Dijital (Sayısal) Fotogrametri Dijital fotogrametri, cisimlere ait iki boyutlu görüntü ortamından üç boyutlu bilgi sağlayan, sayısal resim veya görüntü ile çalışan fotogrametri bilimidir. Girdi olarak sayısal görüntüleri kullanan, sorgulamalı veya yarı/tam otomatik yöntemlerle tüm fotogrametrik görevleri yerine getirebilen yazılım ve donanımlardan oluşur. Dijital resimler, metrik kameralarla çekilmiş analog resimlerin tarayıcılarla sayısal hale getirilmesi ile veya direk dijital kameralarla elde edilir. Dijital fotogrametri ile sayısal görüntülerin yorumlanması ve işlenmesi gibi birden çok uygulama alanı ortaya çıkmıştır. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 1
Dijital Fotogrametri Dijital fotogrametri dijital görüntüleri kullanır ve bu kullanımın çeşitli avantajları vardır: Standart bilgisayarlar üzerinde çalışan dijital iş istasyonları özel donanım gerektiren daha pahalı çizim aletleri kullanılmasını ortadan kaldırmıştır. Veri transferi analoga göre çok daha kolaydır. Dijital görüntü işleme teknikleri fotogrametrik ölçme ve değerlendirmede belirli düzeyde otomasyon sağlamaktadır. Dezavantajlar: Görüntü elde etmeyle ilgili problemler vardır. CCD alıcıların formatı çok küçüktür veya pahalıdır. Bu durumda veya yüksek hassasiyet istendiği ve metrik kameralar kullanılmak zorunda olunduğunda, önce analog fotoğraflar elde edilir. Bu resimler çok fazla zaman isteyen bir işlem olan fotogrametrik tarayıcılar kullanılarak taranmak zorunda kalınmaktadır. Günümüzde artık bu problem tamamen aşılmış olup dijital kameralar analog kamera doğruluğunda veri alım düzeyine erişmiştir. Analog fotogrametride elde edilen hassasiyeti elde edebilmek için nokta konumlaması 1 pikselden daha fazla doğrulukla yapılmak zorundadır. Piksel altı doğrulukla bu durum çözülmeye çalışılmaktadır. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 2
Dijital Fotogrametride Veri Alımı KAMERA FOTOĞRAF LAB.. TARAYICI DIGITAL FOTOGRAMETRİ BİRİMİ DIGITAL GORUNTU CAD SİSTEM CİSİM CCD KAMERA 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 3
Dijital görüntü ve özellikleri Siyah-beyaz resimler için değer elemanları 0-255 arasındadır. 256 farklı durum için bilgi 8-bit ile gösterilir. Renkli resim için ise aynı büyüklükte üç resim matrisi vardır. Gri Değerler: Kayıt edilen siyah ile beyaz arasındaki 256 gri renk tonu olarak ifade edilir (DN: Digital Number). Örnekleme: Herhangi bir pikselin geometrik olarak görüntü üzerinde oluşturulması. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 4
Dijital görüntü ve özellikleri 1x1+0x2+1x4+1x8+1x16+0x32+1x64+0x128=93 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 5
Dijital görüntü ve özellikleri Düz çizgi, analog resimde sürekli bir çizgi, sayısal resimde ise ayrık pikseller ile temsil edilir. Eğer sayısal resimdeki piksel boyutu (örnekleme aralığı) küçültülürse çizgi daha sürekli bir görünüm alacak, fakat daha fazla pikselle gösterilecektir. Dolayısıyla, örneklemede en önemli faktör piksel boyutu veya örnekleme aralığıdır. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 6
