Sự khác nhau giữa 2 phương pháp UAV Lidar & Photogrammetry

Hiện nay có 2 công nghệ khá phổ biến được dùng để tạo bản đồ và mô hình 3D ứng dụng trong lĩnh vực khảo sát và thành lập bản đồ đó là: Photogrammetry và LiDAR. Bởi vì cả hai đều có thể tạo ra kết quả đầu ra tương tự nhau nên bề ngoài chúng có vẻ giống hệt nhau, nhưng thực tế là có nhiều điểm khác biệt hơn là điểm tương đồng.

Bài viết này giải thích phương pháp Photogrammetry và LiDAR là gì, chúng hoạt động như thế nào và sự khác biệt chính giữa hai phương pháp này là gì.

Giới thiệu LiDAR & Photogrammetry

Cả 2 phương pháp đều là công nghệ viễn thám, đều thu thập thông tin về một vật thể, môi trường hoặc hiện tượng mà không cần tiếp xúc vật lý với nó.

LiDAR sử dụng máy quét laser 3D phát ra xung laser để đo các khoảng cách (phạm vi) khác nhau nhằm tạo ra thông tin ba chiều chính xác về địa hình và các loại bề mặt khác nhau. LiDAR là từ viết tắt của Light Detection and Ranging – Phát hiện ánh sáng và phạm vi.

Photogrammetry (hay còn gọi là phép quang trắc) bao gồm một số kỹ thuật để chụp, đo và giải thích các hình ảnh chụp để tạo ra mô hình 3D, bản đồ và dữ liệu không gian khác. Chúng có thể bao gồm cả hình ảnh trên không và trên mặt đất, được chụp bởi các loại máy ảnh khác nhau trên nhiều nền tảng khác nhau. Tương tự như cách quét LiDAR, đây có thể là các nền tảng trên không (máy bay không người lái, máy bay có người lái), cũng như các nền tảng tĩnh hoặc di chuyển trên mặt đất.

Phương pháp Photogrammetry

Phương pháp LiDAR

Những điểm khác biệt của LiDAR & Photogrammetry

Thu thập dữ liệu, thuộc tính dữ liệu được thu thập, chi phí, độ chính xác và ứng dụng là một số điểm khác biệt chính giữa cả hai công nghệ.

• Thu thập dữ liệu: LiDAR sử dụng xung laser để đo khoảng cách và là một hệ thống chủ động. Điều này có nghĩa là hệ thống tự tạo ra năng lượng (ánh sáng). Photogrammetry sử dụng cảm biến thụ động với hình ảnh chụp ảnh. Cảm biến thụ động phát hiện năng lượng truyền đi hoặc phản xạ từ một vật thể. Trong khi LiDAR có thể hoạt động trong bóng tối, thì Photogrammetry dựa vào ánh sáng xung quanh bên ngoài và yêu cầu điều kiện ánh sáng tốt. Photogrammetry thường không thể xuyên qua thảm thực vật dày đặc, trong khi các xung LiDAR có thể xuyên qua các khoảng trống trên tán lá và chạm tới mặt đất như ánh sáng mặt trời.
• Thuộc tính dữ liệu: LiDAR thường ghi lại các tọa độ x, y và z cũng như các giá trị cường độ. Đây là các giá trị nguyên thay đổi theo thành phần của vật thể bề mặt phản xạ chùm tia laser. Máy quét laser tạo ra các đám mây điểm 3D chứa tất cả các phép đo điểm 3D. Photogrammetry chụp hình ảnh 2D, sau đó phần mềm quang trắc sử dụng phương pháp lưới tam giác để tạo ra các phép đo điểm 3D sao cho biết tọa độ x, y và z cho từng điểm. Hình ảnh từ phép quang trắc cũng chứa thông tin màu sắc ở dạng giá trị RGB (đỏ, lục, lam) để tạo ra các mô hình 3D trực quan phong phú. LiDAR cũng có thể tích hợp camera RGB để ghi lại thông tin màu sắc cùng với các điểm 3D, nhưng đây không phải là tùy chọn mặc định, nghĩa là khi quét LiDAR không sử dụng camera RGB vẫn được.
• Chi phí & độ chính xác: So với phương pháp quang trắc ảnh, LiDAR nhìn chung đắt hơn và đòi hỏi chuyên môn về xử lý và phân tích dữ liệu cao hơn, tuy nhiên thời gian triển khai và xử lý LiDAR tốt hơn đáng kể so với Photogrammetry. Độ chính xác của LiDAR cũng tốt hơn rất nhiều so với Photogrammetry.
• Ứng dụng: LiDAR và Photogrammetry thường có các trường hợp sử dụng khác nhau do mỗi loại có đặc điểm và dữ liệu riêng. Nhưng cũng có thể có trường hợp cả hai đều phù hợp với công việc. Nhìn chung, LiDAR rất hữu ích cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng thu thập dữ liệu qua thảm thực vật: tương tự như cách các chùm ánh sáng xuyên qua những khoảng trống nhỏ trên tán cây, LiDAR có thể nhìn xuyên qua tán lá rậm rạp để lập bản đồ mặt đất bên dưới nó. Phương pháp Photogrammetry thích hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu mô hình 3D chi tiết và có kết cấu với màu sắc trung thực.

