1

Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet

2007

Luento 10Luento 10Digitaaliset kuvat, näytöt, Digitaaliset kuvat, näytöt,

visualisointivisualisointiPetri Petri RönnholmRönnholm

Minkälainen olikaan digitaalinen kuva?

Digitaalinen kuva on matriisi, jossa Digitaalinen kuva on matriisi, jossa jokaisella alkiolla (jokaisella alkiolla (pikselipikseli) on sävyarvo) on sävyarvo

harmaasävykuvissa 1 sävykanava / harmaasävykuvissa 1 sävykanava / pikselipikselivärivalokuvissa 3värivalokuvissa 3--4 sävykanavaa / 4 sävykanavaa / pikselipikseli

RGB yleisin valokuvissa (3 RGB yleisin valokuvissa (3 sävykanavaa) sävykanavaa)

2

Kuvan resoluutio riippuu pikselin koosta

30 x 30 pikseliä

60 x 60 pikseliä

120 x 120 pikseliä

240 x 240 pikseliä

Jokaisella kanavalla on tietty määrä sävyjä mustan ja valkoisen välillä (värin syvyys)

Sävyt tallennetaan tiettyihin bittimääriinSävyt tallennetaan tiettyihin bittimääriin88--bittinen bittinen --> 2> 288=256 sävyä=256 sävyä1616--bittinen bittinen --> 2> 21616=65536 sävyä=65536 sävyä2424--bittinen bittinen --> 2> 22424=16777216 sävyä=16777216 sävyä3232--bittinen bittinen --> 2> 23232=4294967296 sävyä=4294967296 sävyä

Tarkoitus on käyttää niin paljon värisävyjä, Tarkoitus on käyttää niin paljon värisävyjä, että ihminen ei havaitse eroa vierekkäisten että ihminen ei havaitse eroa vierekkäisten sävyjen välilläsävyjen välillä

3

Värikuvien bittisyvyys

Jokaisella värikanavalla on oma bittisyvyysJokaisella värikanavalla on oma bittisyvyysEsim. RGBEsim. RGB--kuvassa on kolme kanavaa ja kuvassa on kolme kanavaa ja kullakin kanavalla on 8kullakin kanavalla on 8--bitin värisyvyys bitin värisyvyys (256 sävyä). Tällöin kuvan (256 sävyä). Tällöin kuvan kokonaisbittimäärä on 3*8=24 bittiä eli kokonaisbittimäärä on 3*8=24 bittiä eli 256*256*256= 16777216 sävyä256*256*256= 16777216 sävyä

1 bitti

2 bittiä

3 bittiä

8 bittiä

4

Digitaalikameroiden kuvanmuodostus

Digikamerassa Digikamerassa on eri on eri värisävyille herkkiä värisävyille herkkiä sensoreitasensoreitaTyypillisin toteutus on Tyypillisin toteutus on BayerBayer--mosaiikkimosaiikki

vihreille herkkiä vihreille herkkiä sensoreita on enitensensoreita on eniten

Tulos on ”harva”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-mosaiikkihttp://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

5

Bayer-mosaiikki

Bayerkuvan värikanavat

Bayer-mosaiikista laskettu tuloskuvahttp://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Bayer-mosaiikki

Alkuperäinen kuva Bayer-mosaiikista laskettu tuloskuva

http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

6

Muita kuvaussensoreita

Sony RGBE CCD (E=emerald)

http://www.dpreview.com/news/0307/03071601sonyrgbeccd.asphttp://www.dpreview.com/news/0001/00013103fujipixel.asphttp://www.henner.info/super_ccd.htm

Fuji Super CCD (2 sensoria /pikseli: toinen mittaa tummia ja toinen vaaleita sävyjä)

Vanha malli

Uusi malli

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

7

CCD - CMOS

CCD (charge coupled device) CCD (charge coupled device) CMOS (complementary metal oxide CMOS (complementary metal oxide semiconductor) semiconductor)

