Teknillinen Korkeakoulu
Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen laboratorio
Maa-57.270
Fotogrammetrian, kuvatulkinnan ja kaukokartoituksen seminaari, 17.4. 1997
Dan Häggman
42574S

Takaisin seminaariesitelmiin
Takaisin Fotogrammetrian laitoksen kotisivulle

Skannereiden tarkkuudesta



Sisällysluettelo:

1     Johdanto
2     Skannereiden rakenne
3     Geometrinen tarkkuus
3.1   Virhelähteet
3.2   Vaatimukset
3.3   Fotogrammetriset skannerit
3.4   DTP-skannerit
3.4.1 DTP-skannereiden kalibrointi
3.5   Värikanavien väliset geometriset virheet
4     Geometrinen resoluutio
5     Radiometrinen tarkkuus
5.1   Vaatimukset
5.2   Skannereiden kohina
5.3   Dynaaminen alue
5.4   Lineaarisuus
6     Yhteenveto
7     Lähdeluettelo


1. Johdanto

Skannerit tulevat vielä pitkään olemaan tärkeä osa digitaalista fotogrammetriaa, koska riittävän korkealaatuisia digitaalisia kuvia kaikkiin tarkoituksiin ei saada suoraan. Skannereiden tarkkuudesta puhutaan usein, mutta mistä virheet johtuu ja kuinka hyvä tarkkuus on? Tämä artikkeli on yhteenveto skannereiden tarkkuuskysymyksistä. Skannereiden tarkkuutta on selvitetty useassa artikkelissa julkaisussa "Proceedings of the OEEPE - Workshop on Application of Digital Photogrammetric Workstations", joihin tämä esitys perustuu.

Fotogrammetrian kannalta skannereita voidaan jakaa kahteen ryhmään: Fotogrametriset skannerit, jotka ovat tarkoitettu nimenomaan fotogrammetrisiin sovelluksiin, ja yleisiin DTP-skannereihin (DeskTop Publishing Scanners). Fotogrammetriset skannerit ovat rakenteeltaan stabiileja, ja skannausalaltaan ilmakuville sopivia. Niillä voidaan joskus skannata kuva suoraan kamerakoordinaatistossa. Ne ovat yleensä hinnaltaan monenkertaisia DTP-skannereihin verrattuna. DTP-skannerit ovat suhteellisen edullisia ja hinnat laskevat koko ajan. Kuvan laatu kuitenkin vaihtelee, ja skannausala on yleensä A4 tai A3.

Valmistajat kertovat yleensä tiettyjä tunnuslukuja skannereistaan. Geometrinen erotuskyky kuvataan useimmiten DPI:nä (Dots Per Inch) eli pisteiden lukumäärällä tuumaa kohden. Vaihtoehtoinen tapa ilmaista sama asia on näytteenottopisteiden välimatka. Geometrinen erotuskyky ei kuitenkaan ole tällä täysin selvä. Pisteen koko voi vaihdella pistevälin arvosta molempiin suuntiin, useimmiten pistekoko on kuitenkin pisteväliä suurempi. Lisäksi pisteet leviävät, joten todellinen erotuskyky on esitettyä pienempi. Radiometriasta kerrotaan bittien määrä värikomponenttia kohden. Sisäisesti skannerit käyttävät usein 10 - 12 bittiä, tai jopa useampia, mutta ulos tuleva data on useimmiten kvantisoitu kahdeksaan bittiin eli 256:een harmaasävyarvoon.

Fotogrammetrisistä skannereista kerrotaan usein hieman enemmän. Mittaussovelluksissa geometrinen tarkkuus on erittäin tärkeä, koska virheet geometriassa siirtyvät suoraan mittaustulokseen. Geometrisessä tarkkuudessa ero fotogrammetristen ja yleisten DTP-skannereiden välillä on suurin. Geometrisen erotuskyvyn kannalta tärkeitä parametreja ovat edellä mainittu pisteenleviäminen tai modulaationsiirtofunktio (MTF), joka myös kuvaa digitoinnin tuloksen todellista erotuskykyä. Usein todellinen erotuskyky on huomattavasti annettua pisteväliä huonompi. Radiometrian kannalta dynaaminen alue ja kohina ovat tärkeitä. Skannerin dynaaminen alue on usein pienempi kuin skannattavien kuvien, jolloin tietoa häviää. Sama pätee kohinan kohdalla.


