Ugrás a tartalomhoz

Fotogrammetria 3., 3. A fotogrammetria optikai és fotográfiai alapjai

Balázsik Valéria (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

3.3 Fotográfiai alapismeretek

3.3 Fotográfiai alapismeretek

A fejezetben csak az analóg képek létrehozásának folyamatát ismertetjük, a digitális képrögzítés módszerét az 5. modulban tárgyaljuk részletesen. Az objektívek által előállított képek fotográfiai úton történő rögzítése a 300-1000 nm-es tartományban lehetséges. Ez az emberi szem által érzékelni képes spektrális tartománynál (400-700 nm) szélesebb tartományt jelent, az ultraibolya (UV) és a közeli infravörös (IR) irányába kiterjesztve. A légifényképezés különösen speciális feladatot jelent, mivel a felvételeket gyors repülőgépekről, nagy repülési magasságból, légrétegen keresztülfényképezve készítjük. Ez a körülmény kedvezőtlenül hat a kép kontrasztjára, részletgazdagságára.

3-16. ábra Légifilmekre ható megvilágítás

A napsugárzás és az ég sugárzásának aránya nagymértékben eltér felhőtlen és felhős időben, ami a filmre jutó fénymennyiséget erősen befolyásolja.

3.3.1 A fotogrammetriában alkalmazott filmtípusok

A földi és légi fotogrammetriai eljárások során a feladatot és az előállítani kívánt terméket figyelembe véve különböző filmtípusokat alkalmazunk, aszerint, hogy mely tartományban kívánjuk a képet rögzíteni.

  • ortokromatikus fekete-fehér film (kékre, zöldre érzékeny)

  • pánkromatikus fekete-fehér film (a teljes látható spektrumra érzékeny)

  • fekete-fehér infravörös film (látható spektrumra+közeli infrára érzékeny)

  • színes film (látható spektrumra érzékeny)

  • színes infravörös film (látható spektrumra + közeli infrára érzékeny)

Az ortokromatikus, a pánkromatikus és a fekete-fehér infravörös filmek az érzékenységi tartományukon belüli szakaszokat szürkeségi értékekkel adják vissza. (3-17. ábra)

3-17. ábra Szürkeségi értékek

A színes és színes infravörös filmeket eleinte interpretációs feladatoknál alkalmazták, de ma már finom szemcsézetük és vékony rétegfelépítésük metrikus kiértékelésüket is lehetővé teszi. A felsorolt filmtípusokat elsődlegesen spektrális érzékenység ük különbözteti meg, vagyis, hogy mely hullámhossz-tartományban képes fényérzékeny rétegük a képet rögzíteni. A negatívok spektrális érzékenységét javíthatjuk, fokozhatjuk színszűrők segítségével. A színszűrő plánparallel csiszolású, anyagában festett üveglemez, melyet a mérőkamera lencséje elé helyezünk. A színes üveg fokozott mértékben engedi át a vele azonos vagy rokon színeket és tompítja a kiegészítő színeket. Ortokromatikus anyaghoz sárga, pánkromatikushoz narancs, infravörösre érzékenyített anyaghoz pedig vörös szűrőt használunk.(Engler P.2007)

Fényképezéskor fontos a jól megválasztott megvilágítási idő és rekesznyílás, ugyanis ezek szabályozzák a lencsén áthaladó és a filmre jutó fény mennyiségét, ezzel a fényérzékeny rétegben bekövetkező feketedést. A filmeket spektrális érzékenységükön kívül jellemzi egy ún. általános érzékenység is, amely azt fejezi ki, hogy adott fénymennyiség (megvilágítási idő és a fényerősség szorzata) a fényérzékeny rétegben milyen mértékű feketedést (Denzitást) vált ki. A feketedési értékeket a megvilágítás függvényében ábrázolva kapjuk a feketedési görbét.

3-18. ábra Feketedési görbe

A feketedési görbe egyes szakaszainak értelmezése:

A görbe 1-es pontig tartó kezdeti szakasza az alapfátyol, ami azt jelenti, hogy előhívással a film megvilágítása nélkül is bekövetkezne ilyen mértékű feketedés. Az 1-es 2-es pontok közötti szakasz az alulexponálási tartomány. Ez a megvilágítás még nem elegendő a megfelelő mértékű feketedések eléréséhez, ekkor a kép világosszürke tónusú, kontrasztszegény. A 2-4 szakasz a normál megvilágítási tartomány, ezen belül a 3-as ponthoz tartozó megvilágítás mellett érhetjük el a legjobb élességet, ami a kiértékeléskor elérhető pontosságnak kedvez. A 4-es ponton túli szakaszokhoz, a túlexponálási és szolarizációs tartományokhoz tartozó feketedések a fotogrammetriai kiértékelésnél már zavaróak, a képet jellemző sötét tónus nem kedvez a részletek felismerésének, elkülönítésének. Gradáció nak ( 𝜸 = tan𝜶 ) nevezzük a görbe normál megvilágítási szakaszának meredekségét, melynek értéke a fényérzékeny anyagtól, az előhívó vegyszerektől, az előhívási időtől, stb. függ. Ha 𝜸>1 , akkor kis megvilágítási időkülönbség nagy feketedéskülönbséget okoz. Ebben az esetben nagyon kontrasztos „kemény” filmmel van dolgunk, ha 𝜸=1, normál filmről beszélünk és 𝜸<1 esetében hosszabb megvilágítással érhetjük el a kívánt feketedést. A megvilágítást minden esetben körültekintően kell megválasztani, ha lehetőség van rá, érdemes próbafelvételt készíteni.

A filmek általános érzékenységét német szabvány szerint DIN-ben, amerikai szabvány szerint ASA-ban adják meg a gyártók. A DIN logaritmikus mérőszám, amely az alapfátyolhoz képest 0,1-del nagyobb feketedéshez szükséges fénymennyiséget jelent. Az ASA nem lineáris összefüggésből származik. A nálunk érvényben lévő ISO szabvány előírásai szerint az érzékenység értékét DIN-ben és ASA-ban is meg kell adni.

DIN

ASA

HD=0,1

0

0,8

1,00

5

2,5

0,32

10

8

0,10

15

25

0,032

18

50

0,016

21

100

0,0079

24

200

0,0040

27

400

0,0020

30

800

0,0010

3-. táblázat Azonos érzékenységet kifejező DIN és ASA értékek

3.3.2 Felbontóképesség - szemcsenagyság

Az optikai alapoknál már szó esett a felbontóképességről, amely a lencserendszerekre vonatkozott. A képsíkban, az optika által előállított kép legkisebb rögzíthető részletének méretét a fényérzékeny réteg „szemcsemérete” határozza meg. A „szemcsék” egy nem előhívott fényérzékeny rétegben az ezüst-halogenid kristályok, melyeket zselatinrétegbe ágyaznak. Nagyságuk a néhány nm-től (nanométertől, különösen kis érzékenységű, de nagy felbontóképességű anyagok) a néhány μm-ig (mikrométerig, nagy érzékenységű anyagok) terjednek. Az előhívott anyagban a „szemcsék” a fémes ezüstmolekulák 0.5-2.0 μm átmérőjű csoportjai. (Mélykúti,2004)

A fotogrammetriai eljárások során nagyon fontos a jó felbontás, hiszen a különböző kiértékelő műszerek szemlélőberendezéseinek nagyítása mellett a képeken így apró részletek mérése valósítható meg. Minél kisebb szemcseméretű a filmen alkalmazott fényérzékeny réteg, annál jobb felbontású képet kapunk. Ugyanakkor a finom szemcseméretű filmek kevésbé érzékenyek, vagyis hosszabb megvilágítást igényelnek. Ez a földi felvételek készítésekor biztosítható, de légifényképezéskor, a képvándorlás miatt nem. Rövid exponálási idővel kell a megfelelő feketedési értékeket elérnünk. Ebből következően a légifilmek szemcsemérete nagyobb, mint a földi fotogrammetriában alkalmazott filmeké. Megállapíthatjuk, hogy a filmek szemcsemérete és általános érzékenysége egymással ellentétes kívánalmak a légi fotogrammetriában.