Các so sánh trên đều mang tính khái quát và việc ưu tiên sử dụng công nghệ này hay công nghệ kia phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Chi phí
• Thời gian
• Vị trí, kích thước khu vực cần lập bản đồ
• Nền tảng và yêu cầu của của dữ liệu

OneCAD sử dụng UAV LiDAR tích hợp
camera RGB độ phân giải cao

Những hạn chế và nhược điểm có thể có của LiDAR & Photogrammetry

Ngoài những khác biệt giữa hai công nghệ, đây là một số nhược điểm và hạn chế tiềm ẩn của mỗi công nghệ.

Những hạn chế và nhược điểm có thể có của công nghệ LiDAR:

• Ngoài chi phí mua phần cứng và phần mềm LiDAR, chi phí vận hành có thể cao, chẳng hạn như chi phí thuê nhân sự có tay nghề cao.
• LiDAR có thể gặp khó khăn với các bề mặt có độ phản xạ kém hoặc có độ phản chiếu cao (như mặt nước). Hoặc đối với khu vực rừng rập rạm có nhiều tầng thực phủ, dữ liệu LiDAR không thu thập đầy đủ đến bề mặt địa hình.
• Khi thu thập dữ liệu LiDAR, các đối tượng vật cứng chắn có thể chặn các đối tượng khác, tạo ra các khoảng trống hoặc bóng trong dữ liệu.

Những hạn chế và nhược điểm có thể có của công nghệ Photogrammetry:

• Phép đo quang dựa vào điều kiện ánh sáng tốt để chụp được những bức ảnh chất lượng cao. Các điều kiện thời tiết như mưa hoặc sương mù có thể cản trở việc chụp ảnh và giảm chất lượng dữ liệu.
• Các phần tử có kết cấu thấp cũng khó chụp và xác định độ sâu, chẳng hạn như cát.
• Tương tự như LiDAR, việc tắc nghẽn có thể xảy ra trong quá trình thu thập dữ liệu, dẫn đến các mô hình không đầy đủ hoặc không chính xác.
• Độ chính xác của phép đo ảnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chất lượng hình ảnh, hiệu chỉnh máy ảnh và thuật toán xử lý. Lỗi có thể xảy ra do hình ảnh bị lệch, biến dạng ống kính hoặc chồng hình ảnh không đủ.
• Độ phân giải hình ảnh có thể đạt được bị giới hạn bởi độ phân giải của máy ảnh và khoảng cách từ đối tượng được chụp, điều này có thể là hạn chế đối với các dự án quy mô lớn hoặc yêu cầu chi tiết cao

Lợi ích của LiDAR so với Photogrammetry

Cần phải rõ ràng rằng LiDAR và Photogrammetry là hai công nghệ rất khác nhau. Cả hai công nghệ đều có những lợi ích, hạn chế và trường hợp sử dụng ưu tiên.

Một điều cần lưu ý khi quyết định đầu tư vào LiDAR hoặc Photogrammetry là mặc dù Photogrammetry có thể rẻ hơn LiDAR nhưng nhiều lợi ích của LiDAR vượt xa hơn Photogrammetry.

Dưới đây là một số lợi ích của LiDAR so với phương pháp Photogrammetry:

• LiDAR đo trực tiếp khoảng cách đến các vật thể bằng xung laser, cung cấp các đám mây điểm 3D có độ chính xác cao. Trong khi đó Photogrammetry, việc đo khoảng cách phụ thuộc vào nhiều yếu tố có khả năng làm tăng nguy cơ sai sót.
• Vì LiDAR có thể xuyên qua các tán thực vật xen kẽ nên nó đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng như lâm nghiệp, giám sát môi trường và khảo cổ học.
• LiDAR có thể hoạt động cả ngày lẫn đêm, trong khi Photogrammetry phụ thuộc vào ánh sáng xung quanh và kém hiệu quả hơn trong điều kiện ánh sáng yếu. Nó cũng thường hoạt động tốt hơn trong điều kiện u ám hoặc sương mù.
• Hệ thống LiDAR có thể nhanh chóng thu thập lượng lớn dữ liệu trên các khu vực rộng lớn. LiDAR cung cấp thông tin không gian 3D trực tiếp, giảm nhu cầu xử lý và giải thích hậu kỳ.
• LiDAR có thể cung cấp dữ liệu độ cao tuyệt đối với độ chính xác cao và hoạt động tốt ở những khu vực có kết cấu hoặc đặc điểm tối thiểu, chẳng hạn như cánh đồng, rừng cây hoặc vùng mặt nước.