2. Skannereiden rakenne

Skannereiden rakenteen suurpiirteinen tunteminen on oleellista, jotta ymmärtäisi mistä kuvausvirheet johtuvat. Analogista kuvaa digitoiva osa on kuva-anturi. Se koostuu valoilmaisimista, joita on useimmiten rakennettu yhteen riviksi tai matriisiksi. Suurimminat kuva-anturit ovat tällä hetkellä noin 4000 * 4000 pikseliä. Tämä ei riitä peittämään koko digitointialuetta, joten digitointi on tehtävä skannaamalla. Siksi tarvitaan kuva-anturia liikuttavaa mekanismia, joka on tärkeä osa geometrisen tarkkuuden kannalta. Lisäksi tarvitaan valolähde. /Maa-57.220 Luento 5/

Tärkein valoilmaisin on valomonistin. Se perustuu nk. ulkoiseen valosähköilmiöön (exterior light electric effect). Tämä tarkoittaa, että valon osuessa katodiin, siitä irtoaa elekroneja, jotka aiheuttavat sähkövirran anodissa. Virtaa vahvistetaan lisäksi dynodien avulla. Valomonistimella on erittäin suuri herkkyys ja dynaaminen alue. Niitä ei voi yhdistää sensoririveiksi tai -matriiseiksi, mutta vasteajat ovat niin lyhyitä että skannausnopeus kuitenkin on suuri. Valomonistimia käytetään pääsääntöisesti rumpuskannereissa. /Kölbl, Bach, 1996/

Valodiodien ja valotransistoreiden käyttö valoilmaisimina skannereissa lisääntyy koko ajan. Ne perustuvat nk. sisäiseen valosähköilmiöön (interior light electrical effect). Yksittäiset valodiodit tai -transistorit yhdistetään rivi- tai matriisimuotoiseksi CCD-kuva-anturiksi. CCD-kuva-antureita on käsitelty tarkemmin artikkelissa /Kylkilahti, 1996/. Ne ovat valomonistimia epäherkempiä jä niillä on pienempi dynaaminen alue. Matriisimuotoisilla CCD kuva-antureilla on vielä rivimuotoisia heikompi herkkyys. /Kölbl, Bach ,1996/ Epäherkkyys kuitenkin korvautuu sillä, että kun saadaan useampia pikseleitä kerralla, voidaan integrointiaikaa pidentää.

Valaisujärjestelmät jakautuvat kahteen tyyppiin: Suunnatut- ja hajavalaisujärjestelmät.

Valaisujärjestelmä

Kuva 1. Suunnattu valaisujärjestelmä (vas.) ja hajavalaisujärjestelmä (oik). /Kölbl, Bach, 1996/


Suunnatussa valaisujärjestelmässä käytetään pistemäistä valonlähdettä ja linssiä, joka suuntaa valonsäteet yhdensuuntaisiksi. Tällöin tarvitaan suhteellisen pienitehoinen lamppu. Tämä vähentää lämpösäteilyä. Lämpösäteilyä voidaan vähentää edelleen käyttämällä optisia kuituja, joissa valo johdetaan kohteeseen. Voimakkaasti suunnattu valo sallii pienemmän optisen aukon käyttöä. Tämä helpottaa terävän kuvan saamista. Toisaalta valo on melko koherenttia, mikä saattaa aiheuttaa diffraktioilmiöitä. /Kölbl, Bach, 1996/

Hajavalaisujärjestelmässä valo johdetaan himmeän lasilevyn läpi. Toinen mahdollisuus on käyttää fluoresenttiä valoa. Myös muita mahdollisuuksia on olemassa. /Kölbl, Bach, 1996/


3. Geometrinen tarkkuus.

Geometrinen tarkkuus määrää kuinka tarkasti koordinaatteja voidaan mitata digitoiduista kuvista. Näin ollen geometrinen tarkkuus on erityisen tärkeä ilmakolmioinnissa ja maastomallimittauksissa. Maininnat geometrisestä tarkkuudesta jäävät kuitenkin taka-alalle valmistajien esitteissä. Erityisesti yleisten DTP-skannereiden mainoksissa ei puhuta siitä ollenkaan. DTP-skannereissa geometriset virheet ovat kertaluokkaa suuremmat kuin fotogrammetrisissa skannereissa.


