục x’
trùng với đường thẳng nối 2 mấu khung tương ứng ở giữa mép ảnh trái và mép
ảnh phải, trục y’ trùng với đường thẳng nối 2 mấu khung tương ứng ở giữa mép
trên và mép dưới ảnh, điểm gốc tọa độ trùng với giao điểm của 2 trục x’, y’.

Hệ tọa độ mặt phảng ảnh
Một điểm P ảnh được biểu diễn trong hệ tọa độ này bằng vecto:
r’T = [x’ y’]
trong đó: x’, y’ là tọa độ ảnh của điểm P.
 Hệ tọa độ không gian ảnh:

Hệ tọa độ không gian ảnh là một hệ đề-các được định nghĩa: điểm gốc tọa độ
trùng với tâm chụp S, trục tọa độ z trùng với tia sáng chính So và hướng lên
trên, các trục tọa độ x, y song song với các trục x’, y’ của hệ tọa độ mặt phẳng
ảnh.


Trong hệ tọa độ này một điểm ảnh P’ được biểu diễn bằng vecto:
RrT = [x y z]
Trong đó: z = -fk

Hệ tọa độ không gian ảnh
Câu 7 : Các nguyên tố định hướng của ảnh: được chia làm 2 loại : các nguyên
tô định hướng trong và các nguyên tố định hướng ngoài.
 Các nguyên tố định hướng trong của ảnh là các yếu tố hình học xác định
vị trí không gian của tâm chụp S đối với mặt phẳng nhằm phục hồi lại
chùm tia chụp ảnh.
Tọa độ của điểm chính ảnh trong hệ tọa độ mặt phẳng ảnh : điểm chính ảnh là
giao điểm của tia sáng chính với mặt phẳng ảnh. Kí hiệu : o.
 Đối với ảnh hàng không tọa độ của nó là : xo’ , yo’.
 Đối với ảnh mặt đất tọa độ của nó là : xo’ , zo’
Khoảng cách từ tâm chụp S đến mặt phẳng ảnh được định nghĩa là tiêu cự của
máy chụp ảnh. Kí hiệu là fk.


S

Z’

Y’
X’

X’

S
Ảnh hàng không

Ảnh mặt đất

 Các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh đo là các yếu tố hình học xác
định vị trí của chùm tia chụp trong không gian vật.
Các nguyên tố định hướng ngoài bao gồm :
 Tọa độ không gian của tâm chụp trong hệ tọa độ trắc địa : Xo, Yo, Zo.
 Các góc định hướng của hệ tọa độ không gian ảnh trong hệ tọa độ trắc
địa chia làm 2 nhóm :
Nhóm I :
 k là góc kẹp giữa đường dọc chính vv trên mặt phẳng ảnh với trục tọa
độ ảnh y’.
 α là góc nghiêng của ảnh, là góc kẹp giữa trục quang chính So của
chùm tia với đường dây dọi qua tâm chụp S.
 θ là góc kẹp giữa đường hướng chụp VV với trục tọa độ Xo.


S

α

y’

v

Z

x’

Y
v

V

A

O

X

Nhóm II :
 φ là góc nghiêng dọc của ảnh, tức là góc kẹp giữa hình chiếu của tia
sáng chính So trên mặt phẳng tọa độ O-YZ với trục Z của hệ tọa độ
không gian vật.
 Ω là góc nghiêng ngang của ảnh, tức là góc kẹp giữa tia sáng chính So
với hình chiếu của nó trên mặt phẳng O-YZ.


K- là góc xoay của ảnh, tức là góc kẹp giữa trục y’ của hệ tọa độ mặt
phẳng ản o’x’y ‘ với đường dọc chính vv trên mặt phẳng ảnh.

S

y’
n

v

x’
v


Câu 8: Bài toán chuyển đổi hệ tọa độ không gian vuông góc trong đo ảnh?
8.1 : Phép chuyển đổi trực giao hai hệ tọa độ?(tìm ra ma trận A)
φ →ω→к

Z
 

X
 

O

a, Quay góc quanh
trục Y

O

O

b, Quay góc quanh
trục X

c, Quay góc quanh
trục Z

a, Quay góc quanh trục Y
Góc kẹp giữa các trục
x
y
z

900
0
900

900
900 -

900+
900

Từ đó có :
A = =
Do đó có:
=
b, Quay góc quanh trục X
Góc kẹp giữa các trục
00
900
900

