Bai Giang T T A P G 1

1

CHƯƠNG1CƠ SỞ CHỤP ẢNH VÀ CHỤP

ẢNH HÀNG KHÔNG

Trần Trung Anh

Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

Tran Trung Anh Photogrammetry and Remote Sensing 2

MỤC LỤC

Nguyên lý thu nhận hình ảnh

Ánh sáng và sóng điện từ

Khả năng phản xạ ánh sáng của các đối tượng chụp

Cấu tạo máy chụp ảnh quang học

Vật liệu chụp ảnh và quá trình xử lý hóa ảnh

Ảnh số và máy chụp ảnh số

Chụp ảnh hàng không


NGUYÊN LÝ THU NHẬN HÌNH ẢNH


ÁNH SÁNG

Thí nghiệm của Isaac Newton năm 1666

2


SÓNG ĐIỆN TỪ


BƯỚC SÓNG ĐIỆN TỪ

0.1 ~ 1 m§ÒcimÐt (UHF)

1 ~ 10 cmCentimÐt (SHF)

1 ~ 10 mmmilimÐt (EHF)

Sãng ng¾n

14 µm ~ 1 mmHång ngo¹i xa

8 ~ 14 µmHång ngo¹i nhiÖt

3 ~ 8 µmHång ngo¹i

1.3 ~ 3 µmHång ngo¹i ng¾n

0.7 ~ 1.3 µmCËn hång ngo¹i

Hång ngo¹i

0.4 ~ 0.7 µmNh×n thÊy

10nm ~ 0.4 µmCùc tÝm

B−íc sãngPh©n lo¹i


BƯỚC SÓNG ĐIỆN TỪ


GHI NHẬN NĂNG LƯỢNG PHẢN XẠ

3


E0(λ) năng lượng ánh sáng ở bước sóng λEr(λ) năng lượng phản xạEa(λ) năng lượng hấp thụEt(λ) năng lượng xuyên qua.c=3 x 108m/s vận tốc ánh sáng.h=2,626 x 10-34js hằng số Plăng.λ bước sóng ánh sáng.rλ hệ số phản xạ của đối tượng ở bước sóng λ

NĂNG LƯỢNG ÁNH SÁNG

( ) ( )( )

%100E

E%r

0

r

λ

λ=λ

( ) ( ) ( ) ( )λ

=λ+λ+λ=λc

hEEEE tar0


Các yếu tố ảnh hưởng hệ số phản xạ

1. Góc chiếu tới của mặt trời (độ cao của

mặt trời, chiếu thẳng, chiếu xiên)

2. Bước sóng ánh sáng chiếu tới (thành phần

quang phổ)

3. Đặc tính quang phổ của đối tượng (cấu

tạo hóa lý, bề mặt)

4. Sự trong suốt và tán xạ khí quyển (thành

phần khí quyển)


CHỤP ẢNH

Chụp ảnh là quá trình ghi nhận năng lượng phản xạ (hoặc bức xạ) ánh sáng (sóng điện từ) từ đối tượng chụp thông qua bộ phận quang học (kính vật) và được lưu trữ trên vật liệu cảm quang hay các bộ cảm số.


Máy ảnh

Mắt

4


CẤU TẠO MÁY CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG


Máy chụp ảnh hàng không

RMKRMKRMKRMK----TOPTOPTOPTOP

RCRCRCRC----30303030


HỆ THỐNG KÍNH VẬT

Tổ hợp các thấu kính hội tụ và phân kì được lắp ráp đồng trục với nhau thành một thấu kính hội tụ tổng hợp


Tỷ số F/d cho kính vật và vành chắn sángF/d=tiêu cự/đường kính vành chắn sáng

Năng lượng ánh sáng chiếu lên phim sẽ là:

.i – Cường độ ánh sáng (J/m2/s)

.t – thời gian lộ quang (s)

E – năng lượng ánh sáng (j/s)