Dijital görüntü-tarama (scanning) Tek boyutlu bir fonksiyonun taranması Resim fonksiyonu, f(x), konum ve yoğunluk göz önüne alındığında sürekli bir fonksiyondur Tarama: Resim elemanlarının (piksel) konumlarının belirlenmesidir. Değer atama (Quantization): Yoğunlukların belirlenmesi; Yoğunluk dizisi I G doğal sayılar kümesinin elemanlarından oluşur. (Örneğin I G = 0, 1, 2, 255 = 8 bit) Bu iki işlem sonucunda dijital görüntü oluşur. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 7
Dijital görüntü oluşumu Obje-gerçek dünya Görüntünün ayrık piksellere bölünmesi (Örnekleme), Görüntü matrisi Her bir piksele gri değer atama, gri tonların tonlara ayrılması (Sayısallaştıma) Dijital görüntü 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 8
Uzaysal ve Radyometrik Çözünürlük, Geometrik Doğruluk Dijital görüntü üzerinde piksel boyutunun küçük olması uzaysal çözünürlüğü artıran en önemli faktördür. Genel olarak analog bir fotoğrafın çözünürlüğü 70 lp/mm (milimetredeki çizgi çifti) alınır. Dijital görüntüde bu doğruluğa ulaşabilmek için piksel büyüklüğü yaklaşık 7 mikron düzeyinde olmalıdır. Bunun için 23 23 cm lik bir film taraması sonucu gereken boyut 1 GB kadardır. Yüksek geometrik doğruluk için mutlaka piksel altı düzeyde nokta konum belirleme gerekmektedir. Ancak bu durumda tarama çözünürlüğünün yüksek tutulması, dolayısıyla üretilen görüntü hacminin yüksek olması kaçınılmazdır. Radyometrik çözünürlük parlaklığın hangi renk düzeyinde gösterildiğini ifade eder. 1 byte 256 (8 bit) farklı gri düzeyi göstermektedir. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 9
Geometrik Çözünürlük Geometrik çözünürlük= piksel boyutu GSD= YÖA= Yer Örnekleme Aralığı Bir pikselin arazideki karşılığı, boyutu 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 10
Geometrik Çözünürlük Tespit (Detection) Yorumlama (Interpretation) Tanımlama (Identification) 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 11
Geometrik Çözünürlük Tespit (Detection) Yorumlama (Interpretation) Tanımlama (Identification) Renkli görüntüler belli bir dereceye kadar yorumlamaya katkıda bulunur. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 12
Geometrik Çözünürlük Tespit (Detection) Yorumlama (Interpretation) Tanımlama (Identification) Bir obje, ancak 20-25 arası GSD kadar büyükse yorumlanabilir. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 13
Radyometrik Çözünürlük Radyometrik çözünürlük Muhtemel gri değer sayısı (piksel derinliği veya renk derinliği) 8 bit 256 gri düzey üretirken, 12 bit 4096 üretir. Karşılaştırma yapılırsa, insan gözü 50 (6 bit) gri düzeyi ancak ayırt edebilir. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 14
Görüntülerin bilgisayarda gösterimi Görüntüler, f(x,y) notasyonuyla 2 boyutlu bir fonksiyon olarak ifade edilir. Her bir piksel için bilgisayarlarda 3 ayrı bilgi kaydedilir. Bunlar o piksele ait gri değer ve 2 koordinattır. Görüntü renk çözünürlüğü Gri tonlu görüntü: Gri tonlu görüntüler renk tonu bilgisi taşırlar. Bit sayısı bu renk tonu sayısına göre değişiklik gösterir. Örneğin 8 bitlik bir görüntü 0-255 arasında toplam 256 farklı renk tonundan oluşur. Renkli görüntüler : Renkli görüntüler üç ayrı görüntü matrisinin üst üste çakıştırılması olarak düşünülebilir. Bu matrislerden her biri kırmızı, yeşil ve mavi tonları ifade eder. Bu üç renk tonunu kombinasyonları ile renkli görüntüler elde edilir. Örneğin her kanalda 8 bitlik yani 256 farklı renk tonu kullanmakta ise, renkli görüntüde 24 bitlik renk derinliği oluşacaktır. Bu da bilgisayarlarda gerçek renk (True Color) olarak ifade edilir. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 15
