Συμβολή Εικόνων Υψηλού Δυναμικού Εύρους (High Dynamic Range Images - HDRI) σε Φωτογραμμετρικές Εφαρμογές Καταγραφής της Πολιτιστικής Κληρονομιάς

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάδειξη της χρησιμότητας των Eικόνων Υψηλού Δυναμικού Εύρους (High Dynamic Range – HDR) στις φωτογραμμετρικές εφαρμογές για την καταγραφή της Πολιτιστικής Κληρονομιάς.Η καταγραφή του δυναμικού εύρους μίας σκηνής – δηλαδή η διαφορά μεταξύ των φωτεινότερων και σκοτεινότερων περιοχών – υπήρξε και εξακολουθεί να είναι για τους φωτογράφους (επαγγελματίες ή μη) ένα σημαντικό ζητούμενο. Σε σκηνές με μεγάλο δυναμικό εύρος είναι αδύνατο με μία λήψη να γίνει καταγραφή ολόκληρης της σκηνής χωρίς ορισμένες περιοχές να εμφανίζονται περισσότερο σκοτεινές ή φωτεινές απ' όσο είναι το ζητούμενο, με αποτέλεσμα χάσιμο πληροφορίας και στις δύο περιπτώσεις. H αδυναμία καταγραφής του δυναμικού εύρους από το αναλογικό φιλμ παλιότερα και από τον ψηφιακό αισθητήρα σήμερα, έχουν οδηγήσει στην αναζήτηση ποικίλων λύσεων.Η πιο σύγχρονη λύση στην ψηφιακή καταγραφή, που μπορεί να εξυπηρετήσει την πλειονότητα των περιπτώσεων, είναι οι εικόνες HDR οι οποίες δημιουργούνται από τη συνένωση πολλών εικόνων της ίδιας σκηνής. Η κάθε μία από τις εικόνες αυτές περιέχει διαφορετική ποσότητα φωτός και άρα διαφορετικές περιοχές της σκηνής είναι ορθά φωτισμένες κάθε φορά. Τελικό παράγωγο είναι μία εικόνα με ισορροπημένη φωτεινότητα όπου υπάρχει πληροφορία και υφή σε όλες τις περιοχές της, χωρίς να έχουν χαθεί λεπτομέρειες λόγω κακών φωτιστικών συνθηκών.Σε όλες τις φωτογραμμετρικές εφαρμογές, η ποιότητα των εικόνων είναι ένα θέμα μεγάλης σημασίας για το τελικό αποτέλεσμα. Ειδικά σε εφαρμογές τεκμηρίωσης Πολιτιστικής Κληρονομιάς που κατά τη λήψη των εικόνων πολύ συχνά οι φωτιστικές συνθήκες είναι δυσχερείς, η τεχνολογία HDR μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση των εικόνων και άρα στην παραγωγή τελικών εικονιστικών προϊόντων χωρίς προβλήματα φωτισμού.Στην παρούσα εργασία, η χρησιμότητα των εικόνων HDR σε φωτογραμμετρικές εφαρμογές αναδεικνύεται μέσα από αναλυτική αναφορά στην τεχνολογία HDR και τα σημαντικά πλεονεκτήματά της καθώς και μέσα από σχετικά παραδείγματα. Επιπλέον, πραγματοποιείται ένας απαραίτητος έλεγχος για να διαπιστωθεί κατά πόσο οι εικόνες HDR είναι αξιόπιστες μετρητικά. Τέλος, παρουσιάζεται μία εφαρμογή παραγωγής ορθοφωτογραφιών με εικόνες κανονικές και HDR η οποία με τη σειρά της αναδεικνύει τη χρησιμότητα των εικόνων HDR στις συγκεκριμένες εφαρμογές. Αντικείμενο της εφαρμογής είναι η βόρεια γαλαρία του Καθολικού Ναού του Αγίου Φραγκίσκου – Ξαβέριου στο Anderlecht των Βρυξελλών.

Basic goal of this diploma thesis is to highlight the usefulness of High Dynamic Range Images for photogrammetric applications of Cultural Heritage Documentation. The recording of the dynamic range of a scene – the difference in light between the brightest and the darkest parts - has always been of great importance for professional and amateur photographers. Scenes with high dynamic range is impossible to be recorded without loss of details and texture in dark areas (due to underexposure) and in bright areas (due to overexposure). This limitation of the analogue film in the past and of the digital sensor nowadays resulted in the pursuit of many solutions. The most recent and effective solution in digital recording, suitable for the majority of cases, is High Dynamic Range Images (HDRI). These images are created by merging multiple images of the same scene, each of which has been taken with different exposure and thus contains different areas exposed in the right way. The final product is an image balanced, concerning the light, where there is information in every part of it without loss of details due to bad lighting conditions. In all photogrammetric applications, the quality of the images is a very important issue for the final product. Especially for applications of Cultural Heritage Documentation, where during the photo shooting lighting conditions are difficult, HDR technology can contribute to the creation of better images and as a result, to the creation of final images with no lighting problems. In this thesis, the usefulness of HDR images is highlighted through the detailed reference of HDR technology and relevant examples. In addition, their geometric quality is also examined through an important investigation in order to ensure that they can be used for photogrammetric purposes. Finally, an application is described with derivables two orthophotographs, one made of normal images and the other made of HDR images. The subject of the orthophotographs is the north gallery of Saint Francis Xavier Church in Anderlecht, Brussels.