3.1 Virhelähteet

Tärkeimmät geometriset virhelähteet ovat kuva-anturin paikannustarkkuus ja optiikan virheet. paikannustarkkuus on nk. nopeasti muuttuva virhe. Se saattaa joissain skannereissa muuttua jopa skannauksen aikana. Tämä tekee siitä hankalasti mallinnettava, joten se ei ole poistettavissa kalibroinnin avulla ainakaan helposti. Toinen geometrinen nopeasti muuttuva virhe on tärinä. Optiikan virheet kuuluvat ryhmään stabiilit tai hitaasti muuttuvat virheet, joita voidaan oleellisesti vähentää kalibroinnin avulla. Toinen hitaasti muuttuva virhe on kuva-anturin väärä asento. /Baltsavias, 1996/

Erityisesti DTP-skannereissa geometriset virheet ovat hyvin erilaisia eri merkisissä ja mallisissa skannereissa. Geometriset virheet vaihtelevat myös paikan funktiona. Rivimuotoista kuva-anturia käytettäessä virheet kasvavat merkitsevästi kuva-anturin päissä, ja usein myös jonkun verran skannaussuunnassa edetessä. /Baltsavias, 1996/


3.2 Vaatimukset

Nykyisillä ilmakuvilla geometrinen tarkkuus on n. ±2 mikrometriä. Tämä tarkkuus saavutetaan myös analyyttisillä plottereilla. Siksi tarkimpia tehtäviä varten kuvia digitoitaessa vaaditaan skannerilta n. ±2 mikrometrin tarkkuutta. /Köbl, Bach, 1996/


3.3 Fotogrammetriset skannerit

Fotogrammetristen skannereiden perusrakenne on sama kuin komparaattorissa. Parhaimmillaan niiden tarkkuus yltää ±1 mikrometrin luokkaan. Digintointiala vastaa ilmakuvan kokoa (esim. Zeiss PS1 Photoscan 260mm * 260mm), ja kuva voidaan usein digitoida suoraan kamerakoordinaatistossa. /Maa-57.220 Luento 5/


3.4 DTP-skannerit

DTP-skannereiden rakenne vaihtelee, samoin geometrinen tarkkuus. Jotkut valmistajat kalibroivat skannereiraan, mutta menetelmät ovat useimmiten epätarkkoja. Parhaimmillaan DTP-skannerit antavat noin 20 mikrometrin keskivirheen yhden pisteen geometrisessä sijainissa. Suurimmillaan keskivirhe on noin 100 mikrometrin luokkaa. Maksimivirheet ovat noin 2.5 - 3.5 kertaa keskivirheitä suurempia. (kts. Kuva 2.) /Baltsavias, 1996/


3.4.1 DTP-skannereiden kalibrointi

Kalibroimalla DTP-skanneria voidaan saavuttaa huomattavia parannuksia geometrisessä tarkkuudessa. Tästä näkökulmasta olisi hyväsidy, jos valmistajat toimittaisivat kalibrointiin tarvittavia välineitä ja ohjelmia skannereiden mukana. Näin ei kuitenkaan tehdä, koska se lisäisi hintaa, ja enemmistö käyttäjistä eivät kuitenkaan välitä tarkkuudesta. /Baltsavias, 1996/

Artikkelissa "DeskTop Publishing Scanners" (E. Baltsavias, 1996) selostettiin viiden DTP-skannerin kalibrointi. Kalibroinnissa mitattiin kahta ristikkolevyä. Off-line-levyllä, jossa oli 25 * 25 ristiä 1 cm etäisyydellä, mallinnettiin hitaasti muutuvia virheitä (optiikan piirtovirheitä). On-line-levyllä, jossa oli 237 ristiä kahdessa reunassa 1 mm välein, mallinnettiin nopeasti muuttuvia virheitä (kuva-anturin pakannus). Korjauksena kokeiltiin affiinista muunnosta eri lisäparametreilla. Geometrisen kalibroinnin jälkeen saavutettiin parhaimmillaan 10 mikrometrin keskivirheitä, ja huonoimmillaankin keskivirheet pysyivät alle 20 mikrometrin. Maksimivirheet olivat tässäkin tapauksessa n. 2.5 - 3.5 kertaa keskivirheitä suurempia. /Baltsavias, 1996/

