Monitoring távérzékeléssel - Fényképészeti felvevőrendszerek (E130-501) Természetvédelmi MSc szak Király Géza NyME, Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet Földmérési és Távérzékelési Tanszék
Fényképészeti felvevőrendszerek Film Érzékelő radiometriai, spektrális, geometriai felbontás Adattároló Kamera
Film felépítése 1. Emulzió Fényérzékeny fotokémiai anyag Ezüsthalogenid (brómezüst) Zselatin Hordozó Síkpárhuzamos lemez (planparalell) Film
Film felépítése 2. Emulzió Hordozó réteg Emulzió: zselatinrétegbe ágyazott fényérzékeny ezüsthalogenid, elsősorban AgBr kristályok vagy szemcsék, mintegy 10 9 AgBr molekula szemcsénként, szemcseátmérő cca. 1 µm, emulzióvastagság cca. 10 µm. nagyobb torzulások! Hordozó réteg: a légi fotogrammetriában film, a földi fotogrammetriában film, vagy üveglemez. kisebb képformátum!
Fényképészeti folyamat nem megvilágított AgBr megvilágított AgBr a) megvilágítás b) látens kép megvilágított AgBr nem megvilágított AgBr kimosva redukált ezüst (Ag) c) negatív előhívás fekete-fehér negatív eljárás nem megvilágított AgBr megvilágított AgBr eltávolítva d) előzetes előhívás redukált ezüst (Ag) fekete-fehér fordítós eljárás e) pozitív előhívás egy egyenletes megvilálágítás után
Feketedés Definíció: D = Φ0 1 log = log = Φ τ logo Ahol: D : feketedés (fedettség denzitás) Φ 0 : filmre jutó fényáram Φ: filmen átjutó fényáram τ: átlátszóság (transzparencia) O = 1/τ: áttetszőség (opacitás) Φ0 Pld. D = 1 Φ =, τ = 10 0,1
Feketedési görbe 1 D = log = logo τ Mérés : denzitométerrel D : feketedés H : megvilágítás E : fénybesugárzás t : megvilágítási idő α alul - normál felül - α : meredekségi szög log E t = log H exponálási tartomány
Gradáció γ Az emulzió feketedési eltérései megjelenítésének, kontraszt-visszaadási képességének mérőszáma ( D) γ = tanα ( ) D = γ log H ( D ( log H )) γ < 1 : lágy < ( D ( log H )) γ 1 : normál ( D ( log H )) γ > 1 : kemény > Gamma érték: 0,4 0,6 0,9 1,5 3,5 Negatív: igen lágy lágy normál kemény
Fényképészeti érzékenység Adott feketedési szint eléréséhez szükséges besugárzás mérőszáma D α = = 1 α2 γ1 γ 2 Mérőszámok: magas érzékenység alacsony érzékenység DIN: német szabvány: logaritmikus, lineáris ASA: amerikai szabvány: nem lineáris α 1 α 2 log H DIN: ASA: 12Pld. egy 15 100 ASA 18 érzékenységű 21 24 film 27adott besugárzás 30 33 mellett azonos feketedési szintet jelent, mint az 50 ASA 12 25 50 100 200 400 800 1600 érzékenységű kétszeres besugárzás mellett.
Spektrális érzékenység Fekete-fehér filmek Ortokromatikus Pankromatikus Infra Spektrozonális filmek Színes filmek Színhelyes színes Infraszínes
Spektrális érzékenység S λ Spektrális érzékenység : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében 1 log S λ Ajánlott szűrők: UV sárga Pankromatikus FF film 2-1 300 400 500 600 700 800 λ (nm)
Spektrális érzékenység S λ Spektrális érzékenység : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében log S λ sárga Ajánlott szűrők: vörös IV 1 2 Infravörös FF film -1 300 400 500 600 700 800 900 λ (nm)
Spektrális érzékenység S λ Spektrális érzékenység : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében Ajánlott szűrő: log S λ UV Színes film 1 kék zöld vörös 2-1 300 400 500 600 700 800 900 λ (nm)
Spektrális érzékenység S λ Spektrális érzékenység : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében Ajánlott szűrő: log S λ sárga Színes infravörös film 1 2 zöld - kék vörös - zöld infravörös - vörös -1 300 400 500 600 700 800 900 λ (nm)
Geometriai felbontóképesség teszt-tábla Az 1 mm-en belül még elkülöníthető maximális vonalszám Mértékegység: vonalpár/mm Optika Fényképezés (Digitalizálás) Meghatározás teszt-táblával (magas vagy alacsony kontraszt, optikai képalkotásnál radiális és tangenciális) Teszt-tábla előnye: egyszerű meghatározás Teszt-tábla hátrányai: szubjektív (megfigyelő személy) információk csak a határterületről a részfolyamatok összhatása nem ismerhető meg (optikai, fényképészeti) Légi felvételek geometriai felbontóképessége: kb. 20-50 vonalpár/mm
Geometriai felbontóképesség kontrasztátviteli függvény Segítségével I a teljes légifényképező rendszer minősége számszerűen jellemezhető. A függvény azt fejezi ki, hogy a felbontási határ felett a tárgy kontrasztja a képen miképpen I max. változik a jelméretek függvényében. I max. Ι: I min. Tesztmintából Ι : Ι: fényerősség : δ: képi tárgyi vonaltávolság F: f: helyi frekvencia I min. δ = 1 Ff Tárgy(minta) Képsík Tárgy (minta-) Képkontraszt: I C = I max. max. I + I min.. min..