Từ đó có:
A = =
Do đó có:
=

900
900 -

900
900+


c, Quay góc quanh trục Z
Góc kẹp giữa các trục

xk
900900

yk
900+
900

zk
900
900
00

Từ đó có:
A==
Do đó có:
=

Ta có:
A = ..Ak=

=

a11 =
a12 =
a13 =
a21 =
a22 =
a23 =
a31 = +
a23 = +
a33 =
8.2 : Các tính chất của ma trận quay A? (theo 8.1)
 Ma trận quay A là một ma trận trực giao:
A.AT= E.
A.AT= (Aφ..Aω).(Aφ..Aω)T= Aφ..Aω.ATφ..ATω
 Các cosin chỉ hướng của ma trận quay phụ thuộc vào quá trình tự quay
các góc.
A.AT=E => AT=A-1
 Các cosin chỉ hướng của ma trận quay A phụ thuộc vào thứ tự các góc
quay.
AωAφ ≠ AφAω


Câu 9: Bài toán thuận trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong ảnh?
Biết: Tọa độ của điểm trắc địa (địa vật) R -> OXYZ.
Xác định: Tọa độ của điểm ảnh p’ trong -> Sxyz.
S
r

Ro

M’
R

Z
Y
R

M
Z

X

O

Theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm, đối với ảnh hàng không thì điểm M
và p’ phải nằm trên một đường thằng hay nói các khác là S,P,P’ thẳng hàng =>
vector SP và SP’ cùng phương => R= Ro + m.A.r’(1)
Trong đó:R là vector tọa độ điểm vật M trong mặt phẳng OXYZ => R=

Ro là vector tọa độ của điểm S trong hệ tọa độ OXYZ => Ro=
r’ là vector tọa độ điêm ảnh -> r’=
A là ma trận quay với các góc định hướng của ảnh trong hệ tọa độ=>A==
Từ (1) =>
= +m

(2)

Đối với ảnh đơn,hệ số tỉ lệ điểm ảnh m không được xác định.Vì vậy,từ (2) ta có
thể xác định được tọa độ mặt phẳng của điểm vật M theo quan hệ sau:
X= Xo +(Z-)

(3)

Y= Yo +(Z-)
(Z-Zo )=-H
U=a11(x’-x’o) + a12(y’-y’o) – a13
V=a21(x’-x’o) + a22(y’-y’o) – a23
W=a31(x’-x’o) + a32.(y’-y’o) – a33


Nên có:
X=-H
Y=-H
Câu 10: Bài toán nghịch trong công thức cơ bản về quan hệ tọa độ trong
ảnh?
Biết: Tọa độ của điểm vật P -> Hệ tọa độ trắc địa
Tìm: Tọa độ của điểm ảnh P’ -> Hệ tọa độ ko gian ảnh Sxyz
Từ (1) =>r’ = m-1.A-1. (R- Ro)
Trong đó:m’= và vì ma trận quay A là một ma trận trực giao.
Từ đó có quan hệ tọa độ sau:
x’=x’o – fk
y’ = y’o – fk

(4)

Trong đó :
U’=a11(X-) +(Y-)+(Z-)
V’=a21(X-) + a22(Y-)+(Z-)
W’= a13(X-) +(Y-)+(Z-)
Câu 11: Xét trường hợp đặc biệt công thức cơ bản quan hệ tọa độ trong đo

ảnh?


Z

Z

z

y

z

y
x

x

S

S
M’
H=

M’

O
Y

R

O
Y

M

R

O

O

X

X
Ảnh hàng không lý tưởng

1.Ảnh lý tưởng:
+ t = α = =0
+ y= = ω = 0
=> ==E
Giả thiết có x’o = y’ o = 0 và Xo = Yo = 0 |=> A =
Thay vào công thức (3) và(4) ta có:
X=x’=x’ ,Y=y’=y’
x’=X= X

,y’=Y= Y

2.Ảnh nghiêng (tức α # 0)
Giả thiết t= = 0

Aα = =
Thay vào công thức ta có quan hệ tọa độ sau :
X = +H
Y = +H
x’ = +
y’ = +

M

Ảnh hàng không nghiêng


Câu 12: Đối với ảnh lý tưởng?
Ảnh lý tưởng tức là ảnh được chụp trong trạng thái trục quang chính của
máy chụp ảnh trùng với phương đường dây dọi hay nói cách khác là trục quang
chính của máy chụp ảnh là thẳng đứng.
+t=α=æ=0
+φ=α=æ=0
Ảnh nằm ngang. (*)
Trong điều kiện hiện nay chúng ta chưa chụp được ảnh ở điều kiện lý tưởng.
Câu 13: Đối với ảnh nghiêng?
+ t # 0 ; α # 0; x # 0
+ ω # 0 ; φ # 0; x # 0
Ảnh nghiêng là ảnh được chụp với vị trí bất kì của máy chụp ảnh tức là
trục quang chính của máy chụp ảnh ở vị trí bất kì, nếu chụp ảnh mà thu được
ảnh nghiêng thì nó gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác xử lý ảnh.