Muutaman skannerin geometrinen tarkkuus

Kuva 2. Muutaman DTP-skannerin geometrinen tarkkuus. Maksimivirhe vaakasuunnassa (mikrometriä) ennen kalibrointia (sininen) ja kalibroinnin jälkeen (punainen). /Baltsavias, 1996/


3.5 Värikanavien väliset geometriset virheet

Väriskannauksessa esiintyy geometrisiä virheitä eri värikanavien välillä. Punaisen, vihreän ja sinisen osakuvan vastaavat kohdat eivät rekisteröydy samaan paikkaan. Virhe vastaa kohdistusvirheitä, jotka joskus esiintyvät painotuotteissa, erityisesti huonolaatuisissa sanomalehtipainotuotteissa. Jotkut skannerit skannaavat värikuvia tekemällä kolme erillistä skannausta eri värisuodattimien läpi. Tällöin suurin virhelähde on kuva-anturin paikannustarkkuus. Kaikissa skannereissa esiintyviä pienempiä virhelähteitä ovat optisen järjestelmän väristä riippuvat taittovirheet. Skannereissa, joissa käytetään kolmea eri kuva-anturia, näiden keskinäiset orientointivirheet aiheuttavat ongelmia. /Baltsavias, 1996/

Artikkelissa DeskTop Publishing Scanners (E. Baltsavias, 1996) on tutkittu neljän skannerin värikohdistusvirheitä. Tutkimusalue oli kuitenkin pieni (n. 1 * 1 cm) skannausalan keskeltä. Virheet todennäköisesti kasvaisivat reunojen läheisyydessä.

Taulukko VVG-virheistä

Taulukko 1. Värikanavien väliset geometriset virheet. /Baltsavias, 1996/


4. Geometrinen resoluutio

Geometrinen resoluutio määrää kuinka pieniä yksityiskohtia digitoiduilta kuvilta pystytään erottamaan. Skannereiden valmistajat kuvaavat geometristä resoluutiota pikselivälin avulla tai pikselien määrällä pituusyksikköä kohden. Mustavalkoisia kuvia pitäisi skannata noin 10 mikrometrin todellisella resoluutiolla, jotta informaatiota ei häviäisi. Värikuvilla 15 - 20 mikrometriä riittäisi. /Kölbl, Bach, 1996/

Pikseliväli ei kuitenkaan suoraan vastaa todellista resoluutiota. Sitä voidaan kuvata paremmin MTF:n (modulaatiosiirtofunktio) tai pisteenleviämisfunktion avulla. Jos digitaalisen kuvan sisältö mitattavalla alueella on satunnainen (valkoinen kohina), kuvan autokorrelaatiofunktio vastaa pisteenleviämisfunktiota. Mittausalueen sisältö pitää olla homogeeninen. /Kölbl, Bach, 1996/

MTF Pisteenleviäminen

Kuva 3. Muutaman skannerin modulaationsiirtofunktiot (vas.) /Kölbl, 1996/ ja pisteenleviäminen (oik.) /Kölbl, Bach, 1996/


Artikkelissa Tone Reproduction of Photographic Scanners (O. Kölbl, U.Bach, 1996) on tutkittu 12 skanneria. Tutkimuksessa selvitettiin mm. pisteenleviämistä. Pisteen leviäminen vastaa pienintä etäisyyttä kahden erottuneen viivan välillä. Tulokset vaihtelevat huomattavan paljon. Parhaimmillaan pisteenleviäminen oli n. 14 mikrometriä Zeiss PhotoScan PS1:ssä 7.5 mikrometrin pikselivälillä. Perkin Elmer 20 x 20 G:ssä pisteenleviäminen oli sama kun pikselikoko, eli 22 mikrometriä. Pahimmassa tapauksessa pisteenleviäminen oli 120 mikrometriä 21 mikrometrin pikselivälillä. Tällaisessa tapauksessa kannattaisi suurentaa pikseliväliä, eli pienentää näytteenottotiheyttä. Koska tuloksena saadun datan määrä kasvaa näytteenottotiheyden neliöllä, voitaisiin säästää huomattavasti tilaa laadun siitä kärsimättä. (kts. Kuva 4. ja Taulukko 2.)

