Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521 1 1.Dijital (Sayısal) Fotogrametri 1.1. Dijital Resim Nedir? Sayısal ortamda, pixel (picture x element) lerden oluşan ve her bir piksele bir renk tonunun atanması ile oluşan sayısal bilgiye dijital (sayısal) resim adı verilir. Dijital resmin kullanıldığı fotogrametri sayısal fotogrametri olarak adlandırılır. Dijital resim elektronik olarak farklı iki tür sensör tarafından üretilir. Bunlar CCD ve CMOS sensörlerdir. Analog olarak elde edilmiş fotoğraflar da tarayıcılar yardımı ile sayısal ortama geçirilerek sayısal fotogrametri içerisinde kullanılırlar. Pixel Nedir ? Sayısal resmin en küçük elemanı olan piksel dijital kameraların enküçük fotocell hücresidir. İngilizcedeki picture ve element kelimelerinin başlangıcında bulunan ikişer harfinin birleştirilmesi ile oluşturulmuş bir tanımdır. Dijital resim çekme makinalarının tümü için en küçük resim elemanını ifade eder. Bir dijital resim çekme makinasında bulunan piksellerin oluşturduğu ana yapı algılayıcı yapısıdır. Algılayıcı (sensör) temel olarak iki ana yapıdan oluşur. Bunlar Fotocell plaka ki bu piksellerin üzerinde bulunduğu yapıdır. Diğeri ise mikroişlemcidir (microchip). Algılayıcı bu iki ana yapının birleşmesi ile oluşmuştur. Şekil 1: Algılayıcı donanım bileşenleri
31
Embed
1.Dijital (Sayısal) Fotogrametri...resmin geometrik orta noktasıdır. y -y Dijital resim x (0,0) Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
1
1.Dijital (Sayısal) Fotogrametri
1.1. Dijital Resim Nedir?
Sayısal ortamda, pixel (picture x element) lerden oluşan ve her bir piksele bir renk
tonunun atanması ile oluşan sayısal bilgiye dijital (sayısal) resim adı verilir.
Dijital resmin kullanıldığı fotogrametri sayısal fotogrametri olarak adlandırılır. Dijital
resim elektronik olarak farklı iki tür sensör tarafından üretilir. Bunlar CCD ve CMOS
sensörlerdir. Analog olarak elde edilmiş fotoğraflar da tarayıcılar yardımı ile sayısal
ortama geçirilerek sayısal fotogrametri içerisinde kullanılırlar.
Pixel Nedir ?
Sayısal resmin en küçük elemanı olan piksel dijital kameraların enküçük fotocell
hücresidir. İngilizcedeki picture ve element kelimelerinin başlangıcında bulunan ikişer
harfinin birleştirilmesi ile oluşturulmuş bir tanımdır. Dijital resim çekme makinalarının
tümü için en küçük resim elemanını ifade eder.
Bir dijital resim çekme makinasında bulunan piksellerin oluşturduğu ana yapı algılayıcı
yapısıdır. Algılayıcı (sensör) temel olarak iki ana yapıdan oluşur. Bunlar Fotocell plaka
ki bu piksellerin üzerinde bulunduğu yapıdır. Diğeri ise mikroişlemcidir (microchip).
Algılayıcı bu iki ana yapının birleşmesi ile oluşmuştur.
Şekil 1: Algılayıcı donanım bileşenleri
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
2
Bu algılayıcının çalışma sistematiği ise şöyledir; fotocell platforma düşen ışık ışını
buradaki pikselleri oluşturan fotosel hücrelerin elektrik enerjisi üretmesini sağlar bu
üretilen elektrik enerjisi mikrochipe aktarılır. Mikrochip bu elektrik enerjisini alır ve
herbir piksel için bir sayısal değere dönüştürür ve bunları harddiske gönderir. İşte dijital
resim böyle oluşur. Elektronik olarak bu işlemi yapan iki tür algılayıcı geliştirilmiştir.
Bunlardan biri CCD (Charge Couple Device) diğeri ise CMOS (Compllimentary Metal
Oxide Semiconductor) dir.
CCD veya CMOS bilinen elektronik devreler gibidirler. Anolog fataograf makinelerinde
bildiğimiz film görevi görürler ve cihazların üzerinde, en az cihazın çözünürlüğü kadar
sensör/devre vardır ve bu devreler, objektiften alınan ışığı pixel cinsinden dijital ortama
yansıtılmasını şağlarlar. Yani 5 megapixel bir dijital fotograf makinesi üzerinde
2560*1920 yani yaklaşık 5 milyon adet mini sensör bulunur.
Dijital bir görüntü satır ve sütunlardan 0 ve 1’lerin kullanıldığı ikili bir dileden oluşur.
Görüntü matrisinin her bir hücresine pixel denir. Resmin elementleri anlamına gelir.
Pixel satır ve sütunlardan meydana gelir. Çözünürlük görüntünün keskinliğini ve
berraklığını bildiren bir terimdir. Sistemin çözünürlüğü ne kadar yüksek olursa o kadar
iyi görüntü elde edilir.
1969 yılında Bell labarotuarlarında geliştirilen CCD sensörler günümüze kadar
gelmişlerdir. Çalışma prensiplaeri ışık kaynağından gelen fotonları yakalayıp fotonları
fotoelektrik etkileşim sonucu fotoelektronları oluştururlar. Bu oluşan fotoelektronlar
“cell” adı verilen hücrelerde toplanırlar. Hücrelerdeki elektronlar sayılırlar ve sayısal
değeri bulunmuş olur. CCD sensörler ışığa karşı hassas cihazlardır. Bu hassasiyet
sayesinde ışığı elektron sinyallerine dönüştürürler ve işlemcilere gönderirler.
1963 yılında keşfedilen CMOS sensörler de temelde ışığı elektronik sinyallere
dönüştürürler. Ve bilgisayarlarda kullanılan anakartlar gibi yüzlerce transistor den
oluşurlar. Ve her bir piksel bağımsız ayrı bir transistör tarafından meydana
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
3
getirilmektedir. Fotograf makineleri dışında birçok cihaz da kullanılıyor olmaları
sebebiyle fiyatları CCD sensöre göre oldukça maküldür. Ayrıca CCD’ye göre düşük
enerji tüketimi ve az yer kaplaması tercih sebeplerindendir.
Günümüzde CCD’ler ve CMOS lar arasında en alışılagelmiş kanıya göre birisinin daha
iyi, diğerinin ise eski teknoloji olduğu kanısıdır. Fakat günümüzde örneğin Canon firması
CMOS u öyle geliştirmiştir ki CCD kalitesinde sonuçlar üretilebilmektedir. Profesyonel
üreticileri düşünmezsek CCD teknolojisi CMOS teknolojisine göre daha üstün
gözükmektedir.
Her iki tip sensörde, 3.2 mm kalınlıktan 8.8 mm e kadar değişen kalınlıktadır ve
çoğunluğu bir kablo aracılığı ile bilgisayara bağlanmak durumundadırlar. Alınan dijital
görüntü yazılımın sağladığı özelliklerle düzeltilebilir, keskinleştirilir zenginleştirilebilir.
Ama film tabanlıda alınan görüntü neyse odur değiştirilemez
CMOS çipleri her marka bilgisayar ile uyumlu olup daha ucuzdur. CMOS çiplerin her bir
pixelinde %90 duyarlı bölge %10 elektroniklerin olduğu bölge vardır. Yani elektronik
çiplerin üzerine yerleştirilmiştir. CCD çiplerin her bir pixelinde ise duyarlı bölge %100
lüktür. Elektronikler için yer ayrılmadığından %100 lük hassaslıkla görüntü kalitesi
mükemmeldir. CCD tipi sensörlerde ışığın hücreler üzerinde yarattığı elektronik yükün
okunması, sensörün tümünden bir ucuna taşınarak o uçtan okunmasıyla gerçekleşir. Bir
analogtan dijitale çevirici, her bir pixeldeki veriyi (yükü) dijital veriye (sayısal veriye)
dönüştürür.
Birçok CMOS sensörde ise, her bir pixeldeki birkaç transistör bu oluşan yükü ölçer ve
bildiğimiz anlamdaki kablolardan (CCD de aktarım sensör üzerinden direkt olur) bunun
aktarımını yapar. CMOS sensörler bu yüzden daha esnektir çünkü her bir pixel ayrı ayrı
okunabilmektedir. CCD sensörlerin yükü çip üzerinden bozulmadan aktarabilmeleri için
üretimlerinde özel bir yöntem izlenir. Bu yöntem yüksek kalitede keskinliğe ve ışık
hassaslığına sahip sensörlerin üretilmesine öncülük etmiştir.. Diğer taraftan CMOS
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
4
sensörler daha geleneksel yöntemlerle üretilirler (bu yöntem bir çok mikro işlemcinin
üretilmesi yöntemiyle aynıdır). Bu üretim farklılıkları nedeniyle aralarında dikkat çekici
biçimde farklılıklar vardır.
Kirli görüntülerin oluşmasına sebep olan bir etmen elektronik olarsak aktarılan yükün
aktarımı sırasında çevresel ve içsel (örneğin iki kablodan aynı anda aktarılan iki yükün
birbirini etkileyip birbirlerini değiştirmesi) faktörlerden etkilenerek bozulmasıdır. Bu
bozulma CCD lerde az CMOS larda yüksek kalitede keskin ve gerçekçi görüntüler elde
edilirken, CMOS larda daha kirli görüntüler elde edilir.
CMOS lar çok daha enerji tüketirler. Bir CCD sensör dengi bir CMOS sensöre göre
yaklaşık 100 kat daha fazla enerji tüketir. CMOS sensörler sıradan bir silicon üretim
hattında üretilebildiklerinden dolayı inanılmaz derecede ucuza üretilebilirler. CCD
sensörler daha uzun süredir seri üretim olarak üretildikleri için üretim süreçleri daha
olgundur bu daha kaliteli, çok pixelli görüntüler elde edilmesine yol açar. Ayrıca
malzeme kaliteleri ve üretim teknolojilerinin yüksekliği nedeniyle pahalıdırlar.
Şekil
Şekil 2: CCD ve CMOS sensörler
Bu farklardan ötürü CCD sensörler yüksek görüntü kalitesine gerek duyulan ve güç
tüketiminin ve maliyet yüksekliğinin sorun olmadığı dijital görüntü makinelerinde
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
5
(fotoğraf makinesi, kamera vs.) kullanılırken CMOS tipi sensörler enerji sıkıntısının
olduğu, daha az maliyet gerektiren ve görüntü kalitesinin çok yüksek olmasına gerek
görülmeyen görüntü kameralarında kullanılırlar.
2.Dijital(Sayısal) Fotogrametride Kullanılan Koordinat Sistemleri
Dijital fotogrametride üç tane ana koordinat sistemi kullanılır.
2.1. Piksel Koordinat Sistemi
Dijital kameralar ile çekilen resimlerin ya da tarayıcılarla dijital ortama atılmış resimlerin
bilgisayar ortamındaki koordinat sistemidir. İki boyutlu koordinat sistemidir. Dijital
fotogrametride tüm resim koordinatlarının ölçüldüğü ilk koordinat sistemidir.
(0,0)
Şekil 3: Piksel koordinat sistemi
Orijin her zaman dijital görüntünün sol üst köşesidir. Koordinat sisteminin birimi piksel
sayısıdır. Dolayısıyla 800x600 çözünürlüklü bir resim için piksel koordinat sisteminde
oluşan eksende 800 yatay, 600 düşey olmak üzere 800 x 600 =480000 adet piksel değeri
o resmin boyutlarını oluşturur. Her bir piksel koordinatlandırılır ve her bir pikselin renk
x
Dijital resim
y
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
6
değerleri koordinatlandırılarak kodlanır. Bir koordinat sistemi açabilmek için resim
çözünürlüğünü bilmek gerekir.
2.2. Resim Koordinat Sistemi
Resim orta nokta bulucuları ile tespit edilmiş olan birbirine dik eksenlerden oluşan
koordinat sistemidir. Bilgisayar üzerinde resim üzerinden alınan her bir koordinat ilk
olarak piksel koordinatıdır. Dijital olarak yapılan iç yöneltme sonunda elde edilen yine
iki boyutlu koordinat sistemi ise resim koordinat sistemi olarak adlandırılır. Piksel olarak
ölçülen koordinatlar transformasyon ile bu koordinat sistemine dönüştürülür. Bu konu iç
yöneltme başlığı altında anlatılacaktır. Ölçek olarak 1/1 ölçeğinde koordinatlar elde
edilir. Bu dönüşüm sonrasında distorsiyon parametreleri de hesaplanabilir.
-x
Şekil 4: Resim koordinat sistemi
Resim koordinat sistemi fotogrametrik hesaplamalar için kullanılır.
Ana nokta: Objektifin orta noktasının (izdüşüm merkezi) resim düzlemi üzerindeki iz
düşümüne resmin ana noktası denir.
Orta nokta: Resim orta nokta bulucuları ile resim düzlemi üzerinde tespit edilen nokta
resmin geometrik orta noktasıdır.
y
-y Dijital resim
x
(0,0)
Gebze Teknik Üniversitesi Sayısal Fotogrametri Doç. Dr. Bahadır ERGÜN JFM 521
7
Mutlak Düşey Resim: Resmin ana noktası ile orta noktası üst üste çakışıyorsa bu resme
mutlak düşey resim denir.
2.3. Cisim Koordinat Sistemi
Dijital olarak yapılan dış yöneltme sonrası elde edilen ve fotogrametrik olarak çalışılan
cisimler üzerinde tesis edilmiş üç boyutlu sonuç (uzay) koordinat sistemidir.
Şekil 5: Cisim koordinat sistemi
Esasen fotogrametride tüm üç boyutlu ölçme işlemleri cisim koordinat sisteminde yapılır.