Tài liệu [123doc] bai giang co so do anh

MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG Đo ảnh hay còn được gọi là Trắc địa ảnh nghiên cứu các phương pháp thành lập bản đồ bề mặt Trái đất từ các tấm ảnh được chụp trên các phương tiện bay khác nhau. Tập hợp các quá trình biến đổi các tấm ảnh chụp miền thực địa thành bản đồ được gọi là phương pháp đo vẽ ảnh. Trong đó bao gồm các loại công tác cơ bản: chụp ảnh hàng không, công tác trắc địa, và công tác đo vẽ ảnh. Trắc địa ảnh được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân và quốc phòng, là một trong những phương pháp cơ bản nhất của Trắc địa địa hình, bởi vì nó luôn đáp ứng đầy đủ đuợc những yêu cầu ngày càng cao về nội dung bản đồ trên một diện tích rộng lớn. Phương pháp đo vẽ ảnh cho phép thành lập bản đồ của miền thực địa chi tiết và chính xác trong một khoảng thời gian ngắn với chi phí tài lực và nhân lực nhỏ nhất. Bản chất của phương pháp đo ảnh là phương pháp đo vật lý gián tiếp nhằm xác định trạng thái hình học của đối tượng đo bao gồm: vị trí không gian, hình dáng kích thước và mối quan hệ tương hỗ của các đối tượng đo thông qua hình ảnh của chúng được ghi nhận trên ảnh. Phương pháp đo ảnh là một trong những phương pháp viễn thám hiện đại trong lĩnh vực khoa học Trắi đất với hai quá trình cơ bản: 1. Quá trình thu nhận hình ảnh hoặc các thông tin ban đầu của đối tượng đo 1 trong thời điểm xác định với nhiều phương thức ghi nhận khác nhau, như: ghi nhận khả năng phản xạ phổ của đối dưới dạng hình ảnh trên các vật liệu cảm quang, dưới dạng ảnh số trên màn CCD, dưới dạng số bằng các thiết bị quét điện tử, quét quang cơ…Trong đó thiết bị kỹ thuật sử dụng để ghi nhận hình ảnh có thể là máy chụp ảnh quang cơ, máy chụp ảnh số, thiết bị quét… được đặt trên các phương tiện bay khác nhau như Tàu vũ trụ, vệ tinh, máy bay, kinh khí cầu, bóng thám không; hoặc đặt trực tiếp ngay trên mặt đất . 2. Qúa trình dựng lại và đo đạc trực tiếp trên ảnh chụp, hay trên mô hình của đối tượng đo được xây dựng từ các tấm ảnh chụp, hoặc từ các thông tin thu được, có thể thực hiện theo các phương pháp sau: - Phương pháp tương tự - Phương pháp giải tích - Phương pháp số Trên các mô hình được xây dựng từ các tấm ảnh chụp theo tỷ lệ thu nhỏ nào đó, người ta hoàn toàn có thể thu được các số liệu và thông tin cần thiết đáp ứng các nhu cầu đo đạc. Để có thể đo đạc các đối tượng trên ảnh đơn hay trên mô hình lập thể được xây dựng từ cặp ảnh lập thể, phải tiến hành các công tác đo nối và tăng dày khống chế ảnh. Trên cơ sở sử dụng toạ độ, độ cao của các điểm khống chế ảnh tiến hành nắn ảnh để tạo bình đồ ảnh (trong phương pháp đo ảnh đơn), hay định hướng tuyệt đối mô hình lập thể (trong phương pháp đo ảnh lập thể) trong hệ toạ độ trắc địa. Nội dung mô tả của bản đồ được hoàn thiện dựa vào kết quả đoán đọc điều vẽ ảnh. Sản phẩm của trắc địa ảnh rất đa dạng. Thành quả có thể là sơ đồ ảnh, bình đồ ảnh, bản đồ ảnh và bản đồ gốc…Thành quả cũng có thể là bản đồ hiện trạng, bản đồ chuyên đề, mô hình số địa hình hoặc dưới dạng các lớp thông tin để xây dựng cơ sở dữ liệu cho Hệ thông tin địa lý (GIS) hay Hệ thông tin đts đai (LIS). Chương 1. CƠ SỞ CỦA CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG 1.1. Khái niệm về chụp ảnh hàng không 1.1.1. Khái niệm chung về quá trình chụp ảnh Chụp ảnh là quá trình ghi nhận hình ảnh các đối tượng bằng ánh sáng trên bề mặt của một loại vật liệu đặc biệt, được gọi là vật liệu cảm quang. Thiết bị kĩ thuât được sử dụng để xây dựng hình ảnh quang học của đối tượng chụp lên mặt phẳng nhận ảnh, được gọi là máy chụp ảnh. Ảnh của đối tượng chụp được xây dựng theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm; với tâm chiếu hình là quang tâm của hệ thống kính vật máy chụp ảnh. Không gian ở phía trước thấu kính hay trước kính vật mà ở đó có đối tuợng được gọi là không gian vật. Không gian ở phía sau thấu kính hay kính vật mà ở đó có ảnh của đối tượng được gọi là không gian ảnh. Quan hệ giữa khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và từ vật đến thấu kính được xác định theo công thức cơ bản của thấu kính: 1 1 1 + = a b f Ở đây: ; (1.1) a là khoảng cách từ vật đến mặt phẳng chính trước; b là khoảng cách từ ảnh đến mặt phẳng chính sau; 2 Mặt phẳng vật Mặt nhận ảnh H H’ F F’ S S’ f a b Không gian ảnh Không gian vật Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Chụp ảnh là một trong những phương pháp viễn thám phương pháp nghiên cứu môi trường từ xa, là một công nghệ xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ được ghi nhận dưới dạng hình ảnh. Bức xạ địên từ truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của trường điện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật chất. Quá trình lan truyền của sóng điện từ tuân theo đinh luật Maxwel. Bức xạ điện từ có tính chất sóng và tính chất hạt. Tính chất sóng được xác định bởi bước sóng, tần số và tốc độ lan truyền sóng trong môi trường. Tính chất hạt được mô tả theo các tính chất của quang lượng tử hay photon. Bức xạ điện từ có 4 tính chất cơ bản là: tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực. Bốn tính chất đó liên quan tới các nội dung thông tin khác nhau đượcdùng để khai thác thông tin về đối tượng. Ví dụ: bước sóng dùng để xác định màu sắc; tần số có thể được dùng để xác định vận tốc chuyển động của vật thể dựa trên hiệu ứng Doppler; hướng lan truyền được sử dụng để xác định cấu trúc của đối tượng; biên độ thể hiện mức độ sáng tối của vật thể và được sử dụng như những phần tử giải đoán ảnh cơ bản, mặt phân cực