Nắn chỉnh hình học ảnh viễn thám - ENVI - Bài 1

vào lúc 22:42
ENVI hỗ trợ việc đọc và xử lý các ảnh đã được nắn chỉnh về nhiều hệ chiếu toạ độ thông dụng. Ngoài ra ENVI còn có thể hỗ trợ những hệ tọa độ do người dùng tự lập bằng cách đưa vào thay thế những thông số đặc trị trong 6 nhóm hệ quy chiếu, 35 dạng ellipsoids khác nhau và hơn 100 datums để đáp ứng hầu hết những yêu cầu về đo vẽ bản đồ.
Những thông số hệ toạ độ trong ENVI được lưu giữ trong file ASCII “map_proj.txt”, có thể dễ dàng thay đổi / bổ xung bằng những công cụ ENVI Map Projection (hệ quy chiếu) hoặc có thể được sửa trực tiếp (bằng 1 phần mềm soạn thảo đơn giản). Những thông tin trong file này sẽ được sử dụng trong file header gắn với mỗi dữ liệu ảnh và cho phép sự liên kết vị trí “Magic Pixel” với những toạ độ của hệ quy chiếu đã xác định. Một số chức năng của ENVI có thể dùng thong tin này để làm việc với dữ liệu ảnh trong 1 không gian của dữ liệu có tọa độ.
Những công cụ nắn chỉnh hình học của ENVI cho phép bạn nắn những ảnh về hệ tọa độ địa lý và sửa đổi để thích hợp với hình học ảnh cơ sở. Những điểm khống chế (GCP) được chọn trên cửa sổ với đủ độ phân giải không gian (cửa sổ Chính) và cửa sổ Zoom đối với cả phương thức nắn ảnh với ảnh và nắn ảnh với bản đồ nền. Toạ độ được hiển thị cho các điểm GCP trên cả ảnh gốc và ảnh được nắn chỉnh với sai số cho từng thuật toán nắn chỉnh. Việc nắn được thực hiện bằng phương thức RST (resampling, scaling & translation), nắn đa thức (bậc 1 đến n) hoặc nắn tam giác Delaunay. Việc resampling (tính toán và ghi dữ liệu từng pixel lên khung đã được nắn) hỗ trợ các phương pháp nearest-neighbor (pixel gần nhất), nội suy tuyến tính bậc 2 và nội suy bậc 3 (cubic convolution). So sánh giữa ảnh gốc (nền) và ảnh nắn sử dụng khả năng Dynamic Overlay của ENVI cho phép đánh giá độ chính xác của phép nắn một cách nhanh chóng.

I. NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH VỚI ẢNH
1)      Mở và hiển thị ảnh cần nắn bldr_tm.img  và ảnh  cơ sở dùng để nắn bldr_sp.img
Hình ảnh 2 ảnh và vị trí / giá trị con trỏ  ta quan sát toạ độ của các pixel trong ảnh bldr_tm.img  & ảnh bldr_sp.img; ta có thể quan sát hệ thống hệ tọa độ trên ảnh cơ sở dùng để nắn.

Ảnh cần nắn bldr_tm.img                                   Ảnh cơ sở dùng để nắn  bldr_sp.img

