CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI 1. Khái quát về công tác bay chụp ảnh hàng không 1. Khái niệm về công tác bay chụp ảnh hàng không Chụp ảnh hàng không là việc sử dụng các thiết bị bay trên không như khinh khí cầu, tàu lượn, máy bay,. để mang máy ảnh lên cao chụp bề mặt của mặt đất.
Sản phẩm của chụp ảnh hàng không là các tấm ảnh theo một tỷ lệ phù hợp với mục đích sử dụng và dựa vào các tấm ảnh đó ta có thể tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ gốc hoặc đoán đọc điều vẽ các địa vật chụp được trên ảnh [6]. Có 2 loại máy chụp ảnh chuyên dụng được sử dụng trong quá trình chụp ảnh hàng không là máy chụp ảnh tương tự (chụp phim) và máy chụp ảnh số. Công tác chụp ảnh hàng không và yêu cầu kỹ thuật trong quá trình bay chụp a. Khái niệm Công tác bay chụp là một trong những công đoạn quan trọng nhất của quá trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh.
Công tác bay chụp thường được thực hiện trong điều kiện thời tiết tốt, trời trong ít mây bởi vì các đám mây sẽ che khuất các chi tiết địa hình, địa vật của bề mặt thực địa trên ảnh chụp được. Dựa theo giá trị sử dụng của ảnh chụp và phương thức chụp, người ta chia ra các hình thức chụp ảnh sau [5]: - Chụp ảnh đơn: Là chụp ảnh từng vùng nhỏ của khu đo theo từng tấm ảnh riêng biệt. Các tấm ảnh chụp kề nhau không có liên kết hình học với nhau. Chụp ảnh đơn được dùng cho điều tra khảo sát, do thám quân sự,.
trên những vùng tương đối nhỏ, hoặc để chụp ảnh bổ sung các khu vực chụp sót, chụp thiếu. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Chụp ảnh theo tuyến: Là chụp theo một tuyến đã bố trí sẵn. Giữa các tấm ảnh kề nhau trên một tuyến có độ phủ lên nhau và được gọi là độ phủ dọc, kí hiệu là p, đơn vị tính là % của kích thước tấm ảnh: l p x 100% (1.1) l Trong đó: l - kích thước của tấm ảnh; lx - kích thước của phần phủ theo hướng dải bay. Độ phủ ngang, dọc của các tấm ảnh [6] Chụp ảnh theo tuyến được ứng dụng rộng rãi để giải quyết những vấn đề về dân sự, quân sự, trong nghiên cứu khoa học,.
điển hình là khảo sát các đối tượng dạng tuyến như hệ thống giao thông, hệ thống thuỷ văn, thủy lợi, đường địa giới v. Trong đo vẽ địa hình, chụp ảnh theo tuyến được dùng cho việc bố trí các dải bay chặn theo hướng vuông góc với các dải bay chụp theo nhiều tuyến. Việc bố trí 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dải bay chặn như thế cho phép ta giảm được khá nhiều điểm khống chế ngoại nghiệp góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế. - Chụp ảnh theo khối (nhiều tuyến): Phương pháp này còn gọi là chụp ảnh theo diện tích là chụp theo nhiều tuyến dải bay thẳng, song song và cách đều nhau.
Các tấm ảnh kề nhau trong cùng dải bay được liên kết với nhau bằng độ phủ dọc p, các tấm ảnh trên hai dải bay kề nhau được liên kết với nhau bằng độ phủ ngang. Độ phủ ngang của ảnh hàng không được ký hiệu bằng q và được xác định theo công thức: l q y 100% (1.2) l Trong đó: l - kích thước tấm ảnh; ly - kích thước phần phủ của hai ảnh trên 2 dải bay kề. Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang khoảng 30%. Trong trường hợp cụ thể tùy theo loại địa hình, tùy theo yêu cầu sử dụng ảnh, các độ phủ này có thể thay đổi, nhưng không nhỏ hơn các giá trị trên.
Dựa theo tỷ lệ trung bình của ảnh chụp, người ta chia ra như sau: Chụp ảnh tỷ lệ lớn, tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ. Khi chụp thẳng, tỷ lệ ảnh hàng không là hàm số của độ cao bay chụp Hbc, tiêu cự kính vật máy ảnh fk, còn khi chụp nghiêng ngoài Hbc và f k ra tỷ lệ ảnh còn phụ thuộc vào góc nghiêng của trục quang máy chụp ảnh khi lộ quang so với đường dây dọi và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh.3) m Thông thường, tỷ lệ ảnh được phân thành 3 loại sau: - Chụp ảnh tỷ lệ lớn khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp lớn hơn 1:10. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Chụp ảnh tỷ lệ trung bình là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp từ 1:10. - Chụp ảnh tỷ lệ nhỏ là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp nhỏ hơn 1:30.
Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập được thể hiện bằng công thức [6]: mC M (1.4) Trong đó: m - mẫu số tỷ lệ của ảnh hàng không. C - hệ số kinh tế, theo các kết quả nghiên cứu lý luận và thực tiễn, hệ số C thường được lựa chọn từ 130 - 400 với từng loại tỷ lệ bản đồ cần thành lập theo phương pháp lập thể và tuỳ thuộc vào phương tiện kỹ thuật sử dụng. M - mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Yêu cầu kĩ thuật trong quá trình bay chụp - Tính toán các thông số chụp ảnh: Khi lập thiết kế bay chụp, ngoài việc lựa chọn tỷ lệ chụp ảnh, độ cao bay chụp và tiêu cự máy chụp, cần phải tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản sau: + Tính cạnh đáy chụp ảnh Bx: 1 BX (100 p%)l.5) 100 + Tính khoảng cách giữa 2 dải bay kề By: 1 BY (100 q%)l.6) 100 Trong các công thức trên: l là kích thước của ảnh, p và q là độ phủ dọc và độ phủ ngang của ảnh.
Độ phủ dọc p tối thiểu là 60%, độ phủ ngang q khoảng 20-30% để đảm bảo khả năng quan sát lập thể và liên kết toàn khối ảnh. + Tính tổng số ảnh cần chụp N: 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Số ảnh cần chụp trong khu đo là tổng số ảnh cần chụp trong từng dải bay được tính như sau: n N Nk (1.7) k 1 Lxk Trong đó: N k Int 1 với Lxk là chiều dài của dải bay thứ k; Bx LY n là số dải bay của khu chụp, n Int 1 với LY là độ rộng của khu bay BY chụp. - Lập bản đồ bay: Bản đồ được sử dụng để thực hiện quá trình bay chụp ảnh được gọi là bản đồ bay chụp. Bản đồ bay chụp có thể chia làm hai loại riêng biệt: bản đồ bay và bản đồ chụp.
Bản đồ bay dùng cho phi công và hoa tiêu chụp ảnh để định hướng chung, còn bản đồ chụp dùng cho hoa tiêu định hướng chi tiết khi chụp ảnh. Khi bản đồ bay có đầy đủ các nội dung như bản đồ chụp thì có thể sử dụng làm bản đồ chụp. Thông thường, người ta sử dụng bản đồ tỷ lệ 1:100.000 làm bản đồ bay chụp khi thành lập bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ 1:50.000 làm bản đồ bay chụp khi chụp ảnh tỷ lệ lớn [6]. Trên bản đồ chụp cần thể hiện các chi tiết sau: + Ranh giới toàn bộ diện tích khu chụp và ranh giới từng khu chụp riêng biệt.
+ Các tuyến bay với độ dài của tuyến, khoảng cách giữa các tuyến và số lượng tấm ảnh chụp trên mỗi tuyến bay. + Các địa vật định hướng trên từng tuyến bay. + Các đặc trưng địa hình, như đỉnh núi, thung lũng với cao độ được ghi chú rõ ràng và độ cao bay trung bình của khu chụp. + Các đặc điểm khí hậu, như hướng gió, tốc độ gió.
+ Trong một số trường hợp, như khi khoảng cách giữa các tuyến bay tương đối nhỏ không thuận lợi cho việc lượn vòng của máy bay để vào đường bay tiếp cần 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thể hiện phương pháp bay lượn trên bản đồ bay chụp. Khi ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS trong dẫn đường bay thì công tác bay có thể hoàn toàn được thực hiện một cách tự động. Khi bay chụp bằng thiết bị bay không người lái thì phạm vi khu đo thường nhỏ, do vậy trước bay chụp cần phải thu thập các nguồn tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn 1:5.000 hoặc các bản đồ có tỷ lệ trung bình 1:10.000 phục vụ cho việc thiết kế tuyến bay. Hiện nay, đa số các thiết bị bay không người lái phục vụ bay chụp ảnh đều được trang bị phần mềm thiết kế tuyến bay và cho phép sử dụng dữ liệu ảnh từ Google Earth [7].
Khái niệm ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số a. Khái niệm Ảnh số là một mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là điểm ảnh (pixel) [1]. Mỗi một pixel được xác định bằng: tọa độ hàng, tọa độ cột và độ xám. Độ xám của mỗi pixel được mã hóa theo đơn vị thông tin là bit.
Thường thì pixel của ảnh toàn sắc được mã hóa theo 8 bit tức là 28 = 256 bậc độ xám. Với ảnh màu được tổ hợp từ ba kênh: R, G, B với mỗi kênh được mã hóa theo độ xám khác nhau. Mỗi kênh có tối đa 256 bậc độ xám thì ảnh màu sẽ có tối đa 2563 = 16777216 màu, đồng nghĩa với việc để mã hóa một pixel trong ảnh màu cần đến 3×8 = 24 bit lưu trữ. Mỗi điểm ảnh tương ứng với một pixel được mô tả bằng hàm số: F(x,y,D) với các biến là tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trị độ xám của nó (D).
Với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vi các số nguyên dương và có thể viết là: 0 < F < Fmax, trong đó Fmax là lượng thông tin tối đa được lưu trữ (Fmax = 256 với ảnh 8 bit). Nếu mô tả một ảnh màu thì mỗi thành phần màu cơ bản (màu đỏ-R, màu lục- G, màu lam-B) của ảnh sẽ được biểu diễn bằng các hàm số ảnh thành phần, tức là: 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.8) b(x,y,Db) Trong đó Dr, Dg, Db là giá trị độ xám tương ứng với ba thành phần màu cơ bản. Như vậy ảnh số là một ma trận giá trị độ xám có n cột và m hàng. Các phần tử của ma trận ảnh số là những điểm ảnh rời rạc với tọa độ của nó được xác định bằng một số nguyên dương nằm giữa (1 n) cột và (1 m) hàng.