được sử dụng để xác định hình dạng của vật thể bởi lẽ ánh sáng phản xạ trên các bề mặt tương tự nhau sẽ cho các chùm tia có mặt phân cực giống nhau. Tính chất sóng được mô tả thông qua biểu thức: λ = v/f (1.2) Sóng điện từ lan truyền với vận tốc v ≈ 3.108 m/s. Tính chất hạt được mô tả trong các định luật của quang học lượng tử. Sóng điện từ được coi như các lượng tử, năng lượng E của nó được xác định theo biểu thức: E = h.F ; trong đó: h là hằng số Plank và F là tần số dao động. Dải phổ sử dụng trong chụp ảnh bắt đầu từ vùng cực tím (0.3-0.4µm), vùng ánh sáng nhìn thấy (0.4-0.7µm), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt. Các sóng hồng ngoại gần mới được sử dụng gần đây trong phân loại thạch học; sóng hồng ngoại nhiệt được sử dụng để đo nhiệt, phát hiện đối tượng bằng bức xạ nhiệt; sóng Micro mét được sử dụng trong kỹ thuật Rada Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm này là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung µm cấp một bức xạ có bước song ưu thế chủ yếu ở 0,5 . Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy có độ rõ nét cao, gần với tư duy quen thuộc của con người, 3 phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Vì vậy các thông tin về đối tượng về bề măt trái đất có thể xác định từ các phổ phản xạ. Tuy nhiên Rada sử dụng tia Laze là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng bức xạ của mặt trời. Mắt người chỉ có khả năng thụ cảm các bức xạ có bước sóng từ 0.40 đển 0.76 µm µm còn ở các vùng phổ khác là rất nhỏ. Do vậy vùng phổ từ 0.40 – 0.76 được gọi là vùng phổ nhìn thấy. Vùng phổ nhìn thấy được chia ra 7 dải phổ hẹp, với màu và bước sóng cụ thể như sau: µm Đỏ: 0.65 Da cam: 0.60 Vàng: 0.58 µm µm µm ; Lam: 0.47 ; Chàm : 0.43 ; Tím : 0.41 ; µm µm µm ; Lục: 0.52 ; Ánh sáng được gọi là đơn sắc nếu bước sóng của nó có chiều dài xác định của một phổ nào đó trong phạm vi hẹp. Sự thay đổi hóa tính của vật chất do nó hấp thụ năng lượng bức xạ của mặt trời gọi là phản ứng quang hóa. Một trong những vật chất có thể có khả năng cảm thụ năng lượng bức xạ mạnh nhất là các Halogen Bạc; và khi hấp thụ, thành phần vật chất của chúng thay đổi. Do vậy người ta đã sử dụng Halogen Bạc để chế tạo các loại vật liệu cảm quang dùng trong chụp ảnh. Khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của mắt người và của các loại vật liệu cảm quang trong vùng phổ của ánh sáng nhìn thấy, đang sử dụng hiện nay trong chụp ảnh được so sánh tương đối bằng các đồ thị cảm thụ dưới đây. Mối quan hệ giữa sự biến đổi quang hóa trong những vật chất hấp thụ năng lượng bức xạ được Grotgux phát hiện đầu tiên vào năm 1818. Định luật đầu tiên về quang hóa do ông phát hiện là: Tia sáng chỉ có thể gây nên sự thay đổi hóa tính trong vật chất khi tia sáng đó bị vật chất hấp thụ. Tiếp theo là những định luật của Anhsstanh về đương luợng quang hóa: Mỗi một lượng tử của năng lượmg bức xạ được vật chất hấp thụ sẽ làm thay đổi hóa tính của một phân tử chất đó. Định luật Bungien-Rosco về quan hệ tương hỗ: Sự biến đổi quang hóa được xác định bằng tích số giữa cường độ ánh sáng và khoảng thời gian mà ánh sáng tác dụng lên vật chất. H = E.t ; (1.3) 1.1.2. Khái niệm về chụp ảnh hàng không Chụp ảnh hàng không là quá trình chụp ảnh một phần bề mặt Trái đất từ không trung. Trong đó, máy chụp ảnh được đặt trên các phương tiện bay, như máy bay, kinh khí cầu..., nhưng chủ yếu hiện nay vẫn là máy bay. Trong quá trình chụp ảnh, máy chụp ảnh tham gia chuyển động cùng với phương tiện bay. 4 Khoảng cách từ máy chụp ảnh tới bề mặt chụp được gọi là độ cao bay chụp ảnh. Do bề mặt Trái đất là mặt cong, địa hình cao thấp khác nhau, nên độ cao bay chụp thường lấy là độ cao bay chụp ảnh trung bình. Đó là khoảng cách tính từ máy chụp ảnh tới mặt phẳng thủy chuẩn trung bình của khu vực chụp (Htb). Do tham gia chuyển động cùng máy bay, và do ảnh hưởng rung lắc của máy bay, nên ảnh chụp thường bị nghiêng một góc α 0 nào đó. Chính vì thế, mặt phẳng ảnh không song song với mặt phẳng thủy chuẩn trung bình, và tỷ lệ trện một tấm ảnh chụp cũng không đồng nhất; các tấm ảnh chụp kề nhau có tỷ lệ khác nhau. Do vậy trong chụp ảnh hàng không người ta sử dụng khái niệm tỷ lệ chụp ảnh trung bình. Tỷ lệ ảnh chụp là hệ số thu nhỏ kích thước của hình ảnh trên so với kích thước thực của đối tượng trên thực địa. Từ hình .. ta có: f 1 l = = k m a L H bc ; (1.4) Trong quá trình chụp ảnh, máy chụp ảnh tham gia chuyển động cùng với máy bay. Do ảnh hưởng của chuyển động của máy bay, độ rung của động cơ, nên ở thời điểm lộ quang, trục quang chính của máy chụp ảnh không thể trùng với đường dây dọi được. Điểu đó có nghĩa mặt phẳng ảnh không song song với mặt phẳng thủy chúẩn trung bình của miền thực địa. Cũng vì vậy mà tỷ lệ của ảnh chụp là hàm số của độ cao bay chụp Hbc, tiêu cự kính vật máy ảnh f k , còn khi chụp nghiêng ngoài H bc và f k ra tỷ lệ ảnh còn phụ thuộc vào góc nghiêng của trục quang so với đường dây dọi α0 và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh. Vì vậy: l = F(H, f , α 0 , y) m (1.5) 1.1.3. Các dạng chụp ảnh chuyên dụng khác Ở các phần trước đã trình bày chi tiết về dạng chụp ảnh quang học, là phương thức chụp ảnh được thực hiện nhờ các máy ảnh có hệ thống ống kính quang học đặt trên mặt đất hoặc đặt trên máy bay. Vật liệu ghi nhận hình ảnh là vật liệu cảm quang - phim ảnh. Sau khi chụp xong, phim ảnh được xử lý hóa ảnh và thực hiện các khâu in phóng tiếp theo. Tùy thuộc vào vật liệu cảm quang dùng để ghi nhận hình ảnh mà chia ra chụp ảnh toàn sắc đen trắng, chụp ảnh màu, chụp