Flatbed scanners as versatile tools for studying surface details of compression fossils

Mario Schädel and Richard Schubert

Plain Language Abstract

Flatbed scanners are devices that are usually used to scan printed documents. Because such scanners are similar in some aspects to regular cameras, some of them can also be used to scan other subjects, including fossils. The main requirements to scan fossils with a flatbed scanner are that the scanner matches one of two widespread architectures and that the subject fits on the scanner and that it is relatively flat. By shifting the subject to the left and right between two scans, an image with a “3D effect” can be produced. Such an image can then, for example, be viewed with red and blue coloured glasses. By rotating the subject on the scanner between scans, a special kind of image can be produced. This image shows the shape of the surface of the subjects in different colours. Such an image can be used to study surface shape details of a fossil, even if it appears very flat. Using a flatbed scanner can be much cheaper than using special devices that perform the same job because they are available in many households and offices.

Czech 

Stolní skenery jako všestranný nástroj pro studium povrchových detailů fosílií stlačených do tenkých vrstviček

Interpretace fosílií stlačených do tenkých vrstviček (tzv. compression fossils) může být obtížná, obzvlášť když potřebné informace nejsou patrné z jejich barvy, např. když je zachováno málo organické hmoty. I v tomto případě však může tvar povrchu fosilie často poskytnout množství informací o morfologii zachovalého organismu. Stereo fotografie a snímkování pod světlem dopadajícím z různých směrů (tzv. Multi Light Image Collections) jsou vhodnými metodami pro získání povrchových detailů pro studium nebo další zpracování. Ploché skenery typu CCD (jeden ze dvou rozšířených typů skenerů) fungují jako kamery s válcovými projekcemi. Přemístění objektů kolmo ke směru skenování umožňuje zachytit množství stereografických snímků, podobně jako při používání běžných fotografických objektivů, které aproximují bodovou projekci. Tato technika je obzvláště vhodná právě pro dokumentaci fosilií stlačených do tenkých vrstviček. Protože většina plochých skenerů typu CCD osvětluje skenovanou oblast jedinou pohyblivou lampou, výsledné obrazy jsou rovnoměrně osvětleny z jednoho směru. Toho lze využít k vytváření Multi Light Image Collection otáčením předmětu na povrchu skeneru. Při otáčení o definované úhly lze použít standardní fotometrické stereo programy k získání digitálních modelů povrchu, například ty pro normálové mapování (tedy pro grafické znázornění tvaru povrchu). Zatímco ploché skenery typu CCD pro běžné uživatele nejsou vhodné pro všechny velikosti zkamenělin a požadovaná zvětšení obrazu, pro mnoho stlačených zkamenělin mohou sloužit jako všestranný nástroj pro dokumentaci tvarů povrchů, obzvláště když není k dispozici speciální zobrazovací zařízení.

Klíčová slova: stereoskopické snímkování; stereo anaglyfy; Multi Light Image Collection; fotometrické stereo; Reflectance Transformation Imaging; RTI

 Translation by: Lukáš Laibl

Resumen en Español

Los escáneres planos como herramientas versátiles para estudiar los detalles superficiales de los fósiles de compresión

Los fósiles de compresión pueden ser difíciles de interpretar, especialmente cuando la información necesaria no se desprende únicamente del color, por ejemplo cuando se conserva poca materia orgánica. En este caso, la forma de la superficie del fósil a menudo puede seguir proporcionando mucha información sobre la morfología del organismo conservado. La fotografía estereoscópica y la grabación de imágenes con luz incidente desde distintas direcciones (Multi Light Image Collections) son métodos adecuados para recuperar detalles de la superficie para su inspección o procesamiento posterior. Se ha demostrado que los escáneres planos de tipo CCD (una de las dos arquitecturas de escáner más extendidas) actúan como cámaras con proyecciones cilíndricas. El desplazamiento de los sujetos perpendicular a la dirección de escaneado permite capturar conjuntos de imágenes estereográficas, como si se utilizaran objetivos de cámaras fotográficas normales, que se aproximan a una proyección puntual. Esta técnica es especialmente adecuada para documentar fósiles de compresión.

