Digitalizálás és szkennelés

Ebben a részben megismerkedünk

a digitalizálás fogalmával,
a digitalizálás alapanyagaival,
a kézi digitalizálással,
a szkenneléssel és
fejfeletti (heads up) digitalizálással.

A digitalizálás

A digitalizálással már több alkalommal foglalkoztunk. Az első fejezetben az automatizált térképezés kontextusában megismerkedtünk a térképtípusokkal, a manuális digitalizálás eszközeivel, a 'vak' illetve képernyő előtti digitalizálás fogalmával. A második fejezetben viszonylag részletesen foglalkoztunk a szkennelt adatok vektorizálásával illetve a manuálisan digitalizált adatok raszterizálásával. A jelen fejezetben áttekintettük a fényképdigitalizálás hardver eszközeit majd bevezettük a 'fej feletti' digitalizálás fogalmát.

A jelen pontban igyekszünk minimálisra csökkenteni az ismétléseket de ezzel együtt röviden és rendszerezetten összefoglalni a digitalizálással történő adatnyerésre vonatkozó ismereteket.

A digitalizálás alapanyagai

A térképek a területfüggő információk felhalmozott együttesei. Ha ezeket az analóg adatbázisokat digitális térinformatikai rendszerünkben fel akarjuk használni, úgy digitalizálnunk kell a térképeket. Amikor azonban kiválogatjuk a digitalizálandó térképeket több dologra figyelemmel kell lennünk.

Az első figyelembe veendő körülmény a térkép státusa. A térkép státusa alatt azt értjük, hogy a kérdéses térkép a földmérési-térképészeti hatóság esetleg más állami irányító szervezet által hivatalosan elrendelt térképmű aktuális példánya-e vagy sem.

A hivatalosan elrendelt térképmű ugyanis szigorú szabványok szerint készül, ezért pontosságára mind a helyzeti, mind a leíró adatok vonatkozásában megbízható mérőszámokkal rendelkezünk. Az aktualitás két szempontból is érdekes: egyrészt mivel a térképek szabványai az idővel változnak az aktuális szabvány csak az aktuális térképre érvényes, másrészt a gyorsan változó valóság, különösen az iparilag fejlettebb körzetekben gyorsan elavulttá teszi a térképtartalmat, ezért a már hivatkozott szabványok előírják, hogy mely területeken milyen térképeket milyen gyakorisággal kell felújítani.

Különösen az aktualitás szempontjából érdekes lehet az is, hogy a konkrét térképmű, melyik formáját digitalizáljuk. Az első fejezetben már szóltunk arról hogy az angliai nagyméretarányú felmérést a helyi földmérési csoportok egy úgy nevezett master példányon ceruzával folyamatosan vezetik, míg a nyomtatott papír térképek újbóli javított kiadása csak hosszabb időintervallumban (3-6 év) gazdaságos. Bár Angliában az alaptérkép friss digitális változata beszerezhető ezért ott elvileg már nem kell digitalizálni, a példa olyan országra pld. hazánkra is kiterjeszthető, ahol sok területen nem áll rendelkezésre digitális térkép. Nálunk a földmérési alaptérkép változásait a Földhivatalok műanyag fóliákon vezetik, ezért ha valóban aktuális nagyméretarányú térképet akarunk digitalizálni, úgy ezekről a nyilvántartási térképekről kell lehetőleg fólia másolatot beszerezni.

A papír térképek digitalizálása nem csak a tartalom korszerűsége szempontjából kritikus. A papír ugyanis különösen a nedves fénymásolási eljárások során jelentős alakváltozásokat szenved, de alakváltozások jöhetnek létre a szakszerűtlen tárolás következtében is. A nyomtatott térképeknél pedig különösen a többszínnyomás esetén léphetnek föl jelentős helyzeti hibák az egyes színek között.

Mivel a topográfiai térképeket a színeknek megfelelő bontásban külön nyomólemezekkel készítik, célszerű a digitalizáláshoz a nyomólemezek eredeti filmjeiről készült fólia másolatot beszerezni. A korábbi időkben a papír alakváltozásának csökkentésére hazánkban az eredeti felmérési térképeket fémlemezre kasírozott rajzpapírra készítették. Sajnos ezek a lapok a fémbetét árnyékoló hatása következtében kézi digitalizálással nem digitalizálhatók.

Fel kell még hívni a gyakorlatlan felhasználók figyelmét a topográfiai térképek két olyan sajátosságára, amelyeket a digitalizálás során figyelembe kell venni. A topográfiai térképeken bizonyos objektumokat alaprajzban, más objektumokat azonban méreten felüli ábrázolással szimbólumokkal (egyezményes jelekkel) jelölnek. Ez utóbbi jelölés esetén az objektum alakját nem lehet a digitalizálással meghatározni. A másik sajátosság az előbbiből következik és a digitalizálás szempontjából még több problémát jelent. Arról van szó, hogy a méreten felüli ábrázolás következtében egyes objektumok eltakarnák egymást ezt elkerülendő eltolt ábrázolást alkalmaznak, mégpedig azt az objektumot tolják el, amely a szabvány ítélete szerint kevésbé fontos. Hogy hol van ilyen eltolás azt csak a térkép szerkesztői tudják, ezért különösen felelősségteljes esetekben célszerű a digitalizálást a térképész intézménnyel elvégeztetni.

Kézi digitalizálás

A kézi digitalizálás eszköze a számítógéphez kapcsolt digitalizáló tábla vagy tablet az irányzó (pozicionáló) eszközzel a kurzorral. A digitalizálást valamely GIS vagy CAD szoftver modul támogatja és ez jeleníti meg a ledigitalizált elemeket a számítógép képernyőjén is. Általában minden GIS szoftver rendelkezik digitalizáló modullal, de nagy különbségek vannak az egyes szoftverek digitalizálási hatékonyságában. Tömeges digitalizálás esetén igen fontos, hogy a legmegfelelőbb szoftver támogatásával végezzük a munkát.

3.135 ábra - állványra szerelt digitalizáló tábla

3.136 ábra - különböző számú vezérlőgombbal felszerelt kurzorok

Maga a digitalizáló tábla (3.135 ábra) különböző méretű lehet A3-tól A0-ig. A kisebb táblákat tabletnek nevezik. Szerkezetileg a tábla műanyagba ágyazott szabatos, sűrű drótháló, mely különböző elemeiben (rácsszemeiben) attól függően indukálódik feszültség, hogy a kurzor szálkeresztjét koncentrikusan körülvevő elektromágneses tekercs hol helyezkedik el a táblán. A tabletek tömeges perifériként való megjelenése ahhoz kapcsolódik, hogy a WINDOWS előtti környezetben az egyszerű programvezérlést a tabletekre erősített grafikus menük segítségével oldották meg. Ez az alkalmazás azonban nem igényelt nagy felbontást és pontosságot, ezért a piacon lévő tabletek jelentős része alkalmatlan a szabatos digitalizálásra. A digitalizáló táblák és megfelelő tabletek digitalizálási hibája eszköztől függően 0.1 mm. - 0.02 mm. A hiba nem csak a háló és a tekercs kialakításától, hanem a szálkereszt formájától, elhelyezésétől is nagymértékben függ.

A jobb tipusok kurzorain 16 vagy ennél több billentyűt is találunk, melyek segítségével a digitalizálást támogató program vezérlése, bizonyos tulajdonságjellemzők bevitele egyszerűbben oldható meg mint a számítógép billentyűzetéről.

Itt célszerű megjegyezni, hogy a digitalizáláskor rendszerint csak az objektum azonosítóját viszik be, a többi leíró adat inputja az azonosítóhoz kapcsolva külön végezhető vagy a megfelelő GIS programmodullal támogatva a számítógép billentyűzetéről, vagy ha már számítógépben van, megfelelő adathordozóról.

A kézi digitalizálás igen felelősségteljes s egyben nagyon fárasztó munka. A digitalizáló munkarendjét úgy kell összeállítani, hogy az előkészítés (esetleg más, kevésbé fárasztó munka) és a digitalizálás többször is váltsák egymást a napi munkaidőben (vizsgálatok szerint 2-3 óránál hosszabb folyamatos digitalizálási munka már nem hatékony, a napi össz digitalizálási munkaidőre a szakértők maximum 4-5 órát javasolnak).

Bármilyen lelkiismeretes is a digitalizálást végző munkaerő a digitalizálásba óhatatlanul hibák is előfordulhatnak. Ezek ellenőrzése és kiszűrése a digitalizált állományból átlátszó fóliára készülő próbarajz és az eredeti térkép egybevetésével történik.

Szkennelés

A digitális fotogrammetria bemenő adataival kapcsolatban már szóltunk azokról a szkennerekről, melyeket a légifényképek digitalizálására használunk. A fizikai elvek a térképek szkennelésénél is azonosak, a műszaki megvalósítás azonban a feladat jellegéből illetve a konstrukció időpontjától függően különbözhet.

Az első szkennerek nagymértékben térképészeti igényekre jöttek létre, s ez meghatározta azt az alapvető követelményt, hogy alkalmasak legyenek nagy (1 m. fölötti) térképek digitalizálására, s egyben kiemelten törekedjenek a leképezés geometriai pontosságának biztosítására.

Az első nagyteljesítményű szkennerek a 70-es évek végén jelentek meg, ezért a műszaki megoldást még nem tudták a sorszenzorokra alapozni mivel azok akkor még nem léteztek, így a konstrukciót egyedi szenzorral (színes szkennelés esetén három egyedi szenzorral) kellett megoldani.

A nagyméretű térképeket dobra erősítették mely a szkennelés folyamán forgott, a megvilágító berendezéssel kombinált szenzoros optika pedig a dob tengelyével párhuzamos haladó mozgást végzett. A két mozgás kombinációjából kialakuló letapogatási pálya csavarvonal jellegű volt. Amennyiben nem papír, hanem átlátszó fólia szkennelése volt a feladat, úgy a megvilágítást a tejüvegből készült dob végezte.