Taulukko pisteenleviämisestä

Kuva 4. Muutaman skannerin ilmoitettu pistekoko (sininen) ja pisteenleviäminen (punainen) (µm). /kts. Taulukko 2./


5 Radiometrinen tarkkuus

Tärkein radiometristä tarkkuutta rajoittava tekijä on skannerin dynaaminen alue. Tämä tarkoittaa skannerin kykyä toistaa erittäin vaaleita ja tummia kohteita. Toinen tekijä on digitoidussa kuvassa esiintyvä kohina. Radiometrisiin ominaisuuksiin vaikuttavat eniten skannerin kuva-anturissa käytetyt valoilmaisimet ja valaistuksen toteutus. /Kölbl, Bach, 1996/
Tärkeimmät hitaasti muuttuvat radiometriset virheet ovat huono väritasapaino ja liian pieni dynaaminen alue. Huono väritasapaino voi johtua siitä, että käytetty valonilmaisin ei ole yhtä herkkä koko käytetyn spektrin alueella. Usein valonilmaisimet ovat epäherkempiä lyhyille aallonpituuksille, eli siniset värit rekisteröityvät liian heikosti. Myös epätasainen valaistus ja vajaasti toimivat pikselit kuva-anturissa saattavat aiheuttaa pysyviä radiometrisiä virheitä. Tärkein nopeasti muuttuva radiometrinen virhe on kohina skannerin elektroniikassa. Myös epästabiilisuudet valaistuksessa voivat aiheuttaa muuttuvia radiometrisiä virheitä. /Baltsavias, 1996/


5.1 Radiometriset vaatimukset

Radiometrisiä ominaisuuksia kuvattaessa käytetään suuretta densiteetti (D). Densiteetti on tulevan ja heijastuneen valon suhteen kymmenkantainen logaritmi.

D=lg(I0/I) , jossa I0 on tuleva valo ja I on heijastunut valo /Saarelma, Oittinen, 1995/

Jos tavoitellaan tilannetta, jossa skannaus ei heikennä kuvan laatua, vaaditaan yleensä että kohina skannauksessa pysyy alle 0.03D tason 10 mikrometrin pikselikoolla. Parhaita filmejä skannatessa vaaditaan n. 0.02D kohinatasoa. Dynaamisen alueen pitäisi vastata ilmakuvan kontrastia. Tämä tarkoittaa n. 0.1D - 2.0D densiteettiväliä mustavalkokuvilla ja n. 0.2D - 3.5D värikuvilla. /Kölbl, Bach, 1996/


5.2 Skannereiden kohina

Kohina johtuu suurilta osin elektroniikasta. Jos laskettaisiin useamman näytteen keskiarvo samasta pisteestä skannausnopeuden kustannuksella, voitaisiin kohinaa vähentää. Pienemmillä skannausresoluutioilla lasketaan usein useamman pienemmän pikselin keskiarvo, jolla saadaan pikseli lopullisessa resoluutiossa. Tämä vähentää kohinaa möys jos se johtuu alkuperäisestä kuvasta.

