Fénysűrűség mérése digitális fényképezőgéppel

Átírás

1 Fénysűrűség mérése digitális fényképezőgéppel Mesuring Luminnce with Digitl Cmer Kránicz lázs 1, Sávoli Zsolt 1 Veszprém Széchenyi István Egyetem, Multidiszciplináris Műszki Tudományi Doktori Iskol, Győr Emil: blzskrnicz@gmil.com, svoli@mil.brossgyor.hu Kivont: A közlekedési blesetekhez kiérkező helyszínelő csoport digitális fényképezőgépekkel készít helyszíni felvételeket. A fényképezőgépekkel készített felvételek viszont lklmtlnok igzságügyi szkértői vizsgáltokr, hiszen ezeket készülékeket nem ilyen feldtok ellátásár tervezték. Egy szkértő felelősségteljes véleményt csk megfelelő fénysűrűség-dtok birtokábn dht. A fénysűrűségnek mint fiziki mennyiségnek tehát z egyik jelentős felhsználási területe z igzságügyi szkértői vizsgált. Kulcsszvk: digitlis fényképezőgép, fénysűrűség Abstrct: Keywords: When the police rrive t the scene of rod ccident, they tke pictures with digitl cmer. The pictures tken with digitl cmers re not suitble for forensic investigtions s these devices re designed for other purposes. An expert is ble to give evidence only in cse of pproprite luminnce dt. Therefore, significnt field of use of luminnce, s physicl mesurement, lies in forensic investigtion. digitl cmer, luminnce evezetés Egy digitális fényképezőgéppel készített felvételből, még h jó minőségű volt is kmer és ideálisk voltk z időjárási körülmények, nem lehet teljes bizonyossággl megállpítni bleset bekövetkezésekor fennállt fénysűrűségi viszonyokt, így zt sem lehet megmondni, hogy bleset résztvevői láthtták-e egymást, illetve kinek milyen felelőssége látási viszonyok tekintetében. 1

2 Ahhoz, hogy egy igzságügyi szkértő megfelelő döntést hozhsson, szükséges fénysűrűség-dtok ismerete. A feldt ellátásár lklms fénysűrűség-mérő berendezések ár USA dollár körüli trtománybn mozog, mi ngyságrendekkel meghldj egy digitális kmer árát, így műszer beszerzése nygi okokr visszvezethetően nehézkes. Az lábbikbn egy olyn módszer kerül bemuttásr, mely lehetőséget biztosít rr, hogy egy egyszerű digitális fényképezőgépből fénysűrűség-mérő műszert készítsünk, vgyis fényképezőgép áltl szolgálttott képi dtokból minél pontosbb fénysűrűségdtokt nyerhessünk ki. A fényűrűség végtelenül kis térszögből, végtelenül kicsiny felületről érkező fényárm. Mérés lbortóriumbn Az eljárás során először lbortóriumi méréseket végeztünk több száz különböző mintán. Hsználtunk homogén színmintákt (1. ábr), lminált flpokt (. ábr), zöldség és gyümölcsmintákt (. ábr). Egyzon pillntbn készítettünk felvételeket egy TechnoTem LMK 000 fénysűrűség-mérő detektorrl (4. ábr), vlmint egy Fuji FinePix S5000 digitális fényképezőgéppel. A mérések elvégzése után egy lklms grfiki szoftverrel kiolvshtók digitális fényképezővel készült képekből megfelelően kiválsztott képpontok G értékei. 1. ábr. ábr. ábr 4. ábr A további feldolgozás során figyelembe kellett venni digitális fényképezőgépek úgynevezett inverz gmm krkterisztikáját is. A klsszikus, któdsugárcsöves monitoroknál któdot vezérlő feszültség lineáris változás monitor áltl sugárzott fénysűrűség nem lineáris, hnem htványfüggvény szerinti változását okozz. A htványfüggvény kitevőjét nevezzük monitor gmmértékének. A fényképezőgépek inverz gmm függvénye pontosn z előbb felvázolt gmm torzítást küszöböli ki. Ahhoz, hogy digitlis képekből kinyert G értékek torzíttlnok legyenek, ki kellett küszöbölni fényképezőgépek inverz gmm krkterisztikáját. Ezt z áltl lehet elérni, hogy kpott értékeket megfelelő módon megválsztott, fényképezőgéptől függő kitevőre emeljük. A kitevő megállpításához z Excel tábláztkezelő progrm Solver bővítményét hsználtuk. nt Mtemtiki modell Következő lépésként szükség volt felállítni egy mtemtiki modellt, mely megfelelő trnszformációt biztosít fényképezőgép és fénysűrűség-mérő dti között. Jelöljük g-vel fényképezőgép inverz gmm függvényét, mi zon krkterisztikáj

3 kmeránk, mely megdj készülék érzékelő-tömbjének besugárzás és képzett digitális kép plettértékei közötti összefüggést. Az inverz gmm függvény korábbn említettek szerint CT monitorok gmm krkterisztikáját küszöböli ki. H ismerjük g-t (mérhető), kkor linerizálhtjuk kmer G értékeit. Vezessük be következő jelöléseket: g -1 () Vörös cstorn inverz gmm függvénye. Legyen J = g -1 (). g -1 (G) Zöld cstorn inverz gmm függvénye. Legyen J G = g -1 (G). g -1 () Kék cstorn inverz gmm függvénye. Legyen J = g -1 (). i A polinomiális modellfüggvények együtthtói.. Keressük zt T trnszformációt, melyre vizsgált mint számított és mért fénysűrűsége lehető legjobbn megegyezik. Vizsgálndó, hogy mennyire működőképes trnszformációs modell, h z lineáris, másodfokú, vgy hrmdfokú polinom. Lineáris eset: T(,G,) = 1 J J G J. Másodfokú eset: T(,G,) = 1 G 4 5 G 6 7 G 8 9 G 10. Hrmdfokú eset: T(,G,) = 1 G 4 G 5 6 G 7 G 8 9 G 10 G 11 1 G 1 14 G G G Abból feltételezésből indultunk ki, hogy másodfokú polinomml dott eredmények megfelelőek lesznek, és dott hibhtár ltt mrdnk. Elsőfokú polinom esetén hib túl ngynk bizonyult, hrmdfokú polinomnál pedig túl sok prméterrel kellene dolgozni. A polinom 10 együtthtóját szintén z Excel Solver funkciójávl htároztuk meg. Az így kpott prmétereket behelyettesítettük másodfokú polinomb, melynek eredményeként megkptuk becsült fénysűrűség értékeket. Az eltérések számszerűsítése végett számoltuk négyzetes eltérések átlgát (0,004) illetve meghtároztuk z bszolút reltív eltérések átlgát is (0,05), mely dtok modell jóságát jelzik.. Mérés szbdtéren Az eddigi mérések bebizonyították, hogy meglkotott mtemtiki modell helyesen működik belső térben, mesterséges megvilágítási viszonyok között. ebizonyosodott z is, hogy elegendő modellben másodfokú polinomot hsználni nnk érdekében, hogy hib egy meghtározott érték ltt mrdjon. Mindezek lpján elmondhtó, hogy egyszerű, kompkt digitális kmer áltl elkészített képekből z G dtok

