Krstian Pka Teledetekcja i fotogrametria sem. 4 2007/08 Wkład 4 Podstaw fotografii Cfrow obraz barwn (z gr. photos światło, graphein rsować, pisać; rsowanie światłem) metoda utrwalania rzeczwistego obrazu optcznego czli obrazu któr powstaje wskutek przejścia promieni świetlnch przez układ optczn. Podstawow podział technik fotograficznch: fotografia analogowa (tradcjna, srebrowa ) detektorem i nośnikiem obrazu jest materiał pokrt światłoczułmi związkami srebra ( film, błona) fotografia cfrowa detektorem obrazu jest płtka pokrta przetwornikami optczno elektronicznmi, zamieniającmi światło na impuls elektrczne (tzw. matrca CCD), nośnikiem pamięć 2 //brightbtes.com/cosite/what.html //commons.wikimedia.org 490 Leonardo da Vinci opisuje zasadę działania camera obscura 550 wprowadzenie obiektwu do camera obscura prototp aparatu fotograficznego 826 - pierwsza, udana, trwała fotografia, naświetlenie 8 godz. (J. N. Niepce) 833-39 dagerotpia, talbotpia 86 - pierwsza trwała fotografia barwna (fizk J. C. Mawell) 888 firma Kodak opracowała lekki i prost aparat fotograficzn 988 pierwsz w pełni funkcjonaln aparat cfrow FUJI DS-P www.digicamhistor.com 3 Fotograficzne materiał światłoczułe Materiał światłoczułe zawierają warstwę halogenków zatopionch w emulsji Ŝelatnowej. W halogenkach srebra (sole srebra, np. AgBr, AgCl) pod wpłwem światła zachodzi reakcja fotochemiczna i wdziela się srebro - powstaje obraz srebrow. Po naświetleniu wdziela się niewielka ilość srebra. Taki obraz jest bardzo słab, praktcznie niewidoczn - dlatego nazwan jest obrazem utajonm. Konieczne jest wzmocnienie obrazu srebrowego poprzez kąpiel w roztworze chemicznm - tzw. wwołwaczu. Powstaje negatw - obraz o odwróconej skali tonalnej. Poztw powstaje jako przefotografowanie (odwrócenie) negatwu. Uzskanie poztwu w jednm etapie wmaga stosowania tzw. materiału odwracalnego. 4 KP, Tele i foto, wkład 4
Fotograficzne materiał światłoczułe Detektor w fotografii cfrowej Podział ze względu na podłoŝe # podłoŝe przeźroczste -błon fotograficzne ( film ) - folia -płt fotograficzne - szkło # podłoŝe nieprzeźroczste - papier fotograficzne Film (błona, klisza) - taśma celuloidowa pokrta warstwą emulsji światłoczułej na której pod wpłwem światła zachodzą zmian fotochemiczne, pozwalające po odpowiedniej obróbce otrzmać poztw (slajd) lub negatw a w dalszej konsekwencji odbitki. Najpopularniejsze są błon małoobrazkowe - taśma o szerokości 35mm dla formatu zdjęć 36 24 mm. 5 Przetworniki optczno elektroniczne, zamieniające strumień fotonów na impuls elektrczne Najczęściej stosuje się układ ze sprzęŝeniem ładunkowm - CCD (Charge Coupled Device) = półprzewodnikowa matrca złoŝona z milionów fotodiod. foton Wjście sgnału Sgnał sterujące Fotodioda Rejestr poziom Rejestr pionowe i kierunek ich działania Źródło: Tadeusiew icz, www.uci.agh.edu.pl/uczelnia/tad/dorobek_naukow.php?id=pom 6 Czułości spektralne filmu i matrc CCD Sstem wzrokow człowieka czułość względna.2 0.8 0.4 SŁOŃCE CZŁOWIEK FILM CCD 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9,0,,2,3 UV IR ( podczerwień ) λ [µm] Halogenki srebra są czułe na fale niebieskie; w wniku barwienia halogenków (sensbilizacja) udaje się uczulić je na inne barw; współczesne film mają barwoczułość zbliŝoną do oka ludzkiego. Element CCD osiągają maksimum czułości dla bliskiej podczerwieni. W celu dostosowania tej charakterstki do czułości spektralnej oka ludzkiego stosuje się w kamerach odpowiednie filtr optczne. 