2)      Khởi động nắn ảnh và đọc các điểm khống chế (GCP)
a) Chọn Map\ Registration\ Select GCPs: Image-to-Image.
b) Khi hộp thoại Image-to-Image Registration xuất hiện, kích vào Display #1 (ảnh bldr_sp.img) khi chọn Base Image (ảnh chuẩn) và Display #2 (ảnh bldr_tm.img) khi chọn Warp Image (ảnh cần nắn);
Hình: Cửa sổ lựa chọn ảnh nắn và ảnh gốc
Kích vào “OK” để bắt đần quá trình nắn ảnh.
c)  Hộp thoại Ground Control Points Selection sẽ xuất hiện và từng điểm khống chế (GCP) sẽ được nhập vào bằng cách đặt vị trí con trỏ trên cả 2 ảnh vào đúng cùng 1 vị trí trên mặt đất (giao điểm của đường, điểm đặc biệt...)
Hộp thoại Ground Control Points Selection
d)  Ta có thể di chuyển con trỏ trong ảnh bldr_sp.img đến cặp giá trị 817, 1214 bằng cách nhập những giá trị đó vào hộp thoại Ground Control Point Selection ở ô Base X & Y;
Di chuyển con trỏ trong ảnh bldr_tm.img đến 454, 612 bằng cách nhập những giá trị đó tương tự vào hộp thoại ở ô Warp X & Y;
Hai điểm trên 2 tấm ảnh dùng để tạo ra điểm khống chế. Nếu như ta các những điểm này không được đánh dấu trên 2 tấm ảnh, thì ta có thể quan sát trên hai ảnh những điểm trùng nhau để tạo ra những điểm khống chế.
e)  Kiểm tra vị trí con trỏ trong cửa sổ Zoom và điều chỉnh vị trí nếu cần bằng cách kích phím trái chuột ở mỗi cửa Zoom đến vị trí yêu cầu;
Cửa sổ Zoom có thể hỗ trợ cho việc tinh chỉnh vị trí đến giá trị hàng phần trăm của pixel (sub-pixel). Khả năng tinh chỉnh tùy thuộc vào nhân tố khuyếch đại của cửa sổ Zoom.
f)  Kích vào “Add” để có thể nhập điểm GCP đó vào danh sách. Kích “Show List” để xem danh sách những điểm GCP đã chọn.
g)  Tiến hành chọn tiếp các điểm khống chế. Chú ý vào danh sách của những điểm thực và điểm dự tính (predicted), khi số điểm đã chọn lớn hơn 4, sai số RMS sẽ được tính và hiển thị.
h)  Chọn Options\ Clear All Points trong hộp thoại Ground Control Points Selection để xoá đi  tất cả những điểm bạn đã chọn.
i)   Làm việc với các điểm GCP
Vị trí của mỗi điểm GCP có thể được sửa bằng cách chọn chúng trên danh sách ở hộp thoại GCP List và sửa chúng trong hộp thoại GCP Selection. Hoặc là bạn có thể nhập vào một vị trí mới của pixel hoặc là bạn có thể thay đổi vị trí theo từng pixel một bằng cách nhấn vào nút có hình mũi tên cạnh giá trị X, Y trong hộp thoại;
Kích vào nút “On/Off” trên hộp thoại GCP List để loại bỏ điểm GCP được chọn ra khỏi phương trình tính toán hệ số nắn và công thức tính sai số. Những điểm GCP đó chỉ bị bỏ qua khi tính toán chứ chưa bị xoá khỏi danh sách và bạn có thể sử dụng lại chúng khi kích vào nút “On/Off” 1 lần nữa.
Kích vào nút “Delete” để xoá điểm GCP ra khỏi danh sách.
Đặt vị trí con trỏ trong 2 cửa sổ zoom và kích vào nút “Update” để thay đổi điểm GCP được chọn về vị trí mới của con trỏ.
Nút “Predict” cho phép tính toán những điểm GCP mới dựa trên mô hình nắn đang dùng
j)  Tiến hành chọn lựa khoảng 20 điểm khống chế GCP, các điểm này có độ sai số tổng nhỏ hơn 0.5 pixel là đạt yêu cầu. Nếu trong bảng danh sách các điểm GCP có sai số lớn thì ta có thể tiến hành Update lại hoặc xóa bỏ chọn lại cho đạt yêu cầu.
k)  Ta có thể lưu các điểm GCP vào một file để lần sau ta mở file này ra mà không phải chọn lại, hay dùng để kiểm tra đối chiếu độ chính xác sau khi nắm. Ta chọn trên hộp thoại Ground Control Points Selection  File \ Save GCPs to ASCII… đặt tên file là anh_anh.pts và lưu lại.
l)  Khi có file GCP ta có thể mở lại file này như sau: Trong hộp thoại Ground Control Points Selection chọn  File\ Restore GCPs from ASCII chọn mở file cần mở.
p)  Kích vào “OK” để đọc danh sách những điểm GCP đã lưu trước;
q)  Kích vào từng điểm GCP trong hộp thoại Image-to-Image GCP List và kiểm tra vị trí của các điểm đó trên 2 ảnh, những tọa độ thực tế và tọa độ dự tính, và sai số RMS. Quan sát sai số RMS tổng trên hộp thoại Ground Control Point Selection.
t)  Hình ảnh các điểm GCP trên hai tấm ảnh.
Hình : Hộp thoại Ground Control Point Selection và hộp thoại Image-to-Image GCP List
khi nắn chỉnh hình học ảnh với ảnh
3)      Thực hiện nắn ảnh
Sau khi tiến hành chọn xong các điểm khống chế ta tiến hành nắn chỉnh ảnh
Ảnh có thể được nắn chỉ cho những kênh đang hiển thị hoặc cho tất cả các kênh của ảnh cùng 1 lúc, ở đây là nắn những kênh đang hiển thị:
a)  Chọn Options\ Warp File… trong hộp thoại GCP Selection. Hộp thoại Input Wrap Image hiện ra chọn ảnh cần nắn (bldr_tm.img) rồi nhấp OK.
b)  Khi hộp thoại Registration Parameters xuất hiện
Hộp thoại Registration Parameters
Trong hộp thoại trên ta chọn các thong số về Method (Phương thức nắn), Degree (Cấp độ nắn), Resampling (Tái chia mẫu – nội suy trị độ xám).
Các phương pháp nắn ảnh (Method):
Ø  Phương pháp RST – Rotating, Scaling, Translation: chỉ thực hiện những chuyển dịch đơn giản: xoay, xác định tỷ lệ và tịnh tiến ảnh.
Ø  Phương pháp Polynomial – Hàm đa thức: phương pháp này cho kết quả tốt hơn phương pháp RST, với yêu cầu số về số điểm khống chế N tương ứng với bậc của hàm n như sau: N > (n+1)2
Ø  Phương pháp Triangulation – lưới tam giác: ENVI sử dụng nguyên lý tam giác Delaunay để nắn ảnh bằng cách chọn các điểm khống chế làm các đỉnh của các tam giác không đều và tiến hành nội suy.
Các phương pháp nội suy trị độ xám (Resampling):
Ø  Nearest Neighbor – người láng giềng gần nhất sử dụng giá trị của pixel gần nhất mà không cần tiến hành nội suy.
Ø  Bilinear – hàm song tuyến: tiến hành nội suy tuyến tính sử dụng giá trị của bốn pixel.
Ø  Cubic Convolution – xoắn lập phương: sử dụng hàm lập phương với giá trị của 16 pixel để tiến hành nội suy.
c)  Kết quả nắn theo các phuơng pháp
Phương pháp RST