3.3.3 Fekete-fehér fényképezés és előhívás

A 3-19. ábra mutatja a fekete-fehér filmek rétegfelépítését. Bázis vagy hordozóanyagként a fotogrammetriában ma már szinte kizárólag filmet alkalmaznak. Régebben üveghordozót is használtak, főként a földi fotogrammetriában, de ezek kezelése, tárolása nehézkes volt. Bár az üveg a leginkább mérettartó, de a mai technológiával már kiváló minőségű, mérettartó, kevésbé sérülékeny filmeket tudnak előállítani. A papírt hordozórétegként kontaktmásolatok, nagyítások, transzformátumok, stb. készítésére használják.

3-19. ábra A fekete-fehér film rétegei

A filmek fényérzékeny rétegében megvilágítás hatására az ezüst-halogenid kristályok (szemcsenagyság 0,2 μm) fény hatására színezüstre és kémiailag megköthető halogenidre bomlanak és ezzel egy látens kép keletkezik, amely a negatív előhívás során válik láthatóvá. A nem megvilágított ezüst-halogenid kristályokat rögzítőfürdőben (nátrium-tioszulfát = fixírnátron) egy vízben könnyen oldódó ezüstsóvá alakítjuk át és kioldjuk. ( fixálás ) A megmaradó kb. 5 %-ot ezt követően egy vizes fürdőben távolítjuk el.( mosás ) A megvilágított helyeken csak fémes ezüst marad vissza, ezek a részek látszanak feketének. Az így kapott kép fotográfiai értelemben negatív . A negatív képekből kontakt-másolással állíthatunk elő fotográfiai értelemben pozitív képet, amely a tárgy eredeti tónusú, árnyalat eloszlású képe. Az ún. fordítós eljárással készíthetünk a megvilágított fényérzékeny anyagról közvetlenül pozitív képet. (Kraus,1998)

3-20. ábra A fekete-fehér negatív eljárás

Ma már a fekete-fehér filmeket, képeket - nem csak a hétköznapi fotózásból, de a fotogrammetriai alkalmazásokból is - szinte teljes egészében kiszorították a színes filmek. Ennek oka, hogy a színes filmek alkalmazását a kezdeti időszakban korlátozta a vastag rétegszerkezet és a viszonylag nagy szemcseméret, ami a gyártási technológiák fejlődésével napjainkra már nem jellemző.

3.3.4 Színes fényképezés

A színes filmek megjelenésével, fotogrammetriai alkalmazásának bevezetésével, a képek által történő információnyerés lehetősége gyakorlatilag megsokszorozódott. Ha a látható fény tartományát (400-700 nm) három közel azonos, egyenként 100 nm-es sávszélességben összefoglaljuk, előáll a kék, zöld és vörös három kevert szín, a három additív alapszín. Ezen három alapszín különböző részeinek az összegzésével (addíciójával), például egymásra vetítésükkel, más színeket is kikeverhetünk. A három alapszín egyenlő arányban történő összekeverésével a fehér szín áll elő. FEHÉR = KÉK + ZÖLD + VÖRÖS (3-21. ábra) Két-két additív alapszín összekeverésével a bíbor, a cián és a sárga un. szubtraktív alapszíneket kapjuk. Azért szubtraktív színek, mert ezeket egy alapszínnek a fehérből történő kivonásával (szubtrakciójával) is előállíthatjuk. A szubtraktív alapszínek egyenlő arányú összekeverésével a fekete színt kapjuk. FEKETE = BÍBOR + CIÁN + SÁRGA (3-22. ábra)

3-23. ábra additív és szubtraktív alapszínek keverése

A fotogrammetriában a színes filmek két alaptípusát alkalmazzuk, a színhelyes és a hamisszínes film eket. A színhelyes vagy röviden színes filmek a látható fény tartományában a tárgyakat gyakorlatilag természetes színükben képezik le, jelenítik meg. A színes infra vagy hamisszínes filmek spektrális érzékenysége a látható fény mellett a közeli infra tartomány irányába kiterjesztett, a 800-900 nm közötti tartományban kiválóan érzékelik a növényzet klorofilltartalmát. Az infraszínes felvételeken a növényzet - fajtától és egészségi állapottól függően - a vörös különböző árnyalataiban jelenik meg, így jól elkülöníthetőek az egyes csoportok. Ezt a tulajdonságát használják ki a mezőgazdasági, erdészeti, környezetvédelmi stb. alkalmazások során.

