Senzori fotogrametrici

Fotogrametrie DigitalaIndrumator:S.l. dr. Ing. Fetea Ioana

Student:Ratiu IonutMTC IVIntroducereCe este culoarea Fizica culoriSinteza culorilorReprezentarea culorilorSenzori fotogrametriciCuprins

Pn la sfritul secolului al XIX-lea, multe din conceptele fundamentale ale fotogrametriei fuseser deja definite i se materializau sub forma unor aparate i metode de lucru. Cele mai multe realizri timpurii n acest domeniu s-au produs n EuropaFotogrametria a avut de-a lungul anilor 3 perioade :Perioada analogicPerioada analiticaPerioada digitala.

IntroducereCapacitatea de a prelucra i stoca informaii n format digital a crescut n mod constant n ultima jumtate a secolului XX, aducnd societii nenumrate avantaje. Tehnicile de calcul electronic au permis nlocuirea dispozitivelor fotogrametrice analogice cu metode de lucru analitice computerizate. Chiar daca s-au realizat progrese in domeniul aplicari metodelor analitice, marea problema ramane in continuare imaginile care erau utilizare in format analogic.Pana spre sfarsitul secolului XX modul de preluare a imagini folosind sistemele optice pasive au fost inlocuite cu senzori activi de tip radar. Aceste sisteme pe baza de senzori necesita un volum mare de prelucrari numerice de date. De-a lungul anilor aceste sisteme eu evoluat datorita evolutiei senzorilor fotogrametrici .

Urmatoarea imagine prezint modul tradiional de obinere a imaginii prin folosirea unor camere convenionale care utilizeaz un suport analogic . n cazul lor sunt folosite scanere pentru a converti fotogramele analogice n imagini digitale.

Sisteme electronice de formare a imaginii

Tot ce ne nconjoar are o culoare, un parfum sau un sunet. In cazul unei imagini tot ce avem sunt mai multe culori.Culoarea este percepia de ctre ochi a uneia sau a mai multorfrecvenedelumin (saulungimi de und) .Culoarea, noiune perceptiv, nu trebuie confundat cu lungimea de und, noiunefizic. Ochiul uman este incapabil s disting ntregalbenulmonocromatic (lumin cu o singur lungime de und) i o compoziie deverdeirou.Culoarea(lungimea de unda) este o proprietate a luminii.

Culoarea

Aspectele fizice ale culori ar fi urmatoarele:Lumina monocromatica.Caracterizarea culorii luminiiDescompunerea spectralaCaracterizarea culorii corpurilor.Fizica culoriLumina monocromatic este oradiaie electromagneticperfect sinusoidal.Lungimea de unda este caracterizata prin putere si frecventa, dar in loc de frecventa se utilizeaza lungimea de unda.

Lumina monocromatica

Culorile pure (monocromatice) vizibile

Lumina monocromatic este vizibil pentru ochiul uman numai dac lungimea de und se ncadreaz ntre valorile minime si maxime din tabel.Lumina produs de o surs luminoas este, n general, un amestec (o sum) de radiaii electromagnetice de diferite lungimi de und i intensiti.O caracterizare complet a luminii se poate face doar prin exprimarea puterii radiate pe fiecare lungime de und.Aceast caracterizare este dat de ofunciededistribuie spectral a puteri.Caracterizarea culorii luminiiDistribuia spectral a puterii luminoase poate fi dat sub dou forme, dup lungimea de und, ,sau dup frecven, .

ntre cele dou exprimri exist relaia:

Descompunerea spectral a luminii const n izolarea radiaiilor de diferite lungimi de und, adic separarea individual a fiecrei componente monocromatice. Descompunerea spectral poate fi realizat:Dispersia luminii, trecerea lumini printr-o prisma optica.Difracia luminii, utilizanduse o retea de difractie.Descompunerea spectralaDispersia luminii

Spectrul luminii albe

O suprafa care reflect lumina reflect independent fiecare component spectral.Caracterizarea fizic a culorii unui obiect se face printr-o funcie care d, pentru fiecare lungime de und (sau frecven), raportul dintre puterea radiaiei reflectate i puterea radiaiei incidente.O suprafa care reflect difuz toate lungimile de und n mod egal este perceput caalb, n timp ce unaneagrabsoarbe toate lungimile de und, fr a reflecta nici una.Caracterizarea culori corpurilorLa jumtatea secolului XVI Isaac Newton a descoperit lumina , cand traverseaza o prism de sticl de sectiune triunghiular, este descompus in fascicole de culori diferite, care se prezinta mereu in aceeasi ordine, fiecare cu unghiul sau de inclinare.

