Ugrás a tartalomhoz

Fotogrammetria 12., Digitális fotogrammetria

Dr. Jancsó Tamás (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

12.2 Digitális képek

12.2 Digitális képek

Ahhoz, hogy a digitális képeken mérést végezhessünk, egy koordináta rendszerre van szükségünk. Kézenfekvő, hogy ezt a koordinátarendszert a képeket alkotó pixelek szintjén definiáljuk. Általában a pixel koordináta rendszer kezdőpontját a kép bal felső sarkába vagy a bal felső pixel középpontjába helyezik. Minden pixelnek van x,y irányban kiterjedése (ideális esetben a pixel alakja négyzet), így a pixelkoordináta a pixel törtrészét is tartalmazhatja, melyet tizedes számmal fejezhetünk ki (12-1. ábra).

12-1. ábra Pixel koordinátarendszer

A digitális fotogrammetria számára a digitális képeket elő kell állítani. A képek előállítása történhet közvetlenül digitális kamerákkal, szenzorokkal vagy közvetve, analóg felvételek letapogatásával (szkennelésével). Ebben a fejezetben ezeket az előállítási módokat tekintjük át.

12.2.1 Digitális kamerák

A digitális kamerák két nagy csoportra oszthatók:

  • Digitális mérőkamerák,

  • Digitális amatőr kamerák (fényképezőgépek).

A digitális mérőkamerákon belül megkülönböztetünk légi és földi felvevő kamerákat.

A digitális mérőkamerák kizárólag fotogrammetriai célokat szolgálnak. Pontosságuk, felbontásuk, megbízhatóságuk nagyobb, mint az amatőr kameráké, belső adataik és hibáik pontosan ismertek. E kamaratípusok további sajátossága lehet még, hogy felvételeket több spektrális tartományban is képesek egy időben készíteni (12-2. ábra).

12-2. ábra Ultracam XP digitális mérőkamera

Pédául az Ultracam XP digitális mérőkamera felbontása 196 Mpixel, 500 m-es repülési magasságnál a terepi felbontása 2.9 cm. A kamera képes pánkromatikus, színes (RGB) és közel-infra (NIR) tartományban egyidejűleg felvételeket készíteni (Busics Gy., Engler P., Guszlev A., Jancsó T. (2009)).

A digitális amatőr kamerák is metrikus kamerákká tehetők. Ehhez kalibrálni kell őket, vagyis pontosan meghatározni a kamera belső adatait, valamint az objektív elrajzolási hibáit. Ilyen kamerát mutat a következő kép (12-3. ábra):

12-3. ábra Rollei d30 digitális fényképezőgép

12.2.2 Légi digitális szenzorok

A légi digitális szenzorok olyan speciális digitális légifényképező kamerákat jelölnek, melyek a hagyományos „egy képkocka, egy felvétel centrális vetítés törvényei alapján” elv helyett a felvételezést folyamatosan végzik egy megadott szélességű sávban. Az így létrejött adatállomány egy szőnyegszerű képet eredményez, melyből a későbbi feldolgozásra kivágatokat lehet készíteni. A 12-4. ábra szerint a sztereo felvételezést úgy oldják meg, hogy egy időben három szenzor működik, egy függőlegesen (nadír irányban) végez felvételezést, egy előre, egy pedig hátranéz (Busics Gy., Engler P., Guszlev A., Jancsó T. (2009)).

12-4. ábra Leica ADS40 digitális szenzor felvételezési módja

Jelenleg a piacon ilyen típusú szenzor a Leica cég ADS80 digitális felvevő berendezése (12-5. ábra).

12-5. ábra Leica ADS80 digitális szenzor

A digitális szenzoroknak és kameráknak vannak előnyei és hátrányai.

Előnyként említhető meg, hogy

  • A filmek spektrális csatornánkénti érzékenysége átfedéseket mutat, míg a digitális szenzornál a csatornák egymástól elkülönülnek, így az automatizált objektum-felismerés hatékonyabb. (12-6. ábra),

  • direkt adatnyerést biztosít, nincs szükség fotó-kidolgozásra.

12-6. ábra A digitális szenzorok és az analóg filmek spektrális csatornáinak érzékenysége

A hátrányok tulajdonképpen a költségekkel összefüggésben jelentkeznek:

  • magas ár,

  • a kiszolgáló egységek magas ára,

  • dinamikusan fejlődő terület, ami kockázatossá teszi a befektetést.