A KÉPMINŐSÉG LEÍRÁSA Felbontóképesség Kontraszt-átviteli függvény C Kontrasztátvitel: CT = C CT(%) Két fényképező rendszer közül azt tekintjük 100 jobb minőségűnek, melynek átviteli függvénye magasabban halad 90 80 70 60 adott kombináció 50 össz CT-függvénye az egyes CT-függvények összege 40 30 20 10 0 0 Előnyök: objektív (mérhető) információk minden helyi frekvenciáról (pld. CT optika + CT fénykép = CT optika+fénykép 10 20 30 Hátrány: bonyolult meghatározás 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Vonalpár/mm
Kamerák Mérőkamerák Űr Légi Földi Nem mérőkamerák (Amatőr) Középformátumú Kisformátumú Különleges kamerák Panorámakamera Hemiszférikus kamera
Mérőkamerák Belső tájékozás elemei Optikai elrajzolás Kiegészítő információk
Mérőkamerák
Mérőkép
Jelenlegi mérőkamerák Leica RC30 (Wild RC-20) Z/I Imaging RMK Top (Zeiss RMK Top) 23 cm * 23 cm Vákuumos leszívóberendezés Motoros film-továbbítás Képvándorlás-kiegyenlítés (Forward Motion Compensation FMC) Giroszkópos stabilizátor Automatikus fénymérés GPS / INS Kiváló optikák: 150 és 300 mm Adatok ráfényképezése a képre
Optikai képalkotási modell P r = r c tanτ c tanτ Optikai tengely τ VK τ τ c F P VK : Vetítési középpont c : Kameraállandó F : Képfőpont
Optikai elrajzolás r : az elrajzolás radiális irányú c : szabadon választható! pld. r r = r c tanτ i i i = r c tan τ = 0 r egy adott -re, ahonnan i c = r i tanτ i
Optikai elrajzolás meghatározása r Goniométer Beosztás a képsíkban KP BP Mérőkamera A távcső az optikai tengellyel τ szöget zár be T τ mérése adott r -nél A mérőkamerák elrajzolása<10µm
Elrajzolási görbe dc d r i = dc tanτ i r i c A radiális elrajzoláshoz tangenciális elrajzolás társul!
r ξ = ξ0 c r 11 13 r η = η0 c r A centrális vetítés elve 12 13 ( X X 0) + r21 ( Y Y0 ) + r31 ( Z ) ( X X 0 ) + r23 ( Y Y0 ) + r33 ( Z Z0) ( X X 0 ) + r22 ( Y Y0 ) + r32 ( Z Z0 ) ( X X ) + r ( Y Y ) + r ( Z Z ) 0 23 0 33 0 ahol: c kameraállandó O (X 0, Y 0, Z 0 ) vetítési középpont H (ξ 0, η 0 ) képfőpont P (X, Y, Z) tárgypont P (ξ, η) képpont r ik forgatási mátrix elemei
X = Y = Y X 0 A centrális vetítés elve 0 + + ( Z Z ) ( Z Z ) 0 0 r r 11( ξ ξ0 ) + r12 ( η η0 ) r13 31( ξ ξ0 ) + r32 ( η η0 ) r33 ( ξ ξ0 ) + r22 ( η η0 ) r23c ( ξ ξ ) + r ( η η ) r c r r 21 31 0 32 0 33 c c ahol: c kameraállandó O (X 0, Y 0, Z 0 ) vetítési középpont H (ξ 0, η 0 ) képfőpont P (X, Y, Z) tárgypont P (ξ, η) képpont r ik forgatási mátrix elemei
Légifényképezés
Légifényképezés Megnevezés Jelölés Mértékegység Érték Kép méretaránya mb 1 : 28 284 Kameraállandó c m 0,152 Repülési magasság h=c*mb m 4299,209 Soron belüli átfedés l % 60% Sorok közötti átfedés q % 30% Képméret s m 0,23 Terepi képméret S m 6505,382 Egy kép által lefedett terület Fb=S 2 m 2 42320000 Bázishossz B m 2602,153 Sortávolság A m 4553,768 Hossz L m 4000 Szélesség Q m 4000 képek száma soronként nb db 4 sorok száma ns db 2 képek száma n db 8
Fotogrammetriai szkennelés Analóg filmek digitális kép Analóg képek Szemcseméret ~ 1µm Radiometria 1 bit Digitális képek Pixelméret ~7-21 µm Radiometria 8-14 bit
Digitalizálás - kvantálás ( i j) g, : G képfüggvény mátrix (greyness i, j képeleme szürkeségi) (picture mátrix element- i, j képpontja pixel) Kvantálás: a képfüggvény folytonos fényességértékei és a digitális megfelelőik közötti átalakítás: szürkeségi fokok számának megválasztása i, j A Digitalizálás Analóg letapogatás jel (terep, = (szkennelés) fényképészeti + eredménye kvantálás film)
DIGITÁLIS FOTOGRAMMETRIA Digitális képek az kvantált eredeti kép kép 64 16 4 256 színnel színnel Kvantálás: kvantált kvantált kép 2 színnel: kép 128 32 8 színnel bináris kép
Fotogrammetriai szkennelés Nagy geometriai felbontás (pixelméret < 10 µm) Nagy geometriai pontosság (jobb mint ¼ pixel) Nagy radiometriai pontosság (jobb mint 2 szürkeségi fok) Szkennelhető formátum legalább 23*23 cm 2 Fotogrammetriai funkcionalitás (pld. automatikus belső tájékozás) Tekercsfilmek szkennelhetősége Automatikus intenzitás-ellenőrzés Szkennelendő területek (képek) automatikus felismerése Szkennelt képek automatikus forgatása (pld. tömbök repülésekor) Képek átugrása Filmkezdet és filmvég automatikus felismerése Filmsérülés elkerülése
Fotogrammetriai szkennerek Leica Geosystem DSW 600 Z/I Imaging PhotoScan Vexcel Imaging UltraScan Wehrli RM