Sinteza culorilor

Newton a reuit un experiment simplu dar original. Prin punerea unei lentile n faa prismei, el a recombinat curcubeul culorilor, concentrndu-le ntr-un singur punct, obtinand o lumina alba.

Ca urmare a creat Discul lui Newton.Newton a descoperit sinteza aditiv a culorilor. Newton a descoperit c poate crea culori complet diferite prin punerea laolalt a undelor de lumin de lungimi diferite ale celor trei culori primare: rou, verde i albastru.Sinteza aditiv a unei culori const n obinerea luminii de o anumit culoare prin combinarea unor surse de lumin de diferite culori fixate, numiteculori primare.n cadrul sintezei aditive, intensitatea fiecrei surse individuale poate varia.Sinteza aditiv este deci un proces liniar.Sinteza aditiva

Mulimea culorilor ce pot fi create de un dispozitiv constituiegamutuldispozitivului.

Sinteza aditiv se realizeaz , de exemplu, ntuburile catodiceale televizoarelor i monitoarelor de calculator, precum i n monitoarele TFT i n videoproiectoare.

Discul lui Newton

Culoarea se obine prin filtrri succesive ale unei surse albe prin filtre de diferite culori i trii ale filtrrii.Filtrarea se face, de obicei, prin plasarea unei cerneli pe hrtie: dac cerneala nu este aplicat, rmne hrtia alb, care reflect aproape n totalitate lumina incident; dac se aplic cerneal, n zona respectiv cerneala absoarbe selectiv anumite lungimi de und, culoarea hrtiei fiind dat de lungimile de und deabsorbite.Sinteza substractiva a culorilorFenomenele care determin culoarea obinut sunt puternic neliniare. Ca urmare, modelarea obinerii culorilor prin sintez substractiv este o problem dificil.

Problema unei caracterizri standardizate pentru culori se pune n multe domenii, ntre altele,fabricareacoloranilorivopselurilor,Exista mai multe standarde in acest sens, cele mai multe fiind bazate pe standardul de reprezentareXYZ definit deCommission internationale de l'clairagen1931.Reprezentarea culorilorReprezentareaXYZixy

ReprezentareaXYZconst n trei numere reale pozitive, notate X,YiZ, fiecare dintre ei fiind definit ca produsul scalar dintre distribuia spectral a puterii luminii i o curba de sensibilitate standardizat:

undeIeste intervalul lungimilor de und vizibile (400nm 700nm),este funcia de distribuie spectral a puterii luminii incidente, iar,isunt curbele de sensibilitate ale receptorilor din ochi, reprezentate grafic n figura alturat.

Dac se dorete separarea intensitii luminii de culoarea ei, intensitatea este reprezentat de componentaY, iar culoarea se reprezint prin valorilexy:

Reprezentarea L*a*b* const, ca i reprezentareaXYZ, din trei numere reale, ns este construit n aa fel nct s ofere o legtur mai direct ntredistana euclidianntre dou triplete de numere i diferena perceptual ntre culorile corespunztoare. Reprezentarea L*a*b

Pentru aceasta, legtura dintreXYZiL*a*b*este unaneliniar:

Unde Xn,YniYn sunt valorile XYZ corespunzatoare luminii considerate albe si presupunand :

Culoarea luminii emise de un corp perfect negruPentru surse ce produc lumin destul de asemntoare cu cea produs de uncorp negru incandescent, culoarea poate fi caracterizat prin temperaturape care trebuie s-o aib un corp perfect negru pentru a produce culoarea respectiv. Aceast temperatur se numetetemperatura de culoarea sursei.Temperatura de culoare

Aceast temperatur se numetetemperatura de culoarea sursei.

Pentru obiectele care reflect sau transmit lumina, nicio reprezentare din trei componente reale nu poate descrie suficient culoarea.Este posibil s se creeze dou biecteAiBi dou surse de luminSiRastfel nct:SiRau aceeai culoare perceptual iluminate deS, obiecteleAiBau aceeai culoare perceptualiluminate deR, obiecteleAiBau culori perceptuale diferite

