Épülethomlokzat-kiértékelés digitális fotogrammetriai környezetben Barsi Árpád–dr. Mélykúti Gábor, Budapesti Műszaki Egyetem, Fotogrammetria Tanszék

Bevezetés

Napjainkra a digitális fotogrammetriai munkaállomások széles körű alkalmazására nyílik lehetőség. A hagyományos térképészeti célú feldolgozás mellett a műemlékek, védett épületek dokumentációjára, az épület-átalakításokra, tervezési segítségként új technológiára is lehet számítani: a számítógéppel megvalósított digitális fotogrammetriára. Cikkünkben bemutatjuk a homlokzatrajzok digitális úton történő előállításának módját, annak egyik lehetséges eszközét, a digitális fotogrammetriai munkaállomást.

Ahhoz, hogy a hagyományos kamarákkal készült felvételeket digitálisan fel tudjuk dolgozni, az analóg képeket digitalizálni kell. A piacon kapható jó minőségű síkágyas A4-es szkennerek felbontása – ami 300 és 2400 dpi között változik – többé-kevésbé kielégíti a fo-

togrammetriai igényeket is. A két bemutatott projekt képeit Hewlett Packard ScanJet IIcx típusú eszközzel szkenneltük be. Az előzetes számítások szerint elegendő 600 dpi-s felbontással elvégezni a digitalizálást.

Ennél a felbontásnál a pixelek mérete 42.3 m m. A 13 ´  18 cm-es képek nagysága megközelítően 3100 ´  4300 pixel. A digitális állományok elvi mérete – fekete-fehér képekről lévén szó – 12 MB. A szkenneléskor a szinte legáltalánosabbnak tekintett TIFF formátumot használtuk.

A szkenneléshez szorosan kapcsolódik a képek előfeldolgozása. Elsőként a fotogrammetriai környezet által használt JPEG képformátumra alakítottuk át a beszkennelt képeket. A képtartalomtól függő tömörítéssel az állományok mérete 0.9 és 1.2 MB nagyságúra csökkent.

A következő lépés a képek kontrasztjának kiegyenlítése, adott esetben növelése. Ezzel a művelettel a kiértékelés pontossága megnövekszik. A különféle képmanipulációk elvégzésére a digitális fotogrammetriai programcsomag ImageStation Imager nevű szoftvere szolgált.

Munkáink során az Intergraph ImageStation digitális fotogrammetriai munkaállomást használtuk. A környezet tulajdonképpen egy nagysebességű, RISC processzoros számítógép. A fotogrammetriai szükségletek jobb kielégítése érdekében a számítógépben egy valósidejű (real time) JPEG-kártya található, amely a megjelenítéshez és feldolgozáshoz kitömöríti a képet, ugyanakkor ki tudjuk használni a hatékony tömörítés előnyeit. A számítási műveletek jelentős része a raszterállományon, vagyis a képen történik. Ennek további gyorsítására szolgál az EDGE II gyorsítókártya, amely külön processzorral és további memóriával rendelkezik.

A számítógéphez 27" képátmérőjű, mono 60 Hz, sztereó 120 Hz frissítési frekvenciájú, 1664 x 1248 pixel felbontású, 24 bites valódi színes monitor tartozik.

A fotogrammetriában nélkülözhetetlen sztereó szemlélés a CrystalEyes nevű berendezés segítségével valósul meg: a monitoron igen gyors ismétléssel jelenik meg a bal szemnek és a jobb szemnek szánt kép. A monitor tetején található adó a képekkel szinkronban jeleket sugároz a kiértékelő szemüvegének, melynek vevője vezérli a szemüveg folyadékkristályos polárszűrőit aszerint, hogy éppen a bal avagy a jobb kép van a monitoron.

A képek tárolására rendszerünkben a következő háttértárak állnak rendelkezésre:

• 4 GB winchester

• magnetooptikai diszk (cserélhető, 1.3 GB tárkapacitással)

• CD-ROM 650 MB tárkapacitással

• 8 mm-es cartridge (2 GB tárkapacitással)

• 3.5"-os floppy diszk.

A számítógéphez csatlakozik egy A1-es digitalizáló tábla, melynek különleges háromdimenziós kurzora (az úgynevezett Hand Held Cursor) digitalizáláskor, illetve a sztereó szemléléskor biztosítja a pontazonosítást. Ergonómiai kialakítása révén hatékonyan és kényelmesen végezhető el a kiértékelés fárasztó művelete.

2.2. Szoftvercsomag

Az ImageStation imént leírt előnyös tulajdonságait egy modulárisan felépített programcsomag használatával tudjuk kihasználni. A programcsomag elemei az alábbiak:

Projektmenedzsment-modul: gondoskodik a munka során felhasználásra kerülő, vagy újonnan létrejövő állományok kezeléséről, a tárolás megszervezéséről. Lehetőséget biztosít az archiválásra, csakúgy, mint a felhasználói felület igazítására (customizing). A dokumentáció elkészítésében a riportgeneráló eljárások hasznosak.

Tájékozás-modul: ennek a modulnak a műveletei a képkoordináta-mérés, a belső, a relatív és az abszolút tájékozások. Ezen kívül egy belső tájékozott képre lehet térbeli hátrametszést számolni. A képkoordinátákat a modul fájlba is tudja rögzíteni többféle kiegyenlítő program formátumában.

Képfeldolgozás-modul: ez a modul gondoskodik a bemenő digitális képek formátumainak konverziójáról, lehetővé teszi a szükséges képjavításokat és képtranszformációkat. Itt említjük meg a digitális ortofotó elkészítéséhez szükséges műveleteket. A modul egyik erőssége a képek tematikus feldolgozási műveleteinek halmaza.

Megjelenítő-modul: biztosítja a monoszkópikus és sztereoszkópikus szemlélést, valamint tartalmazza a térkiértékelés műveleteit. A kiértékelő csomag magja egy magasan fejlett CAD-program (MicroStation), ennek műveleteihez kapcsolódnak a térkiértékelés függvényei. Végeredményben a szemlélő és kiértékelő rutinok a rajzprogramot térbeli, tehát 3D-s kurzorként egészítik ki. A modulhoz kapcsolódik a kiértékelés egy speciális fajtája, a digitális felületmodell mérése.

A térkiértékeléshez szükséges lépés a geometriai előkészítés. Mielőtt azonban ebbe belekezdenénk, tekintsük át a teljes digitális fotogrammetriai munkafolyamatot (1. ábra).

A projekt kezdésekor néhány paraméter (az állományok könyvtárainak neve, számítási pontosság stb.) definiálása után a kamerát kell definiálni a műszergyár által adott kalibrációs jegyzőkönyvből. Lényeges adatok a kameraállandó, a képméret és a keretjelek képkoordinátái. Igény esetén elrajzolási paramétereket is figyelembe lehet venni.

2. ábra A belső tájékozás ablakai

A képek paramétereinek megadása után (képszám, képfájl neve, hozzátartozó kamera, esetleg előzetes értékek) a belső tájékozás következik. A méréskor áttekintő ablak és nagyítás ablakokban lehet a keretjeleket azonosítani (2. ábra). A nagyítás mértéke tetszőlegesen megváltoztatható. Szükség esetén a méréshez a kép kontrasztját beállíthatjuk, ez azonban nem tárolódik el. (Az egész képre a kontrasztjavítás már az előfeldolgozáskor megtörtént.) A belső tájékozás számításához többféle transzformációs modellt lehet felhasználni (pl. Helmert, affin, projektív…). Ha egy keretjel nem látszik, vagy nem jól azonosítható, kihagyható a mérésből, ekkor a pont mérési eredménye megmarad, de a számításban nem vesz részt. Lehetőség van sok, azonos kamerával készült kép belső tájékozásának félautomatikus mérésére is.

Az illesztőpontok képkoordinátáinak mérésére több mód is kínálkozik. A nagyobb mérési pontosság érdekében mi a képkoordinátákat képpáronként mértük, így az azonosítás lényegesen könnyebben és egzaktabban történt. Ez a mérési mód a relatív tájékozási modulban található (3. ábra). A pontok mérésénél a pontszám megadása után legalább hat illesztőpont megléte esetén a program azonnal számítja a relatív tájékozást és a fölös mérések alapján az egyes illesztőpontokon jelentkező, valamint az egész tájékozás középhibáját. A kényelmes mérést automatikus pontszámozás segíti.

3. ábra A relatív tájékozás és képkoordináta-mérés

A mérés után az ún. Translator gondoskodik arról, hogy a mérési eredmények a kiválasztott kiegyenlítő program számára olvasható formátumban legyenek.

A képek külső tájékozási elemeit a BINGO nevű sugárnyaláb-kiegyenlítő programmal határoztuk meg. A program nemcsak az illesztőpontok kép- és geodéziai koordinátáiból, hanem az előzetes értékek, sőt akár geometriai kényszerek figyelembevételével számítja a tájékozási elemeket. A geodéziai és fotogrammetriai mérések együttes kiegyenlítésével a középhiba a pixelméret alá csökkent, pl. a homlokzati méréseknél 32.74 m m.

