GEODÉZIA 2000 c. konferencián elhangzott előadás
(2000. február 24-25. Ráckeve)

Dr. Tikász Emese
egyetemi adjunktus
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Általános- és Felsőgeodézia Tanszék

Másodlagos adatgyűjtési technológiák

1. Bevezetés

Ebben az összeállításban a másodlagos adatgyűjtések eszközeivel és technológiákkal kapcsolatos kevésbé ismert fogalmak egy részének közreadásával szeretnék hozzájárulni a nagyméretarányú vonalas térképművek digitalizálását végző szakemberek munkájához.

2. Másodlagos adatgyűjtések

2.1. A vektoros, azaz táblán végzett digitalizálási technológia rövid összefoglalása

2.1.1. A feldolgozandó térkép előkészítése és vizsgálata

2.1.2. Végrehajtás

2.1.3. Minőségellenőrzés

2.1.4. Térképi objektumok létrehozása (geometria, topológia, és attributumok kezelése)

2.1.5. Eredményközlés

A fenti rövid felsorolásból a 2.1.1. részhez, a digitalizáló eszköz paramétereinek meghatározásához a következő kiegészítés szükséges.

A táblás digitalizálás eszközei:

Az eszközjellemzők a következők:

Az eszköz geometriai felbontóképességét egyrészt a tábla huzalozása, másrészt a keletkezett és fázismodulálttá átalakított jel kiértékelése adja. Az általánosan ismert táblákban a huzalozás egymásra merőleges 1/4-1/2 zoll sűrűségű elektromos hálózatot jelent, amelyben a felette mozgatható áramjárta tekercs (szenzor) jelet indukál. A jel a szenzor pozícióját határozza meg, a huzaláthaladások számának és a huzalok közötti "maradék" távolság együtteseként.

Az infraérzékelős táblákban, annak egyik élén egy infraérzékelő sor van elhelyezve. A jeladót a szenzor tartalmazza, amely egy infrasugárzó egység. A jeladó egyszerre két irányban sugároz. A sugárzott jelek között a nyílásszög a tábla méretéhez igazítottan nem túl nagy. Az érzékelő sor segítségével a klasszikus "háromszögelési" módszerrel (állandó távmérőszögű távméréssel) határozható meg a szenzor helye.

A felbontóképességet az elérhető legkisebb távolság meghatározása adja mindkét esetben. A felbontóképesség értéke 0,1-0,024 mm közötti.

Ha egy 0,024 mm felbontóképességű (szabatos) digitalizáló eszközzel egy ~ 0,18 mm vonalvastagságú vonalat akarunk leképezni, akkor a vonalnak ~ 8 lehetséges értéke állhat elő. A vonal közepét elvileg ki lehet jelölni - ha kellően vékony a szálkereszt - ami ~ 0,09 mm-es bizonytalanságot eredményez. Ez az érték 1:1000 méretarányban ~ 10 cm-es alaphibát (eszközből származó szabálytalan hibát) okozhat!

A linearitás a táblahuzalozásának szabatos voltát igazolja, azaz a huzalok párhuzamosságának és merőlegességének nagyon pontos értékét. Könnyen belátható, hogy az ettől való legkisebb eltérés is módosítja az indukált jelet. A hiba kimérhető, ha egy sűrű és szabályosan rajzolt rácshálózatot digitalizálunk. Hiba esetén az eredmények visszarajzolása nem egyenes vonalú rácsképet ad. Ebben az esetben a táblát ki kell cserélni.

A linearitást is befolyásolhatja az ún. tekercs-külpontosság. Ebben az esetben a szenzorban lévő tekercs geometriai középpontja, az indukciós középpont és a szálkereszt középpontja nem esik egybe.

A reprodukáló képesség a keletkezett jel-kiértékelés pontosságának függvénye.

Mindkét utóbbi eszközhiba gondos odafigyeléssel és ellenőrzéssel észrevehető és szükség esetén cserével vagy javítással kiküszöbölhető.

A 2.1.2. részben a tájékozásnál az őrkereszt hálózat pontjain kívül - grafikus vagy vegyes technológiával készült térképek esetében - célszerű a numerikus felmérési alappontokra is elvégezni a transzformációt. Ezzel biztosítjuk a homogén állomány létrejöttét. Az említett hagyományos térképkészítési technológiáknál ugyanis ezekre a pontokra támaszkodva végezték a szerkesztést.