2)d/F(4

tiE

⋅

⋅=

5


Kính vật góc mở hẹp, góc mở trung bình và góc mở rộng


CƠ SỞ QUANG HỌC CỦA CHỤP ẢNH

b

1

a

1

f

1

k

+=


Ảnh Đen trắng(toàn sắc, hồng ngoại gần)

CẤU TẠO VẬT LIỆU ẢNH

Lớp nhũ ảnh

Lớp nền

Lớp chống tán xạ

Ảnh Màu(vùng nhìn thấy, hồng

ngoại gần)


TỔ HỢP CỘNG MÀU

6


TỔ HỢP TRỪ MÀU


Phim đen trắng, toàn sắc


Phim đen trắng, hồng ngoại gần


Phim màu tự nhiên

7


Phim màu, hồng ngoại gần


Màu tự nhiên và màu giả


PHIM ẢNH HÀNG KHÔNG


Tính cảm quang của mắt người

8


Tính cảm quang của vật liệu ảnh


Độ nhạy (t): là thước đo khả năng cảm nhận ánh sáng của nhũ ảnh.

Độ mờ (DO): DO= It/Ii

Độ xuyên qua: T=1/DO;Mật độ đen:

D=log10(DO)=lg(It/IO)

TÍNH CHẤT NHẠY SÁNG CỦA NHŨ ẢNH

Nhũ ảnh

Cường độchiếu tới Ii

Cường độxuyên qua It

Lượng lộ quang (H):

- là lượng ánh sáng chiếu tới (LUX) trong thời gian lộ quang.

- Lượng lộ quang đo bằng đơn vị:LUX.sec


D=2 -> It/Ii=100 -> It=0,01 x Ii

99% cường độ ánh sáng chiếu tới bị hấp thụbởi lớp nhũ ảnh.

D=1 -> It/Ii=10 -> It=0,1 x Ii

90% cường độ ánh sáng chiếu tới bị hấp thụbởi lớp nhũ ảnh

D=0 -> It/Ii=1 -> It=Ii

0% cường độ ánh sáng chiếu tới bị hấp thụ. Lớp trong suốt.

VÍ DỤ VỀ MẬT ĐỘ ĐEN


Đường cong mật độ đen của nhũ ảnh

AB- đoạn độ mờ, BC – lộ quang thiếu, CD – lộ quang đủ, DE – lộ quang thừa, E – phần phản chuyển

9


1. Độ cảm quang: S=k/H

2. Hệ số tương phản:

3. Phạm vi bắt ánh sáng hữu ích:L =lgHcuối-lgHđầu

4. Độ mờ:D0=It/Ii

Các đặc tính cảm quang

đâucuôi HH

DD

HH

DD

lglg;

lglgminmax

12

12

−

−=

−

−= γγ


Đơn vị đo: cặp đường/minimet (lp/mm)

ĐỘ PHÂN BIỆT CỦA HÌNH ẢNH

KVnhuanhphim RRR

111+=


BrAgc

hAgBr

AgeAg

eBrc

hBr

0

0

+↓→λ

+

→+

+→λ

+

−+

−−

TÁC DỤNG CỦA ÁNH SÁNG ĐỐI VỚI HALOZEL BẠC TRONG NHŨ ẢNH

Ảnh ngầmChụp ảnh

Thực địa Phim sau lộ quangTran Trung Anh Photogrammetry and Remote Sensing 36

Ảnh ngầm Quá trình âm bản

âm bản

Quá trình dương bảnDươngbản

Quá trình xử lý hóa ảnh

10


Hiện ảnhẢnh ngầm Định ảnh Âm bản

QUÁ TRÌNH ÂM BẢN

Hiện ảnh: bản chất là khử Halozel Bạc đã bị tác dụng ánh sáng nhưng chưa phân hủy, giúp tăng cường các trung tâm cảm quang làm cho ảnh ngầm dần hiện lên.

