Сканирование топографической карты.

Или почему 508 - число круглое.

Теория.

Итак, сканер выбран, куплен, привезен и установлен на рабочее место, подсоединен к достаточно мощному компьютеру. Установлены все драйверы и необходимое программное обеспечение. Теперь можно приступать непосредственно к сканированию. Но прежде чем приниматься за работу, следует определиться по крайней мере в двух параметрах:

1. С какой битностью (глубиной цвета) следует сканировать;

2. С каким разрешением сканировать.

Ответы на эти вопросы зависит от того, для каких целей будет использована данная карта. Если требования минимальны, то есть карта будет использоваться только для визуального анализа, либо как растровая подложка, которая в проекте ArcView будет находиться в самом нижнем слое, то можно особо над этим не задумываться. В таком случае достаточно будет того качества, при котором человеческий глаз различает необходимые детали. Как правило, для топографических карт масштаба 1 : 100 000 и 1 : 200 000 достаточно глубины цвета 256 indexed color (8 bpp) и разрешения 300 dpi.

Ежели возникает желание вытащить из карты максимум возможного, то есть получить возможность математического анализа, полуавтоматической или автоматической векторизации, иметь возможность одновременно просматривать в проектах ArcView множество растровых тем, которые не будут загораживать друг друга аналогично векторным слоям (пример можно посмотреть здесь 415 килобайт), то с самого начала нужно быть готовым уже на этапе сканирования подходить к обработке исходного материала с величайшей тщательностью и аккуратностью. Описываемые здесь технологии основаны на методе тематического цветоделения, поэтому все требования обусловлены тем, что в конечном итоге мы получаем тематически цветоделённое зарегистрированное растровое изображение.

Итак, мы решили не искать лёгких путей и запаслись необходимым терпением. Для того, чтобы не испытывать дополнительных трудностей в дальнейшей обработке нам понадобится полноцветное изображение. То есть True color — 24 bit per pixel или выше. Хотя глубины цвета 24 бита на пиксель вполне достаточно.

Что же касается разрешения, то существует очень простая формула:

δ = 2/n,

где:

δ — разрешение, с которым следует сканировать;

n — минимальная толщина линии на карте.

То есть, самая тонкая линия, начерченная на карте, должна состоять как минимум из 2 пикселей. Таким образом, для топографических карт, минимальная толщина линий для которых по нормативам составляет 0.1 миллиметра, получаем минимально достаточное разрешение — 20 пикселей на миллиметр. Или 508 dpi.

Если есть желание видеть на экране программы сканирования круглую цифру, то можно округлить разрешение до 600 dpi. Только мы-то привыкли измерять расстояния в метрах и миллиметрах, а не в дюймах и милях. Поэтому имеет смысл потерпеть значение 508 dpi, чтобы получить круглое число в метрах и миллиметрах. 508 dpi — это 20 пикселей на миллиметр. Или, для топокарт масштаба 1 : 200 000, 10 метров на пиксель. Следует учесть, что чем больше разрешение, с которым производится сканирование, тем легче становится процесс цветоделения (об этом подробнее написано в разделе "Тематическое цветоделение". При этом увеличивается и размер файла. Причём, объём возрастает быстрее, чем разрешение. Так, при увеличении разрешения в 2 раза, объём файла возрастёт в 4 раза!

Так что, для топографических карт остановимся на минимально достаточных требованиях: разрешении — 508 dpi и глубине цвета 24 bpp.

Для того, чтобы минимизировать геометрические искажения в процессе сканирования, нам понадобится вырезать еще и специальное прижимное стекло. Зачем это нужно?

Во-первых, по той причине, что сканируемый материал представляет собой не абсолютно плоскую поверхность и его следует по возможности распрямить. Как минимум, бумажная карта бывает несколько помятой; иногда — сложенной несколько раз, иногда — разорванной и склеенной скотчем.

Во-вторых, документальная крышка сканера тоже не обладает достаточной "плоскостью". Как правило это тонкая поролоновая губка с приклеенным листом из мягкого пластика. Такая крышка не может обеспечить плотное прилегание сканируемого материала к стеклу сканера.

Топографический лист, будучи положенным на стекло сканера и придавленный документальной крышкой, испытывает некоторые "флуктуации" — локальные искривления, обусловленные этими двумя причинами. Первую причину мы исправить, как правило не можем. Обычно исходный бумажный картографический материал поступает к нам в единственном экземпляре и здесь выбирать не приходится. А заменить крышку сканера на более плоскую поверхность — можем. Для этого придется сходить в ближайшую стекольную (или зеркальную) мастерскую и заказать там стекло нужных размеров. Для нашего сканера (Epson GT-12000 с областью сканирования 310 x 437 мм) мы вырезали прижимное стекло толщиной 6 мм и габаритами 320 x 450 мм. Её вам вырежут в течение несколькоих минут. Следует попросить также, чтобы мастера обработали края прижимного стекла для того, чтобы не пораниться и не поцарапать стекло сканера.

Сканируемый материал, осторожно придавленный прижимным стеклом, будет иметь значительно меньшие геометрические искажения, чем если бы мы его придавливали документальной крышкой сканера. Так, карты, отсканированные на нашем сканере (Epson GT-12000) с использованием прижимного стекла, имеют отклонения порядка 0.1—0.2 мм (1—4 пикселя при разрешении 508 dpi). Карты, прижатые документальной крышкой сканера, — до 0.5 мм. Пустячок, но приятно. 

Здесь следует проявить повышенную осторожность, так как неосторожные, резкие движения могут привести к тому, что вы поцарапаете стекло сканера прижимным стеклом. Не следует также придавливать прижимное стекло сверху чем-нибудь тяжёлым. Это неблагоприятно скажется на работе сканера. Прижимное стекло обладает достаточной тяжестью для того, чтобы распрямить складки и морщины на бумажной карте.