Artikkelissa "Tone Reproduction of Photographic Scanners" (O. Kölbl, U.Bach, 1996) on tutkittu myös skannereiden kohinaa. Kohina korreloi negatiivisesti pisteenleviämisen kanssa. Mitä pienempi geometrinen resoluutio, sen vähemmän kohinaa. Pienimmillään kohina oli n. 0.01D, pienintä resoluutiota omaavassa skannerissa (Agfa Horizon). Suurin löydetty kohina oli 0.19D. Se mitattiin Agfa ACS100 skannerissa sen pienimmällä skannausresoluutiolla. Kyseinen skanneri säätää resoluutiotan optiikan avulla, eikä siten käytä pienempien pikseleiden keskiarvoistusmenetelmää. Tutkimuksessa parhaalla todellisella geometrisellä resoluutiolla skannatulla kuvalla (Zeiss PhotoScan PS1) kohina oli 0.058D - 0.08D mitatun kohdan keskitummuudesta riippuen. Mittaukset tehtiin kopioiduilta ilmakuvilta. Filmien rakeisuudesta johtuva kohina arvioidaan filmien valmistajien toimesta havaitsemalla tasaisesti valotettua pintaa pyöreän ikkunan läpi. Ikkunan läpimitta on 48 mikrometriä. Näistä tiedoista ollaan laskennallisesti saatu 10 mikrometrin neliömäisen alueen kohinaksi 0.035D - 0.05D. Mittausmenetelmästä johtuen merkitsevä osa kohinasta voi johtua alkuperäisestä kuvasta, erityisesti geometrisesti tarkkaresoluutioisissa skannauksissa. Skannereiden kohina-arvot redukoitiin vastaamaan 10 mikrometrin pisteenleviämistä vastaaviksi skannausten todellista pisteenleviämistä käyttäen. Tämä tasoitti eroja eri skannereiden välillä niin että ne muutamaa poikkeusta lukuunottamatta olivat 0.04D ja 0.1D välillä. (kts. Taulukko 2.)

Iso taulukko kohinasta ja pisteenleviämisestä

Taulukko 2. Skannereiden kohina ja pisteenleviäminen. Sarakkeet (S) 2-5 esittävät kohinaa eri densiteettiarvoilla. S7 esittää pisteenleviämistä. S 8,9 esittävät naapuripisteiden korrelaatioita ja S 10-13 esittävät laskennallisesti saatua (standardoitua) kohinaa 10 mikrometrin pisteenleviämiselle. /Kölbl, Bach, 1996/


5.3 Dynaaminen alue

Dynaaminen alue on ollut ja on vieläkin ongelmallinen skannauksessa. CCD-kuva-antureihin perustuvat skannerit eivät helposti yllä ilmakuvien jopa 3.5D dynaamiseen alueeseen. Tämä aiheuttaa ongelmia erityisesti varjoisissa kuvakohdissa. Tilanne kuitenkin paranee koko ajan. Dynaamisen alueen suhteen DTP-skannerit ovat yhtä hyviä kuin fotogrammetriset skannerit, tai jopa parempia. Tämä johtuu niiden nopeasta kehityksestä; niissä käytetään useimmiten uusimpia ja kehittyneimpiä kuva-antureita. Parhaimmat DTP-skannerit yltävät nykyään 3.4D dynaamiseen alueeseen. /Baltsavias, 1996/

Artikkelissa DeskTop Publishing Scanners (E. Baltsavias, 1996) on tutkittu viiden DTP-skannerin dynaamiset alueet. Tutkimus suoritettiin skannaamalla harmaasävyasteikkoa, jossa oli 21 erilaista densiteettiä alueella 0.05D - 3.09D n. 0.15D välein. Harmaasävyalueet olivat suorakaiteen muotoisia ja 2.5cm * 14 cm kokoisia. Samalla tutkittiin kohinaa laskemalla saman harmaasävyalueen pikseleiden arvojen keskihajontaa. Mitattu alue valittiin keskeltä harmaasävysuorakaiteita, koska huomattiin että skannatussa kuvassa suorakaide vaaleni reunoja kohtaan. Eroa keskiosan ja reunan välillä oli jopa 20 harmaasävyarvoa tummemmissa sävyissä. Tämä vaikutti jonkun verran saatuihin keskihajontoihin, koska ainoastaan noin puolet suorakaiteesta oli tämän virheen vaikutuksen ulkopuolella. Tutkittu alue oli jonkun verran tätä suurempi. Kolme skannereista ei yltänyt 0.05D vaaleuteen, vaan jäivät jonnekin 0.2D ja 0.05D välille. Niissä oli kuitenkin suurin dynaaminen alue, koska ne ylsivät n. 2.5D tummuuteen. Muut kaksi ylsivät 1.9D ja 1.75D tummuuteen. Kaikki skannerit rekisteröivät jonkinlaista muutosta 3.09D asti, mutta raja vedettiin siihen kohtaan missä hajonnat olivat suurempia kuin muutos edelliseen vaalempaan harmaasävysuorakaiteeseen. Tällöin katsottiin että rekisteröidyt tummemmat sävyt eivät enää olleet järkevästi erottuneita.