Định ảnh: bản chất là hòa tan Halozel Bạc chưa bị tác dụng ánh sáng để giúp cho phim ảnh có thểmang ra ngoài ánh sáng.


Thành phần dung dịch hiện ảnh1. Chất hiện ảnh

Yêu cầu: là chất khử chọn lọc, hòa tan trong dung dịch kiềm hoặc sunfitNatri, oxit không độc� Hydroquynol

C6H4(OH)2 + 2AgBr = C6H4O2 + 2Ag0 + 2HBr

2. Chất tăng tốc độ phản ứng: tính kiềm

Na2B4O7, Na2CO3, Na3PO4, NaOH, KOH

3. Chất bảo tồn: bảo vệ thuốc hiện

2Na2SO3 + O2 = 2NaSO4

C6H4O2 + Na2SO3 + H2O = C6H4(OH)2SO3Na + NaOH

4. Chất chống mờ: KBr, benzotriazol


Thành phần dung dịch định ảnh

1. Chất hòa tan: Na2S2O3

4Na2S2O3 + 3AgBrdư = 3NaBr + Na5Ag3(S2O3)4

2. Chất đình chỉ quá trình hiện: mang tính axit H2SO4

3. Chất bảo vệ: khôi phục tính định ảnh

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O + S

Na2SO3 + S = Na2S2O3

4. Chất làm chắc màng: phèn nhôm, phèn crom


QUÁ TRÌNH DƯƠNG BẢN

Hiện ảnhẢnh ngầm Định ảnhÂm bản In ảnh

Dương bản

11


ÂM BẢN VÀ DƯƠNG BẢN


Kiểm tra phim chụp


L−u tr÷ t− liÖu phim ¶nh


ẢNH SỐẢnh số là một mảng 2 chiều gồm các phần tử ảnh

có cùng kích thước gọi là pixel (picture element, picture cell). Mỗi pixel có vị trí hàng i, cột j và độ xám G (i,j) được mã hóa theo đơn vị thông tin (thường là bit)

mn1m,1nj,1n0,1n

1m,ij,i0,i

1m,0j,00,0

ggg

ggg

ggg

×−−−−

−

−

KK

KKKKK

KK

KKKKK

KK

12


ẢNH SỐ VÀ ẢNH TƯƠNG TỰ

¶nh sè

Mã hóa độ xám cho pixel:

.g(i,j)=2bit bậc độ xámbit=1, có 2 bậc độ xám 0,1

.bit=2, có 4 bậc độ xám 0,1,2,3

.bit=8, có 256 bậc độ xám 0,1,…,255

¶nh t−¬ng tù


CÁC MỨC MÃ HÓA ĐỘ XÁM KHÁC NHAU

8bit, 256 bậc độ xám





8bit 2bit 1bit

CÁC MỨC MÃ HÓA ĐỘ XÁM KHÁC NHAU


THU NHẬN ẢNH SỐ

Thực địa

Máy chụp ảnh

dùng phim Ảnh tương tự Máy quét ảnh

Ảnh

số

Máy chụp

ảnh số

Bộ cảm vệ tinh

13


NGUYÊN LÝ CHỤP ẢNH SỐ

Hệthống kính vật

Bộcảm

Bộkhuếch đại

Bộbiến đổi A/D

Xử lý tín

hiệu

Xử lý ảnh

Xử lý tín

hiệu

Bộbiến đổi D/A


M¸y chôp ¶nh hµng kh«ng kü thuËt sè

� ADS-40� ADS-40

Ultra-CAMUltra-CAM

StarimagerStarimager


Máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số đang phát triển mạnh, đây là hướng phát triển của công tác chụp ảnh hàng không thương mại.

Sự khác nhau cơ bản giữa máy chụp ảnh hàng không kỹthuật số và máy chụp ảnh dùng phim tương tự là: phim và công tác xử lý hóa học phim được thay thế bằng thiết bị điện tử như thiết bị tích điện kép (CCD), với các mảng gồm hàng ngàn những detector nhỏ bé thường gọi làphần tử ảnh (pixel).