ảnh màu quang phổ, chụp ảnh hồng ngoại, chụp ảnh đa phổ... Ngoài dạng chụp ảnh quang học này còn có các dạng chụp ảnh khác như chụp ảnh vô tuyến, chụp ảnh quang - vô tuyến, quét ảnh, chụp ảnh hồng ngoại nhiệt, chụp ảnh radar, chụp ảnh vi sóng. Các thiết bị ghi hình được lắp đặt trên các phương tiện bay, là các con tàu vũ trụ hay các vệ tinh… - Chụp ảnh vô tuyến: hình ảnh được thu chụp bằng máy quay vô tuyến, hình ảnh được gửi bằng kênh sóng vô tuyến về mặt đất. - Chụp ảnh quang - vô tuyến: hình ảnh chụp được như dạng ảnh quang học, xử lý hóa ảnh ở trên tàu, sau đó được mã hóa và gửi về mặt đất bằng kênh liên lạc vô tuyến. - Quét ảnh: là phương pháp thu chụp mà hình ảnh thu nhận bao gồm các điểm ảnh liên tiếp được truyền tới bộ cảm nhận tín hiệu từ một gương quay quét hình ảnh 5 đối tượng cần chụp theo chiều vuông góc với phương chuyển động của vệ tinh. Hình ảnh nhận được dưới dạng băng liên tục. - Chụp ảnh hồng ngoại nhiệt: thực hiện ở dải sóng hồng ngoại nhiệt, hình ảnh ghi lại sự bức xạ nhiệt của địa vật. Các vật có nhiệt độ thấp sẽ có ảnh tông màu sáng, các vật có nhiệt độ cao hơn sẽ có ảnh tông màu thẫm tới đen. - Chụp ảnh radar: thực hiện bằng phương pháp chủ động phát các tia sáng vô tuyến cực ngắn và thu lại sóng phản xạ từ vật bằng các máy thu phát đặt trên vệ tinh. Phương pháp chụp ảnh radar cho phép chụp trong mọi thời tiết và bất kỳ thời gian nào trong ngày. - Chụp ảnh vi sóng: là phương pháp ghi nhận bức xạ các tia sóng của bề mặt trái đất được tự phát xạ từ các thành phần vật chất khác nhau. 1.2. Thiết bị kỹ thuật sử dụng trong chụp ảnh hàng không 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tọa của máy chụp ảnh hàng không Máy chụp ảnh hàng không là máy chụp ảnh kĩ thuật, được sử dụng để chụp ảnh bề mặt địa hình của trái đất, phục vụ cho nghiên cứu bề mặt địa hình, cho việc đo vẽ bản đồ địa hình, bản đồ địa chính hay các loại bản đồ chuyên đề khác. Máy chụp ảnh hàng không là một thiết bị điện, quang và cơ phức tạp có độ chính xác cao, tính ổn định lớn. Nó có đặc tính giống như một thiết bị đo đạc với độ chính xác cao. Trên hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung của các máy chụp ảnh hàng không đang được sử dụng hiện nay. Thân máy chụp ảnh I được làm bằng hợp kim nhôm nhẹ có độ bền cao, nó là phần chính của máy chụp ảnh hàng không. Thân máy chụp ảnh gồm vỏ máy và phần hình nón 1. Tại vị trí tiêu diện của kính vật máy chụp ảnh có lắp khung ép phim 5 với các mấu tọa độ (số lượng mấu khung toạ độ từ 4 trở lên). Trong thân máy ảnh có bộ phận phân phối IV truyền chuyển động đến cửa chớp nhanh, đến casset để điều khiển chuyển động của phim chụp (vật liệu cảm quang), cũng như đến các thiết bị kĩ thuật phụ trợ khác. 6 Hình 1.2.Sơ đồ nguyên lý cáu tạo của máy chụp ảnh hàng không Trong phần hình nón người ta lắp hệ thống kính vật 3 và cửa chớp nhanh 4. Ở trước kính vật thường có lắp kính lọc màu 9 để giảm bớt ảnh hưởng của lớp mù khí quyển đến chất lượng ảnh chụp. Phần dưới của máy chụp ảnh hàng không có lắp nắp kính bảo vệ 10, dùng để bảo vệ hệ thống quang học của máy ảnh và triệt tiêu ánh sáng tán xạ. Ngoài ra nó còn có tác dụng bảo vệ phần dưới hệ thống quang học không bị hư hỏng. Một phần quan trọng khác của máy chụp ảnh hàng không là casset II. Phần lớn các máy chụp ảnh hàng không hiện nay đều chụp bằng phần mềm, bởi vậy casset có bộ phận để chuyển dịch phim mềm 6 khi chụp ảnh theo kích thước xác định từ ống nhả 14 đến ống cuốn 15 cũng như để đặt phim vào mặt phẳng tiêu điểm của hệ thống kính vật, và ép phẳng phim bằng bàn tấm ép 7 trước khi lộ quang. Việc ép phẳng phim hàng không trong các máy chụp ảnh hiện nay được tiến hành theo phương pháp ép phẳng chân không hay phương pháp cơ học. Để ép phẳng phim trong phương pháp ép phẳng chân không người ta tạo ra một độ chênh lệch áp suất không khí trước phim mềm và giữ phim mềm với tấm ép phẳng10. Muốn vậy người ta sử dụng ống phóng hoặc máy nén khí, để tạo ra độ chênh khí áp. Để ép phẳng phim theo phương pháp cơ giới, người ta dùng bàn ép 7, có tác dụng ép chặt phim lên trên tấm kính phẳng đặt ở tiêu diện sau của hệ thống kính vật máy chụp ảnh. Một phần quan trọng nữa của máy chụp ảnh hàng không là giá đặt máy ảnh III. Giá đỡ thực hiện các chức năng: để gắn máy chụp chụp ảnh vào máy bay bằng các bộ phận giảm xóc 2 và dùng để đặt trục quang chính của hệ thống kính vật máy chụp ảnh ở vị trí cần thiết, để định hướng máy chụp ảnh so với hướng bay và giảm bớt ảnh hưởng chấn động của máy bay. Việc điều khiển các hoạt động của máy chụp ảnh được thực hiện bằng các hệ thống thiết bị tự động. Nhờ đó, các bộ phận của máy chụp ảnh, các thiết bị kĩ thuật phụ trợ hoạt động đồng bộ, thống nhất như: đóng và mở của chớp nhanh, điều chỉnh tốc độ làm việc của chúng hoặc thay đổi khoảng thời gian giữa các chu kỳ, vận chuyển phim chụp... Thiết bị điều khiển tự động IV liên kết với máy chụp ảnh bằng dây dẫn hữu tuyến hoặc vô tuyến. Mặt phẳng ép phim để nhận ảnh thường có dạng hình vuông, kích thước của nó chính làcỡ ảnh chụp. Hiện nay máy chụp ảnh hàng không được sử dụng để chụp ảnh với các cỡ: 18x18, 23x23, 30x30cm. Các cạnh của mặt phẳng ép phim được viền kim loại. Ở giữa các cạnh vfa ở các góc có gắn các mấu khung tọa độ. 7 Hình 1.3. Các nguyên tố định hướng trong của máy chụp ảnh Khi nối các mấu khung tọa độ trên các cạnh đối diện nhau, được hệ thống tọa độ phẳng vuông góc o’xy (h.1.3.). Trong hệ tọa độ này, hình chiếu của quang tâm hệ thống kính vật là o, có tọa độ là x0 và y0; khoảng cách từ o tới quang tâm chính là