Phương pháp Polynomial

Phương pháp Triangulation

Dựa vào hình ảnh và thông số về toạ độ và độ xám của các phương pháp ta có thể thấy mỗi phuơng pháp cho ra kết quả nắn khác nhau cả về giá trị toạ độ và giá trị độ xám. Chính vì vậy khi ta nắn chỉnh ảnh vào mục đích nào đó thì ta phải nghiên cứu rõ sử dụng phương pháp nào phù hợp với dữ liệu của mình cần.
4)      So sánh kết quả nắn
Sử dụng Dynamic Overlay để so sánh kết quả:
a) Đóng file tất cả các ảnh lại bằng cách chọn kích vào tên file và chọn File\ Close Selected File trên cửa sổ Available Bands List để tránh tình trạng nhầm lẫn.
b) Đọc các file ảnh đã nắn ở trên và lần lượt hiển thị lên các Display mới.
c) Đặt con trỏ vào cửa sổ Chính và kích vào phím phải chuột và sau đó chọn File\ Link\ Link Displays. Kích vào “OK để liên kết ảnh bldr_sp.img (ảnh nền) và ảnh các ảnh đã nắn.
d) So sánh ảnh bldr_sp.img & đã nắn với Dynamic Overlay bằng cách nháy nút trái chuột.
e) Quan sát đánh giá chất lượng của các phương pháp nắn và phương thức resampling.
5)      Kiểm tra tọa độ bản đồ
Làm hiện lên hộp thoại Cursor Location/ Value và di chuyển con chuột trong 1 cửa sổ và quan sát hiệu ứng của các phương phán nắn khác nhau lên giá trị của pixel.

Bài tiếp theo sẽ giới thiệu phương pháp nắn chỉnh hình học ảnh với bản đồ

Hãy like nếu bài viết có ích →
Kết bạn với gisgpsrs trên Facebook để nhận bài viết mới nóng hổi

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét