Rys Ilustracja rastra i jego najmniejszego elementu - piksela

Transkrypt

1 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT.. Model rstrow Rstrow model dnch wkorzstwn jest dl gromdzeni i przetwrzni dnch pochodzącch ze sknowni istniejącch mteriłów mpowch, zdjęć lotniczch i stelitrnch orz orzów teledetekcjnch. W modelu rstrowm dne o oiektch świt rzeczwistego przechowwne są w postci regulrnch elementów powierzchniowch zwnch pikselmi (ng. piel od picture element). Piksele przewżnie mją ksztłt kwdrtu chociż możn się spotkć również z pikselmi w ksztłcie prostokąt. Orz tworzon przez piksele nzwn jest rstrem. Z ntur rzecz rster jest prostokątem, którego wmir określone są w pikselch. Inczej rzecz ujmując możn powiedzieć, że piksel jest njmniejszą rozróżnilną powierzchnią rstr. Rsnek.9 przedstwi ilustrcję rstr o wmirch H W (wsokość szerokość) i wodręnionego w nim piksel. Rs..9. Ilustrcj rstr i jego njmniejszego elementu - piksel Rster w sposó nturln może ć reprezentown przez tlicę dwuwmirową, w której poszczególne element przechowują informcje o odpowiednich pikselch. Położenie kżdego piksel w rstrze jest identfikowne przez podnie wiersz i kolumn w tlic przporządkownej rstrowi. Rs... Ilustrcj zpisu rstr w tlic Wrtości zpiswne w tlic są nzwne trutmi elementu rstr. Korzstjąc z tlic dwuwmirowej dl kżdego piksel możem zpisć jeden trut. W przpdku przpiswni do piksel większej licz trutów nleż zmist pojednczego pol stosowć wektor trutów, co prowdzi do tlic trójwmirowej. Trzeci wmir tlic ędzie określł płszczzn odpowiednich trutów, mogącch tworzć wrstw temtczne np. poziom informcjne w zorzownich teledetekcjnch.

2 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT Rs... Ilustrcj wielu trutów przpiswnch do elementu rstr W zleżności od dopuszczlnch wrtości trutu piksel nleż zstosowć odpowiedni tp zmiennej do jego przechowwni tm smm odpowiedni zsó pmięci do zpisu cłej tlic rstr. Njczęściej wrtość trutu przekłd się n kolor jkim dn piksel ędzie rsown podczs prezentcji grficznej. Przjmując, że do zpisu trutu piksel wkorzstm jeden it, możem wróżnić dw jego stn wrtości tzn. zero lu jeden, mówim wted o rstrze monochromtcznm zwnm populrnie czrno-iłm. W rstrze monochromtcznm w jednm jcie pmięci zpisujem więc kolor ośmiu kolejnch pikseli. Prz rstrch w którch wróżni się więcej kolorów trze przeznczć odpowiednio więcej pmięci dl przechowni wrtości trutu piksel. Wielkość pmięci potrzenej do zpisu rstr możem określić n podstwie nstępującego wzoru: B (.7) N H * W * 8 gdzie N - wielkość rstr wrżon w jtch, H - wsokość rstr w pikselch, W - szerokość rstr w pikselch, B - licz itów do zpisu jednego piksel. Orz rstrow powstje jko ezpośrednie zorzownie rzeczwistości np. w wniku wkonni zdjęć lotniczch lu stelitrnch gdzie kżdemu pikselowi orzu przporządkowwn jest odpowiedni frgment terenu.

3 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT Rs... Ilustrcj tworzeni rstr Cechą chrkterstczną tkich zorzowń jest wmir terenu zorzown jednm pikselem rstr. Im piksel mniejsz tm wierniejsze zorzownie terenu. Dl przkłdu stelit LANDSAT TM oferuje orz z pikselem odpowidjącm oszrowi m m djąc orz odpowidjące oszrom 85km 85 km. Stelit SPOT ntomist oferuje piksel m m i orz oejmujące oszr 6km 6km. Njdokłdniejszmi oecnie zorzowniem stelitrnm są zdjęci z stelit IKONOS o rozdzielczości,8m i QuickBird,6m. Rs... Zdjęcie z stelit IKONOS Innm sposoem tworzeni rstrów odnoszącch się do rzeczwistości jest sknownie istniejącch mp n urządzenich zwnch sknermi. Proces sknowni poleg n podzile orginłu n młe element i pomierzeniu ich jsność. W tm celu skner wposżon jest w odpowiednią liczę świtłoczułch receptorów, z którch kżd mierz jsność młego wcink orginłu. W przpdku sknowni kolorowego również mierzon jest jsności lecz z zstosowniem odpowiednich filtrów dl głównch kolorów RGB co ozncz indwiduln pomir jsności dl poszczególnch skłdowch. Poniżej przedstwiono ilustrcję procesu sknowni.

4 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 4 Orginł Mtrc skner Rs..4. Ilustrcj procesu sknowni W wniku nłożeni mtrc skner n orginł dokonujem jego podziłu n piksele dl którch w procesie sknowni rejestrown jest ich kolor. Do określeni preczji sknowni użw się chrkterstki określnej jko rozdzielczość. Rozdzielczość określn jest w pikselch n cl i oznczn skrótem DPI (ng. dot per inch). N podstwie rozdzielczości określm wmir frgmentu orginłu odwzorown w jednm pikselu. Prz rozdzielczości 54 dpi jest to.mm. Rozdzielczość jest więc jednostką chrkterzującą preczję sknowni. Im wrtość jest większ tm mniejsz jest piksel tm smm wierniejsze odwzorownie orginłu. Jednocześnie wzrost rozdzielczość powoduje przrost wielkości rstr i to w zleżności kwdrtowej. Ozncz to, że dwukrotne podniesienie rozdzielczości powoduje czterokrotn wzrost wielkości rstr. Zleżności międz wmirem orzu i rozdzielczością wmirem rstr są nstępujące: h H * DPI 5,4 (.8) w W * DPI 5,4 gdzie W - szerokość rstr w pikselch, H - wsokość rstr w pikselch, DPI - rozdzielczość h - wsokość orzu w [mm] w - szerokość orzu w [mm]

5 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 5 W chrkterstkch sknerów możn się spotkć z dwom rodzjmi rozdzielczości optczną i interpolowną. Rozdzielczość optczn (zwn również fizczną) ozncz rzeczwistą liczę elementów świtłoczułch n jednostkę długości. Rozdzielczość interpolown (oliczeniow) poleg n progrmowm wstwiniu międz piksele rzeczwiste dodtkowch pikseli i przpiswni im wrtości uśrednionch wnikjącch z sąsiedztw pikseli rzeczwistch. Nleż jednk pmiętć, że interpolcj nie powoduje wprowdzeni nowch dnch do orzu, jest tlko jego przetworzeniem. Ozncz to, że rozdzielczość optczn np. 6 lu dpi, dje zncznie lepsze wniki niż tk sm rozdzielczość interpolown.... Kompresj dnch rstrowch Zior rstrowe zpiswne w postci ezpośredniej są ziormi o zncznch rozmirch. Są one tm większe im wższ jest rozdzielczość przechowwnego w nich orzu i im więcej itów przeznczonch jest n zpis pojednczego piksel. Poniższ tel zwier przkłdowe zestwienie wielkości rstrów dl orginłu o wmirch 58mm zesknownego w rozdzielczości 54 dpi z wkorzstniem odpowiednio, 4, 8, 6 i 4 itów do zpisu pojednczego piksel. H W B Licz kolorów Wielkość pliku w MB A uniknąć operowni n rdzo dużch plikch, rozwinęł się formt wkorzstujące kompresję dnch. Różnią się one szkością dziłni, współcznnikiem kompresji orz uniwerslnością zstosowń do różnch tpów orzów. Odcztnie skompresownego pliku możliwe jest po przeprowdzeniu procesu odwrotnego czli dekompresji. Generlnie kompresje dzielą się n kompresje ezstrtne i strtne. W pierwszm wpdku prz zpisie nie nstępują, żdne strt w stosunku do orginłu, w drugim ntomist w celu zmniejszeni wielkości ziorów, stosuje się elimincję pewnch mniej wżnch dl ludzkiego elementów. Klscznm przkłdem tkiej kompresji jest kompresj JPEG. Stndrdowo rster zpiswn jest wiersz po wierszu jk przedstwiono to n poniższm rsunku Rs..5. Ilustrcj zpisu rstr wiersz po wierszu Njczęściej stosowne lgortm kompresji eliminują powtrzjące się w rstrze ciągi itów zpisując je w krótszej postci. Klscznm przkłdem tkiej kompresji jest

6 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 6 kompresj RLE (ng. Run-Length Encoding) polegjąc n zminie ciągów złożonch z tch smch wrtości w pr P(licz wstąpień, wrtość). (7,); (,),(,),(,); (,),(,),(,),(,),(,); (,),(4,) Rs..6. Ilustrcj kompresji RLE Krzw przedstwion n rsunku (.5) powstł w sposó nturln z połączeni środków poszczególnch pikseli w kolejności ich zpisu i orzuje trnsformcję przestrzeni dwuwmirowej rstr w jednowmirową przestrzeń pmięci. Krzw tką w często nzwn - krzwą orgnizującą przestrzeń. Cechą chrkterstczną przedstwionej krzwej jest to, że przechodzi przez wszstkie piksele rstr. Jeśli z istotę orgnizcji przjmiem wmgnie, że dw piksele znjdujące się lisko sieie w przestrzeni dwuwmirowej mją z dużm prwdopodoieństwem ć lisko sieie w utworzonm porządku jednowmirowm, to przedstwion n rsunku.5 krzw nie dje njlepszch efektów. A uzskć lepsze efekt nleż wkorzstć krzwą Peno, której ilustrcję z zstosowniem porządku oprcownego przez Morton przedstwiono n rsunku poniżej Rs..7. Ilustrcj krzwej Peno Innm podejściem do kompresji rstrów jest operownie elementmi powierzchniowmi o różnej wielkości zpiswnej w strukturze drzew czwórkowego, co zilustrowno n poniższm rsunku.

7 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 7 Rs..8. Zpis rstr w strukturze drzew czwórkowego W prezentownej strukturze z kżdego węzł wchodzą czter rozgłęzieni, odpowidjące podziłowi dnego elementu powierzchniowego n czter części. Podził rozpoczn się od oszru cłego rstr i jest kontnuown przez kolejne corz mniejsze element. Jk widć dl pewnch (jednolitch) oszrów rstr podził może ć zkończon już n pierwszm podzile płszczzn ez utrt jkiejkolwiek informcji. Nie wstępuje więc potrze wodręnini dl tego oszru kolejnch mniejszch elementów.... Klircj rstrów Wkorzstnie rstrów w sstemch informcji przestrzennej musi ć poprzedzone ich odpowiednim przgotowniem, polegjącm n określeniu związku międz ukłdem rstr (zpisnm w tlic pikseli) ukłdem terenowm. Jeżeli określon związek ędzie wmgł innch przeksztłceń niż przesunięcie i zmin skli, trudno worzić soie prcę n rstrch, złożonch z wielu milionów pikseli, które co chwil trze ędzie poddwć skomplikownm przeksztłceniom. Konieczność tkich przeksztłceń może wnikć ze skręceni orginłu podczs sknowni, łędów powstłch w trkcie sknowni cz też łędów orginłu, wnikjącch z włściwości mteriłu n jkim zostł wkonn. Klircj jest procesem, któr eliminuje opisne znieksztłceni przez utworzenie nowego rstr, odpowiednio zloklizownego w ukłdzie współrzędnch, powstłego w wniku przetrnsformowni pikseli rstr orginlnego n piksele rstr nowego wolnego od znieksztłceń. Schemtcznie proces ten przedstwiono n rsunku.9. Rs..9. Ilustrcj procesu klircji

8 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 8 Skuteczność elimincji łędów zleż w zncznej mierze od zstosownego modelu trnsformcji orz od tego cz model zstosujem ezpośrednio dl cłego rstr cz ędziem go stosowli do frgmentów rstr, które po trnsformcji zostną ze soą połączone. Do wznczeni prmetrów trnsformcji wkorzstujem punkt łączne czli tkie, które posidjące określone współrzędne terenowe orz są identfikowlne n rstrze. Rs... Ilustrcj procesu klircji W przpdku mp jest to głównie sitk kwdrtów le mogą ć wkorzstwne również inne punkt (np. punkt osnow, grniczniki). Minimln licz punktów łącznch zleż od przjętego modelu trnsformcji. Zzwczj prmetr trnsformcji wzncz się metodą njmniejszch kwdrtów n podstwie większej licz punktów niż minimln wnikjąc z modelu, co pozwl n oszcownie dokłdność uzsknej trnsformcji. Poniżej przedstwiono kilk njczęściej stosownch do klircji rstrów modeli trnsformcji. Trnsformcj Helmert Njprostsz model trnsformcji wmgjąc do jednozncznego wznczeni prmetrów jednie dwóch punktów. Model pozwl n orót, przesunięcie i zminę skli. X cosϕ sinϕ Xo k * * Y sinϕ cosϕ Yo Trnsformcj finiczn Model w którm współrzędn w nowm ukłdzie wnik z zleżności przedstwionej poniżej. Minimln licz potrzench punktów wnosi. Trnsformcj zchowuje równoległość linii i środki odcinków zmieni ntomist długości odcinków i wrtości kątów.

9 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 9 * Y X Trnsformcj iliniow Model w którm współrzędn w nowm ukłdzie wnik z zleżności przedstwionej poniżej. Minimln licz potrzench punktów wnosi 4. Trnsformcj m szczególne znczenie ze względu n przeksztłcnie czworokąt w czworokąt co znkomicie ndje się do trnsformcji frgmentmi. * Y X Trnsformcj rzutow Trnsformcj określjąc zleżność rzutową pomiędz punktmi ukłdu pierwotnego i wtórnego. Do określeni wrtości współcznników trnsformcji potrzene są czter punkt rozmieszczone tk żdne nie leżł n jednej prostej Y X Trnsformcje wielominowe W trnsformcji finicznej do określeni zleżności międz ukłdmi zstosown jest wielomin dwóch zmiennch P(,) stopni pierwszego. Zwiększjąc stopień wielominu ędziem potrzeowli więcej punktów do wznczeni prmetrów wielominu le jednocześnie trnsformcj może weliminowć znczne większe znieksztłceni. Njczęściej wkorzstwne są trnsformcje do -go stopni wielominu nzwne odpowiednio trnsformcją: ikwdrtową, * Y X ikuiczną.

10 Wldemr Izdeski - Wkłd z przedmiotu SIT 4 * Y X Nleż zwrócić uwgę n fkt, że kżde przeksztłcenie rstr powoduje jego stopniową degrdcję. Możem to sprwdzić doświdczlnie wkonując kilk orotów rstr o młe kąt i powrót do pozcji wjściowej. Poniżej przedstwiono rster z rsunku. po trzech orotch o wrtość stopni i powrót do pozcji wjściowej. Rs... Rster po kilku przeksztłcenich