tiêu cự fk của hệ thống kính vật. Các đại lượng x 0, y0, fk được gọi là các nguyên tố (yếu tố) định hướng trong của máy chụp ảnh hay của ảnh chụp. 1.2.2. Các loại máy chụp ảnh hàng không a. Máy chụp ảnh AFA - TE Những máy chụp ảnh AFA - TE do Liên Xô (cũ) chế tạo là loại máy chụp ảnh hàng không hoạt động bằng diện dùng cho chụp ảnh địa hình có các loại với tiêu cự f k = 70, 100, 140 và 200mm. Khả năng phân biệt R của ảnh ở giữa ảnh khoảng 40 50mét/mm và ở rìa ảnh khoảng 20 - 25mét/mm. Méo hình kính vật còn lại là 20 µm. Cửa chớp nhanh của loại máy ảnh này chủ yếu là loại cửa chớp nhanh trung tâm có phạm vi lộ quang thay đổi từ 1/80 - 1/1000 s. Các máy này đều có thể lắp vào giá máy chụp ảnh có thiết bị ổn định con quay để đưa trục quang máy chụp ảnh trong lúc lộ quang về vị trí thẳng đứng với góc lệch nhỏ hơn 60'. Ngoài ra kèm theo máy chụp AFA - TE còn máy đo cao vô tuyến dùng để đo độ cao bay chụp H bcvới độ chính xác khoảng 1,2m - 2,0m và máy đô độ chênh cao bay chụp C.5l. b. Hệ thống máy chụp ảnh RMK.TOP Hệ thống máy chụp ảnh RMK.TOP là một trong những máy chụp ảnh hiện đại nhất thế giới do hãng Carl Zeiss (CHLB Đức) chế tạo. Hệ thống máy RMK.TOP bao gồm: - Máy chụp ảnh RMK.TOP 15 với kính vật góc rộng Pleogon A 3 4/153 có sai số méo hình ≤ 3µm; - Máy chụp ảnh RMK.TOP 30 với kính vật góc thường Topar A.3 5,6/305 có sai số méo hình ≤ 3µm; - Bộ điều khiển trung tâm T - CU có bộ phận vi xử lý; - Bộ T-TL với máy vi tính compact để điều khiển và kiểm tra máy chụp ảnh; - Hộp dựng phim T.MC với bộ phận chống nhòe do chuyển động của máy bay FMC có thể chuyển dịch phim liên tục trong casset về phía trước trong thời gian lộ quang với vận tốc từ 0 đến 64 mm/gy theo đúng giá trị V/h và tiêu cực máy chụp ảnh; - Giá máy chụp ảnh có thiết bị ổn định con quay T.AS có thể đưa trục quang máy chụp ảnh khi lộ quang về vị trí thẳng đứng với góc lệch ±30'; - Thiết bị dẫn đường bằng mắt hay dẫn đường tự động và bộ tự động điều khiển độ phủ của ảnh nhờ việc đo V/h; - Hệ thống điều khiển bay chụp T-FLIGHT. 8 Hình 1.4. Hệ thống máy chụp ảnh RMK TOP 15. Máy chụp ảnh RMK.TOP kết hợp với máy thu GPS đặt trong máy bay cho phép xác định chính xác tọa độ tâm chụp cũng như dẫn đường bay và điều khiển máy ảnh làm việc. Hiện nay ở nước ta Công ty Đo đạc ảnh địa hình (Bộ TN & MT) có trang bị máy chụp ảnh này. c. Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30 Hãng Leica (Thụy Sĩ) là một trong những hãng nổi tiếng về chế tạo máy chụp ảnh hàng không. Hãng đã sản xuất máy chụp ảnh hàng không từ năm 1925. Wild RC30 là xêri mới nhất của hệ thống chụp ảnh này. Hệ thống Wild RC-30 bao gồm - Máy chụp ảnh Wild RC-30 với các kính vật SAG f=38mm, UAG f=153mm và NATO f=303mm có phạm vi làm việc của vành chắn sáng từ f/4 đến f/22; - Hộp đựng phim với bộ phận chống nhòe do chuyển động của máy bay FMC cho phép chụp được những tấm ảnh rõ nét ngay cả khi bay chụp tỷ lệ lớn với máy bay có tốc độ cao. - Giá máy chụp ảnh với thiết bị ổn định con quay Wild PAV-30 cho phép đưa trục quang máy chụp ảnh trong khi lộ quang về vị trí thẳng đứng với góc lệch nhỏ hơn 12'. Nhờ thiết bị này nên độ nhòe do rung động của máy bay được giảm từ 134µm đến 4µm (ở tâm ảnh) và từ 209µm đến 6µm (ở rìa ảnh); - Bộ điều khiển bay chụp với hệ thống ASCOT (hệ thống dẫn đường bay nhờ GPS để xác định tọa độ tâm chụp) dùng để dẫn đường bay tự động và xác định tọa độ tâm chụp. Hiện nay ở nước ta Cục Bản đồ Quân đội trang bị máy chụp ảnh Wild RC30. Một số máy ảnh chụp ảnh hàng không dùng trong công tác chụp ảnh để lập bản đồ địa hình Loại máy Các đặc trưng cơ bản của Loại Phạm vi lộ Sai số Cỡ CAHK kính vật cửa quang méo phim 9 Khả năng phân biệt Tiêu Loại của kính chớp cự f kính vật vật nhanh (mm) mét/mm (tâm - rìa) AFA-TE 70C Ruxar- 70 25-12 trung 29 tâm AFA-TE 100M Ruxar- 100 35-15 trung 44 tâm AFE-TE 140M Ruxar- 140 36-20 trung 43 tâm AFE-TE 200M Ruxar- 200 40-25 trung Plazmat tâm AFE-TEC 7M Ruxar- 70 65-25 trung 80 tâm AFE-TEC Ruxar- 100 60-22 trung 10M 71 tâm RC 30 SAG 88 trung tâm RC 30 UAG 153 trung tâm RC 30 NATO 303 trung tâm RMK.TOP 15 Pleogon 153 trung A3 tâm RMK.TOP 35 Topar 305 trung A3 tâm (giây) hình (cm) 1/50-1/440 20µm 18x18 1/80-1/240 20µm 18x18 1/30-1/120 20µm 18x18 1/80-1/240 20µm 18x18 1/70-1/700 20µm 18x18 1/70-1/700 20µm 18x18 1/1001/1000 1/1001/1000 1/1001/1000 1/50-1/500 - 23x23 - 23x23 - 23x23 1/50-1/500 ≤ 3µm 23x23 ≤ 3µm 23x23 1.3. Các dạng chụp ảnh hàng không 1.3.1. Phân loại theo vị trí trục quang của máy chụp ảnh Nhìn chung, việc chụp ảnh hàng không có thể tiến hành ở các vị trí khác nhau của trục quang chính của máy ảnh so với đường dây dọi. Góc α0 tạo giữa trục quang và đường dây dọi có thể thay đổi trong phạm vi từ 0 0 đến 900. Trong quá trình chụp ảnh, máy ảnh được đặt trên máy bay và tham gia chuyển động cùng máy bay, cho nên vị trí của nó không ổn định. Do vậy góc α thực tế luôn luôn khác với góc α0 đã thiết kế trước, một lượng ∆α: α = α0 ± ∆α (1.6) Nếu phương của trục quang khi chụp ảnh thẳng đứng tức là α 0 = 0 mà chấn động ngẫu nhiên ∆α ≤ 30 thì ta sẽ chụp được tấm ảnh bằng và cách chụp ảnh như thế gọi là chụp bằng. Trình độ kỹ thuật hiện nay chưa cho phép chụp ảnh với vị trí trục quang hoàn toàn thẳng đứng khi máy bay đang bay. Thực tế độ chính xác của việc cân bằng máy chụp ảnh khi không dùng giá máy có thiết bị ổn định con quay chỉ đạt được ±10 - 20, 10 trong một số trường hợp bị giảm xuống ±30. Nếu dùng thiết bị lái máy bay tự động, độ lệch trục quang máy chụp ảnh có thể được giảm nhỏ đến ±0,5 - 1,00. Việc ổn định trục quang máy chụp ảnh hàng không ở vị trí thẳng đứng tốt nhất được thực hiện nhờ giá máy có thiết bị ổn định con quay. Hiện nay ở các máy chụp ảnh hàng không hiện đại như các loại AFA TE, RC.30, MRK.TOP đều có sử dụng giá ổn định con quay có khả năng giảm nhỏ độ lệch trục quang máy chụp ảnh chỉ còn 12' - 30'. Chụp ảnh, mà trục quang lệch với đường dây dọi một góc nào đó, tức α 0 ≠ 0 0 ; nhưng ∆α ≤ 30, gọi là chụp ảnh nghiêng và tấm ảnh chụp được gọi là ảnh nghiêng., còn khi ∆α ≥ 30 gọi là chụp ảnh phối cảnh Với quan điểm hình học thì tất cả các dạng chụp bằng và chụp nghiêng, chụp ảnh phối cảnh đều là kết quả của phép chiếu xuyên tâm; với tâm chiếu hình chính là quang tâm S của hệ thống kính vật máy chụp ảnh. Việc chụp ảnh hàng không để thành lập bản đồ địa hình chủ yếu sử dụng phương thức chụp ảnh bằng. 1.3.2. Phân loại theo vị trí trục quang của máy chụp ảnh Theo tỷ lệ của ảnh chụp người ta chia ra 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 H bc, 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 so với đường dây dọi α0 và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh. Vì vậy: l = F(H, f , α 0 , y) m ; (1.7) Thường thường tỷ lệ trung bình của ảnh chụp lớn hơn 1: 10.000 gọi là ảnh tỷ lệ lớn; từ 1: 10.000 - 1:30.000 gọi là ảnh tỷ lệ trung bình và nhỏ hơn 1:30.000 gọi là tỷ lệ nhỏ. Tỷ lệ nhỏ nhất của ảnh dùng để lập bản đồ địa hình không được nhỏ hơn 1:70.000- 1:80.000, với tỷ lệ đó ta mới có khả năng đoán đọc được các chi tiết nhỏ nhưng quan trọng trên bản đồ 1:100.000. Mối liên hệ giữa tỷ lệ chụp ảnh và tỷ lệ bản đồ cần thành lập bằng các phương pháp đo vẽ ảnh khác nhau được thể hiện như sau: Tỷ lệ bản đồ cần lập 1:2.000 1:5.000 1:10.00 0 1:25.00 0 Tỷ lệ chụp ảnh 1:3.000 - 1:8.000 1:8.000 1:20.000 1:20.000 1:35.000 1:35.000 1:45.000 Tiêu cự kính vật máy chụp ảnh hàng không fk(mm) khi đo vẽ bản đồ bằng các phương pháp: Theo phương pháp đo vẽ lập Theo phương pháp thể đo vẽ phối hợp Vùng đồng bằng Vùng núi Vùng bằng 88 - 150 150 350 - 500 88 - 150 150 200 - 350 88 - 150 150 200 88 - 150 150 100 - 200 11 1:50.00 0 1:45.000 1:75.000 88 - 150 150 1.3.3. Phân loại theo phương thức chụp ảnh Theo giá trị sử dụng của ảnh chụp và phương thức tiến hành chụp ảnh, người ta chia ra: chụp ảnh đơn, chụp ảnh theo tuyến và chụp ảnh nhiều tuyến (chụp ảnh theo khối, chụp ảnh diện tích). 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. P2 P1 S2 S1 Hình 1.5. Chụp ảnh đơn Chụp ảnh theo tuyến là chụp theo một tuyến nào đó đã bố trí sẵn. Giữa các tấm ảnh kề trên một tuyến có độ chờm phủ lên nhau. Độ chờm phủ đó đựoc gọi là độ phủ ngang, kí hiệu là p, đơn vị tính là % chờm phủ trên ảnh: p% = Ở đây: P1 S1 px 100% lx ; (1.83) lx - kích thước của tấm ảnh theo hướng tuyến bay; px - kích thước của phần phủ theo hướng tuyến bay, dải bay; P2 P3 S3 S2 Hình 1.6. Đuờng dáy chụp ảnh Bx, và độ phủ trong chụp ảnh theo tuyến bay. Chụp ảnh theo tuyến được ứng dụng rộng rãi để giải quyết những vấn đề kĩ thuật theo yêu cầu của các lĩnh vực: kinh tế quốc dân, trong quân sự và trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là để khảo sát các công trình theo tuyến như hệ thống giao thông, hệ thống thuỷ văn, thủy lợi, đường bờ nước, đường địa giới v.v... 12 Trong quá trình chụp ảnh theo tuyến, máy bay cùng máy chụp ảnh chuyển động từ vị trí S1 đến vị trí S2, sau một khoảng thời gian tgc nào đó. Quãng đường: S1 S2 = W. tgc; (1.9) được gọi là đường đáy chup ảnh; kí hiệu là BX ; còn tgc được gọi là khoảng giãn cách giữa hai lần chụp. Rõ ràng, độ lớn của B X ảnh hưởng trực tiếp tới giá trị độ phủ p, vì vậy nó được tính toán rất cụ thể trong thiết kế kĩ thuật bay chụp. Đường đáy chpj ảnh được tính theo công thức:. Chụp ảnh nhiều tuyến - còn gọi là chụp ảnh diện tích, chụp ảnh theo khối là phương thức chụp theo nhiều tuyến dải bay thẳng, song song, và cách đều nhau. Các tấm ảnh kề nhau trên một tuýến bay được liên kết với nhau bằng độ phủ ngang p, ảnh của các tuyến bay kề nhau được liên kết với nhau bằng độ phủ dọc q . Đây là cách chụp thường dùng nhất để thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính. Độ phủ dọc q cũng được tính bằng % chờm phủ, xác định theo công thức: q% = py ly 100% (1.20) Ở đây: ly - kích thước tấm ảnh theo chiều vuông góc với dải bay. py - kích thước phần phủ của hai ảnh trên 2 dải bay kề. Thường người ta quy định độ phủ ngang là 60% và độ phủ dọc 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. BY Hình 1.7. Đuờng dáy chụp ảnh By, và độ phủ trong chụp ảnh theo khối. Trong quá trình chụp ảnh theo nhiều tuyến, máy bay cùng máy chụp ảnh chuyển động từ vị trí tuyến bay chụp này vào vị trí tuyến bay chụp khác. Để đảm bảo được giá trị độ phủ q% thì khoảng cách giữa các tuyến bay kề nhau phải bằng nhau. Giá trị này được gọi là đường đáy chụp ảnh B Y. Độ lớn của B Y ảnh hưởng trực tiếp tới giá trị độ phủ q%, vì vậy nó được tính toán rất cụ thể trong thiết kế kĩ thuật bay chụp. Để đảm bảo được giá trị đọ phủ theo thiét kế, thì trong quá trình bay chụp phải giữ đúng được cự ly giữa 2 lần chụp kề nhau (Bx ) trên tuyến bay, và lượn đúng bán kính vòng lượn để giữ đúng khoảng cách (By) giữa 2 tuyến bay kề nhau. 13 Bx = lx ma (100 − p%) 100 lyma 100 ; (1.21) (100 − q %) By = ; (1.22) Các giá trị Bx và By được gọi là các đường đáy chụp ảnh trong chụp ảnh theo khối. Ta có thể tính được độ dài của các đường đáy trên ảnh theo các công thức sau: bx = lx (100 − p%) 100 ly by = 100 ; (1.23) ; (1.24) (100 − q%) 1.4. Quá trình chụp ảnh 1.4.1. Sơ đồ của Quá trình chụp ảnh Trong quá trình này, người ta đem máy ảnh đặt trước đối tượng cần chụp, điều quang để có ảnh quang học rõ nét trên mặt phẳng nhận ảnh, sau đó đặt các tham số quang học cần thiết lên các bộ phận kĩ thuật của máy chụp ảnh như: cửa mở tương đối, thời gian lộ quang, tốc độ làm việc của cửa chớp nhanh.cho phù hợp với loại vật lỉệu cảm quang sử dụng, điều kiện chiếu sáng của đối tượng. Lắp phim và tiến hành bấm máy để lộ quang. Quá trình chụp Chuẩn bị chụp Điều quang cho ảnh rõ nét Lộ quang Phim kính hoặc phim mềm có ẢNH NGẦM Quá trình âm bản Hiện hình Địa hình Rửa nước Hong khô ÂM BẢN Quá trình dương bản In ảnh Hình 1.8. Quá ảnh Hiện hình Địatrình hình chụp Rửa nước Hong khô DƯƠNG BẢN 14 Đây chính là quá trình cho ánh sáng phản xạ từ đối tượng chụp, đin qua kính vật máy ảnh, tác dụng lên bề mặt của vật liệu cảm quang tạo ra phản ứng quang hóa. Kết quả, sẽ được ảnh ngầm trên vật liệu cảm quang, do tác dụng của ánh sáng với lớp nhũ ảnh tạo ra các nguyên tử bạc kim loại từ các halozen bạc. b. Quá trình âm bản Sau khi lộ quang (chụp ảnh) những halozen bạc trong lớp nhũ của vật liệu ảnh bị ánh sáng chiếu vào sẽ bị khử trở thành các nguyên tử bạc và tạo thành hình ảnh. Loại hình ảnh này mắt người không nhìn thấy được, nên gọi là ảnh ngầm (hay ảnh chìm). Muốn có ảnh nhìn thấy được phải hiện hình hình ảnh. Hiện ảnh tức là đem tấm phim đã chụp có ảnh ngầm nhúng vào một dung dịch hóa học (thuốc hiện) để các halozen bạc ở chỗ bị ánh sáng chiếu vào tiếp tục bị khử thành nguyên tử bạc mầu đen và tạo nên ảnh nhìn thấy. Để có thể bảo quản lâu dài và bảo đảm chất lượng phim âm ta phải qua giai đoạn định hình tức là hòa tan các halozen bạc trên lớp nhũ của vật liệu cảm quang chưa bị tác dụng của ánh sáng và của thuốc hiện. Nếu không, sau khi đưa ra ngoài ánh sáng, chúng sẽ bị ánh sáng tác dụng tiếp làm hỏng mất hình ảnh đã chụp và đã được khôi phục sau khi hiện hình. Sau đó đem rửa nước và hong khô phim âm. Sau quá trình âm bản chỉ có được phim âm, có nghĩa là ảnh chụp có trạng thái quang học ngược với trạng thái quang học thực của đối tượng. Chỗ sáng của vật sẽ có ảnh màu đen (do tác dụng của ánh sáng), chỗ tối của vật sẽ trong suốt và tại những chỗ đó halozen bạc không bị tác dụng của ánh sáng đã bị hòa tan khi định hình. Muốn có ảnh thật của đối tượng (dương bản) ta phải thực hiện tiếp quá trình dương bản. c. Quá trình dương bản Phim âm không phải là thành phẩm cuối cùng của quá trình chụp ảnh, do đó cần chuyển ảnh ngược trên phim âm thành ảnh dương tức là in lại ảnh bằng cách chiếu ánh sáng qua phim âm để ánh sáng chiếu qua tác dụng lên mặt thuốc của một loại vật liệu ảnh khác ( thường là giấy ảnh). Ánh sáng qua phim âm có độ đen không đều sẽ có độ yếu mạnh khác nhau nên tạo ra ảnh ngầm trên vật liệu ảnh dương. Qua quá trình xử lý hoá ảnh, là hiện hình, định hình, rửa nước, hong khô ta có được ảnh dương rõ nét. 1.4.2. Vật liệu cảm quang sử dụng trong chụp ảnh Vật liệu dùng trong công tác chụp ảnh là một loại vật liệu đựac biệt, có khả năng nhạy cảm ánh sáng, được gọi là vật liệu cảm quang. Vật liệu cảm quang ảnh dùng để nhận hình ảnh ngầm trong quá trình chuịp ảnh gọi là phim âm, vật liệu ảnh dùng để nhận được ảnh dương bằng cách in từ âm bản gọi là vật liệu ảnh dương. Thành phần chính của vật liệu ảnh là nhũ ảnh và lớp nền. Nhũ ảnh là lớp keo dung dịch zelatin, trong đó có những hạt halozen bạc ở trạng thái lơ lửng, chẳng hạn như brôm mua bạc, iotua bạc. Keo ướt được tráng lên trên lớp nền ( là kính, sứ, giấy, màng polieste hay màng xenlulô...) rồi hong khô ta được lớp nhũ ảnh. Để lớp nhũ này bám chắc vào lớp nền, trước khi tráng nhũ ướt người ta phủ lên nền một lớp phụ trong suốt. Hạt halozen của nhũ ảnh ở dạng tinh thể, có kích thước rất bé. Do điều kiện hình thành, hình dáng bề ngoài của những hạt này không có quy luật: hạt thì hình tam giác, hạt thì hình lục giác, hình tròn ..., cũng có khi có dạng hình kim, nhưng cho dù 15 dạng bề ngoài có khác nhau, cấu tạo bên trong của chúng đều chung là có cấu trúc mạng tinh thể. Tinh thể halozen bạc của nhũ thường được gọi là hạt nhũ. Người ta chia nhũ ảnh ra hai loại là nhũ âm bản và nhũ dương bản. Trong nhũ âm bản, brôm mua bạc và một ít iốttua bạc là những chất cảm quang, các chất này tạo tinh thể hỗn hợp, trong mạng tinh thể này có chứa ion brôm và một ít ion iốt. Nhũ âm bản có đặc tính là độ cảm quang cao, độ tương phản tương đối nhỏ, phạm vi nhạy cảm với dải quang phổ rộng để có thể chụp được các âm bản tốt của các đối tượng chụp có độ tương phản lớn. Nhũ dương bản thì có đặc tính ngược lại. Nó chứa các chất cảm quang là brôm mua bạc, đôi khi cũng có iốttua bạc. Ngoài zelatin và halozen bạc, nhũ ảnh còn chứa nhiều các hoá chất khác để làm chất lượng của nhũ tốt hơn như: chất tăng nhạy quang học, tăng nhạy hóa học, chất làm đanh ảnh, chất ổn định chất lượng ảnh ngầm... Trong nhũ ảnh của vật liệu chụp ảnh mầu còn có chứa các hợp chất tạo mầu sắc. Để sử dụng vật liệu ảnh một cách hiệu quả nhất, chúng ta phải xác định các đặc tính cảm quang của vật liệu ảnh. Công việc này bao gồm việc xác định độ nhạy (độ cảm quang), xác định hệ số tương phản, phạm vi bắt ánh sáng hữu ích, độ mờ quang học, độ đen cực đại, cực tiểu, tính cảm sắc, khả năng phân biệt... Nhũ được tráng lên nền bằng kính, nhựa, xenlulô hoặc giấy. Độ dầy của nhũ khoảng 0,02mm. Độ dầy của lớp nhũ này càng nhỏ thì khă nang ghi nhận các chi tiết nhỏ của các đối tượng chụp ảnh càng cao. Phụ thuộc vào lớp nền tráng nhũ ảnh, người ta chia ra vật liệu ảnh ra làm các loại: phim kính, phim mềm và giấy ảnh. Kính để