Стекло имеет еще одно отличие от документальной крышки сканера. Оно прозрачно. Поэтому, если его не затенять, то отсканированное изображение получится бледным, не достаточно контрастным. Можно, конечно, сканировать в темноте, но лучше использовать какой-нибудь затеняющий материал. Мы, например, используем обычную картонку подходящего размера, вырезанную из коробки от монитора.

Теперь нужно проверить настройки PhotoShop. В меню: File/Preferenses/General убедитесь, что метод интерполяции стоит Bicubic (Better), а File/Preferenses/Memory & Image Cache PhotoShop'у отведено достаточное количество памяти (у меня стоит 90 %). Помните, все изменения вступят в силу только после перезапуска PhotoShop.

Затем следует настроить программу сканирования: File/Import/Twain32. Установить и сохранить необходимые параметры (разрешение — 508 dpi, глубина цвета — 24 bpp).

Вот теперь мы можем приступать непосредственно к работе.

Практика.

Ход работы.

1. Открыть крышку сканера и внимательно осмотреть стекло. Оно должно быть прозрачным. Без налипших кусков краски (такое может случаться, если кто-то перед вами сканировал ксерокопии), без жирных пятен и следов пальцев.

2. Открыть Photoshop 5.0 или более поздний. Положить карту сканируемой стороной на стекло сканера, так, чтобы помещалась верхняя половина листа. Осторожно придавить прижимным стеклом и закрыть затеняющим листом.

3. Вызвать программу сканирования File/Import/Twain32. Сделать предварительное сканирование (prescan или preview). Убедиться, что лист лежит как следует и что все, что нужно отсканировать, попадает в область сканирования. При необходимости слегка пододвинуть сканируемый лист в нужную сторону. Запомнить или записать на бумажку спектральные характеристики сканирования: яркость, контрастность, цветовой баланс и так далее (все параметры от которых зависит гамма сканируемого изображения), чтобы с этими же характеристиками отсканировать и нижнюю половинку (таким образом можно избавиться от цветовой границы после склейки двух половинок). Отсканировать верхнюю половину. тИмеет смысл сканировать с некоторым запасом. Так, чтобы в область сканирования попадала не только картографическая информация (то, что находится внутри рамки), но и зарамочное оформление. Там тоже имеется весьма важная информация. Например, год съёмки, год издания карты, состояние местности, магнитное склонение, сближение меридианов, годовое изменение склонения.

4. Таким же образом, выставив те же значения яркости, контрастности, цветового баланса и т.д., которые были использованы для верхней половины, отсканировать нижнюю половину листа. Закрыть программу сканирования. Можно использовать единые (стандартные) цветовые характеристики для сканирования. Таким образом, не нужно будет записывать или запоминать каждый раз несколько числовых значений. Например, в нашей практике мы используем стандартные усредненные значения, дающие приличный результат практически для любого топографического листа: Gamma — 98; HighLight — 230; Shadow — 60.

5. Через меню Image/Canvas Size расширить размер полотна верхней половинки настолько, чтобы поместилась нижняя половинка.

6. Скопировать и вставить нижнюю половину на расширенный участок верхней половины. Либо, переключившись на инструмент работы со слоями, перетащить нижнюю половину на расширенный участок верхней половины. Нижняя половина окажется в новом слое. Сделать нижнюю половину полупрозрачной.

7. Двигая стрелкой управления слоями, нижнюю половину, совместить какую-либо заметную точку на верхней рамке правой половинки, например, координатную засечку, или пересечение рамки листа с километровой сеткой с этой же точкой на верхней половине.

8. Переключиться в режим выделения. В контекстном меню выбрать "Free rotate". Переместить центр вращения в точку, которую мы совместили на предыдущем шаге.

9. Переместиться в нижнюю часть карты и повернуть нижнюю половинку так, чтобы совместить с верхней половинкой. В случае, если половинки получаются немного разного размера, меньшую половинку нужно растянуть ("scale") настолько, чтобы полностью совместить с половинкой большего размера.

10. Сделать нижнюю половину непрозрачной.

11. Склеить слои. В меню — Layer/Flatten Image. Склеивать слои нужно именно на этом этапе, поскольку PhotoShop (по крайней мере версии 5.0) некорректно поворачивает многослойное изображение. Слои сдвинутся относительно друг друга, если поворачивать многослойное изображение.

12. Обрезать белые поля справа, слева, сверху, снизу, чтобы смысл не содержащая информация не занимала место на диске. Выделить только нужную часть. Далее, в меню Image/Crop.

13. Повернуть растр на 90 градусов.

14. Сохранить. Идеальным вариантом было бы сохранение в формате TIFF. Но, к сожалению, даже с lzw сжатием файлы получаются очень громоздкие. Даже самые узкие листы из полосы O получаются более 150 Mb. Поэтому мы вскоре от такой идеи отказались и стали сохранять в формате JPEG. Даже с минимальным сжатием листы получаются раза в два меньше, чем TIFF. А для всей дальнейшей обработки вполне достаточным оказывается качества 8 по 10-балльной шкале (качества 10 по 12-балльной шкале ) метод сжатия — Baseline ("Standard"). Объём файла при этом ужимается до 30—50 Mb.

15. Отсканированные, склеенные топокарты записываются на CD по миллионным листам. Это позволяет систематизировать компакт диски и облегчает поиск. Названия файлам даются согласно номенклатуре. После названия миллионного листа ставится тире.
    

Источник: www.giscraft.ru