A következő fejlődési szakaszban (80-as évek közepe) a szabatos szkennelésre a síkágyas plotterek mintájára készült síkágyas szkennereket alkalmazták elsősorban. A kocsira szerelt, színenként alkalmazott, egyedi vagy sordetektorok és megvilágító berendezéseik kétirányú mozgását egy mozgó híd X irányú illetve a hídon lévő kocsi Y irányú mozgatásával érik el a léptetőmotorok.

Napjainkban mind a dob mind a síkágyas megoldásra találunk példákat, az előbbieket inkább a térképek, utóbbiakat inkább a fényképek digitalizálására használják. Mégis a több ezer elemi szenzort egyesítő sorszenzorral ellátott korszerű szkennerek többsége - a nyomtatókhoz hasonló módon - 'beszívja' a letapogatandó térképet vagy műszaki rajzot, s ily módon tetszőleges hosszúságú rajz szkennelésére képes. Ezek a berendezések csak a szélességre adnak típusuktól függő limitet. A 3.137 és 3.138 ábrák két ilyen szkenner külső megjelenését illusztrálják.

3.137 ábra - korszerű asztali szkenner

3.138 ábra - korszerű állványos szkenner

Nem hagyhatjuk említés nélkül, hogy a napjainkban tömegesen forgalomba kerülő A4-es lapszkennereket, de különösképpen az igen olcsó A4-es kézi szkennereket nem térinformatikai adatnyerésre találták ki, hanem elsősorban szövegek számítógépbe vitelére (ebben a vonatkozásban használhatók, ha hagyományos nyilvántartásokat kívánunk adatbankosítani), valamint különböző rajzi és fényképi input adatok digitalizálására illusztratív jellegű számítógépes alkalmazásokban.

Amint erről a második fejezetben már részletesen szóltunk a térkép szkennelés fő problémája, hogy a vektoros térképből raszteres állományt állít elő, mely automatikus raszter-vektor átalakítása rendszerint nem egyértelmű, a többé kevésbé reális megoldás rendszerint jelentős manuális editálási munkát igényel. Minél áttekinthetőbb a térkép annál egyszerűbb a vektorizáló program és az editáló operátor dolga, ezért célszerű (ha erre lehetőség van) a térképeket fedvényenként, feliratoktól megtisztítva szkennelni. Mivel a utility jellegű szoftverek algoritmusai rendszerint nem ismertek, célszerű minden új raszter-vektor átalakító program alkalmazása esetén egy kis jól áttekinthető mintán annak tulajdonságait tanulmányozni.

Míg a tömeges szkennelés alkalmazásával jó minőségű vektoros állományokat rendszerint csak a nagy térképkészítő intézmények tudnak előállítani, addig a szkennelt térkép minden (kis)felhasználónak hasznos lehet, ha a korábbiakban már felvázolt fej feletti digitalizálásra használja.

Fej feletti digitalizálás

A fej feletti digitalizálás lehetőségét az a tény teremtette meg, hogy egyes szoftver készítők is kénytelenek voltak elismerni annak a gondolatnak a helyességét, hogy a jövő a hibrid - raszteres-vektoros rendszereké.

Ez az első stádiumban azt jelentette, hogy az alapvetően raszteres rendszerek képesek kezelni bizonyos vektoros objektumokat, hasonlóképpen a vektoros rendszerek lehetővé tették, hogy háttérként a vektor rajz mögé bevigyék a kérdéses terület ortofotó térképét.

A következő lépésben a 'háttér' újabb funkciókhoz jutott, többek közt ahhoz, hogy a képernyőn az egér vezérelte szálkereszttel digitalizálni azaz vektorizálni lehessen a 'háttér' raszteres képét. Természetes, hogy ezt akkor is meg lehet tenni, ha a háttér nem ortofotó, hanem szkennelt térkép.

Felmerül a kérdés, hogy miért előnyösebb a képernyőn digitalizálni mint a térképen. Az első különbség a megvilágításban és a parallaxisban van. A papír térképet jól megvilágítani nagyon nehéz, a kurzor vagy az operátor gyakran árnyékot vet a szálkeresztre, és ha a szálkereszt nincs a papír síkjában, ez a helyzet pedig igen gyakran előfordul, akkor parallaxis lép fel azaz más szögből nézve a szálkereszt más térképi pontra mutat. A képernyőn ez a két probléma nem létezik. További előnye a képernyőnek a zoomolási lehetőség, mely jelentősen növeli a pontosságot. Végül igen előnyös, hogy a képernyőn a digitalizált és még nem digitalizált vonalak egymás mellett de különböző jelöléssel jelentkeznek (pld a már digitalizált vonalak villognak) s így egyszerűen biztosítható, hogy semmi se maradjon ki a digitalizálásból.

A módszer jelentőségét nagymértékben növeli, hogy több olyan országban, melyekben még nem kezdték meg a vektoros digitális alaptérképek forgalmazását mint például Csehországban, az alaptérképek raszteres digitális formában már a felhasználók rendelkezésére állnak.