Az eszközökből származó pontatlanság, a technológiákból adódó hibák (személyi hibák, ismételt mérésekről való helytelen döntések, pl. az azonosnak tekintendő pontpozíciók beállítása, stb.), a forrástérkép technológiai megbízhatósága és az alapanyag-torzulás együttesen adják a digitalizálás megbízhatóságát egy adott méretarány esetében.

2.2. Raszteres digitalizálás (szkennelés) és a képernyő-digitalizálás.

Napjainkban ez a technológia kiszorítani látszik a táblás digitalizálást, ezért célszerű néhány részletét külön is áttekinteni. A teljes technológiai sor hasonló a 2.1. részben leírtakhoz, azonban némi kiegészítést szükséges tenni.

A 2.1.1. rész kiegészül:

- A papírlap (térképlap) fizikai teherbíró képességének vizsgálatával (a digitalizáló eszköz típusának megfelelően); ne legyen gyűrt vagy szakadt stb., mert egy dob-szkenner használatakor a forrásanyag tönkremehet.

- Az automatikus leképzés miatt a fölösleges szennyeződésektől (radírgumi, morzsa, stb.) célszerű a rajzolatot megtisztítani, továbbá a vonal-telítettséget (különböző feketedésű vonalrészek) biztosítani. Ezzel az előkészítéssel a feldolgozásnál jelentős időt takaríthatunk meg.

- A szoftver és eszközparaméterekről 2.2.1.részben részletesen lesz szó.

- A megállapodás a megbízóval résznél az eredmény-közlés választhatósága bővül; raszteres forma és vektorosra átalakított vagy mindkét formátum előfordulhat. Mivel a képernyő-digitalizálást - azaz a vektorizált termék előállítását - tekintjük át, a továbbiakban a raszter típusú adatok minőségellenőrzésével nem foglalkozunk. A vektorizált adatokra: 2.1.3 - 2.1.5 pontokban leírtak az érvényesek.

2.2.1. Eszköz- és szoftver paraméterek a képernyő-digitalizáláskor

Automatikus digitalizáló eszközök:

Az eszközök rendkívüli változatosságot mutatnak a forgalmi árak függvényében, ezért egy átlagos szkenner általános működését mutatjuk be. Szkennelésnél a síkágyra vagy dobra helyezik a rajzot és az ún. letapogató fejre szerelt fényforrásból jövő fény (fehér fény vagy lézer) lassan letapogatja az egész felületet. A letapogató fej optikai rendszeréből kilépő fénysugarat a rajzolat átengedi vagy visszaveri, majd ezt a fénnyalábot tükrök és prizmák segítségével négy részre osztják. Három fénysugár interferencia tükrön, valamint kék, zöld és vörös színszűrőkön keresztül jut el a színszűrők által kijelölt fotoelektronsokszorozóba. Itt átalakulnak analóg (sárga, bíbor és cián) elektromos jelekké. A jelekből ezután többszörös átalakítás után a felhasználó által helyesnek tartott színkép alakul ki, amelyet a negyedik sugárnyaláb felhasználásával (a szükséges fekete színmennyiség meghatározásával, képélesség állításával és egyéb beállítások, keverések végzésével) véglegessé tesznek.

Eszköz- és szoftverjellemzők felsorolása:

2.2.2. Az adatgyűjtő és megjelenítő (feldolgozó) eszközök paramétereinek hatása a képernyő-digitalizálás pontosságára.

Adatgyűjtés

Példaként egy 1:1000 méretarányú, (60x80) cm régi szelvény méretű térképlapot szkennelünk 500 dpi, 300 dpi és 100 dpi geometriai felbontással (1. táblázat):

1. táblázat

Geometriai felbontás
dpi

Képpont méret

Térképi méretaránynak megfelelő természetes méret

500

0,05 mm

5 cm

300

0,08 mm

8 cm

100

0,25 mm !

25 cm

A térképi vonalvastagságot 0,18 mm-nek tekintve, a vonal leképzését a különböző dpi esetében, valamint az (1x1) mm térképi terület leképezéséhez szükséges képpont mennyiségét a 2. táblázat mutatja:

2. táblázat

Geometriai felbontása
dpi

Képpont darabszám

Vonal

Terület

500

~ 4

20 x 20

300

~ 2

12 x 12

100

0,7 ~ 1!