Máy chụp ảnh số dùng kỹ thuật máy tính xử lý nhanh chóng dữ liệu ảnh và lưu trữ trong bộ nhớ lớn (ổ cứng, đĩa CD, DVD…)

MÁY CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ


CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

DMC

GPS

IMU

Video CameraT-ASRTC

14


ĐIỀU KHIỂN BAY CHỤP ẢNH


MÁY BAY BAY CHỤP ẢNH

Rockwell Aero Commander

Twin Beech


MÁY BAY BAY CHỤP ẢNH


KING AIR KING AIR KING AIR KING AIR

B200B200B200B200

15


Theo vị trí trục quangChụp ảnh lý tưởng

Chụp ảnh bằng

Chụp ảnh nghiêng

Theo phương thức chụpChụp ảnh đơn

Chụp ảnh theo tuyến

Chụp ảnh theo khối

CÁC DẠNG CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG


Chụp ảnh bằng và ảnh lý tưởngChụp ảnh bằng là chụp ảnh có Góc nghiêng tấmảnh<3 độ

Chụp ảnh lý tưởng là chụp ảnh có góc nghiêng bằng 0


Ảnh bằng


Chụp ảnh nghiêng với góc nghiêng nhỏGóc nghiêng trục quang so với phương dây dọi lớn

hơn 3 độ, và trên ảnh không có đường chân trời

16


Chụp ảnh nghiêng với góc nghiêng nhỏ


Chụp ảnh nghiêng với góc nghiêng lớntrên ảnh có đường

chân trời


Ảnh có góc nghiêng lớnĐường chân trời Điểm tụ chính


Chụp ảnh đơnChụp theo vùng nhỏ theo từng tấm riêng biệt, không có liên kết

hình học với nhau giữa các tấm ảnh, dùng để điều tra khảo sát 1 vùng nhất định, do thám quân sự, chụp bổ sung…

17


Chụp ảnh theo tuyếnChụp ảnh theo một tuyến định sẵn, giữa các tấm ảnh liền kề có độ

chờm phủ lên nhau. Dùng để nghiên cứu, đo đạc dọc theo các địa vật hình tuyến như: tuyến giao thông, đường sông, biên giới…


Chụp ảnh theo tuyến


Chụp ảnh theo khốiKhối chụp ảnh gồm nhiều tuyến bay song song cách đều nhau, có độ

chờm phủ giữa các ảnh liền kề trong cùng 1 tuyến và chờm phủgiữa các tuyến liền kề. Ứng dụng đa mục đích: đo vẽ bản đồ…



18




Tỷ lệ chụp ảnh trung bình trên ảnh bằng

Thiết kế tỷ lệ chụp ảnhMa = C*√Mbd

C=100 đến 3001/Ma = f/H-Chụp ảnh tỷ lệ lớn:

Ma <=10.000-Chụp ảnh tỷ lệ TB

30.000<Ma <10.000-Chụp ảnh tỷ lệ nhỏ70.000>Ma > 30.000


Độ phủ dọcPhần chụp cùng đối tượng chụp giữa 2 tấm ảnhliền kề trong 1 dải bay

Thiết kế độ phủ dọc:P=(62+38*h/H)%

KC giữa 2 tâm chụp liền kề trong 1 dải bayDx =V.tgc

Dx = Lx[(100-P)/100]*Ma


Độ phủ dọc

19


Độ phủ ngangPhần chụp cùng đối tượng chụp giữa 2 tấm ảnh trong 2 dải bay liền kề (trong chụp ảnh khối)

Thiết kế độ phủ ngang:Q=(30+70*h/H)%Độ phủ ngang sau khi chụp:Q = (Py/Ly )100%Khoảng cách dải bay liền kềDy = Ly [(100-Q)/100]Ma


