Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet 2007 Luento 10 Digitaaliset kuvat, näytöt, visualisointi Petri Rönnholm Minkälainen olikaan digitaalinen kuva? Digitaalinen kuva on matriisi, jossa jokaisella alkiolla (pikseli( pikseli) ) on sävyarvo harmaasävykuvissa 1 sävykanava / pikseli värivalokuvissa 3-43 4 sävykanavaa / pikseli RGB yleisin valokuvissa (3 sävykanavaa) 1
Kuvan resoluutio riippuu pikselin koosta 240 x 240 pikseliä 30 x 30 pikseliä 60 x 60 pikseliä 120 x 120 pikseliä Jokaisella kanavalla on tietty määrä sävyjä mustan ja valkoisen välillä (värin syvyys) Sävyt tallennetaan tiettyihin bittimääriin 8-bittinen -> > 2 8 =256 sävyä 16-bittinen -> > 2 16 =65536 sävyä 24-bittinen -> > 2 24 =16777216 sävyä 32-bittinen -> > 2 32 =4294967296 sävyä Tarkoitus on käyttää niin paljon värisävyjä, että ihminen ei havaitse eroa vierekkäisten sävyjen välillä 2
Värikuvien bittisyvyys Jokaisella värikanavalla on oma bittisyvyys Esim. RGB-kuvassa on kolme kanavaa ja kullakin kanavalla on 8-bitin 8 värisyvyys (256 sävyä). Tällöin kuvan kokonaisbittimäärä on 3*8=24 bittiä eli 256*256*256= 16777216 sävyä 1 bitti 2 bittiä 3 bittiä 8 bittiä 3
Digitaalikameroiden kuvanmuodostus Digikamerassa on eri värisävyille herkkiä sensoreita Tyypillisin toteutus on Bayer-mosaiikki vihreille herkkiä sensoreita on eniten Tulos on harva http://www.shortcourses.com/how/sensors/sensors.htm http://www.adobe.com/products/photoshop/pdfs/understanding_digitalrawcapture.pdf Bayer-mosaiikki Alkuperäinen kuva Bayer-mosaiikki http://en.wikipedia.org/wiki/bayer_filter 4
Bayer-mosaiikki Bayerkuvan värikanavat Bayer-mosaiikista laskettu tuloskuva http://en.wikipedia.org/wiki/bayer_filter Bayer-mosaiikki Alkuperäinen kuva Bayer-mosaiikista laskettu tuloskuva http://en.wikipedia.org/wiki/bayer_filter 5
Muita kuvaussensoreita Sony RGBE CCD (E=emerald) Fuji Super CCD (2 sensoria /pikseli: toinen mittaa tummia ja toinen vaaleita sävyjä) Vanha malli Uusi malli http://www.dpreview.com/news/0307/03071601sonyrgbeccd.asp http://www.dpreview.com/news/0001/00013103fujipixel.asp http://www.henner.info/super_ccd.htm Muita kuvaussensoreita Sigma Foveon X3 teknologia Ainoa, jossa jokaisessa pikselissä rekisteröidään kaikki värikanavat Mutta: ilmoittavat megapikslimäärän 3*kennon korkeus*kennon leveys -> ei suoraan vertailukelpoinen muiden kameroiden megapikselimääriin http://www.dpreview.com/news/0202/02021101foveonx3.asp 6
http://www.dalsa.com/shared/content/pdfs/ccd_vs_cmos_litwiller_2005.pdf CCD - CMOS CCD (charge coupled device) CMOS (complementary metal oxide semiconductor) CCD:ssä luetaan pikselien arvot rivi kerrallaan CMOS:issa luetaan sävyarvot erikseen joka pikselissä http://en.wikipedia.org/wiki/cathode_ray_tube Näytöt - CRT kuvaputki elektronitykki ampuu elektroneja kuvaruudun pinnan fosforiin, joka alkaa hehkumaan pinnan maskien toteutus voi vaihdella 7
Litteät näytöt LCD=Liquid Liquid Crystal Display TFT=Thin Thin Film Transistor PDP=Plasma Display LED=Light Light Emitting Diodes FED=Field Field Emission Display LTPS=Low Low Temperature Polysilicon LCD TFT LCD taustalla palaa jatkuvasti valo, jonka määrää säädellään LCD-elementtien avulla TFT Jokaiselle värille on oma transistori pikselin sisällä http://en.wikipedia.org/wiki/tft_lcd 8