4 x 4

A 100 dpi-vel szkennelt kép esetében a szkennelési képpont-méret meghaladja a rajzolási vonalvastagságot, ezért ez a leképezés geometriai torzítással jeleníti meg az eredetei képet, ezért kerülendő! Ezt az értéket a továbbiakban csak az összehasonlítás kedvéért szerepeltetjük.

Megjelenítés

A képernyő-digitalizálás (vektorizálás) pontosságát a képernyőpontok pozícionálhatósága szabja meg, ami egyrészt a képernyő felbontóképességétől másrészt a kép nagyíthatóságától függ. Mivel a képernyőfelbontás rögzíthető és egy eszköz esetében rögzített érték, a képernyő-vektorizálás pontosságának lehetősége a szoftveres nagyításban rejlik. A különböző felbontású képernyőkön ezért döntő a megjelenítés méretaránya.

A következő összeállításban (3. táblázat) a 500 dpi, 300 dpi, és 100 dpi–vel szkennelt állomány egy részét mutatjuk be, az előbbi (80x60) cm-es szelvény egy teljes sorának képpont darabszámával:

3. táblázat

Szkennelési dpi.

A szelvény egy sorának képpontszáma

Pontméret
(mm)

500

16.000 pont

0,05

300

10.000 pont

0,08

100

3.200 pont

0,25

A következő 4. táblázatban bemutatjuk, hogyan szűkül (átlagolódik) az információ a megjelenítés során abban az esetben, ha a teljes szelvénytartalmat jelenítjük meg a képernyő egészén különböző dpi esetében. Megadjuk a képernyő méreteit (becsült értékkel), és a képernyő-képpont méreteket is. A táblázat utolsó oszlopaiban az egy képernyő pontra “zsúfolt” (átlagolt) szkennelt képpontok darabszámát adjuk meg.

4. táblázat

Képernyő
felbontás

Képernyő
méret

Képernyő
képpont mérete

Szkennelt pontszámok
[db]

500 dpi

300 dpi

100 dpi

800 * (600)

21' ~ (43x31) cm

~ 0,5 mm

20

12

4

1024 * (760)

21' ~ (43x31) cm

~ 0,4 mm

16

10

3

800 * (600)

14' ~ (27x19) cm

~ 0,3 mm

20

12

5

640 * (480)

14' ~ (27x19) cm

~ 0,4 mm

25

16

4

A táblázatból látható, hogy a teljes szkennelt állomány megjelenítése a képernyő egészén a szkennelt állomány kicsinyítésével történhet. A megjelenő kép - a képernyő felbontások függvényében - képpontonként 20-4 pontból álló információ (intenzitás) összegzés eredménye.

Az információvesztés jelentős, ha nem tudjuk a kiértékelést szoftveresen segíteni nagyítással. Elfogadható az 1 képpont = 1 szkennelt pont megfeleltetés, de biztosabb és kevésbé fárasztó kiértékelést ad a nagyítás, amelynek feltétele:

Kdpi/Tdpi >= 1

ahol

a Kdpi a képernyőfelbontást,
a Tdpi a térkép-szkennelés felbontását jelenti.

A képernyőfelbontások a példákban 50-85 dpi közöttiek, tehát a 300 dpi-vel szkennelt nagyméretarányú vonalas térképi állományt minimum 4-6 szorosára célszerű nagyítani a megbízható eredményű képernyő-vektorizálás végrehajtásához.

2.3.Összefoglalás

Összefoglalva megállapítható, hogy a képernyő-digitalizálás alapvető pontosságát a szkennelés geometriai felbontása adja, és ezt a pontosságot tartani lehet olyan kiértékelési technológiával, amely a Kdpi/Tdpi >= 1 viszonyt támogatja.

A szkennelés geometriai felbontásának meghatározására célszerű meggondolni, hogy túlzottan magas érték nem ad jobb eredményt egy körültekintően megválasztott kisebb értéknél, de óriási memória-terhelést okoz.

Vonalas kataszteri térképek esetében egy 300 dpi-vel szkennelt és gondosan kiértékelt állomány pontossága megegyezik a szabatos felbontású - azonos méretarányú - táblás digitalizálás végeredményével.