Reprezentarea culorilor obiectelor

Aparatele foto clasice folosesc filmul fotografic pentru a capta imaginea.Camerele foto digitalens folosesc un aa numit senzor de imagine. Aceste cipuri de silicon conin milioane de diode fotosenzitive, numite puncte fotografice. n momentul scurt n care obiectivul se deshide, fiecare punct nregistreaz intensitatea luminii care l atinge, acumulnd o sarcin; cu ct lumina este mai intens, cu att sarcina acumulat este mai mare. Apoi intensitatea luminii nregistrat de fiecare punct este memorat ca o serie de numere, pentru a putea reda ulterior imaginea capturat.Senzori fotogrametriciExista doua tipuri importante de senzori folositi la constructia camerelor fotogrametrice :FotomultiplicatoriSe bazeaza pe efectul fotoelectric extern.SemiconductoriSe bazeaza pe efectul fotoelectric intern.Cele mai multe camere digitale utilizeaza senzori cu semiconductori, cum ar fi:CCDCMOSFoveon

Senzorul CCD este format dintr-un acumulator , condensator si un semiconductor,silicon. Transforma lumina in sarcini electrice direct proportional cu intensitatea lumini primite.Sarcinile electrice se misca apoi spre marginea senzorului , de la o fotodioda la alta.Pentru a reproduce culorile , o fotodioda este acoperita cu un filru rosu, verde sau albastru.Senzori CCD

Avantaje:Pixeli mari;Uniformitatea semnalului;Zgomot electric redus.

DezavantajeConsum mare de energie pentru a misca sarcinile electrice;Conversia inceata a informatiilor.

Reprezint o alternativ la cipurile CCD i reprezint un tip de circuit electronic utilizat larg n industria computerelor .Este format tot din fotodiode , dar fiecare fotodioda are un amplificator. Modul in care semnalul este transformat din sarcina electrica , in semnal analog si in final digital este diferit in comparatie cu senzorul CCD.Transmiterea semnalelor analogice se face in paralelSenzorul CMOS

Avantaje:Costuri reduseFolosesc mai putina energie electricaCiteste mai rapid incarcarile electrice

Dezavantaje Lipsa de uniformitate a performantelor milioanelor de fotodiode si amplificatoare.Zgomot in fotoafii

Senzorul Foveon este un senzor de tip CMOS care ofer o alt abordare, similar filmului fotografic care are 3 straturi de emulsie care capteaz toat lumina pe toat suprafaa.La numr echivalent de pixeli, senzorul Foveon produce poze de o calitate mai bun dect senzorii CCD i CMOS, deoarece pierd foarte puin din lumina ajuns pe fiecare pixel, n timp ce senzorii cu matrice Bayer pierd informaia despre dou din cele trei culori la fiecare fotosit.Senzorii FOVEON

Calitatea imaginii produse de senzori CMOS egaleaz cea produs de CCD n aria produselor din clasele de jos i de mijloc. Senzorii cei mai performani din clasele cele mai sofisticate rmn senzorii CCD. Senzorii CMOS pot schimba instantaneu starea din capturarea imaginilor la nregistrarea de filme .Senzorii CMOS sunt exceleni pentru capturarea de imagini n natur i n condiii bune de luminozitate, ns au de suferit n condiii proaste de iluminare, situaii n care un blitz este indispensabil.CCD & CMOS vs FoveonSenzorii CCD au un factor de umplere de 100%. Senzorii CMOS au un nivel al "zgomotului" imaginii mai ridicat dect CCD-urile, aa c timpul de procesare al imaginilor crete.Chiar daca senzorul CCD este mai bun decat senzorul CMOS , ambele folosesc un singur filtru de culoare pe pixel .

Senzorul Foveon foloseste o abordare total diferita fata de ceilalti senzori . Senzori CCD si CMOS folosesc straturi sensibile de culoare rou , verde i albastru n emulsie pentru a captura imaginea . Foveon utilizeaz aceeai abordare pentru a captura imaginea ,cu trei straturi sensibile de culoare, suprapuse pentru colectarea lumini.

Fotogrametrie Digitala , Fetea Ioana Mariahttp://www.snapped.ro/ghid-foto/ghid-foto-senzor-ccd-cmos.htmhttps://www.google.ro/search?q=senzori+CCD&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=169PVb2vM8OBywOw3IG4Bg&ved=0CAYQ_AUoAQ&dpr=1http://www.e-camere.ro/articole/Senzorul-de-imagine-CCD-vs-CMOS-Tipuri-de-senzori-SONY-CCD-/3http://www.vandi.ro/camera_review/atelier.php?numat=3http://www.scientia.ro/homo-humanus/107-introducere-in-psihologie-de-russ-dewey/5775-sinteza-culorilor.htmlhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Culoarehttp://www.rasfoiesc.com/inginerie/comunicatii/CARACTERISTICILE-IMAGINILOR-SA14.phphttp://culorilewebsite.weebly.com/aspectele-fizicii-culorii.htmlhttp://culorilewebsite.weebly.com/sinteza-culorilor.html

Bibliografie