Távérzékelés Fényképészeti felvevőrendszerek (EENAFOTOTV, ETNATAVERV)
Erdőmérnöki szak, Környezettudós 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 Kameratörzs Optika
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 109 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 a) megvilágítás megvilágított AgBr nem megvilágított AgBr
redukált ezüst (Ag)
b) látens kép megvilágított AgBr
c) negatív előhívás
nem megvilágított AgBr kimosva
fekete-fehér negatív megvilágított eljárás AgBr eltávolítva nem megvilágított AgBr
redukált ezüst (Ag)
fekete-fehér fordítós eljárás
d) előzetes előhívás e) pozitív előhívás egy egyenletes megvilálágítás után
Feketedés Definíció:
Ahol:
Φ0 1 D = log = log = log O Φ τ D : feketedés (fedettség – denzitás) Φ0: filmre jutó fényáram Φ: filmen átjutó fényáram τ: átlátszóság (transzparencia) O = 1/τ: áttetszőség (opacitás)
Pld.
D =1
↔
Φ=
Φ0 10
,
τ = 0,1
Feketedési görbe Mérés : denzitométerrel
D = log
1
τ
= log O D : feketedés H : megvilágítás E : fénybesugárzás t : megvilágítási idő
α : meredekségi szög
α log E ⋅ t = log H alul -
normál exponálási tartomány
felül -
Gradáció γ Az emulzió feketedési eltérései megjelenítésének, kontraszt-visszaadási képességének mérőszáma (∆D)
∆D = γ ⋅ ∆ (log H )
γ = tan α γ < 1 : lágy (∆D < ∆ (log H )) γ ≈ 1 : normál (∆D ≈ ∆ (log H )) γ > 1 : kemény (∆ D > ∆ (log H )) Gamma érték: Negatív:
0,4
0,6 igen lágy
0,9 lágy
1,5 normál
3,5 kemény
Fényképészeti érzékenység Adott feketedési szint eléréséhez szükséges besugárzás mérőszáma D
α1 = α 2
⇒
γ1 = γ 2
Mérőszámok: DIN: német szabvány: logaritmikus, lineáris
magas érzékenység
ASA: amerikai szabvány: nem lineáris
alacsony érzékenység
α1
α2
log H
DIN:
adott besugárzás 12Pld. egy 15 100 ASA 18 érzékenységű 21 24 film27 30 33
ASA:
12
mellett azonos feketedési szintet jelent, mint az 50 ASA 25 50 100 200 400 800 1600 érzékenységű kétszeres besugárzás mellett.
Spektrális érzékenység Fekete-fehér filmek Ortokromatikus Pankromatikus Infra
Színes filmek Színhelyes színes Infraszínes
Spektrozonális filmek Kétrétegű vízbehatoló film
Spektrális érzékenység Spektrális érzékenység
Sλ : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében
Ajánlott szűrők:
log Sλ
UV
sárga Pankromatikus FF film
1
2
-1 300
λ ( nm) 400
500
600
700
800
Spektrális érzékenység Spektrális érzékenység
Sλ : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében Ajánlott szűrők:
log Sλ
sárga
vörös
IV
1 Infravörös FF film 2
-1 300
λ ( nm) 400
500
600
700
800
900
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Szűrők és színek Az emberi szem három spektrumtartományban érzékel:
kék
zöld
vörös
Additív alapszínek A szem a (monokromatikus) spektrális színeket egymástól elválasztani nem képes!