7 na podstaw ie: Tadeusiew icz Siatkówka jest odbiornikiem światła. Zbudowana jest z komórek światłoczułch zwanch czopkami i pręcikami, połączonch poprzez nerw wzrokowe z ośrodkiem widzenia w mózgu. Czułość pręcików jest kilkadziesiąt tsięc raz większa od czułości czopków. Czułość zarówno czopków, jak i pręcików, zaleŝ od długości fali odbieranego promieniowania. 8 KP, Tele i foto, wkład 4 2
Podstawowe części aparatu fotograficznego Optka geometrczna - załoŝenia obudowa (korpus), zapewnia ciemnię optczną obiektw układ ustawiania światła przsłona, migawka układ ustawiania odległości dalmierz światło rozchodzi się jako strumień promieni promieńświetln linia wskazująca kierunek rozchodzenia się energii promieniowania jest ona (w ośrodku izotropowm) prostopadła do powierzchni falowej promienie biegną prostoliniowo od źródła światła do momentu w którm napotkają na przeszkodę, lub zmianę ośrodka detektor: film fotograficzn lub matrca światłoczuła 9 0 Warunek powstania obrazu ostrego - równanie soczewek + = f Równanie soczewek = f przkład =500cm f=5cm =? / = /5 - /500 = 00/500 - /500=99/500 = 500/99 = 5,05 cm f - ogniskowa to odległość, w jakiej od centrum optcznego obiektwu powstaje obraz obiektu połoŝonego w nieskończoności f przkład 2 =50cm f=5cm =? / = /5 - /50 = 0/50 - /50=9/50 = 50/9 = 5,55 cm 2 KP, Tele i foto, wkład 4 3
Równanie soczewek przkład 2 =50cm f=5cm =? = f Głębia ostrości + = f / = /5 - /50 = 0/50 - /50=9/50 = 50/9 = 5,55 cm przkład 3 =50cm f=2cm =? f / = /2 - /50 = 25/50 - /50=24/50 = 50/24 = 2,08 cm głębia ostrości to zakres przestrzeni przedmiotowej któr odfotografowuje się wstarczająco ostro; 3 im przsłona jest mniejsza tm głębia większa 4 Obiektw skupiając układ optczn (ew. pojedncza soczewka), któr tworz rzeczwist, odwrócon obraz na rzutni (film, matrcę CCD ) # obiektw standardow 40-80 o (ogniskowa normalna = przekątnej formatu) # obiektw szerokokątn > 80 o # obiektw wąskokątn/teleobiektw < 40 o kąt widzenia teleobiektw - obiektw w którm ogniskowa jest znacznie dłuŝsza od przekątnej formatu obiektw zmiennoogniskow, transfokator obiektw w którm moŝliwa jest zmiana długości ogniskowej (zoom) przekątna formatu 5 Otwór względn, przsłona Otwór względn - stosunek średnic obiektwu do jego ogniskowej, np. :2,8 Jasność obiektwu = kwadrat otworu względnego Przsłona urządzenie do zmniejszania otworu względnego :2,8 - :4 - :5.6 - :8 - : :2,8 :8 6 KP, Tele i foto, wkład 4 4