Görüntülerin bilgisayarda gösterimi f R (x,y) f G (x,y) f B (x,y) Renkli görüntü bileşenleri fr(x,y), fg(x,y) fb(x,y) Red Green Blue RGB color vector Bileşenlerin çakıştırılmış hali fr(x,y), fg(x,y) fb(x,y) 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 16
Dijital görüntü avantajları Teknolojik ilerlemelerle birlikte sayısal resim öncelikle yakın mesafe (yersel) fotogrametrisi uygulamalarında ve uydu fotogrametrisinde kullanılmıştır. Yersel çalışmalarda esneklik (doğruluk aralığı), sayısal resmin çözünürlüğüne bağlıdır. Sayısal resmi kullanmanın başlıca yararları; Optik-mekanik gereksinme olmaksızın sayısal resimlerin bilgisayar ekranından ölçülebilir ve görülebilir olması, Ölçme sistemlerinin kalibrasyon gerektirmeyen değişmez sistemler olması, Bu sistemlerde resim kalitesinin arttırılabilir olması, Bu sistemlerin kullanıcılara otomasyon olanağı sağlaması, Uygulamaların gerçek-zamanlı olarak veya çok yakın zamanda yapılabilir olması 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 17
Dijital fotogrametride veri toplama yöntemleri Sayısal fotogrametrik uygulamaların en önemli adımlarından biri sayısal görüntülerin elde edilmesidir. Günümüz teknolojisinde genel olarak iki şekilde yapılmaktadır. Bunlar, Tarayıcılar (Scanners): Analog kameralarla çekilen resimlerin optik tarayıcılar kullanılarak sayısal sitemlere aktarılması, CCD & Dijital (Charge Coupled Device -Yük Bağlamalı Düzen) Kameralar: Doğrudan sayısal görüntü alan kameraların kullanılmasıdır. Yersel Kamera Hava Kamerası 7, 14, 28, 56, 112, 224 mikron (275 250) mm RGB ve Gri Zeiss/Intergraph DMC 4 Yüksek Çöz. (7k 4k) Pan 4 Multi Spect. (3k 2k) Nikon D100 6 MP (3008 2000) 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 18
Resim-Piksel Koordinat Sistemi Dönüşümü n x (0,0) Y görüntü x piksel n y (0,0) X görüntü P sy y piksel Piksel koordinatlarından görüntü koordinatlarına transformasyon, x resim n = x 2 x p sx P sx n y yresim = - y + psy 2 eşitlikleri ile sağlanır. Burada, x, y görüntü koordinatlarını, x, y piksel koordinatlarını, n x, n y, x ve y yönündeki piksel sayısını, p sx ve p sy ise x ve y yönündeki piksel boyutunu göstermektedir 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 19
Resim-Piksel Koordinat Sistemi, Asal Nokta, Uçuş Yönü UltraCamD Kamerası, Kamera kalibrasyon raporu Level 2- Görüntü KS -Pankromatik 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 20
Uygulama: DMC_II_230 kamera focal_length (c) : 92.0064 ppac (x 0, y 0 ) : 0.0067 0.004 (mm) film_format : 79.2064 87.0912 camera_type : frame media_type : digital pixel_size : 5.6 5.6 (µm) image_size_in_pixels : 14144 (satır) 15552 (sütun) (image_i) (image_ii) NN x (pixel) y (pixel) x (pixel) y (pixel) 02040030 5865.875 1783.375 2044.576 1687.141 04890004 4599.822 9667.252 798.248 9625.711 01910096 13984.905 7301.129 10182.735 7155.904 ilgili noktaların resim koordinatlarını hesaplayınız. 06.04.2017 Fotogrametri II- Prof. Dr. Fevzi Karslı Sayfa 21