A színes filmek három fényérzékeny rétegből állnak, amelyek az előhívási folyamat során úgy színeződnek el, hogy mindegyik réteg egy színszűrő lesz. A rajtuk áthaladó fény egy részét elnyelik, a fennmaradó részét áteresztik. Ha a szűrőre fehér fény esik, az áthaladó rész a szűrőszínt adja. Az elnyelt részt, amelyik a szűrőszínt fehérre egészíti ki, komplementer színnek nevezzük. A gyakorlati fotográfiában az előtétszűrők segítenek a nemkívánatos fényt az objektívtől, vagy fényérzékeny rétegtől távol tartani. Az igen nagy látószögű felvételek esetén a szűrőre egy szürke réteget is felvisznek, amelynek vastagsága a szűrő széle felé csökken. Ez a réteg a képterületen fényerő-kiegyenlítést eredményez, amely a kép szélein jelentkező fényerőcsökkenéssel ellentétes hatást fejt ki.(Kraus, 1998)

3-24. ábra Sínes film rétegei

3-25. ábra Színes infravörös vagy hamisszínes film rétegei

3.3.5 A filmekkel szemben támasztott követelmények

A filmekkel szemben támasztott követelmények fotofizikai és metrikus jellegűek.

A fotofizikai követelmények között vannak a film általános és spektrális érzékenységére vonatkozóak. Fontos, hogy a film általános érzékenysége kellően magas legyen (viszonylag kemény gradáció), vagyis, hogy rövid exponálási idővel érjük el a megfelelő feketedési értékeket. Ennek különösen a légi fotogrammetriában van jelentősége. A földi fotogrammetriában alkalmazott filmeket a 0,7-0,9-es gradációs érték jellemzi, a légifilmeknél ez 0,9-1,8 között van, de szélsőségesen 2,3 is lehet.

Elvárás továbbá a színérzékenység a megadott spektrális tartományban.

  • Ortokromatikus 380-550 nm

  • Pánkromatikus 400-720nm

  • Fekete-fehér infravörös 500-900 (~1200)nm

  • Színes 400-720nm

  • Színes-infravörös 520-900nm

A színhelyes színes filmek esetében valósághű leképzést kívánunk elérni, az infraszínes filmektől pedig a látható fény tartományának érzékelése mellett a közeli infra tartományban való érzékelést várjuk el. Fontos a filmek jó felbontóképessége , melynek értékét a film egy milliméterén elkülöníthető sötét-világos vonalpárok száma adja. A 3.3.2 alfejezet alapján ez függ a film szemcseméretétől. Földi fotogrammetriában alkalmazott filmeknél a szemcseméret 0,2-0,5 μm, légifilmeknél 1,5-2,2 μm, amely értékek az előhívás következtében akár 3-10-szeresükre is változhatnak. Az a minőség, amelyet egy kép kiértékelésekor tapasztalunk, már az „optikai és fotográfiai teljesítőképesség” végeredménye, vagyis a lencserendszer felbontóképességét és a fotográfiai felbontást együttesen tartalmazza, értékének megadására az

1Ave=1AVO+1AVF

összefüggést alkalmazzuk, ahol AVe-az eredő felbontás; AVO-az optikai felbontás és AVF-a fotográfiai felbontás.

A metrikus követelmény a filmek mérettartó ságára vonatkozik. Az előzőekben hordozóanyagként az üveget, a filmet és a papírt említettük. Ez a felsorolás egyúttal sorrendiséget is mutat az egyes anyagok mérettartását tekintve. Bár a legstabilabb az üveg, de egyéb kedvezőtlen tulajdonságai miatt ma már a filmalapú hordozók az általánosan elterjedtek.