WykladSIT_03.pdf

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 30

2.3. Model rastrowy

Rastrowy model danych wykorzystywany jest dla gromadzenia i przetwarzania

danych pochodzących ze skanowania istniejących materiałów mapowych, zdjęć lotniczych i

satelitarnych oraz obrazów teledetekcyjnych.

W modelu rastrowym dane o obiektach świata rzeczywistego przechowywane są w

postaci regularnych elementów powierzchniowych zwanych pikselami (ang. pixel od picture

element). Piksele przeważnie mają kształt kwadratu chociaż można się spotkać również z

pikselami w kształcie prostokąta. Obraz tworzony przez piksele nazywany jest rastrem.

Z natury rzeczy raster jest prostokątem, którego wymiary określone są w pikselach. Inaczej

rzecz ujmując można powiedzieć, że piksel jest najmniejszą rozróżnialną powierzchnią rastra.

Rysynek 2.19 przedstawia ilustrację rastra o wymiarach H x W (wysokość x szerokość)

i wyodrębnionego w nim piksela.

Rys. 2.19. Ilustracja rastra i jego najmniejszego elementu - piksela

Raster w sposób naturalny może być reprezentowany przez tablicę dwuwymiarową, w

której poszczególne elementy przechowują informacje o odpowiednich pikselach. Położenie

każdego piksela w rastrze jest identyfikowane przez podanie wiersza i kolumny w tablicy

przyporządkowanej rastrowi.

Rys. 2.20. Ilustracja zapisu rastra w tablicy

Wartości zapisywane w tablicy są nazywane atrybutami elementu rastra. Korzystając z

tablicy dwuwymiarowej dla każdego piksela możemy zapisać jeden atrybut. W przypadku

przypisywania do piksela większej liczby atrybutów należy zamiast pojedynczego pola

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 31

stosować wektor atrybutów, co prowadzi do tablicy trójwymiarowej. Trzeci wymiar tablicy

będzie określał płaszczyzny odpowiednich atrybutów, mogących tworzyć warstwy

tematyczne np. poziomy informacyjne w zobrazowaniach teledetekcyjnych.

Rys. 2.21. Ilustracja wielu atrybutów przypisywanych do elementu rastra

W zależności od dopuszczalnych wartości atrybutu piksela należy zastosować

odpowiedni typ zmiennej do jego przechowywania a tym samym odpowiedni zasób pamięci

do zapisu całej tablicy rastra. Najczęściej wartość atrybutu przekłada się na kolor jakim dany

piksel będzie rysowany podczas prezentacji graficznej. Przyjmując, że do zapisu atrybutu

piksela wykorzystamy jeden bit, możemy wyróżnić dwa jego stany wartości tzn. zero lub

jeden , mówimy wtedy o rastrze monochromatycznym zwanym popularnie czarno-białym.

W rastrze monochromatycznym w jednym bajcie pamięci zapisujemy więc kolory ośmiu

kolejnych pikseli. Przy rastrach w których wyróżnia się więcej kolorów trzeba przeznaczyć

odpowiednio więcej pamięci dla przechowania wartości atrybutu piksela. Wielkość pamięci

potrzebnej do zapisu rastra możemy określić na podstawie następującego wzoru:

N =

(2.7)

gdzie

N - wielkość rastra wyrażona w bajtach,

H - wysokość rastra w pikselach,

W - szerokość rastra w pikselach,

B - liczba bitów do zapisu jednego piksela.

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 32

Obraz rastrowy powstaje jako bezpośrednie zobrazowanie rzeczywistości np. w

wyniku wykonania zdjęć lotniczych lub satelitarnych gdzie każdemu pikselowi obrazu

przyporządkowywany jest odpowiedni fragment terenu.

