Olsztyn, dn. 05.12.2013 r.

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Geodezji i Gospodarki Przestrzennej

Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji

SPRAWOZDANIE

Temat: Akwizycja i wstępne przetwarzanie obrazów cyfrowych.

1. DEFINICJA, CECHY I TYPY ROZDZIELCZOŚCI OBRAZU CYFROWEGO

Obraz cyfrowy - jest to uporządkowany zbiór pikseli w postaci np. macierzy z przypisanymi do nich jasnościami spektralnymi lub poziomami szarości zapisanymi na nośnikach danych. Najczęściej ma strukturę bajtową tzn. stopień szarości pojedynczego piksela jest opisywany cyfrowo w granicach 0 (czerń) do 255 (biel), położenie piksela w obrazie oznaczają rzędy i kolumny macierzy tj. współrzędne płaskie obrazu.

Typy rozdzielczości:

• Rozdzielczość geometryczna - określenie parametrów geometrycznych obrazu cyfrowego; podawana przeważnie w jednostkach „dpi" czyli ilości pikseli w linii obrazu na długości jednego cala

• Rozdzielczość radiometryczna - czyli z jaką dokładnością podaje się jasność piksela.

Zależy ona od ilości bitów przeznaczonych na zapis liczby określającej jasność

• Rozdzielczość spektralna - oznacza liczbę pasm spektralnych rejestrowanych przez sensor. Im większa liczba pasm tym możliwości analityczne większe.

• Rozdzielczość przestrzenna - Liniowy wymiar fragmentu terenu, który jest reprezentowany przez jeden piksel.

• Rozdzielczość czasowa - oznacza czas, w którym został zarejestrowany raster.

2. FORMATY ZAPISU DANYCH RASTROWYCH

• BMP – format pliku z grafiką bitmapową. Zawiera w sobie prostą kompresję bezstratną RLE (która nie musi być użyta), informację o użytych kolorach. Obsługuje tryby RGB oraz RGBA. Pliki tego formatu są duże objętościowo.

• JPEG – format kompresji statycznych obrazów rastrowych, przeznaczony głównie do stratnego zapisu obrazów naturalnych (pejzaży, portretów itp.), charakteryzujących się płynnymi przejściami barw oraz brakiem lub małą ilością ostrych krawędzi i drobnych detali.

• TIFF- komputerowy format plików graficznych. Służy do zapisywania grafiki rastrowej. Pliki zapisane w tym formacie mają rozszerzenie ".tif" lub ".tiff". Format TIFF pozwala na zapisywanie obrazów stworzonych w trybie kreskowym, skali szarości oraz w wielu trybach koloru i wielu głębiach bitowych koloru. Przechowuje ścieżki i kanały alfa, profile koloru, komentarze tekstowe.

• PNG – rastrowy format plików graficznych oraz system bezstratnej kompresji danych graficznych. PNG nie jest obciążony patentami. Obsługuje stopniowaną przezroczystość (tzw. kanał alfa) oraz 48-bitową głębię kolorów czyli 16 bitów na kanał koloru. Dzięki temu można zapisać bezstratnie dowolne grafiki RGB (a nawet RGBA, czyli RGB+Alfa, do 64 bitów na piksel).

• RAW - format RAW charakteryzuje się dużym zakresem tonalnym, brakiem kompresji stratnej i zawiera zazwyczaj 12 lub 14 bitów na piksel. Plik w formacie RAW uważa się za cyfrowy odpowiednik negatywu, a jego konwersję za wywoływanie. Plik RAW nie zawiera obrazu przetworzonego (wywołanego) przez oprogramowanie aparatu, lecz „surowe” (ang. raw) dane z matrycy światłoczułej.

3. HISTOGRAM I METODY ZMIANY HISTOGRAMU

Histogram - przedstawienie częstotliwości występowania pikseli o określonej jasności. Można przedstawić go w formie: wykresu, tabelarycznej, liczbowej lub w postaci zestawienia procentowego.

Metody zmiany histogramu:

• wyrównanie – histogram sprowadzamy przy wyrównaniu do stanu gdy częstotliwości występowania pikseli o podobnym stopniu szarości jest jednakowa. Zmienne są wartości poziomu szarości przypisane każdemu pikselowi.

• normalizacja – histogram jest sprawdzany do krzywej Gaussa – rozkład częstotliwości odpowiada krzywej Gaussa.

• progowanie - polega na wyznaczeniu wartości progowej i wykorzystania jej do określenia, czy dany piksel obrazu ma przyjąć kolor biały czy czarny.

4. FILTRACJA OBRAZU CYFROWEGO

Filtrowanie – jest operacją matematyczną na pikselach obrazu źródłowego w wyniku której uzyskiwany jest nowy, przekształcony obraz. Filtrację określa się jako przekształcenie kontekstowe, gdyż dla wyznaczenia nowej wartości piksela obrazu docelowego potrzebna jest informacja z wielu pikseli obrazu źródłowego. Filtracja stosowana jest przeważnie jako metoda wydobycia z oryginalnego obrazu szeregu informacji w celu ich dalszej obróbki. Informacjami takimi mogą być: położenie krawędzi, pozycje rogów obiektów.

Przyczyny pogorszenia jakości obrazu:

• zakłócenie w transmisji danych cyfrowych pracy sensora;

• zła ostrość;

• dodatkowe szumy;

• błąd sensora.

Metody filtracji:

• przestrzenne i częstotliwościowe.

• liniowe i nieliniowe.

Najpopularniejszy podział filtrów:

• dolnoprzepustowe – przepuszczają dolną częstotliwość osłabiając wysoką, uwydatniają stopniowe zmiany obrazu cyfrowego i wygładzają szczegóły

• górnoprzepustowe – przepuszczają górne częstotliwości tłumiąc dolne, uwydatniają drobne szczegóły i wzmacniają krawędzie kosztem dużego pola promieniowania,

• środkowoprzepustowe – najrzadziej stosowane, służy do wyodrębniania określonych szczegółów

5. OPIS PARAMETRÓW CYFROWYCH I FOTOGRAFICZNYCH ZDJĘĆ ORAZ PRZETWORZENIE ZDJĘĆ     CYFROWYCH W CELU POPRAWY ICH JAKOŚCI RADIOMETRYCZNEJ

• zdjęcie nr 1

Zdjęcie przedstawia osobę, znajdującą się na pierwszym planie. Postać jest ostra, natomiast tło obrazu jest rozmyte poprzez zastosowanie małej wartości przesłony.

Przesłona	5,30
Czułość	400
Czas ekspozycji	1/320 s
Długość ogniskowej	62 mm

Na zdjęciu zmieniono:

- poziom jasności

- kontrast

- nasycenie

Zmiana nasycenia i kontrastu spowodowała lepsze wydobycie kolorów, a zmiana poziomu jasności na mniejszą wartość pozytywnie wpłynęła na wygląd zdjęcia.

• zdjęcie nr 2

Postać na zdjęciu oraz tło są wyraźne i ostre poprzez zastosowanie dużej wartości przesłony.

Przesłona	22,00
Czułość	400
Czas ekspozycji	1/13 s
Długość ogniskowej	35 mm

Na zdjęciu zmieniono:

-jasność

- wartość współczynnika Gamma

- balans kolorów (zwiększenie barwy zielonej)

- wyostrzenie krawędzi

Zmiana współczynnika gamma wpłynęła znacząco na zmianę kontrastu a zastosowanie balansu kolorów uwydatniło kolor dominujący na zdjęciu - zielony.

• zdjęcie nr 3

Zdjęcie wykonano przy krótkim czasie naświetlania dzięki czemu możemy zobaczyć wyraźne kontury poruszającego się pojazdu.

Przesłona	5,00
Czułość	800
Czas ekspozycji	1/800 s
Długość ogniskowej	18 mm

Na zdjęciu zmieniono:

- jasność

- kontrast

- nasycenie

- współczynnik Gamma

Histogram zdjęcia wskazywał, że jest ono zbyt jasne. Należało więc je przyciemnić. Dodatkowo zmieniono kontrast oraz w niewielkim stopniu wartość współczynnika Gamma. Aby kolory były "żywsze" zwiększono poziom nasycenia kolorów.

• zdjęcie nr 4

Zdjęcie przedstawia rozmazany pojazd co spowodowane jest długim czasem naświetlania. Natomiast jezdnia, jak i sygnalizacja świetlna są ostre dzięki zastosowaniu dużej wartości przesłony.

Przesłona	14,00
Czułość	250
Czas ekspozycji	1/30 s
Długość ogniskowej	18 mm

Na zdjęciu zmieniono:

- współczynnik Gamma

- jasność

Głównie na zmianę zdjęcia wpłynął współczynnik Gamma, dzięki któremu zdjęcie jest ciemniejsze, a kolory bardziej wyraźne. Dodatkowo nastąpiła niewielka redukcja jasności.

• zdjęcie nr 5

Na zdjęciu zarówno grupa osób na pierwszym planie jak i tło są ostro odfotografowane dzięki zastosowaniu dużej wartości przesłony.

Przesłona	22,00
Czułość	500
Czas ekspozycji	1/100 s
Długość ogniskowej	42 mm

Na zdjęciu zmieniono:

- kontrast

- nasycenie

- wyostrzenie krawędzi

W celu zwiększenia intensywności barw został zwiększony kontrast oraz nasycenie, dzięki czemu zdjęcie jest bardziej wyraziste.