Como la mayoría de los escáneres planos de tipo CCD iluminan el área escaneada con una única lámpara móvil, las imágenes resultantes se iluminan uniformemente desde una dirección. Esto se puede utilizar para crear colecciones de imágenes multi-luz girando el sujeto sobre la superficie del escáner. Cuando se gira en ángulos definidos, se pueden utilizar programas estéreo fotométricos estándar para recuperar modelos digitales de la superficie, tales como mapas normales (una representación gráfica de la forma de la superficie). Aunque los escáneres planos CCD de consumo no son adecuados para todos los rangos de tamaños de fósiles y aumentos de imagen deseados, para muchos fósiles de compresión pueden ser una herramienta versátil para documentar las formas de la superficie, especialmente cuando no se dispone de un equipo específico de obtención de imágenes.

Palabras clave: Imagen estereoscópica; anaglifo estereoscópico; Colección de imágenes multi luz; Estéreo fotométrico; Imagen por transformación de reflectancia; RTI

Traducción: Juan Antonio Pérez-Claros. Departamento de Ecología y Geología, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga

Deutsche Zusammenfassung

Flachbett Scanner als vielseitige Werkzeuge zur Untersuchung von Oberflächendetails an Kompressionsfossilien

Kompressionsfossilien können schwierig zu interpretieren sein, besonders wenn sich wichtige Strukturen farblich nicht abheben, zum Beispiel wenn keine Organische Substanz erhalten ist. In diesem Fall kann die Form der fossilen Struktur immer noch sehr viele Informationen über die Morphologie des einstigen Lebewesens bereit halten. Stereo Fotografie und die Aufnahme von Bildern aus Beleuchtungsreihen mit utnterschiedlichen Einfallsrichtungen (engl. Multi Light Image Collections) sind geeignete Mittel, weiterverwendbare Daten über Oberflächendetails zu erheben. Flachbett Scanner des CCD Typs (eine von zwei verbreiteten Bauweisen) können als Kameras mit zylindrischer Projektion gesehen werden. Das Verschieben von Objekten senkrecht zur Scan Richtung erlaubt es, stereoskopische Bildpaare und Serien aufzunehmen, ähnlich zu solchen, die mit herkömmlichen Kameras aufgenommen wurden und einer Punktprojektion entstammen. Diese Methode ist besonders gut geeignet, um Kompressionsfossilien zu dokumentieren.

Da die meisten Flachbett Scanner des CCD Typs die zu dokumentierende Fläche mit nur einer, sich mit dem Scan bewegenden Lampe beleuchten, sind die gescannten Bilder gleichmäßig von einer Seite beleuchtet. Dies kann man sich zunutze Machen, um Beleuchtungsreihen zu erstellen, indem man das Objekt zwischen den Scans rotiert. Wenn die Rotationsschritte bekannt sind, kann man mithilfe von gebräuchlichen Photometric Stereo Programmen digitale Oberflächenmodelle zu erstellen, wie etwa eine grafische Darstellung der Normalenvektoren (engl. Normal Map). Obwohl gebräuchliche CCD Flachbett Scanner des CCD Typs nicht für Objekte aller Größen und angestrebter Vergrößerungen geeignet sind, können Sie durchaus als vielseitige Werkzeuge zur Dokumentation von vielen Kompressionsfossilien von Nutzen sein, besonders wenn gerade keine Spezialausrüstung zur Verfügung steht.

