Hiệu chỉnh hình học
Trước quá trình phân tích, giải đoán, ảnh vệ tinh cần được nắn chỉnh hình học để hạn chế sai số vị trí và chênh lệch địa hình, sao cho hình ảnh gần với bản đồ địa hình ở phép chiếu trực giao nhất. Kết quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của ảnh. Do vậy, công đoạn nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh rất quan trọng cho các bước phân tích tiếp theo.
Nắn chính: Mục đích của quá trình nắn là chuyển đổi các ảnh quét đang ở toạ độ hàng cột của các pixel về toạ độ trắc địa (toạ độ thực - hệ toạ độ địa lý hoặc toạ độ phẳng). Nhằm thực hiện 3 nhiệm vụ:
1. "Loại trừ" sai số vị trí điểm ảnh do góc nghiêng của ảnh gây ra.
2. "Hạn chế" sai số vị trí điểm ảnh do chênh cao địa hình gây ra.
3. Đưa tấm ảnh về tỷ lệ của bản đồ cần thành lập.
Các bước để nắn chỉnh hình học một ảnh vệ tinh như sau:
- Chọn điểm khống chế nắn ảnh ;
- Kiểm tra sai số trung bình RMS của các điểm khống chế;
- Lựa chọn phương pháp nắn và nhập các thông số cần thiết;
- Tiến hành nắn chỉnh hình học ảnh.
Đây là bước quan trọng nhất trong quá trình thành lập bản đồ số vì nó ảnh hưởng tới toàn bộ độ chính xác của bản đồ sau khi được số hoá dựa trên nền ảnh. Quá trình này được dựa trên toạ độ của các điểm khống chế ảnh.
Tính chất hình học của một ảnh có hệ tọa độ (x,y) chứ không phải hệ tọa độ đo đạc. Để tạo một ảnh theo hệ đo đạc, tức là chuyển đồ hệ tọa độ (x,y) thành một hệ toạ độ tiêu chuẩn (ví dụ như hệ tọa độ UTM hoặc hệ tọa độ State Plane), các điểm từ một bản đồ có các tọa độ tiêu chuẩn phải được liên kết với cùng các điểm đó trên ảnh cần nắn chỉnh. sử dụng các điểm khống chế được xác định để tính toán ma trận chuyển đổi dựa trên đa thức bậc một, hai hay ba và sau đó chuyển đổi các tọa độ ô x,y thành các tọa độ bản đồ cơ bản cho mỗi điểm ảnh trong ảnh. Kết quả là một ảnh kiểu đo đạc với hệ tọa độ được chuyển đổi (tức là một hệ tọa độ khác với trước khi được nắn chỉnh). Một ảnh cần phải được nắn chỉnh để đưa về hệ tọa độ tiêu chuẩn, và nhờ đó có thể được phân tích cùng với các lớp bản đồ khác có cùng tọa độ tiêu chuẩn.
Phương trình chuyển đổi toạ độ có dạng:
Bậc 1: x’ = a0 + a1x + a2 y, (1)
y’ = b0 + b1y + b2 y
Nắn chỉnh bậc một: Ảnh quét được tịnh tiến và co giãn theo trục x và trục y để đưa về tọa độ trắc địa (toạ độ thực - hệ toạ độ địa lý hoặc toạ độ phẳng)
Bậc 2: x’ = c0 + c1x + c2y + c3 xy + c4 x2 + c5 y2 (2)
y’ = d0 + d1x + d2y + d3 xy + d4 x2 + d5 y2
Nắn chỉnh bậc hai: Ngoài yếu tố ảnh quét được tịnh tiến và co giãn theo trục x và trục y thì ảnh quét còn xoay theo trục x và trục y một góc ……. để đưa về tọa độ trắc địa (toạ độ thực - hệ toạ độ địa lý hoặc toạ độ phẳng)
Bậc 3: x’ = g0 + g1x + g2y + g3 xy + g4 x2 + g5 y2 + g6 xy2 + g7 xy2 + g8 x3+ g9 y3 (3)
y’ =h0 + h1x + h2y + h3 xy + h4 x2 + h5 y2 + h6 xy2 + h7 xy2 + h8 x3+ h9 y3
Nắn chỉnh bậc ba: Ngoài yếu tố ảnh quét được tịnh tiến, co giãn và xoay theo trục x và trục y ảnh quét còn xoay theo trục z do có độ nghiêng so với tọa độ trắc địa.
Trong đó, x’, y’ là toạ độ của ảnh chưa nắn, x,y là toạ độ của ảnh nắn.
a0… h9 : là các hệ số của phương trình chuyển đổi.
(Nguồn tin: T/C Đại chính, số 2-4/2006)
Quá trình bay chụp của vệ tinh hoặc máy bay luôn tạo ra các biến dạng về hình học ảnh do các vật bay chụp này thường không thể nào tạo ra được điều kiện lý tưởng là song song, trực giao với mặt đất. Bên cạnh đó, việc thu nhận hình ảnh từ ống kính máy chụp theo phép chiếu phối cảnh cũng tạo ra sai số biến dạng hình học của các đối tượng trên ảnh. Có hai hiện tượng biến dạng chính: Biến dạng hệ thống và biến dạng không hệ thống.
- Biến dạng không hệ thống: Là sự biến dạng không ổn định về mặt hình học, nguyên nhân là do tốc độ bay của máy bay (hoặc vệ tinh), độ cao, góc nhìn của thiết bị, dải quét. Để nắn chỉnh biến dạng không hệ thống, cần có hệ thống điểm kiểm tra dưới mặt đất đối chiếu để xác định chính xác được toạ độ các điểm trên ảnh, đối chiếu với bản đồ và sử dụng các phép nắn chỉnh. Kết quả nắn chỉnh sẽ đưa ảnh về đúng kích thước và vị trí địa lý.
- Biến dạng có hệ thống: nguyên nhân chính là do ảnh hưởng của thiết bị. Quá trình quét và tốc độ gương thay đổi. Như vậy, theo một quy luật đều, các đường quét đều bị biến dạng giống nhau khi so sánh giữa phần trọng tâm và phần hai cánh của ảnh. Một hiện tượng khác là đường quét bị kéo lệch sang một phía. Sự lệch hệ thống đó được gọi là lệch toàn cảnh (Panoramic distortion).
Khắc phục các hiện tượng lệch hệ thống tương đối đơn giản bằng cách nắn hệ thống theo chương trình phầm mềm trong máy tính. Phim ảnh sẽ được in ra sau khi xử lý nắn hệ thống. Ngoài ra để khắc phục hiện tượng biến dạng này, mà nguyên nhân là hệ thống quét ngang, người ta đã chế ra hệ thống quét dọc (như với ảnh SPOT). Tuy nhiên mỗi hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng, khi quét dọc lại có sự biến dạng theo chiều dọc mặc dù có nhỏ hơn.
Sau khi kết thúc quá trình nắn ảnh, ảnh kết quả đạt độ chính xác khá cao. Các đối tượng trên ảnh và bản đồ địa hình sẽ trùng khít với nhau.