4 kiolvsásávl fénysűrűség dtokt nyerhetünk módszer segítségével. Az esetleges gykorlti felhsználás szempontjából, mint például igzságügyi szkértői vélemény egy bleseti helyszín esetében, rendkívül fontos, hogy módszer külső helyszíneken készített felvételek esetében is megfelelő eredményeket produkáljon. Ennek érdekében külső helyszíneken is készítettünk fényképeket, és mértünk ugynott fénysűrűség értékeket, mjd z így kpott dtokt is kiértékeltük mtemtiki modellünk segítségével. Ehhez méréshez is TECHNO TEAM LMK 000 fénysűrűség-mérő műszert, vlmint Fuji FinePix S5000 digitális fényképezőgépet hsználtuk. A mintvételt déli órákbn, erős npsütéses időben végeztük. Különböző kültéri tárgykt fényképeztünk le, és mértünk meg fenti fénysűrűség-mérővel. A kompozíció kiválsztásánál figyeltünk rr, hogy lehetőleg egy képen belül legyenek erősen megvilágított npos területek, vlmint árnyékos részek is, és h lehetséges ugynnnk felületnek legyen egy npos és árnyékos területe is egyzon képen. Készültek ugynrról területről különböző blendeértékekkel képek, nnk eldöntésére, hogy más fényképezőgép beállítások esetén hogyn viselkedik modell. A képek készítésénél figyelni kellett rr is, hogy ne legyenek képen becsillnások (csúcsfények) például visszverődő npfény egy utó szélvédőjéről, visszpillntó tükréről -, mert ebben z esetben fénysűrűség-mérő műszer nem működik megfelelően (túlexponálj ezeket területeket és hibás mérést jelez). Sjnos z erős npsütés mitt sok becsillnás jelentkezett, melynek negtív htását fénysűrűség-mérő műszer lencséje elé helyezett neutrális szűrővel csökkentettünk. Az eddigiekhez képest ebben z esetben megváltoztttuk egy kicsit mtemtiki modellt, hiszen ennél méréssoroztnál különböző blendeértékekkel is dolgoztunk, melyeket számításnál figyelembe kellett venni. A különböző blendeértékekhez egyegy korrekciós tényezőt rendeltünk, melyek meghtározásához most is Solver funkciót hívtuk segítségül. A kpott blende-konstnsokt megfelelő mintákhoz rendelve modellen egy próbb módosítást hjtottunk végre. A másodfokú polinomot minden esetben beszoroztuk blende-konstns értékével, ezáltl modell különböző blendeértékek esetén is hsználhtóvá vált. Az erős npsütés mitt ennél méréssoroztnál ngyságrendekkel ngyobb fénysűrűség dtok is kerültek modellbe, mint lbortóriumi mérések esetében. Ebben z esetben tehát z eltérések becsült és mért dtok között szintén ngyobbk lehetnek, mint kisebb fénysűrűség-értékek esetében. Ebből dódhtnk ngyobb négyzetes eltérések is ebben z esetben, és ezért lehet négyzetes különbségösszeg is jóvl ngyobb, mint lbortóriumi mérések esetében. A fenti problém mitt becsült és mért fénysűrűség dtok (5. ábr) kpcsoltánk jellemzésére szerencsésebb korreláció, mellyel jellemezhetjük két dthlmz kpcsoltánk szorosságát vgy esetleg teljes függetlenségét is. A korrelációs együtthtó 0,9898-nek dódott. Az érték ngyon közel áll 1-hez, mi z dthlmzok közötti szoros összefüggésre utl. 4

5 5. ábr. A mért és becsült értékek Összegzés A kuttás célj nnk vizsgált volt, hogy lklmzhtó-e egy kompkt digitális fényképezőgép drág fénysűrűség-mérő műszer helyett. A méréssoroztok végeztével megállpíthttuk, hogy modellünk segítségével meg lehet becsülni fénysűrűségdtokt egyszerű digitális fényképezőgép képi információi lpján. Fontos megjegyezni zt is, hogy modell nem teljes pontossággl dj vissz fénysűrűség értékeket, de sok esetben nincs is szükség ngyobb pontosságr, mert vizsgált eredményét nem befolyásolj ekkor hib, vgy z eredeti körülmények úgysem rekonstruálhtók ennél pontosbbn. Megemlítendő, hogy módszer csk kkor hsználhtó helyesen, h hsznált előtt kérdéses digitális fényképezőgépet klibráljuk egy fénysűrűség-mérő készülék segítségével, lehetőleg minél több mintávl. A klibráció elvégzése után fényképezőgép lklms mtemtiki modell áltl fénysűrűség dtokt szolgálttni. Irodlomjegyzék [1] Lng, H.(1995): Frbwiedergbe in den Medien. Göttingen, Muster-Schmidt Verlg ISN [] Schnd János (00) diometri, fotometri, színmetri jegyzet [] Mosolygó Csb (007) - Fotometrii mérések digitális fényképezőgéppel. Diplommunk, Pnnon Egyetem, 007 [4] évész óbert (007) - Fotometrii mérések digitális fényképezőgéppel. Diplommunk, Pnnon Egyetem, 007 [5] Kránicz lázs (001) evezetés vizuális észlelés és mérés módszereibe elődás jegyzet [6] Kránicz lázs (004) Számítógépes színmegjelenítés elődás jegyzet 5