Stichwörter: Stereoskopische Bildgebung; Stereo Anaglyphen; Belichtungsbildreihen; Photometric Stereo; Reflectance Transformation Imaging; RTI

Translator:  Authors

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Skanery płaskie jako wszechstronne narzędzia do badania szczegółów powierzchni skamieniałości kompresyjnych

Interpretacja skamieniałości kompresyjnych może być trudna, zwłaszcza gdy niezbędne informacje nie wynikają z samego koloru, np. gdy zachowało się niewiele materii organicznej. W tym przypadku kształt powierzchni skamieniałości często może dostarczyć wielu informacji na temat morfologii zakonserwowanego organizmu. Fotografia stereoskopowa i rejestrowanie obrazów ze światłem padającym z różnych kierunków (zbiory obrazów Multi Light) to odpowiednie metody uzyskiwania szczegółów powierzchni w celu kontroli lub dalszego przetwarzania. Wykazano, że skanery płaskie typu CCD (jedna z dwóch rozpowszechnionych architektur skanerów) działają jak kamery z występami cylindrycznymi. Przemieszczenie obiektów prostopadle do kierunku skanowania umożliwia przechwytywanie zestawów obrazów stereograficznych, podobnie jak przy użyciu zwykłych obiektywów aparatów fotograficznych, które są zbliżone do projekcji punktowej. Technika ta szczególnie dobrze nadaje się do dokumentowania skamieniałości kompresyjnych. Ponieważ większość skanerów płaskich typu CCD oświetla skanowany obszar za pomocą jednej ruchomej lampy, powstałe obrazy są równomiernie oświetlone z jednego kierunku. Można to wykorzystać do tworzenia kolekcji obrazów Multi Light poprzez obracanie obiektu na powierzchni skanera. Po obróceniu o określony kąt standardowe programy fotometryczne stereo można wykorzystać do pobrania cyfrowych modeli powierzchni, takich jak mapy normalnych (graficzna reprezentacja kształtu powierzchni). Chociaż konsumenckie skanery płaskie typu CCD nie nadają się do skanowania skamieniałości we wszystkich zakresach rozmiarów i przy pożądanych powiększeniach obrazu, w przypadku wielu skamieniałości kompresyjnych mogą służyć jako wszechstronne narzędzie do dokumentowania kształtów powierzchni, zwłaszcza gdy nie jest dostępny dedykowany sprzęt do obrazowania.

Słowa kluczowe: Obrazowanie stereoskopowe; anaglif stereo; Multi Light Image Collection; Fotometryczne stereo; Obrazowanie transformacji odbicia; RTI

Translator:  Krzysztof Stefaniak 

Ukrainian

Планшетні сканери як універсальні інструменти для вивчення деталей поверхні компресійних скам’янілостей

Скам’янілості, отримані під час стиснення, може бути важко інтерпретувати, особливо коли необхідна інформація не очевидна лише із забарвлення зразка, наприклад коли збереглося мало органічної речовини. У цьому випадку форма поверхні скам’янілості часто може надати багато інформації про морфологію організму. Стереофотозйомка та запис зображень зі світлом, що падає з різних напрямків (колекції зображень Multi Light), підходять для отримання деталей поверхні для перевірки чи подальшої обробки. Планшетні сканери типу CCD (одна з двох поширених архітектур сканерів) діють як камери з циліндричними виступами. Зміщення об'єктів перпендикулярно напрямку сканування дозволяє отримувати стереографічні набори зображень, як за допомогою звичайних об'єктивів фотокамер, які апроксимують точкову проекцію. Ця техніка особливо добре підходить для документування компресійних скам’янілостей. Оскільки більшість планшетних сканерів типу CCD освітлюють скановану область за допомогою однієї рухомої лампи, отримані зображення рівномірно освітлюються з одного боку. Це можна використовувати для створення колекцій зображень Multi Light шляхом обертання об’єкта на поверхні сканера. При обертанні на визначені кути стандартні фотометричні стереопрограми можна використовувати для отримання цифрових моделей поверхні, таких як карти нормалей (графічне представлення форми поверхні). Хоча планшетні сканери споживчого класу типу CCD не підходять для всіх діапазонів розмірів скам’янілостей і бажаного збільшення зображення, для багатьох викопних решток вони можуть слугувати універсальним інструментом для документування форм поверхні, особливо коли спеціальне обладнання для обробки зображень недоступне.