A sugárnyaláb-kiegyenlítéssel megkapott külső tájékozási elemek közvetlenül visszaolvashatók az ImageStation-be. Így a hagyományos tájékozások végrehajtása nélkül létrejön a térmodell. Ez teszi lehetővé, hogy a mérőjelet a tárgy térbeli modelljén vezessük és annak terepi koordinátáit meghatározzuk.

A kiértékeléskor igen fontos, hogy a számítógépes rendszer a képeket nagy frekvenciával képes frissíteni, ami a térkiértékeléshez nélkülözhetetlen. A megjelenített modell két, némiképp eltolódott digitális kép egymásra helyezését jelenti (4. ábra).

4. ábra Az egymásra tett bal és jobboldali képekből áll össze a térmodell

Ezt a furcsa képet a speciális megjelenítő eszköz, az aktív szemüveg “varázsolja” térmodellé. Ezen a modellen már a CAD-rendszer parancsaival “csupán” végig kell követni a homlokzat vonalait, pontjait.

• a mérőjel mozog, a térmodell képei állnak,

• a mérőjel rögzített, a képek mozognak.

Az első lehetőség tűnik egyszerűbbnek, hiszen itt csupán a lebegő mérőjel helyzetét kell megváltoztatni. S valóban, a kisebb kiépítettségű, kevesebb memóriát tartalmazó munkaállomásoknál ezt a megoldást választják.

A komolyabb, ergonómiai munkahelyeken ezzel szemben a másik lehetőséget választják. Ekkor azonban óriási képállományok mozgatását kell megvalósítani. Gondoljunk csak bele: a kiértékeléskor minden apró mérőjel mozgatáshoz néhány tízezerszer néhány tízezer pixelből álló képeket kell a képernyőn mozgatni úgy, hogy a kiértékelő személy folyamatosan változó (s nem ugrálós) képet lásson!! Mindezt persze oly módon, hogy a térbeliség élményét nem veszítheti el, hisz az a mód használhatatlanságát jelentené.

A digitális képkezelési módok intenzív kihasználásával és egy “agyafúrt” eljárás használatával azonban ez, a számítógépet nagyon leterhelő művelet “megszelídíthető”. Ennek érdekében a tájékozási lépéseket egy újabbal egészítik ki: az epipoláris tájékozás lépésével. Az epipoláris tájékozás a projektív geometria tételeire épül: magsugarak és magsíkok megkeresésével átalakítja a képet úgy, mintha “kvázi” párhuzamos lenne a bázis vonalával. A lépés számításigényes, ezért ennek végrehajtására a batch-feldolgozást kínálja fel a szoftverkörnyezet. Az eredményül kapott átalakított képeken a mozgatás gyorsan végrehajtható, pontonként csak bázis irányú parallaxis tapasztalható. Ez a mód feltétele az automatikus kiértékelés alkalmazásának is. (Az ImageStation munkaállomás tartozékként kínálja az amúgy nagyon drága MATCH-T modult, mely az automatikus rácskiértékelésben tesz óriási szolgálatot.)

A kiértékelés végrehajtásával emeli ki a operátor a képen megtalálható, az építészeti célra fontosnak tekintett homlokzati tartalmat (5. ábra).

5.ábra A térkiértékelés eredménye: a homlokzatrajz

A fotogrammetriai feldolgozás záróakkordjaként a kiértékelést el kell látni a szükséges rajzi kerettel, őrkereszthálózattal, megírásokkal. A kész rajz többféle méretarányban is kinyomtatható, vagy elektronikus formában továbbítható. A kész termék akár a számítógépes világháló segítségével is eljuttatható a megrendelőhöz.

Összefoglalás

A Pesti Barnabás utcai műemléképület homlokzatrajzának kapcsán ideális lehetőség merült fel a digitális fotogrammetriai munkafolya-

mat építészeti-műemlékvédelmi alkalmazásának bemutatására. A nagyteljesítményű munkaállomás segítségével digitálissá alakított hagyományos módon készített képekből elkészítettük az épület homlokzatrajzát és metszeteit, ami az átépítés tervezéséhez, a változatlan külső megőrzéséhez elengedhetetlennek bizonyult. A Budapesti Műszaki Egyetem Fotogrammetria Tanszékén működő munkahelyen nem csupán légifényképek, hanem földi képek is hatékonyan feldolgozhatók. A mára már elkészült, átépített épület és az eredeti állapot alapján végrehajtott kiértékelésből származó homlokzatrajz összehasonlítását a Kedves olvasóra bízzuk.