Ebből következően gyakori eset, hogy a digitális felvételezést megrendelik vagy bérlik. Így a befektetési költségek egy-egy munkánál minimalizálhatók.

12.2.3 Képletapogató berendezések

A szkenneléshez használhatók A/3-as vagy A/4-es méretű síkágyas irodai szkennerek (12-7. ábra) vagy professzionális (pl. Zeiss PS1 szkenner), csak erre a célra kifejlesztett fotogrammetriai szkennerek (12-8. ábra).

12-7. ábra MUSTEK P3600 A3 Pro irodai szkenner

12-8. ábra Leica DSW700 fotogrammetriai szkenner

E kétféle típus összehasonlítását a következő táblázat tartalmazza:

12-1. táblázat - Az irodai és fotogrammetriai szkennerek összehasonlítása

Szkenner

Irodai

Fotogrammetriai

Fizikai felbontás -ben

21-339

7-224

Fizikai felbontás DPI-ben

75-1200

110-3600

Geometriai megbízhatóság

Nem ismert

Garantált (2 körüli)

Ár

Alacsony

Rendkívül magas

Szkenner kalibráció

Szükséges

Nem feltétlenül szükséges

Szolgáltatási opciók

Szín és kontraszt beállítás.

Képjavítás

Automatikus belső tájékozás

Előny

Alacsony ár

Garantált a pontossága

Hátrány

Pontosabb munkáknál

(<20) nem használhatók.

Magas ár, adatok kezelése, tárolása. Nagy felbontásnál a szkennelés hosszabb időt vesz igénybe.


A 12-1. táblázat kapcsán külön megjegyzendő, hogy a felbontás és a geometriai megbízhatóság két külön fogalomként kezelendő, ahol a geometriai megbízhatóság az egyszerre beolvasott pixelek (sorok vagy tömbök) közötti helyzeti megbízhatóságra utal. Ezt az értéket az irodai szkennerek esetében meg sem adják, hiszen az ilyen szkennerek felhasználási célterülete nem kívánja ennek pontos ismeretét, sem annak pontos betartását. Az irodai szkenner is szabatossá tehető, ha feltételezzük, hogy a geometriai megbízhatóság csak a szkennerre jellemző szabályos hibákkal rendelkezik a mechanikai felépítéséből következően (ez alatt elsősorban CCD letapogató sorok mozgatásának mechanikai hibái értendők). Ekkor egy szabatos mérőrács beszkennelése után elkészíthető a szkennerre jellemző kalibrációs mátrix, mely alapján bármely szkennelt pixel helyzete a szkennelés után előzetesen javítható. További részleteket olvashat erről a 12.4.1. alfejezetben.

Ha kiindulunk abból a gyakorlati megfontolásból, hogy a legtöbb fotogrammetriai célú digitális képfeldolgozásnál - közepes méretarányt (1:10 000) alapul véve - a szkennelés felbontása 50-100 mikron közötti értékeknél már megfelelő, akkor a táblázatból kitűnik, hogy a fotogrammetriai kiértékeléshez szükséges digitális képek előállítására az irodai szkennerek a legtöbb esetben megfelelnek.

Ahhoz, hogy fogalmat alkossunk arról, hogy milyen felbontások mellett mekkora adatmennyiségeket kell kezelni (fekete-fehér 8 bites képeket feltételezve), ill., hogy lássuk milyen terepi felbontások adódnak különböző méretarányok esetén, tekintsük át a 12-2. táblázatot. A kivastagított részek mutatják a fotogrammetriai célokra már megfelelő felbontásokat (Busics Gy., Engler P., Guszlev A., Jancsó T. (2009)).

12-2. táblázat - Szkennelési felbontások adatmennyisége és az elérhető terepi felbontások

Szkennelés felbontása

Adatmennyiség

Terepei felbontás (m)

DPI

MByte

1:40 000

1:20 000

1: 5 000

75

339

0.5

13.5

6.8

1.7

100

254

0.8

10.2

5.1

1.3

150

169

1.8

6.8

3.4

0.8

200

127

3.2

5.1

2.5

0.6

300

85

7.3

3.4

1.7

0.4

400

64

13.0

2.6

1.3

0.3

600

42

29.2

1.7

0.8

0.2

800

32

51.8

1.3

0.6

0.16

1000

25

81.0

1.0

0.5

0.13

1200

21

116.6

0.8

0.4

0.11

1500

17

182.3

0.7

0.3

0.09

2000

13

324.0

0.5

0.3

0.07

3000

9

729.0

0.4

0.2

0.05