LCD TFT välkkymätön kuva, koska väri-informaatio informaatio voidaan vaihtaa pelkästään tarvittaviin pikseleihin kuvan laatu hieman heikkenee, jos kuvaa joudutaan skaalaamaan kuvan pikselit joudutaan interpoloimaan LCD TFT:n pikseleihin,, jos ne eivät mene 1:1 http://en.wikipedia.org/wiki/tft_lcd Datatykit DLP (Digital( Light Processing) jokaiselle pikselille on pieni peili ja valo ohjataan joko kohti optiikkaa (väripiste) tai optiikasta poispäin (musta piste) värit muodostetaan pikseleihin hieman eri aikoihin, jolloin voi tulla sateenkaari-ilmiötä ilmiötä jos valo tuotetaan värillisillä ledeillä, sateenkaari-ilmiötä ilmiötä ei ole 9
Datatykit LCD (Liquid( Crystal Display) kuin diaprojektori, mutta dian sijaan on 3 eri värejä edustavaa LCD-kennoa valo voidaan tuottaa myös värillisillä ledeillä Datatykit Putkitykit Jokaiselle värikanavalle on oma kuvaputki, joiden valot kohdistetaan tarkasti -> > sulautuvat värikuvaksi kalliita ja isoja hankalia asentaa ja kalibroida 10
Näytöt voivat esittää vain rajatun määrän pikseleitä tyypillinen näyttötarkkuus on 72 pikseliä tuumalla (PPI) esimerkiksi: 23 cm leveä ja korkea kuva skannataan 600 dpi tarkkuudella -> > kuvan sivun pituudeksi tulee noin 23*600/ 2.54 =5433 pikseliä jos monitorin näyttöresoluutio on 1024*768 pikseliä,, voidaan koko kuvasta näyttää vain 18.8% leveyssuunnassa ja 14.1% korkeussuunnassa ilman zoomausta Stereonäytöt (kts. luento 7) Osa stereonäyttöjärjestelmistä vaatii, että näytön virkistystaajuus on 120 Hz tai yli polarisaationäyttö ja -lasit LCD-suljinlasit anaglyyfilaseilla autostereoskooppiset näytöt jaettu näyttö ym. 11
3D mallien visualisointi interaktiiviset 3D ympäristöt animaatiot 3D painotuotteet perspektiivikuvat 3D ohjelmointiympäristöt, API (Application Programming Interface) Direct 3D (DirectX) Fahrenheit Java 3D OpenGL, MesaGL QuickDraw3D (Apple) ym. 12
Internet VRML Macromedia Flash X3D GeoVRML Adobe Acrobat3D Tyypillinen 3D visualisointi Maaston korkeusmallin 3D esitys Korkeusmalliin liitetään tekstuuri ortokuvasta Rakennukset esitetään rautalanka- tai kappalemalleina Rakennuksille annetaan synteettinen tai todellinen pintatekstuuri Puut visualisoidaan toistamalla muutamaa puun 3D mallia Näkymään lisätään ominaisuustietoja 13
Puiden visualisointi (myös muut objektit) CAD ympäristöissä www.archvision.com) RPC mallit (www. 3D-malli puusta (tehty 300-600 kuvasta) Visualisoinnissa on muutama puutyyppi, joita monistetaan Lähde: http://www.terrasolid.fi/eng/presentations/tphoto.ppt Visualisointi: CAD-järjestelmät AutoCAD IntelliCAD MicroStation ArchiCAD 3D Studio Max Maya 3D vektorit, tekstuurit, valaistus, varjot 14
Yhdistelmätuotteet Yhdistetään erilaisia aineistoja valokuvia, ortokuvia laserkeilausta GIS vektoriaineistoa ominaisuustietoa Topografinen "ortokuva" Kuvan maastomalli on tuotettu digitaalisen kolmirivikameran kuvista, korkeusmalli pankromaattisista stereokuvista ja tekstuuri RGBkuvista. (Fritsch, 1999) 15
Topografinen 3D-kartta, "deep map". Kartan havainnollisuus lisääntyy, kun se projisioidaan tarkastelusuunnan mukaisessa perspektiivissä. Kuvan kartta on saksalainen topografikartta 1 : 25 000. (Fritsch, 1999) Ortokuva 3D maastomallin päällä (Finnmap http://www.finnmap.com/ortho.html) 16
Eräs (luennoitsijan) näkemys kurssin ydinsisällöstä käsitekaaviona (ei ole absoluuttinen totuus, vaan ajatusten ja muistin herättäjä vertaa seuraavan kalvon käsitekaavioon) Luennolla yhdessä laadittu näkemys kurssin ydinsisällöstä käsitekaaviona Käsitekaaviot on tehty ilmaisella CmapTools-ohjelmalla (http://cmap.ihmc.us/) 17