Digitalisierung analoger Bilder

Digitalisierung analoger Bilder
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: Digitalisierung analoger Bilder
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Hybride Bilderfassung
Hybride Bilderfassung kombiniert  die Vorteile fotografischer Aufnahme
 große Bildformate,
 geometrische u. radiometrische Qualität,
 bewährte Kameratechnik,
 mit den Vorzügen digitaler Bildauswertung
 Archivierung,
 teilautomatische Messung,
 Kombination von Grafik und Bild.
Hybride Bilderfassung verliert stetig an Bedeutung!!
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Hybride Bilderfassung
 Dem gegenüber steht  zusätzlicher Zeit‐ und Geräteaufwand,
 hoher digitaler Speicherbedarf,
 evtl. Qualitätsverluste bei der Digitalisierung.
 Die Digitalisierung erfolgt(e) mit Bildscannern, die sich in ihrer Qualität unterscheiden.
 einfache und weniger genaue Geräte (Desktop‐Scanner) oder
 hoch auflösende, speziell für photogrammetrische Anwendungen konstruierte Systeme.
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Hybride Bilderfassung
 Im Rahmen der Digitalisierung sind folgende Fragen relevant:
 notwendige und sinnvolle Abtastraten (Abtastfrequenz),
 Quantisierungsrate (Bit‐Tiefe) und daraus resultierend
 geometrische und radiometrische Qualität.
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Abtasttheorem
 Ein kontinuierliches analoges Signal wir durch Abtastung in ein diskretes Signal umgewandelt.
 Die Amplitude des abgetasteten Signals wird erst in einem nachfolgenden Schritt durch Quantisierung in Zahlenwerte überführt.
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Abtasttheorem
Abtastung und Quantisierung
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Abtasttheorem
 Die Abtastung erfolgt durch eine regelmäßige Anordnung von Sensorelementen, die einen Abstand ∆xs
aufweisen. Daraus resultiert die Abtastfrequenz fA zu:
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fA 
xS
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Abtasttheorem
 Nach dem Abtasttheorem ist die Nyquist‐Frequenz fN
die höchste Ortsfrequenz, die mit fA noch verlustfrei rekonstruiert werden kann:
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1
fN  fA 
2
2xS
 Ortsfrequenzen f, die höher als die Nyquist‐Frequenz sind, werden somit unterabgetastet (undersampled) und erscheinen im Ergebnis als niedrigere Frequenz (aliasing).
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Abtasttheorem
Nyquist-Abtastung (a) und Unterabtastung/Alaising (b)
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Abtastrate
 Für die Abtastrate fA gilt demnach:
fA  2 f  2 fN
 Für analoge fotografische Vorlagen kann die maximale Ortsfrequenz durch das Auflösungsvermögen des Films (Systems) beschrieben werden.
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Abtastrate
 Bei einem AV von 50 L/mm sollte die Abtastfrequenz mindestens 100 L/mm betragen.
 Dies entspricht einem Digitalisierungsintervall (Pixelgröße) von 10 µm (2540 dpi).
 Für eine ausreichende visuelle Interpretation des digitalisierten Bildes ist es empfehlenswert die Abtastrate weiter zu erhöhen, so dass gilt:
f A  2,8 * f
bzw.
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: fA  2 *2* f
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Abtastrate
 Für das Beispiel (AV = 50 L/mm) resultiert daraus:
 Abtastfrequenz 140 L/mm.
 Pixelgröße = 7 µm (3500 dpi).
 Beim praktischen Einsatz eines Scanners für photogrammetrische Aufgabenstellungen muss die Abtastrate nicht nur nach dem AV der Vorlage, sondern auch aufgrund von
 Genauigkeitsanforderungen
 Art der Weiterverarbeitung
 verfügbarem Speicherbedarf etc.
festgelegt werden.
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Abtastrate
Max. Ortsfrequenz (f) entspricht einer Pixelgröße von 1mm/50 = 0.02 mm = 20 µm
fN (in dpi): 25.4/0.02=1270
fA = 2.8*fN (in dpi): 1270*2.8 = 3556; entspricht einer Pixelgröße von 25.4mm/3556 = 0.00714 mm
Pixelanzahl = Bildformat / Pixelgröße
Speicherbedarf = Pixelanzahl * Bytes pro Pixel
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Quantisierung
 Über die Quantisierung wird der radiometrische Informationsgehalt des Bildes festgelegt.
 Damit der mögliche Informationsgehalt erhalten bleibt, erfordert dies eine Quantisierung von mindestens 12 Bit pro Grauwert (212 = 4096 Grauwerte).
 In der Praxis wird häufig eine Informationsverlust in Kauf genommen und die Bilder mit 28 = 256 Grauwerten pro Farbkanal quantisiert.
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Scanner
 Für die Digitalisierung fotografischer Bilder stehen verschiedene Abtastsysteme zur Verfügung. Diese lassen sich kategorisieren nach Systemen mit
 punktweiser Abtastung mittels Photozelle
 linienhafter Abtastung mittels CCD‐Zeilensensor
 flächenhafter Abtastung mittels CCD‐Flächensensor
 Konstruktionsprinzipien, Leistungsfähigkeit und Kosten unterscheiden sich dabei erheblich.
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Scanner
Desktop
Photo‐
gramme‐
trische Scanner
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Scanner
-Kategorie: Desktopscanner
-Scanformat: 210 * 296 mm
-Pixelanzahl: Zeile mit 8000 Pixeln
-Pixelgröße: bis ca. 12 µm
-Auflösung 1000 * 2000 dpi (optisch)
-Geometrische Genauigkeit: 50-100
µm
-Gewicht: 10 kg
-Besonderheiten: Ermöglicht die
Analog-Digital-Wandlung von
Filmnegativen und Papierabzügen
(Réseaukorrektur notwendig!)
Agfa Duoscan
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Scanner
Restabweichungen am Réseau nach
Affin-Transformation: Deutliche
Sytematiken in Transportrichtung des
Abtasters kennzeichnen die Geometrie
des Bildes.
Restabweichungen am Réseau nach
maschenweiser Affin-Transformation:
Durch Anwendung eines geeigneten
Transformationsansatzes werden die
Bilddeformationen auf ein Minimum reduziert.
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Scanner – Leica DSW 300
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Scanner – Zeiss SCAI
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Zeiss SCAI – Technische Daten
Größtes Bildformat
250 mm x 275 mm
Beleuchtung
diffus, 250 W Halogenlampe
Abtasteinheit
3 CCD Zeilen mit je 5632 Elementen
Positioniergenauigkeit
2 µm
Pixelgrößen
7, 14, 28, 56, 112, 224 µm
3600, 1800, 1200, 900, 450, 225, 112
dpi
radiometrische Auflösung
12 bit = 4096 Helligkeitsstufen;
je für Rot, Grün und Blau;
wird im A/D Wandler auf 8 bit reduziert
Scanzeit bei 14 µm
Pixelgröße
ca. 10 Minuten
Ausgabeformat
TIFF, JPEG
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Scan‐Parameter für ein Luftbild 230 * 230 mm
Pixelgröße
Auflösung
Dateigröße SW
224 µm
112 dpi
1 MB
3 MB
112 µm
225 dpi
4 MB
12 MB
56 µm
450 dpi
16 MB
48 MB
28 µm
900 dpi
64 MB
192 MB
21 µm
1200 dpi
114 MB
343 MB
14 µm
1800 dpi
257 MB
772 MB
7 µm
3600 dpi
1 GB
3 GB
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: Dateigröße RGB
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Beispiel für unterschiedliche Pixelgrößen

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21 µm
42 µm
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: 84 µm
168 µm
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