Ключові слова: стереоскопічне зображення; стереоанагліф; колекція зображень Multi Light; стереофотометрія; зображення з перетворенням відбиття; RTI

Translator: Oleksandr Kovalchuk

Chinese

In progress

Translator: Chenyang Cai. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences

Résumé en Français

Les scanners à plat comme outil flexible pour étudier les détails de surface des fossiles aplatis.

Les fossiles aplatis par la diagénèse peuvent être difficiles à interpréter, surtout lorsque les informations nécessaires ne sont pas visibles uniquement grâce à leur couleur, par exemple s’il n’y a que peut de matière organique préservée. Dans ces cas, le relief de la surface du fossile peut néanmoins fournir des informations morphologiques sur l’organisme préservé. La stéréophotographie et la prise de vue avec des variations d’angle d’éclairage (collections d’images à multiples éclairages ; Multi Light Image Collections) sont des techniques adaptées pour documenter les détails de surface pour inspection et post-traitement. Il a été démontré que les scanners à plat à capteur CCD (l’une des deux architectures de scanner les plus répandues) se comportent comme des caméras à projection cylindrique. Le déplacement du spécimen de manière perpendiculaire à la direction du chariot du scanner permet d’acquérir des paires d’images stéréographiques, comme en utilisant des objectifs d’appareils photographiques, approximant une projection en perspective linéaire. Cette technique est particulièrement adaptée pour documenter les fossiles aplatis. Comme la plupart des scanners à capteur CCD illuminent la zone numérisée à l’aide d’une lampe unique mobile, les images résultantes sont éclairées de manière homogène avec un angle constant. Ceci peut être utilisé pour générer des collections d’images à multiples éclairages en faisant pivoter l’objet numérisé à la surface du scanner. Quand la rotation est effectuée selon des angles déterminés, des logiciels stéréo-photométriques peuvent être utilisés pour obtenir des modèles numériques de la surface, comme des cartes de normales (normal map ; une représentation graphique du relief de surface). Bien que les scanners à plat grand-publiques ne soient pas nécessairement adaptés aux dimensions de tous les fossiles, ou au grossissement désiré, pour les fossiles aplatis, ils représentent un outil flexible pour documenter le relief de surface, surtout en l’absence d’équipement d’imagerie dédié.

Mots-clés : imagerie stéréoscopique ; anaglyphe stéréo ; collections d’images à multiples éclairages ; Photométrie stéréo ; Reflectance Transformation Imaging ; RTI

Translator:  Denis Audo. Centre de Recherche en Paléontologie - Sorbonne Université 

Russian

Планшетный сканер - универсальный инструмент для изучения поверхностных деталей компресионных (сжатых) окаменелостей.

Интерпретация отпечатков окаменелостей, образованных в процессе сжатия, часто бывает нетривиальной, особенно когда необходимая информация не очевидна только из цвета породы, в частности, когда органические вещества плохо сохранены. В таком случае форма поверхности ископаемого часто все еще может предоставить много информации о строении сохранившегося организма. Стерео-фотография и получение серии изображений отпечатков с освещением, падающим под различным углом, являются подходящими методами для получения информации о деталях поверхности для их изучения или для дальнейшей обработки. Известно, что планшетные сканеры типа CCD действуют по принципу камеры с цилиндрическими проекциями. Смещение объектов перпендикулярно направлению сканирования позволяет получать стереографические наборы изображений, как с помощью обычных объективов для фотокамеры, которые приближаются к проекции точек. Эта техника особенно хорошо подходит для документирования сжатых окаменелостей. Поскольку большинство планшетных сканеров типа CCD освещают отсканированную область одной подвижной лампой, полученные изображения равномерно освещены с одной стороны. Это может быть использовано для создания серий световыми изображениями путем вращения объекта на поверхности сканера. При вращении под определенными углами, стандартные фотометрические стерео-программы могут использоваться для получения цифровых моделей поверхности, таких как нормальные карты (графическое представление формы поверхности). Хотя планшетнык сканеры типа CCD потребительского класса не подходят для всех диапазонов размеров ископаемых и желаемых увеличений изображений, они могут служить универсальным инструментом для документирования поверхности многих ископаемых, особенно когда специальное оборудование для получения изображений недоступно.