Rys. 2.22. Ilustracja tworzenia rastra

Cechą charakterystyczną takich zobrazowań jest wymiar terenu zobrazowany jednym

pikselem rastra. Im piksel mniejszy tym wierniejsze zobrazowanie terenu. Dla przykładu

satelita LANDSAT TM oferuje obrazy z pikselem odpowiadającym obszarowi 30m x 30m

dając obrazy odpowiadające obszarom 185km x 185 km. Satelita SPOT natomiast oferuje

piksel 20m x 20m i obrazy obejmujące obszary 60km x 60km. Najdokładniejszymi obecnie

zobrazowaniem satelitarnym są zdjęcia z satelity IKONOS o rozdzielczości 0,82m i

QuickBird 0,61m.

Rys. 2.23. Zdjęcie z satelity IKONOS www.spaceimaging.com .

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 33

Innym sposobem tworzenia rastrów odnoszących się do rzeczywistości jest

skanowanie istniejących map na urządzeniach zwanych skanerami. Proces skanowania polega

na podziale oryginału na małe elementy i pomierzeniu ich jasność. W tym celu skaner

wyposażony jest w odpowiednią liczbę światłoczułych receptorów, z których każdy mierzy

jasność małego wycinka oryginału.

W przypadku skanowania kolorowego również mierzona jest jasności lecz z

zastosowaniem odpowiednich filtrów dla głównych kolorów RGB co oznacza indywidualny

pomiar jasności dla poszczególnych składowych. Poniżej przedstawiono ilustrację procesu

skanowania.

Oryginał

Matryca skanera

Rys. 2.24. Ilustracja procesu skanowania

W wyniku nałożenia matrycy skanera na oryginał dokonujemy jego podziału na

piksele dla których w procesie skanowania rejestrowany jest ich kolor.

Do określenia precyzji skanowania używa się charakterystyki określanej jako

rozdzielczość. Rozdzielczość określana jest w pikselach na cal i oznaczana skrótem DPI (ang.

dot per inch ). Na podstawie rozdzielczości określamy wymiary fragmentu oryginału

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 34

odwzorowany w jednym pikselu. Przy rozdzielczości 254 dpi jest to 0.1mm. Rozdzielczość

jest więc jednostką charakteryzującą precyzję skanowania. Im wartość jest większa tym

mniejszy jest piksel a tym samym wierniejsze odwzorowanie oryginału. Jednocześnie wzrost

rozdzielczość powoduje przyrost wielkości rastra i to w zależności kwadratowej. Oznacza to,

że dwukrotne podniesienie rozdzielczości powoduje czterokrotny wzrost wielkości rastra.

Zależności między wymiarem obrazu i rozdzielczością a wymiarem rastra są następujące:

DPI

(2.8)

DPI

gdzie

W - szerokość rastra w pikselach,

H - wysokość rastra w pikselach,

DPI - rozdzielczość

h - wysokość obrazu w [mm]

w - szerokość obrazu w [mm]

W charakterystykach skanerów można się spotkać z dwoma rodzajami rozdzielczości

optyczną i interpolowaną. Rozdzielczość optyczna (zwana również fizyczną) oznacza

rzeczywistą liczbę elementów światłoczułych na jednostkę długości. Rozdzielczość

interpolowana (obliczeniowa) polega na programowym wstawianiu między piksele

rzeczywiste dodatkowych pikseli i przypisywania im wartości uśrednionych wynikających z

sąsiedztwa pikseli rzeczywistych. Należy jednak pamiętać, że interpolacja nie powoduje

wprowadzenia nowych danych do obrazu, a jest tylko jego przetworzeniem. Oznacza to, że

rozdzielczość optyczna np. 600 lub 1200 dpi, daje znacznie lepsze wyniki niż taka sama

rozdzielczość interpolowana.

2.3.1. Kompresja danych rastrowych

Zbiory rastrowe zapisywane w postaci bezpośredniej są zbiorami o znacznych

rozmiarach. Są one tym większe im wyższa jest rozdzielczość przechowywanego w nich

obrazu i im więcej bitów przeznaczonych jest na zapis pojedynczego piksela. Poniższa tabela

zawiera przykładowe zestawienie wielkości rastrów dla oryginału o wymiarach 500x800mm

zeskanowanego w rozdzielczości 254 dpi z wykorzystaniem odpowiednio 1, 4, 8, 16 i 24

bitów do zapisu pojedynczego piksela.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: