2. L’acquisizione del dato metrico: metodi image based
2.1 Le immagini digitali: acquisizione e caratteristiche
2.1.6 Lo scanner fotogrammetrico Raster Master
MASTER
Lo scanner fotogrammetrico professionale Raster Master (Wehrli e Associates Inc.), è un foto-scanner piano ad alta precisione.
Dal punto di vista costruttivo è caratterizzato da un basamento extra-stabile, da un nuovo tipo di frizione, che supporta il bisogno di una velocità costante durante la scansione, che elimina i problemi di allineamento tra il dispositivo di azionamento e i binari guida, che materializzano le direzioni X e Y del sistema di riferimento dello strumento e da decodificatori lineari che controllano la posizione del basamento e azionano la camera lungo le direzioni X e Y (Figura 2.1.6-1).
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Figura 2.1.6-1 Lo scanner Raster Master.
Il Raster Master acquisisce diapositive o negativi alla risoluzione elevata di 12 µm (2116 dpi). La finestra di scansione è di 250 mm × 250 mm. L’accuratezza geometrica è di ± 4 µm sull’intera area di scansione, con la ripetibilità di 1 µm; è importante sottolineare che l’accuratezza geometrica è dovuta esclusivamente alle caratteristiche costruttive meccaniche e non deriva in nessun modo da un’eventuale ricampionamento dell’informazione fotografica o da un’elaborazione successiva alla scansione: tutti i dati digitalizzati vengono esclusivamente dalla sorgente originale.
Il Raster Master utilizza un sensore TDI (Time Delay and Integration);
questo tipologia è assimilabile ad una normale linea di sensori, costituita però da ben 96 × 2048 elementi fotosensibili.
Il sensore TDI è stato scelto per la sua capacità di essere particolarmente sensibile alla luce; questo fatto permette di ridurre sensibilmente il rumore di fondo del sistema nonostante le elevate risoluzioni raggiungibili e fornisce una miglior definizione dell’immagine specialmente nelle aree caratterizzate da un basso valore del contrasto, come ad esempio le zone d’ombra. Una eccellente definizione dell’immagine è infatti molto importante nella fotogrammetria digitale, per l’interpretazione, la correlazione ed il riconoscimento e la definizione dei contorni.
In un normale scanner lineare, gli elementi rivelatori sono impressionati dall’immagine solo una volta, quando il sensore attraversa il fotogramma. Con la camera TDI del Raster Master, i pixel si muovono con l’immagine; per una
data velocità di scansione, i pixel sono impressionati 96 volte più a lungo, quindi
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La densità del pixel è 12 bit (4096 livelli di grigio) e viene compressa in 8
bit (256 livelli di grigio) in tempo reale per mezzo di una LUT (Look-up Table),
che è una tabella di configurazione generata da Adobe PhotoShop per ri- mappare i livelli di grigio nel file raster di output. La LUT può essere usata anche per invertire un’immagine (da positivo a negativo o viceversa), per eliminare rumori e difetti, per aggiustare luminosità e contrasto e applicare le correzioni nella gamma dei mezzi toni.
Questo scanner presta particolare attenzione alla densità radiometrica; un reostato permette di controllare e mantenere stabile e costante l’intensità della luce durante tutto il processo di scansione, regolandosi in base alle fluttuazioni della sorgente luminosa.
Un sensore opzionale SSM (Sensor Stabilizing Module) aiuta a tenere sotto
controllo l’oscurità dell’immagine, che dipende in maniera esponenziale dalla temperatura e che, se lasciata destabilizzata, può degradare la ripetibilità radiometrica e conseguentemente l’accuratezza geometrica.
La larghezza di ogni passata, alla risoluzione di 12 µm, rappresenta 18.43 mm sul film; al fine di ridurre i difetti di banda, il Raster Master registra solo i 1536 pixel centrali, anche se il sensore TDI ha una linea di 2048 elementi
fotosensibili.
Le scansioni a colori sono conseguite con filtri dicroici: rosso, verde e blu; quindi una scansione a colori richiede tre passaggi e il pixel dell’immagine
finale ha una densità di 24 bit. I filtri dicroici prevedono una separazione ben definita del colore e la possibilità di selezionare una differente velocità di scansione per ogni banda di colore. Nel manuale non sono specificate le unità di misura di tali velocità, anche se appare piuttosto chiaro che esse mostrano il tempo di permanenza del sensore sull’immagine; la scelta di tali velocità viene solitamente effettuata in maniera empirica in base alla luminosità ed alle caratteristiche cromatiche delle immagini, come verrà meglio spiegato in seguito. È opportuno specificare che velocità troppo elevate possono causare spostamenti nelle linee di dati, con perdita di informazioni.
Dopo avere settato i parametri della scansione, è consigliabile effettuare un’analisi degli istogrammi. Un istogramma è la rappresentazione grafica del
range di tonalità (livelli di luminosità e oscurità) in un’immagine; l’asse x
dell’istogramma mostra i valori di intensità del colore dal più scuro (0) al più luminoso (255) andando da sinistra verso destra; l’asse y mostra il numero di
pixel per ogni valore.
La distribuzione dei pixel può modificare in modo drammatico l’aspetto di
un’immagine. Se un ampio range di livelli è utilizzato per descrivere un’area dell’immagine in realtà poco interessante, solo un range limitato è
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effettivamente disponibile per le parti più importanti. Per potere ottenere il massimo di informazioni da un’immagine è necessario avere un istogramma pieno, dove cioè sono utilizzati tutti i livelli possibili; quindi è importante, agendo su di esso, scegliere la luminosità e il contrasto ottimale.
Se l’istogramma è troppo sulla sinistra, significa che non c’è abbastanza luce; se è troppo sulla destra, l’immagine eccede in luminosità.
L’analisi e la modificazione di un istogramma non sono operazioni facili per chi non abbia una grossa familiarità con lo scanner e una rilevante esperienza nel campo della manipolazione di immagini. Il consiglio dato dai produttori del Raster Master è di cercare di ottenere un istogramma il più “pieno” possibile agendo sulle velocità di scansione e sull’apertura del diaframma della camera: è possibile fissare il parametro f assegnandogli un piccolo valore, se è necessaria una grande apertura del diaframma e quindi più luce, viceversa un grande valore di f significa diaframma più chiuso e quindi meno luce. Analogamente una velocità di scansione elevata dà luogo ad un’immagine più scura e viceversa.
Questi sono ovviamente aggiustamenti grossolani, che permettono comunque di migliorare l’immagine in base alle esigenze specifiche di ogni caso.