Độ phủ ngang


Độ phủ dọc và ngang trong khối ảnh


Thiết kế bay chụp

Dy

Dx

TDy

TDx

20


Diện tích khu chụp S = TDy*TDx

Tỷ lệ ảnh chụp trung bình Ma =C * √Mbd

Chiều cao bay chụp trung bình H=f*Ma

Chiều cao bay chụp tuyệt đối Hbc = H+H0

Độ phủ dọc P=(62+38*h/H)%

Độ phủ ngang Q=(30+70*h/H)%

Số tuyến bay Nt = TDy/Dy + 1

Số ảnh trong tuyến bay thứ i: Nai=TDxi/Dx+3

Số vòng lượn: nv = Nt

Tính toán thông số bay chụp


Chờm ít nhất 50% dải bay đối với phần diện tích song song với hướng tuyến bay.Chờm ít nhất 1 đến 2 đáy ảnh đối với phần diện tích vuông góc với hướng tuyến bay.Tuyến bay chụp ảnh thực tế không lệch khỏi tuyến bay thiết kế quá 1,5cm trên ảnh, tương đương với Ma*0,015 (m) trên thực địaĐộ cao tuyến bay chụp ảnh thực tế không được chênh với độ cao tuyến bay chụp ảnh thiết kế quá ±5%Hbc.Độ cong tuyến bay ≤ 3% chiều dài tuyến bay (∆L/L).Góc xoay κ ≤ 50, cá biệt có thể κ ≤ 150. Góc nghiêng α ≤ 30 trong đó số góc nghiêng lớn hơn 20 không vượt quá 10% tổng số ảnh trong khu chụp.

Các yêu cầu khi bay chụp


Trên phim gốc phải thể hiện đầy đủ mọi thông tin kỹ thuật cóthiết kế trên phim ảnh: Dấu khung, đồng hồ và các số hiệu khác ghi nhận ở thời điểm chụp ảnh.Không mang dấu vết như: Ố, bẩn, hình ảnh chưa hiện hết, tróc màng, rỗ, xước .v.v. cũng như những nhân tố làm giảm độchính xác cho công tác đo vẽ địa hình và điều vẽ ảnh.Bóng mây, bóng râm, các lỗi che phủ lên các yếu tố địa vật không che khuất các khu vực quan trọng như khu dân cư, ga xe lửa, vị trí độ phủ 3 của các tờ ảnh. Mật độ đen D đảm bảo 1.0 < D <1.8Độ chênh về độ đen ∆D đảm bảo 0.5 < ∆D < 1.3Độ mờ D0 đảm bảo D0 < 0.2Độ ép phẳng của phim gốc, thị sai còn lại tại điểm kiểm tra <0,02mm, cá biệt lớn nhất <0,03mm.

Các yêu cầu của phim ảnh gốc


Quy trình chụp ảnh hàng khôngI. Lập thiết kế kỹ thuật bay chụp

1. Nhiệm vụ, phạm vi bay chụp

2. Thu thập tài liệu trắc địa, bản đồ khu chụp

3. Đặc điểm địa lý, dân cư, thời tiết khu chụp

4. Thiết kế kỹ thuật bay chụp

5. Tính toán giá thành bay chụp

II. Tổ chức thi công

III. Kiểm tra, nghiệm thu đánh giá chấtlượng tài liệu bay chụp

21


Các vấn đề cần nắm bắt đượcNguyên lý thu nhận hình ảnh

Nguyên lý cơ bản của máy chụp ảnh quang học

Bản chất của các quá trình xử lý hóa ảnh, các đặc trưng của vật liệu ảnh, độ phân biệt của phim

Ảnh số và máy chụp ảnh số

Chụp ảnh hàng khôngTỷ lệ chụp ảnh

Các dạng chụp ảnh

Độ phủ dọc, độ phủ ngang

Tính toán thông số chụp ảnh

Yêu cầu kỹ thuật bay chụp và phim ảnh gốc

Bai Giang T T A P G 1

Documents

Transcript of Bai Giang T T A P G 1