Taulukko harmaasävymittauksesta

Taulukko 3. Radiometrinen testi harmaasävyasteikolla. (1) Skannausresoluutio 600 DPI (Mirage 400 DPI). (2) Dynaaminen alue 3.0D (maksimidensiteetti 3.3D). (3) Dynaaminen alue 3.0D (Maksimidensitetti 3.2D). (4) Poislukien pienin ja suurin densiteetti, jotka ovat osittain kyllästyneitä. /Baltsavias, 1996/


5.4 Lineaarisuus

Myös skannereiden radiometristä lineaarisuutta tutkittiin "DeskTop Publishing Scanners"-artikkelissa. Lineaarisuutta tarkastellaan piirtämällä käyrä, jossa densiteetti esitetään harmaasävyarvon logaritmin funktiona. Ideaalitapauksessa käyrän pitäisi olla suora viiva kulmakertoimella -1. Käyrät jyrkkenevät suuria densiteettejä lähestyessä. Tämä osoittaa, että skannereiden herkkyys densiteettimuutoksille vähenee, ja pienet harmaasävyerot hukkuvat kohinaan. Käyrän muoto riippuu lähtökohtaisesti valonilmaisimesta. Suurin vaikutus, erityisesti suurilla densiteeteillä, johtuu kuitenkin kvantisoinnista sisäisestä 12 - 10 bit resoluutiosta 8 bit lopulliseen resoluutioon. Kvantisointi suoritetaan useimmiten harmaasävykäyrän eli LUT:in avulla.

Lineaarisuuskäyrät

Kuva 5. Radiometrinen lineaarisuus. Densiteetti harmaasävyn kymmenkantaisen logaritmin funktiona. /Baltsavias, 1996/


6 Yhteenveto

Skannausvaiheen tarkkutta on tärkeää huomioida digitaalisessa fotogrammetriassa. Skannaukseen voi käyttää joko fotogrammetrista skanneria tai yleistä DTP-skanneria. Niiden suurin ero on geometrisessä tarkkuudessa. Tarkimpiin sovelluksiin on valittava fotogrammetrinen skanneri. Fotogrammetrisen skannerin erotuskyky on myös DTP-skannerin erotuskykyä suurempi. Radiometrisissä ominaisuuksissa erot eivät ole suuret. Skannerit eivät täysin pysty säilyttämään analogisen ilmakuvan radiometrisiä ominaisuuksia. Parannusta kuitenkin tapahtuu koko ajan.


7 Lähdeluettelo

1. Maa-57.220, Fotogrammetrinen kartoitus, Luento 5, H. Haggren, http://foto.hut.fi/opetus/220/luennot/5.html#SKANNERI

2. O. Kölbl, U. Bach, 1996, Tone Reproduction of Photographic Scanners, OEEPE-Workshop on Applications of Digital Photogrammetric Workstations, Lausanne, pp 51-70

3. A. Kylkilahti, 1996, CCD-kameroista ja Vinten 8010-3A-rivi-ilmaisin, Fotogrammetrian, kuvatulkinnan ja kaukokartoituksen seminaari

4. E.P. Baltsavias, 1996, DeskTop Publishing Scanner, OEEPE-Workshop on Applications of Digital Photogrammetric Workstations, Lausanne, pp 75-94

5. O. Kölbl, 1996, Preliminary Results of the OEEPE Scanner Test, OEEPE-Workshop on Applications of Digital Photogrammetric Workstations, Lausanne, pp 43-48

6. H. Saarelma, P. Oittinen, Basics of Printing Technology, 563, Otatieto Oy, 1995

Takaisin seminaariesitelmiin
Takaisin Fotogrammetrian laitoksen kotisivulle