CCD:ssä luetaan pikselien arvot rivi kerrallaan

CMOS:issa luetaan sävyarvot erikseen joka pikselissä

http://www.dalsa.com/shared/content/pdfs/CCD_vs_CMOS_Litwiller_2005.pdf

Näytöt - CRT

kuvaputkikuvaputkielektronitykki ampuu elektroneja elektronitykki ampuu elektroneja kuvaruudun pinnan fosforiin, joka alkaa kuvaruudun pinnan fosforiin, joka alkaa hehkumaan hehkumaan pinnan maskien toteutus voi vaihdellapinnan maskien toteutus voi vaihdella

http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray_tube

8

Litteät näytöt

LCD=LCD=Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal DisplayTFT=TFT=Thin Film TransistorThin Film TransistorPDP=Plasma PDP=Plasma DisplayDisplayLED=LED=Light Emitting DiodesLight Emitting DiodesFED=FED=Field Field Emission Emission DisplayDisplayLTPS=LTPS=Low Temperature PolysiliconLow Temperature Polysilicon

LCD TFT

LCDLCDtaustalla palaa jatkuvasti valo, jonka taustalla palaa jatkuvasti valo, jonka määrää säädellään LCDmäärää säädellään LCD--elementtien elementtien avullaavulla

TFT TFT Jokaiselle värille on oma transistori Jokaiselle värille on oma transistori pikselinpikselin sisällä sisällä

http://en.wikipedia.org/wiki/TFT_LCD

9

LCD TFT

välkkymätön kuva, koska värivälkkymätön kuva, koska väri--informaatio informaatio voidaan vaihtaa pelkästään tarvittaviin voidaan vaihtaa pelkästään tarvittaviin pikseleihinpikseleihinkuvan laatu hieman heikkenee, jos kuvaa kuvan laatu hieman heikkenee, jos kuvaa joudutaan skaalaamaanjoudutaan skaalaamaan

kuvan kuvan pikselitpikselit joudutaan interpoloimaan joudutaan interpoloimaan LCD TFT:n LCD TFT:n pikseleihinpikseleihin, jos ne eivät , jos ne eivät mene 1:1mene 1:1

http://en.wikipedia.org/wiki/TFT_LCD

Datatykit

DLP (DLP (Digital Light ProcessingDigital Light Processing) ) jokaiselle jokaiselle pikselille pikselille on pieni peili ja valo on pieni peili ja valo ohjataan joko kohti optiikkaa (väripiste) tai ohjataan joko kohti optiikkaa (väripiste) tai optiikasta poispäin (musta piste)optiikasta poispäin (musta piste)värit muodostetaan värit muodostetaan pikseleihin pikseleihin hieman eri hieman eri aikoihin, jolloin voi tulla sateenkaariaikoihin, jolloin voi tulla sateenkaari--ilmiötä ilmiötä jos valo tuotetaan värillisillä jos valo tuotetaan värillisillä ledeilläledeillä, , sateenkaarisateenkaari--ilmiötä ei oleilmiötä ei ole

10

Datatykit

LCD (LCD (Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display))kuin diaprojektori, mutta dian sijaan on 3 kuin diaprojektori, mutta dian sijaan on 3 eri värejä edustavaa LCDeri värejä edustavaa LCD--kennoakennoavalo voidaan tuottaa myös värillisillä valo voidaan tuottaa myös värillisillä ledeilläledeillä

Datatykit

PutkitykitPutkitykitJokaiselle värikanavalle on oma Jokaiselle värikanavalle on oma kuvaputki, joiden valot kohdistetaan kuvaputki, joiden valot kohdistetaan tarkasti tarkasti --> sulautuvat värikuvaksi> sulautuvat värikuvaksikalliita ja isojakalliita ja isojahankalia asentaa ja kalibroidahankalia asentaa ja kalibroida