chế tạo vật liệu ảnh phải trong suốt, không màu, rất phẳng và không được có bọt, không có vết xước. Để chế tạo phim mềm và phim điện ảnh người ta dùng các tấm xenlulô, nhựa trong ít biến dạng như lapxan, polieste. Giấy để làm nền phải có các yêu cầu sau: không phân tách lớp khi xử lý trong nước, mức độ biến dạng trong khi ngâm, rửa nước, hong khô phải bé nhất, không có các đốm kim loại, hợp chất lưu huỳnh. Lớp nhũ ảnh không có khả năng bám chắc vào trên mặt lớp nền. Vì vậy khi chế tạo vật liệu ảnh phải tráng lên nền một lớp lót để gắn chắc lớp nhũ với nền. Lớp lót cho phim kính và phim mềm là một lớp zelatin mỏng mà trong đó có chứa chất làm đanh zelatin. Trên mặt sau của lớp nền trong vật liệu ảnh âm bản và ở phim kính dưới lớp nhũ thường người ta có tráng một lớp khử quầng hấp thụ tán xạ ánh sáng bằng zelatin và thuốc nhuộm mầu xanh thẫm để chống sự hình thành quầng sáng. Phim âm có độ nhậy cao hiện nay có hai lớp cảm quang. Lớp thứ nhất là lớp hạt nhỏ có độ cảm quang rất nhỏ được tráng trực tiếp lên lớp nền. Nó chỉ đóng một vai trò rất nhỏ trong việc tạo ảnh mà tác dụng chính của nó sẽ là một lớp chống quầng. Lớp thứ hai có độ cảm quang cao được tráng lên trên lớp thứ nhất. Để bảo vệ lớp nhũ không bị các va chạm cơ học, trên bề mặt của lớp nhũ người ta tráng một lớp màng bảo vệ mỏng bằng zelatin đã làm đanh màng. 1.4.3. Quá trình xử lý hoá ảnh 1. Quá trình hiện hình hình ảnh 16 Trong lớp nhũ ảnh có trung tâm cảm quang là cac halozen bạc. Sau khi có tác dụng của ánh sáng trên lớp nhũ ảnh tại các trung tâm cảm quang đó sẽ hình thành ảnh ngầm, được tạo bởi các nguyên tử bạc vô cùng nhỏ mà mắt người không nhìn thấy được. Muốn biến ảnh ngầm thành ảnh nhìn thấy ta phải qua bước hiện hình. Đây là một trong những nội dung cơ bản của quá trình âm bản. Tác dụng cơ bản của hiện hình hình ảnh (còn gọi là hiện hình) cũng tương tự như tác dụng của ánh sáng đối với các tinh thể halozen bạc, chỉ khác là thuốc hiện sau khi phân giải sẽ cho ta iôn thuốc hiện mang diện tích âm. Điện tử mất đi từ iôn này sẽ trung hòa với iôn bạc Ag+ mà cho ta nguyên tử bạc Ag 0. Đồng thời lúc đó thuốc hiện ảnh sẽ biến thành oxyt thuốc hiện mà đình chỉ dần phản ứng. Nếu gọi ion thuốc hiện có trong dung dịch thuốc ảnh là Red, oxyt của thuốc hiện là Ox thì phản ứng xảy ra khi hiện ảnh sẽ là: Red → Ox + e + 0 Ag + Br + e → Ag + Br Tổng hợp 2 phản ứng của quá trình hiện hình hình ảnh lại, ta có: Ag+Br- + Red→ Ag0 + Br- + Ox ; (1.25) Từ phương trình này ta thấy halozen bạc có trong vật liệu ảnh sau khi tác dụng với thuốc hiện thì sẽ hình thành kim loại bạc và oxyt thuốc hiện còn iôn halozen vẫn không đổi. Phản ứng hóa học giữa thuốc hiện với halozen bạc xẩy ra mạnh hơn hàng chục triệu lần so với phản ứng quang hóa khi chiếu ánh sáng vào halozen bạc. Mỗi một chỗ chỉ cần có một trung tâm hiện ảnh (ảnh ngầm) thì chỗ ấy sẽ có tác dụng hiện ảnh. Trên thực tế trung tâm hiện ảnh trong từng hạt nhũ rất ít. Ở những hạt nhũ có trung tâm hiện ảnh càng nhiều thì tốc độ khử càng nhanh, tức việc biến iôn bạc Ag + thành nguyên tử bạc Ag0 càng mạnh. Trong quá trình hiện ảnh, số lượng iôn Ag+ tự do tăng lên không ngừng, do đó tốc độ hiện ảnh càng nhanh thêm, vì các iôn bạc Ag + mới sinh ra lại tụ tập xung quanh các trung tâm hiện ảnh, nên hình dáng của hạt nhũ trước và sau khi hiện hình có khác nhau. Việc khử của halozen bạc không phải ở trong dung dịch, mà xảy ta trực tiếp trên bề mặt của mạng tinh thể. Các trung tâm hiện ảnh - ảnh ngầm - có trong vật liệu ảnh đã lộ quang có thể coi như các hạt xúc tác làm cho tốc độ khử của halozen bạc tăng lên. Khi chế tạo nhũ tương, sau khi kết thúc quá trình làm chín lần 2 ta thêm vào nhũ tương một ít thuốc bổ sung trong đó có thuốc ổn định (brômuakali KBr), do các iôn Brôm Br bị hấp thụ trên bề mặt hạt nhũ tương làm cho nó mang điện tích âm. Trong thuốc hiện, các iôn thuốc hiện có khả năng hiện ảnh cũng mang điện âm. Như vậy các iôn thuốc hiện sẽ tách khỏi bề mặt các hạt nhũ vì chúng mang điện cùng dấu, bởi vậy tại những hạt như vậy sẽ không xảy ra phản ứng khử, tức không tạo ra nguyên tử bạc Ag0. Ngược lại, tại những chỗ có chứa các trung tâm hiện ảnh, iôn âm của thuốc hiện sẽ chạy tới do lực hút tĩnh điện làm cho iôn bạc Ag 0 trở thành nguyên tử bạc Ag0. Dung dịch thuốc hiện hình hình ảnh gồm các loại hoá chất: chất hiện, chất bảo vệ, chất tăn tốc độ phản ứng, chất chất mờ, các loại hoá chất phụ trợ khác, và dung môi 17 là nước trung tính. Mỗi một loại hoá chất có trong thành phần dung dịch thuốc hiện được xác định bằng vai trò, ý nghĩa sử dụng và điều kiện ứng dụng. Chất hiện có tác dụng khử các halozen bạc có chứa các hạt ảnh ngầm thành kim loại bạc. Do vậy nó phải là một chất khử thích hợp và có tính khử chọn lọc, phải có khả năng hoà tan trong dung môi mang tính kiềm, các oxyt do chất hiện tạo ra không dộc, không gây ảnh hưởng tới màng nhũ ảnh. Hầu hết các chất hiện sử dụng hiện nay là các hợp chất hữu cơ, có dẫn xuất từ Benzen như: Hydroquynol, Metol, Glixin, Fenidon... Để chống quá trình oxy hoá của không khí cũng như của nước đối với chất hiện và để tăng thêm khả năng hiện ảnh mới, trong dung dịch thuốc hiện có sử dụng chất bảo vệ, thường là Natri sulfit (Na 2SO3); chất tăng tốc độ phản ứng là Natri cacbonat (Na2CO3). 