Digitale Rastergrafik: Enthüllung der Leistungsfähigkeit digitaler Rastergrafiken in der Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist eine digitale Rastergrafik

Eine digitale Rastergrafik (DRG) ist ein digitales Bild, das aus dem Scannen einer topografischen USGS-Papierkarte zur Verwendung auf einem Computer entsteht. Von USGS erstellte DRGs werden normalerweise mit 250 dpi gescannt und als TIFF gespeichert. Das Rasterbild enthält normalerweise die ursprünglichen Randinformationen, die als „Kartenkragen“ bezeichnet werden. Die Kartendatei wird UTM-projiziert und auf die Erdoberfläche georeferenziert. DRGs werden regelmäßig in GIS-Anwendungen verwendet. DRGs wurden erstmals 1995 erstellt.

Wie Sie profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Digitale Rastergrafik

Kapitel 2: Rastergrafik

Kapitel 3: Dateiformat (GIS)

Kapitel 4: GeoTIFF

Kapitel 5: Bilddateiformat

Kapitel 6: GDAL

Kapitel 7: Web-Mapping

Kapitel 8: Bitmap

Kapitel 9: United States Geological Survey

Kapitel 10: Landkarte

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur digitalen Rastergrafik.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung digitaler Rastergrafiken in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und andere die über Grundkenntnisse oder Informationen für jede Art von digitaler Rastergrafik hinausgehen möchten.

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 4. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Digitale Rastergrafik

Eine digitale Rastergrafik (DRG) ist ein computerlesbares Bild, das durch Scannen einer topografischen USGS-Karte erstellt wird. In der Regel werden vom USGS erstellte DRGs mit 250 dpi gescannt und als TIFFs gespeichert. In der Regel enthält das Rasterbild die ursprünglichen Grenzinformationen, die oft als Kartenkragen bezeichnet werden. Die Kartendatei wird in UTM projiziert und auf die Erdoberfläche georeferenziert. DRGs werden häufig in GIS-Anwendungen eingesetzt. DRGs wurden erstmals 1995 hergestellt.

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Rastergrafiken

In der Computergrafik und der digitalen Fotografie stellt eine Rastergrafik ein zweidimensionales Bild als rechteckige Matrix oder ein Raster aus quadratischen Pixeln dar, die auf einem Computermonitor, Papier oder einem anderen Anzeigemedium angezeigt werden können. Technisch gesehen wird ein Raster durch die Breite und Höhe des Bildes in Pixeln und die Anzahl der Bits pro Pixel definiert. Rasterbilder werden in Bilddateien gespeichert, deren Verteilungs-, Erstellungs-, Generierungs- und Erfassungsformate variieren.

In der Druck- und Druckvorstufenindustrie werden Rasterbilder als Contones (from continuous tones) bezeichnet. In digitalen Systemen werden Strichzeichnungen jedoch typischerweise als Vektorgrafiken implementiert.

Zahlreiche Rastermanipulationen übertragen sich direkt auf die mathematischen Formalismen der linearen Algebra, bei der die Struktur mathematischer Matrizen von großer Bedeutung ist.

Der Begriff Raster kommt vom lateinischen rastrum (eine Harke), das sich vom Verb radere (fegen) (kratzen) ableitet. Er stammt aus dem Rasterscan von Kathodenstrahlröhren-Fernsehmonitoren, die das Bild zeilenweise malen, indem sie einen fokussierten Elektronenstrahl magnetisch oder elektrostatisch lenken. Es kann auch verwendet werden, um sich auf ein rechteckiges Raster von Pixeln zu beziehen. Derzeit bezieht sich der Begriff Raster auf ein Werkzeug zur Erstellung von Notenlinien.

Die Tessellation einer Ebene in ein zweidimensionales Array von Quadraten, die jeweils als Zelle oder Pixel bezeichnet werden, ist der grundlegende Ansatz, der dem Rasterdatenmodell zugrunde liegt (von Bildelement). In der Digitalfotografie ist die Ebene das auf den Bildsensor projizierte Gesichtsfeld; In der Computerkunst ist es eine virtuelle Leinwand; und in geographischen Informationssystemen ist es eine Projektion der Erdoberfläche. Die Auflösung oder Unterstützung, d. h. die Größe jedes quadratischen Pixels, bleibt im gesamten Raster konsistent. Eine Gridding-Methode kann Raster- oder Grid-basierte Daten bereitstellen.

Für jedes Pixel wird dann ein einzelner numerischer Wert gespeichert. Dieser Wert ist für die meisten Fotos eine sichtbare Farbe, aber alternative Messungen sind möglich, einschließlich numerischer Codes für qualitative Kategorien. Jedes Raster-Gitter verfügt über ein eindeutiges Pixelformat, das den Datentyp jeder ganzen Zahl angibt. Zu den gängigen Pixelformaten gehören Binär-, Graustufen-, Paletten- und Vollfarbformate, bei denen die Farbtiefe die Genauigkeit der angezeigten Farben steuert und der Farbraum den Bereich der Farbabdeckung bestimmt (der oft geringer ist als der gesamte Bereich des menschlichen Farbsehens). Die meisten modernen Farbrasterformate drücken Farben mit 24 Bit (fast 16 Millionen verschiedene Farben) und 8 Bit (0–255) pro Farbkanal (Rot, Grün und Blau) aus. Digitale Sensoren, die in der Fernerkundung und Astronomie eingesetzt werden, sind häufig in der Lage, Wellenlängen jenseits des sichtbaren Spektrums zu erfassen und zu speichern. Der große CCD-Bitmap-Sensor am Vera C. Rubin-Observatorium erfasst 3,2 Gigapixel in einem einzigen Bild (6,4 GB RAW) über sechs Farbkanäle, die den Spektralbereich des menschlichen Farbsehens überschreiten.

Die meisten Computerbilder werden in Rastergrafikformaten oder deren komprimierten Varianten wie GIF, JPEG und PNG gespeichert, die im Internet weit verbreitet sind. Ein Raster-Datenformat basiert auf einer (häufig rechteckigen, quadratischen) Mosaik der 2D-Ebene in Zellen mit jeweils einem einzelnen Wert. Das zweidimensionale Array muss serialisiert werden, um die Daten in einer Datei zu speichern. In einem Zeilenhauptformat werden die Zellen entlang der ersten (in der Regel obersten) Zeile von links nach rechts aufgelistet, unmittelbar gefolgt von denen der zweiten Zeile usw.

In der Abbildung auf der rechten Seite werden die Zellen der Tessellation A dem Punktmuster B überlagert, wodurch sich ein Array C mit Quadrantenzählungen ergibt, das die Anzahl der Punkte in jeder Zelle widerspiegelt. Zu Visualisierungszwecken wurde eine Nachschlagetabelle verwendet, um jede Zelle in Bild D einzufärben. Die Zahlen werden als serielles Zeilenmajor-Array dargestellt:

1 3 0 0 1 12 8 0 1 4 3 3 0 2 0 2 1 7 4 1 5 4 2 2 0 3 1 2 2 2 2 3 0 5 1 9 3 3 3 4 5 0 8 0 2 4 3 2 8 4 3 2 2 7 2 3 2 10 1 5 2 1 3 7

Um das zweidimensionale Raster zu rekonstruieren, muss die Datei einen Headerabschnitt enthalten, der mindestens die Anzahl der Spalten und den Pixeldatentyp (mit der Anzahl der Bits oder Bytes pro Wert)