Xử lý học hình ảnh: Nguyên lý quan trọng trong ảnh viễn thám

Xử lý hình học ảnh là một lĩnh vực quan trọng trong trắc địa, tập trung vào việc phân tích, xử lý và hiểu các hình ảnh kỹ thuật số thu được từ các thiết bị đo đạc và cảm biến. Nó kết hợp các phương pháp toán học, xử lý tín hiệu và công nghệ thông tin để trích xuất thông tin chính xác về các đối tượng và địa hình từ hình ảnh. Máy GPS RTK là công cụ hỗ trợ cho công tác đo đạc tốt nhất. Hãy cùng Việt Thanh Group tìm hiểu về xử lý hình ảnh rõ ràng.

>> Tham khảo máy thủy bình hỗ trợ đo đạc

Mục đích của xử lý học hình ảnh trong đo đạc trắc địa

Xử lý hình học ảnh là quá trình điều chỉnh biến dạng của ảnh để đảm bảo rằng các điểm ảnh tương ứng chính xác với vị trí thực của chúng trên mặt đất và phù hợp với hệ tọa độ bản đồ. Mục tiêu của quá trình này là loại bỏ sai số nội sai do đặc điểm hình học của bộ cảm biến và ngoại sai do vị thế của thiết bị và biến đổi địa hình.

Sau khi xử lý hình học, ảnh thực tế sẽ không còn bị biến dạng và sẽ giống như ảnh lý tưởng được thu nhận bởi một bộ cảm biến có thiết kế hình học chính xác và trong điều kiện lý tưởng.

Các biến dạng hình học chủ yếu do nội sai và ngoại sai cần được loại bỏ trước khi sử dụng ảnh cho các mục đích như:

Xác định tọa độ của các đối tượng (điểm, đường, vùng) hoặc tạo ảnh lập thể.
Chồng các ảnh để tích hợp và phân tích ảnh.
Hiển thị ảnh trong môi trường GIS, để ảnh vệ tinh phải được nắn chỉnh theo tọa độ của GIS để tạo ảnh nền cho dữ liệu vector.

>>>Xem thêm: Hệ tọa độ trắc địa là gì

Các phương pháp xử lý học hình ảnh hiện nay

Dưới đây là những phương pháp xử lý ảnh cơ bản:

Phương pháp xử lý ảnh 2 chiều

Trong phương pháp này, giả định rằng không có sự thay đổi địa hình đáng kể trong khu vực xử lý, tức là tỷ lệ giữa độ cao mặt đất và độ cao chụp không vượt quá 1/1000. Đối với các ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình, sự thay đổi địa hình ảnh hưởng không đáng kể, do đó có thể xem mặt đất như phẳng để nhập tọa độ.

Vị trí của pixel trên ảnh được nhận dạng bằng chỉ số hàng (i) và cột (j). Mối quan hệ giữa hệ tọa độ ảnh và hệ tọa độ bản đồ (x, y) được tính qua hàm chuyển đổi từ (i, j) sang (x, y). Khi các tham số của hàm chuyển đổi được xác định từ các điểm khống chế mặt đất, tọa độ địa lý của từng pixel trên ảnh có thể được xác định.

Ví dụ về hàm chuyển đổi: x = 3 + 5i và y = -2 + 2.5j. Nếu tọa độ pixel trên ảnh là (5, 8), thì tọa độ trên bản đồ là (28, 18). Ảnh được chuyển đổi hình học được gọi là ảnh tham chiếu địa lý, cho phép lưu trữ và cập nhật trên dữ liệu bản đồ thông qua số hóa để chuyển đổi từ Raster sang Vector, đóng vai trò quan trọng trong việc tích hợp và phân tích dữ liệu GIS và viễn thám.

Kỹ thuật chuyển đổi tọa độ trong xử lý hình học ảnh 2 chiều

Chọn hàm chuyển đổi:

Hàm chuyển đổi thường là hàm đa thức, chọn tùy thuộc vào mức độ biến dạng của ảnh. Đối với ảnh vệ tinh, đa thức bậc 3 thường đủ, trong một số trường hợp chỉ cần đa thức bậc 1. Ví dụ với đa thức bậc 1 (đòi hỏi 6 tham số) để chuyển đổi từ (i, j) sang (x, y).

Xác định tham số chuyển đổi:

Các điểm khống chế mặt đất (GCP) được chọn rõ ràng cả trên ảnh và trên bản đồ địa hình để xác định tham số chuyển đổi. Số lượng và phân bố của các điểm GCP ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả chuyển đổi.

Chọn điểm khống chế (GCP):

Số lượng điểm khống chế phải nhiều hơn số tham số cần xác định và phân bố đều trên ảnh (thường ở 4 góc ảnh). Khi tăng số điểm khống chế và phân bố đều, quá trình chuyển đổi sẽ chính xác hơn.

Kỹ thuật nội suy và tái chia mẫu

Ảnh sau khi chuyển đổi sẽ có sự thay đổi về vị trí, do đó giá trị hiển thị của pixel cần phải được tính toán lại. Phương pháp nội suy và tái chia mẫu nhằm xác định giá trị hiển thị của pixel trên ảnh hiệu chỉnh từ các giá trị của pixel trên ảnh gốc.

Chiếu từ ảnh hiệu chỉnh về ảnh gốc.

Các kỹ thuật tái chia mẫu thường được sử dụng bao gồm:

Nearest Neighbor: Phương pháp đơn giản, nhanh chóng, loại bỏ các giá trị thừa với sai số hình học tối đa là 1/2 pixel. Tuy nhiên, ảnh tạo thành không mượt mà và có độ tương phản cao.

Bilinear: Nội suy tuyến tính dựa trên 4 pixel xung quanh, tạo ảnh có độ trơn mịn hơn và ít tương phản.

Cubic Convolution: Nội suy dựa trên 16 pixel xung quanh, cho kết quả tốt nhất nhưng có tốc độ chậm hơn.

>>>Xem thêm: Phần mềm xử lý ảnh viễn thám

Ứng dụng của xử lý học hình ảnh trắc địa

Xử lý hình học ảnh trong trắc địa đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập, phân tích và sử dụng dữ liệu địa lý. Dưới đây là một số ứng dụng chính của xử lý hình học ảnh trong lĩnh vực này:

Xác định tọa độ chính xác

Hiệu ứng chỉnh hình học: Xử lý hình học ảnh giúp loại bỏ các biến dạng và sai số từ ảnh chụp, đảm bảo rằng các điểm ảnh phản ánh chính xác tọa độ thực tế của chúng trên mặt đất.
Tạo bản đồ chính xác: Bằng cách hiệu chỉnh hình học, các ảnh vệ tinh hoặc ảnh máy bay có thể được chuyển đổi để phù hợp với hệ tọa độ bản đồ, tạo ra các bản đồ chính xác cho các ứng dụng khác nhau.

Tích hợp dữ liệu địa lý

Chồng lên các ảnh: Xử lý hình học ảnh cho phép chồng các ảnh chụp từ nhiều nguồn khác nhau để tích hợp thông tin, giúp tạo ra các bản đồ và mô hình 3D chi tiết của khu vực nghiên cứu.
Dữ liệu GIS: Tạo ảnh tham chiếu địa lý để tích hợp vào hệ thống thông tin địa lý (GIS), hỗ trợ phân tích không gian và quản lý dữ liệu địa lý hiệu quả.

Phân tích địa hình địa chất

Tạo mô hình địa hình: Xử lý hình học ảnh giúp tạo ra các mô hình số của địa hình (DEM) từ ảnh vệ tinh hoặc ảnh chụp máy bay, hỗ trợ phân tích địa hình và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế công trình.
Phân tích biến đổi địa hình: Giúp theo dõi và phân tích sự biến đổi địa hình theo thời gian, như xói mòn đất, thay đổi trong việc sử dụng đất, và tác động của thiên tai.

Quản lý giám sát hạ tầng

Theo dõi công trình xây dựng: Xử lý hình học ảnh cho phép theo dõi tiến độ và tình trạng của các công trình xây dựng, từ đường giao thông đến các công trình hạ tầng quan trọng khác.
Giám sát môi trường: Giúp theo dõi và quản lý các yếu tố môi trường như mức nước, rừng và sử dụng đất, hỗ trợ việc lập kế hoạch và quản lý bền vững.

Ứng dụng trong quy hoạch và phát triển

Lập kế hoạch đô thị: Xử lý hình học ảnh cung cấp dữ liệu chính xác cho việc thiết kế cơ sở hạ tầng.
Đánh giá tài nguyên: Cung cấp thông tin chi tiết về tài nguyên thiên nhiên và phân bố đất đai, hỗ trợ các quyết định về khai thác và bảo tồn.

Một số thương hiệu nổi bật của máy thủy bình như máy thủy bình Hi-Target, máy thủy bình Satlab….Các sản phẩm nổi bật như máy thủy bình Satlab SAL32, máy thủy bình Leica NA320, máy thủy bình điện tử Sokkia SDL30. Ngoài ra, Việt Thanh Group có dịch vụ cho thuê thiết bị đo đạc uy tín.

Công cụ hỗ trợ công tác đo đạc bản đồ như máy GPS RTK, máy toàn đạc điện tử đang được cung cấp ở Việt Thanh.

>>>Xem thêm: Phần mềm trắc địa cho Iphone

Học xử lý hình học ảnh yêu cầu sự kiên nhẫn, kỹ năng phân tích và sự hiểu biết sâu rộng về các công cụ và kỹ thuật. Với các khóa học, tài liệu học tập và các công cụ phần mềm hỗ trợ, người học có thể nắm bắt và áp dụng các kỹ thuật xử lý hình ảnh vào thực tế, góp phần vào sự phát triển của công nghệ và cuộc sống hiện đại.

Nếu bạn đang tìm kiếm thông tin chi tiết về xử lý học hình ảnh trong lĩnh vực trắc địa, Việt Thanh Group là nguồn tài liệu đáng tin cậy để bạn tham khảo. Tại đây, bạn sẽ được cung cấp các kiến thức chuyên sâu và cập nhật nhất về các phương pháp và kỹ thuật xử lý hình học ảnh, giúp bạn nắm vững các quy trình và ứng dụng trong công việc đo đạc và phân tích dữ liệu.