2. Quá trình định hình hình ảnh. Sau khi hiện hình chỉ có những chỗ bị ánh sáng tác dụng thì halozen bạc mới bị thuốc hiện khử thành bạc kim loại còn những chỗ chưa bị ánh sáng chiếu vào thì halozen bạc vẫn còn nguyên. Nếu đưa ra ánh sáng các halozen bạc còn lại sẽ bị ánh sáng tác dụng làm biến mầu và làm cho ảnh bị mờ dần rồi mất đi. Để giữ mãi hình ảnh chụp được trên phim chụp ta cần tìm cách hòa tan hết các halozen bạc chưa bị tác dụng của ánh sáng. Đó là mục đích của việc định hình hình ảnh. Dưới tác dụng của dung dịch thuốc định, brômmua bạc có trên vật liệu ảnh sẽ bị hòa tan trong dung dịch thuốc định. Phương trình phản trong quá trình khi định ảnh xảy ra như sau: AgBr + Na2S2O3 = NaBr + NaAgS2O3 ; (1.26) Phức chất NaAgS2O3 vừa tạo thành khó tan trong nước cho nên khó tẩy sạch nó khỏi màng nhũ ảnh. Để có thể hòa tan một cách dễ dàng phức chất này, trong thuốc định người ta cho dư lượng thiosulfitnatri, phản ứng tiếp tục xảy ra như sau: 3NaAgS2O3 + Na2S2O3 = Na5Ag3(S2O3)4 ; (1.27) Phức chất Na5Ag3(S2O3)4 rất dễ tan trong dung dịch . Qua hai phương trình phản ứng trên ta thấy: dưới tác dụng của thuốc định thiosulfitnatri Na 2S2O3 các halozen bạc chưa bị tác dụng bởi thuốc hiện đều biến thành những phức chất dễ tan. Và mục đích của việc định ảnh nhờ đó được thực hiện. Trong các halozen bạc thì clorua bạc là chất dễ hòa tan trong dung dịch thuốc định nhất, sau đó mới đến brômmua bạc và cuối cùng là iotua bạc. Thời gian định ảnh phụ thuộc chủ yếu vào dung dịch định ảnh, vật liệu cảm quang và nhiệt độ của dung dịch định ảnh. Các loại vật liệu cảm quang khác nhau được định hình rong cùng một dung dịch định ảnh như nhau sẽ mất thời gian định ảnh khác nhau. Phim âm định ảnh mất nhiều thời gian phim dương, bởi vì tốc độ hòa tan các halozen bạc phụ thuộc vào độ dầy của màng nhũ ảnh, phụ thuộc vào số lượng hạt halozen bạc trên một đơn vị diện tích của vật liệu ảnh và độ lớn của chúng. 18 Chương 2. CƠ SỞ TOÁN HỌ CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐO ẢNH VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT HÌNH HỌC CỦA ẢNH HÀNG KHÔNG 2.1. Khái niệm về ảnh đo 2.1.1. Khái niệm và các tính chất cơ bản của ảnh đo Những tấm ảnh được sử dụng trong mục đích đo đạc được gọi là ảnh đo. Anhr đo là hình ảnh thu nhỏ được của các đối tượng đo theo nguyên lý tạo hình của phép chiếu xuyên tâm. Ảnh đo là nguồn tin nguyên thủy về đối tượng đo với mức độ chi tiết phụ thuộc vào tỷ lệ chụp ảnh, là kết quả tổng hợp của quá trình tạo ảnh hình học và quang học với các phương thức ghi nhận hình ảnh trên vật liệu cảm quang, hay trtên băng từ trên màn CCD… Ảnh đo có các tính chất cơ bản sau: 1. Nội dung của ảnh đo phản ảnh trung thực các chi tiết bề mặt của đối tượng đo, thu được trong thời điểm chụp ảnh. Những nội dung này sẽ được khai thác tùy theo các mục đích khác nhau trong quá trình xử lý sau này. 2. Mức độ chi tiết và khả năng đo đạc của ảnh phụ thuộc vào điều kiện và phương thức ghi nhận hình ảnh: điều kiện của môi trường chụp ảnh, thiết bị kỹ thuật xây dựng hình ảnh, vật liệu sử dụng để ghi nhận hình ảnh, kỹ thuật và cách ghi nhận thông tin dưới dạng hình ảnh… 3. Ảnh đo chỉ là nguồn tin nguyên thủy ban đầu nên chưa thể sử dụng trực tiếp như những thành quả đo đạc đạc khác, bởi vì: - Quan hệ tọa độ của điểm ảnh và điểm vật tương ứng của đối tượng là mối quan hệ phối cảnh trong phép chiếu xuyên tâm chứ không phải là phép chiếu thẳng góc (trực giao) như trong bản đồ. - Tỷ lệ của hình ảnh trên ảnh đo không thống nhất như trên bản đồ, mà nó thay đổi từ điểm này tới điểm khác do đặc điểm của quá trình chụp ảnh, do tính lồi lõm của bề măth đối tượng … - Vị trí của các hình ảnh trên ảnh không chính xác về tính tương hỗ và có thể bị biến dạng do nhiều nguyên nhân như qui luật chiếu hình, sai số quang học của hệ thống kính vật máy chụp ảnh, biến dạng của vật liệu ảnh… Vì vậy muốn sử dụng ảnh đo cho các mục đích đo đạc phải tiến hành nghiên cứu các qui luật tạo ảnh quang học, hình học và hóa học để có cơ sở xử lý ảnh đo. 2.1.2. Các yếu tố hình học của ảnh đo Giả thiết trên ảnh chụp không có các sai lệch về vị trí hình ảnh do ảnh hưởng của biến dạng vật liệu ảnh, méo hình kính vật máy chụp ảnh, chiết quang khí quyển, độ cong Quả đất…; bề mặt địa hình bằng phẳng. Khi đó có thể coi ảnh chụp là hình chiếu xuyên tâm của đối tượng (một phần bề mặt Quả đất) lên mặt phẳng. Các yếu tố cơ bản của phép chiếu xuyên tâm là các mặt phẳng, các đường thẳng và các điểm được biểu diễn trên hình 2.1. 19 i V Q q I S P o i T c q C O N K V n E T Hình 2.1. Các yếu tố cơ bản của phép chiếu xuyên tâm E - Mặt phẳng nằm ngang, trên đó chứa các đối tượng của bề mặt địa hình; còn được gọi là mặt phẳng vật; P - Mặt phẳng ảnh, trên đó chứa hình ảnh của các đối tượng bề mặt địa hình; S - Tâm chiếu hình; còn gọi là tâm chụp - là quang tâm của hệ thống kính vật máy chụp ảnh; So - Tia sáng chính (tia chiếu chính) - là đường thẳng đi qua quang tâm S, vuông góc với mặt phẳng ảnh; o - Điểm chính ảnh, là giao điểm của tia sáng chính với mặt phẳng ảnh; fk = So - Tiêu cự của máy chụp ảnh, là khỏang cách từ tâm chiếu hình S tới mặt phẳng ảnh; H = SN - Độ cao chiếu hình, độ cao bay chụp ảnh - là khoảng cách từ tâm chụp S tới mặt phẳng vật; Q - Mặt phẳng đứng chính, là mặt phẳng thẳng đứng đi qua tia sáng chính SoO; TT - Đường nằm ngang (đường cơ sở) hay còn gọi là trục chụp ảnh, là giao tuyến của mặt phẳng vật E với mặt phẳng ảnh P; VV - Đường dọc chính, là giao tuyến của mặt phẳng ảnh P với mặt phẳng đứng chính Q; qq - Đường ngang chính, là đường thẳng đi qua điểm chính ảnh o và song song với đường nằm ngang TT; n - Điểm đáy ảnh, là giao điểm của đường dây dọi với đường dọc chính VV; α Góc nSo = , được gọi là góc nghiêng của ảnh chụp; đó cũng chính là góc lệch của tia sáng chính so với đường dây dọi qua S. 20