11

Näytöt voivat esittää vain rajatun määrän pikseleitä

tyypillinen näyttötarkkuus on 72 tyypillinen näyttötarkkuus on 72 pikseliäpikseliä tuumalla tuumalla (PPI)(PPI)esimerkiksi: 23 cm leveä ja korkea kuva esimerkiksi: 23 cm leveä ja korkea kuva skannataan skannataan 600 600 dpi dpi tarkkuudella tarkkuudella --> kuvan sivun > kuvan sivun pituudeksi tulee noin 23*600/ 2.54 =5433 pituudeksi tulee noin 23*600/ 2.54 =5433 pikseliä pikseliä

jos monitorin näyttöresoluutio on 1024*768 jos monitorin näyttöresoluutio on 1024*768 pikseliäpikseliä, voidaan koko kuvasta näyttää vain , voidaan koko kuvasta näyttää vain 18.8% leveyssuunnassa ja 14.1% 18.8% leveyssuunnassa ja 14.1% korkeussuunnassa ilman zoomaustakorkeussuunnassa ilman zoomausta

Stereonäytöt (kts. luento 7)

Osa stereonäyttöjärjestelmistä vaatii, että näytön virkistystaajuus on 120 Hz tai yli

polarisaationäyttö ja -lasitLCD-suljinlasit

anaglyyfilaseillaautostereoskooppiset näytötjaettu näyttöym.

12

3D mallien visualisointi

interaktiiviset 3D ympäristötinteraktiiviset 3D ympäristötanimaatiotanimaatiot3D painotuotteet3D painotuotteetperspektiivikuvatperspektiivikuvat

3D ohjelmointiympäristöt, API (Application Programming Interface)

Direct 3D (DirectX)Fahrenheit Java 3D OpenGL, MesaGLQuickDraw3D (Apple)ym.

13

Internet

VRML Macromedia Flash X3D GeoVRML Adobe Acrobat3D

Tyypillinen 3D visualisointi

Maaston korkeusmallin 3D esitysMaaston korkeusmallin 3D esitysKorkeusmalliin liitetään tekstuuri Korkeusmalliin liitetään tekstuuri ortokuvastaortokuvastaRakennukset esitetään rautalankaRakennukset esitetään rautalanka-- tai tai kappalemalleinakappalemalleinaRakennuksille annetaan synteettinen tai todellinen Rakennuksille annetaan synteettinen tai todellinen pintatekstuuripintatekstuuriPuut visualisoidaan toistamalla muutamaa puun Puut visualisoidaan toistamalla muutamaa puun 3D mallia3D malliaNäkymään lisätään ominaisuustietoja Näkymään lisätään ominaisuustietoja

14

Puiden visualisointi (myös muut objektit) CAD ympäristöissä

RPC RPC mallitmallit ((www.www.archvisionarchvision.com).com)3D3D--malli puusta malli puusta ((tehty tehty 300300--600 600 kuvastakuvasta))Visualisoinnissa Visualisoinnissa on on muutama puutyyppimuutama puutyyppi, , joita joita monistetaanmonistetaan

Lähde: http://www.terrasolid.fi/ENG/Presentations/tphoto.ppt

Visualisointi: CAD-järjestelmät

AutoCADIntelliCADMicroStationArchiCAD3D Studio MaxMaya

3D vektorit, tekstuurit, valaistus, varjot

15

Yhdistelmätuotteet

Yhdistetään erilaisia aineistojaYhdistetään erilaisia aineistojavalokuvia, valokuvia, ortokuviaortokuvialaserkeilausta laserkeilausta GIS vektoriaineistoaGIS vektoriaineistoaominaisuustietoaominaisuustietoa

Topografinen "ortokuva"

Kuvan maastomalli on tuotettu digitaalisen kolmirivikameran kuvista, korkeusmalli pankromaattisista stereokuvista ja tekstuuri RGB-kuvista. (Fritsch, 1999)

16

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)

17

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/)