Ключевые слова: стереоскопические изображения; стерео-анаглиф; коллекция изображений Multi Light; стереофотометрия; изображение с трансформацией отражения; RTI

Translator: Authors

Greek

Οι επίπεδοι σαρωτές ως ένα ευέλικτο εργαλείο για τη μελέτη επιφανειακών λεπτομερειών της επιφάνειας συμπιεσμένων απολιθωμάτων

Τα συμπιεσμένα απολιθώματα μπορεί να είναι δύσκολο να ερμηνευτούν, ειδικά όταν οι απαραίτητες πληροφορίες δεν είναι εμφανείς μόνο από το χρώμα, π.χ. όταν διατηρείται λίγη οργανική ύλη. Σε αυτή την περίπτωση, το σχήμα της επιφάνειας του απολιθώματος μπορεί συχνά να παρέχει πολλές πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία του διατηρημένου οργανισμού. Η στερεοφωτογραφία και η καταγραφή εικόνων με προσπίπτον φως από διαφορετικές κατευθύνσεις (Multi Light Image Collections) είναι κατάλληλες μέθοδοι για την ανάκτηση λεπτομερειών της επιφάνειας για ανάλυση ή περαιτέρω επεξεργασία. Έχει αποδειχθεί ότι οι επίπεδοι σαρωτές τύπου CCD (ένας από τους δύο ευρέως διαδεδομένους τύπους σαρωτών) λειτουργούν ως κάμερες με κυλινδρικές προεξοχές. Η μετατόπιση των αντικειμένων κάθετα προς την κατεύθυνση της σάρωσης επιτρέπει τη λήψη συνόλων στερεογραφικών εικόνων, όπως η χρήση των κανονικών φακών της φωτογραφικής μηχανής, που προσεγγίζουν μια σημειακή προβολή. Αυτή η τεχνική είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για την απεικόνιση συμπιεσμένων απολιθωμάτων. Καθώς οι περισσότεροι σαρωτές επίπεδης επιφάνειας τύπου CCD φωτίζουν τη σαρωμένη περιοχή με μία μόνο κινητή λυχνία, οι προκύπτουσες εικόνες φωτίζονται ομοιόμορφα από μία κατεύθυνση. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία συλλογών εικονών πολλαπλού φωτισμού περιστρέφοντας το θέμα στην επιφάνεια του σαρωτή. Όταν περιστραφεί υπο καθορισμένες γωνίες, τα φωτομετρικά στερεοφωνικά προγράμματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάκτηση ψηφιακών μοντέλων της επιφάνειας, όπως οι κανονικοί χάρτες (γραφική αναπαράσταση του σχήματος της επιφάνειας). Αν και οι διαθέσιμοι στην αγορά επίπεδοι σαρωτές τύπου CCD δεν είναι κατάλληλοι για όλες τις τάξεις μεγεθών απολιθωμάτων και τις επιθυμητές μεγεθύνσεις της εικόνας, μπορούν ωστόσο να χρησιμεύσουν ως ευέλικτο εργαλείο για την τεκμηρίωση σχημάτων επιφανειών για πολλά συμπιεσμένα απολιθώματα, ειδικά όταν δεν είναι διαθέσιμος ειδικός εξοπλισμός απεικόνισης.

Λέξεις-κλειδιά: Στερεοσκοπική απεικόνιση. Στερεοανάγλυφο. Συλλογή εικόνων πολλαπλών φωτισμών. Στερεοφωτομετρικό; Reflectance Transformation Imaging; RTI

Translator: Evangelos Vlachos