Zniekształcenia obiektwów aberracje Aberracja optczna obiektwu wprowadzana przez obiektw deformacja obrazu, objawiająca się zniekształceniu jego kształtu, ostrości lub barw. Obiektw stosowane w kamerach pomiarowch (aparatach metrcznch) charakterzują się niskim poziomem aberracji. Rodzaje aberracji (podstawowe): dstorsja aberracja sferczna aberracja chromatczna 7 Dstorsja wprowadzanie przez obiektw zniekształceń geometrcznch w stosunku do idealnego rzutu środkowego. Obiektw nie odtwarzają idealnie kątów pod którmi promienie wchodzą do obiektwu i wchodzą z niego. α przedmiotowa obrazowa α ά płaszczzn główne obiektwu (pojęcie optki geometrcznej) ά Dstorsja poduszkowata beczkowata bez dstorsji Źródło rs. : //commons.wikimedia.org 8 Aberracja sferczna Aberracja chromatczna Aberracja sferczna nieostrość obrazu spowodowana tm, Ŝe promienie oddalone od osi skupiają się w ogniskach połoŝonch bliŝej niŝ ogniska promieni przosiowch. Powodem jest róŝna krzwizna soczewki w miejscach padania promieni przosiowch i oddalonch od osi. Aberracja chromatczna rozszczepienie światła po przejściu przez obiektw. Powodem są róŝne współcznniki załamania światła dla fal o róŝnch długościach (barw). Wstępuje w szczególności w miejscach gdzie promienie zawierają fale o róŝnej długości (np. barw biała, szara, czarna) Rs na podstawie //commons.wikimedia.org Źródło rs. : //commons.wikimedia.org 9 20 KP, Tele i foto, wkład 4 5
Powiększalnik Filtr fotograficzne SłuŜ do przefotografowania negatwu na poztw z jednoczesnm zwiększeniem skali (powiększanie) krąŝki szklane w oprawie metalowej lub z tworzwa sztucznego mocowane na obiektwie. w zaleŝności od zabarwienia pochłaniają promieniowanie świetlne o odpowiedniej długości fali (barwie) ograniczając jego oddziałwanie na emulsjęświatłoczułą. specficznm przpadkiem są filtr szare pochłaniające (osłabiające) całe spektrum promieniowania widzialnego. 2 22 Podstawowe tp aparatów cfrowch Lustrzanki cfrowe (DSLR, Digital Single Lens Refle) # podobne do analogowch lustrzanek jednoobiektwowch # w optcznm wizjerze widoczn jest obraz rzutowan na matówkę bezpośrednio z obiektwu aparatu poprzez uchlne lustro zasłaniające migawkę i matrcę # matrca CCD ma wielkość porównwalną z pojednczą klatką filmu małoobrazkowego 2436 mm Analogia oko ludzkie aparat fotograficzn Oko ludzkie / siatkówka Aparat fotograficzn tradcjn (analogow) / film Aparat fotograficzn cfrow / matrca CCD Aparat kompaktowe - posiadają małą matrcęświatłoczułą, o przekątnej mniejszej niŝ 0 mm i charakterzują się niewielkimi rozmiarami. 23 24 KP, Tele i foto, wkład 4 6
Cfrow obraz barwn Rodzaje zdjęć lotniczch według kąta rozwarcia obiektwu normalnokątne szerokokątne nadszerokokątne <90 o 90 o >90 o Tpow obraz barwn jest złoŝon z 3 składowch R,G,B Dlatego obraz barwn ma trz raz większą objętość od obrazu monochromatcznego Przkład: Rozdzielczość przestrzenna obrazu: 000 2000 pikseli = 2 Mpi Objętość pliku (bez kompresji) obraz monochromatczn = 2 Mpi obraz barwn = 3 2 Mpi = 6 Mpi 25 26 Obraz barwn indeksowan Cfrow obraz barwn jest to uproszczon sposób zapisu barw, dla obrazu jest zdefiniowan skończon zbiór barw (np. 256), kaŝda barwa ma indeks któr jest odnośnikiem do tabeli barw Rozdzielczość geometrczna i spektralna - stan aktualn Obrazowanie lotnicze Rozdzielczość geometrczna od kilkunastu cm do ok. m Rozdzielczość spektralna tpowa 3 lub 4, rzadko 6,9 Obrazowanie satelitarne Rozdzielczość geometrczna od ok. 0.5 m do kilkudziesięciu m Rozdzielczość spektralna od kilku (7) do kilkuset (hiperspektralne) 27 28 KP, Tele i foto, wkład 4 7