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Szűrők és színek Additív alapszínek
Szubtraktív alapszínek fehér
kék
zöld
cián
bíbor
vörös
sárga
vörös
fehér fehér
zöld
Szűrők segítségével!
kék
A színes film Színérzékenység kék
Színezék sárga
Sárga szűrő zöld (+kék) vörös (+kék) hordozóréteg
magenta cián
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Szűrők és színek
fehér
szűrő fekete
sárga
bíbor
cián
kék
zöld
vörös
Színhatás
sárga bíbor
Szubtraktív színkeverés
cián kék zöld vörös
Additív színkeverés
Spektrális érzékenység Spektrális érzékenység
Sλ : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében
Ajánlott szűrő: log Sλ
UV
1
Színes film
zöld
kék
vörös
2
-1 300
λ ( nm) 400
500
600
700
800
900
Spektrális érzékenység Spektrális érzékenység
Sλ : Érzékenység a λ hullámhossz függvényében
Ajánlott szűrő: log Sλ
sárga
Színes infravörös film
zöld - kék
1
vörös - zöld infravörös - vörös
2
-1 300
λ ( nm) 400
500
600
700
800
900
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 SegítségévelI a teljes légifényképező rendszer minősége számszerűen jellemezhető. A függvény azt fejezi ki, hogy a felbontási határ felett a tárgy kontrasztja Imax. a képen miképpen változik a jelméretek függvényében. I’max. Tesztmintából
Ι: fényerősség Ι ’:fényerősség tárgyi vonaltávolság ∆ vonaltávolság δ:: képi
F: helyifrekvencia frekvencia f: helyi
I’min. Imin.
1 ∆δ == 1 Ff
′ −IImin ′ IImax max. . − min. . Tárgy (minta-) Képkontraszt: kontraszt: C ′== ′ +IImin ′ IImax max. .+ min. .
Tárgy(minta) Képsík
A KÉPMINŐSÉG LEÍRÁSA Felbontóképesség Kontraszt-átviteli függvény Kontrasztátvitel: CT =
C′ C
CT(%) Két
fényképező rendszer közül azt tekintjük jobb minőségűnek, melynek átviteli függvénye magasabban halad 100 90 80
Előnyök: 70 • objektív (mérhető) 60 • információk minden helyi frekvenciáról 50 • adott kombináció össz CT-függvénye az egyes CT-függvények összege 40 (pld. CToptika + CTfénykép = CToptika+fénykép 30
Hátrány: • bonyolult meghatározás
20 10 0
Vonalpár/mm 140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
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 ALAPOK Optikai képalkotási modellek Egyszerűsített optikai modell P’
BP Bl
KP
r’
τ′ ≠τ
Optikai tengely
τ
P
BP : Belépő pupilla Bl : Blende (fényrekesz) KP : Kilépő pupilla P – BP közép, AP közép – P’ : Fősugarak
OPTIKAI ALAPOK Optikai képalkotási modellek Funkcionális modell (centrálperspektíva) P’
∆r ′ = r′ − c ⋅ tan τ
c ⋅ tanτ VK
Optikai tengely
τ′ ≠τ
F’
τ c
P
VK : Vetítési középpont c : Kameraállandó F’ : Képfőpont
OPTIKAI ALAPOK Optikai képalkotási modellek Elrajzolás
∆r′ = r′ − c ⋅ tanτ ∆r ′ :
az elrajzolás radiális irányú
c : szabadon választható! pld.
∆ri′ = ri′ − c ⋅ tan τ i = 0 egy adott ri′
ri′ c= tan τ i
-re, ahonnan
OPTIKAI ALAPOK Optikai képalkotási modellek Elrajzolás: meghatározás goniométerrel r’ Beosztás a képsíkban Mérőkamera KP BP
A távcső az optikai tengellyel be
T
τ szöget zár
τ mérése adott r’-nél A mérőkamerák elrajzolása
< 10µm
OPTIKAI ALAPOK Optikai képalkotási modellek Elrajzolási görbe
d∆ri′ = −dc ⋅ tan τ i ≈ −
dc ⋅ ri′ c
A radiális elrajzoláshoz tangenciális elrajzolás társul!
A látószög f=25 f=50 mm f=100 f=1000 mmmm mm s/2
VK
τ
F’ c
VK : Vetítési középpont c : Kameraállandó F’ : Képfőpont S : képméret
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Fényelhajlási képéletlenség A fény hullámtermészete + a fény elhajlása a kör alakú rekesznyíláson át
(a besugárzás – megvilágítás erőssége) A rekesz és a szóródási kör kapcsolata:
u ≈b=
f d
u : a szóródási kör átmérője(µm ) b : rekesznyílásérték Központi fényelhajlási folt (szóródási kör ) + interferencia gyűrűk képsík
f : az objektív fókusztávolsága d : rekesznyílás átmérője
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Lencsehibák: Szférikus aberráció u[µm]
Kromatikus aberráció Asztigmatizmus Elhajlási életlenség
Kritikus rekesznyílás Kóma
30
Lencsehibák csökkentése:
20
a rekesznyílás szűkítésével (az optikai szélső sugarak kizárásával) 10
lencsehibák Objektív A nő! A lencsehibák csökkennek, a fényelhajlási képéletlenség Objektív B
0 4
5,6
8
11
16
22
32 Rekesznyílásérték b
Kritikus rekesznyílás: azon rekesznyílásérték, amely mellett a képélesség maximális!
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Mélységélesség Az optika alapegyenlete az éles leképzésre: t : tárgytávolság
1 1 1 + = , vagy (t - f ) ⋅ (k − f ) = f 2 t k f
k : képtávolság f : fókusztávolság
Mérőkamera fókusztávolsága rögzített, ezért: ∆t ⇒ ∆k ⇒
∆k u = életlenség a képsíkban b
Légifényképnél:
1 ≈0 ⇒ t
k≈ f
az életlenség elhanyagolható!
OPTIKAI ALAPOK A képalkotás minősége Mozgási képéletlenség A fénykép megvilágítása közben létrejövő képvándorlás:
uelm.
uelm. = v ⋅ t ⋅
c v ⋅t = h a kép
kép
c
Előnyök:
uelm. : képvándorlás
•Gyors repülés és magasság (v, h) v :alacsony repülési repülési sebesség •nagyobb kameraállandó (c) t : a megvilágítási idő •nagyfelbontású filmek (t) akép : képméretarányszám
h
•Repülés kedvezőtlen megvilágítási viszonyok között (t) Képvándorlás kompenzáció: FMC (Forward Motion Compensation)
v ⋅t
tárgy
A centrális vetítés elve ξ = ξ0 − c
r11 ( X − X 0 ) + r21 (Y − Y0 ) + r31 (Z − Z 0 ) r13 ( X − X 0 ) + r23 (Y − Y0 ) + r33 (Z − Z 0 )
η = η0 − c
r12 ( X − X 0 ) + r22 (Y − Y0 ) + r32 (Z − Z 0 ) r13 ( X − X 0 ) + r23 (Y − Y0 ) + r33 (Z − Z 0 )
ahol: c O (X0, Y0, Z0) H (ξ0, η0) P (X, Y, Z) P’ (ξ, η) rik
kameraállandó vetítési középpont képfőpont tárgypont képpont forgatási mátrix elemei
A centrális vetítés elve X = X 0 + (Z − Z 0 ) Y = Y0 + (Z − Z 0 )
r11 (ξ − ξ 0 ) + r12 (η − η0 ) − r13c r31 (ξ − ξ 0 ) + r32 (η − η0 ) − r33c
r21 (ξ − ξ 0 ) + r22 (η − η0 ) − r23c r31 (ξ − ξ0 ) + r32 (η −η 0 ) − r33c
ahol: c O (X0, Y0, Z0) H (ξ0, η0) P (X, Y, Z) P’ (ξ, η) rik
kameraállandó vetítési középpont képfőpont tárgypont képpont forgatási mátrix elemei
Légifényképezés
Légifényképezés Megnevezés
Jelölés
Mértékegység
Érték
Kép méretaránya
mb
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
Fb=S2
m2
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
Egy kép által lefedett terület
1 : 28 284
