Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji Temat ćwiczenia: Zasady stereoskopowego widzenia.
Zagadnienia 1. Widzenie monokularne, binokularne dokładność. 2. Model przestrzenny i stereoskopowy. 3. Sposoby uzyskania modelu przestrzennego, ich zalety i wady. 4. Model wizualny i geometryczny. 5. Warunki uzyskania poprawnego modelu stereoskopowego. 6. Czynniki zniekształcające model.
Widzenie monokularne i binokularne Ostrość monokularną widzenia charakteryzuje tak zwana zdolność rozdzielcza, która dla normalnego oka wynosi 40-60 dla obiektów punktowych i 15-20 dla liniowych, co przy odległości dobrego widzenia 250 mm odpowiada 0,05-0,07 mm i 0,018 0,024 mm. Ostrość binokularnego (stereoskopowego) widzenia jest najwyższa i wynosi około 30 dla obiektów punktowych i 10-15 dla linii położonych prawie prostopadle do bazy ocznej (nie leżących w jej płaszczyźnie). Istota przestrzennego widzenia w szczególności polega na wystąpieniu tak zwanej paralaksy fizjologicznej. Oczy są w stanie kojarzyć dwa obrazy w jeden przestrzenny jeżeli paralaksa fizjologiczna nie przekracza 0,4 mm (wielkość żółtej plamki).
Paralaksa fizjologiczna σ = O 1P O 2P
Model przestrzenny i stereoskopowy Model przestrzenny obiektów - wrażenie przestrzeni osiągane przy bezpośredniej obserwacji obiektów przestrzennych. Model stereoskopowy - model przestrzenny uzyskany np. drogą zamiany realnych obiektów ich stereoskopowymi obrazami. Często model stereoskopowy jest utożsamiany z modelem przestrzennym.
Sposoby uzyskania modelu przestrzennego 1. metoda anaglifowa Zaletą metody anaglifowej jest prostota i poglądowość, wadą duża strata światła - ponad 70%, a zatem mała jasność i niemożliwość uzyskania barw naturalnych, konieczność obserwacji w pomieszczeniach zaciemnionych.
Sposoby uzyskania modelu przestrzennego 2. Metoda migających przesłon lub wirujących dysków Polega na rozdzieleniu dwu zrzutowanych na ekran obrazów drogą ruchomych blend lub wirujących dysków umieszczonych przed obiektywami rzutującymi i oczami. Dla uzyskania ciągłości obrazu (modelu), koniecznym jest co najmniej 10 mignięć na sekundę. Sposób ten jest dosyć trudny w technicznej realizacji, model uzyskany tym sposobem może być mierzony tylko za pomocą znaczka rzeczywistego. Daje możliwość obserwowania obrazów i modelu w barwach naturalnych. 3. Metoda polaroidów Opiera się na rozdzieleniu zrzutowanych na ekran obrazów drogą polaryzacji, zasada otrzymywania modelu jest analogiczna jak w metodzie anaglifowej (przy rzutowaniu), przy czym zamiast barwnych filtrów stosuje się filtry polaryzacyjne (na projektory i na oczy). Dla uzyskania stabilnego modelu filtry powinny być identyczne i odpowiednio ułożone, również konstrukcja obrazu ma tu istotne znaczenie. Strata światła i trudności w doborze odpowiednich filtrów i pomiarze samego modelu ograniczają stosowalność tej metody.
Sposoby uzyskania modelu przestrzennego 4. Metoda rastrów Opiera się również na zjawisku polaryzacji realizowanym przez przestrzenny siatkowy układ bardzo drobnych polaryzatorów. 5. Metoda elektroniczna Stosowana jest w niektórych w pełni zautomatyzowanych przyrządach stereometrycznych, polega na przekształceniu obrazu fotograficznego na sygnały elektryczne, które mogą stanowić podstawę do przetworzenia obrazu i uzyskania metrycznego modelu lub fotomapy. 6. Metoda holograficzna Jak dotąd w fotogrametrii nie ma większego zastosowania. 7. Metoda optyczna Opiera się na wykorzystaniu stereoskopu zwierciadlanego. Dzięki zastosowaniu stereoskopu uzyskujemy nie tylko rozdzielenie obrazów ale również znaczne zwiększenie bazy obserwacji, co przy zastosowaniu powiększenia raptownie podnosi plastykę modelu.
Plastyka całkowita modelu P b b s o V s Powiększenie stereoskopu (bez układu powiększającego) wyniesie: Metoda optyczna d mm Vs 250 d s f s Powiększenie obrazu oglądanego przez obiektyw wyniesie: d Vk f (np. kamery) k Względne powiększenie świadczące o zniekształceniu wiązki promieni rzutujących przy obserwacji pod stereoskopem V V V s k f f k ks
Metoda optyczna Powiększenie skali pionowej oglądanego pod stereoskopem modelu w stosunku do skali poziomej jest w przybliżeniu równe stosunkowi f Skala pozioma modelu f s k M Minimalna zauważalna różnica wysokości (przewyższenia) wyraża się wzorem: h min H f b V m s b b o s min gdzie : - ostrość stereoskopowego widzenia b - baza na zdjęciu V - powiększenie stereoskopu H - wysokość lotu f s - ogniskowa stereoskopu
Rodzaje modelu stereoskopowego
Warunki uzyskania poprawnego modelu stereoskopowego Uzyskanie stabilnego i poprawnego modelu stereoskopowego wymaga spełnienia szeregu warunków: zdjęcia obiektu powinny być wykonane z bazy (stereoskopowe), różnica skali zdjęć nie powinna przekraczać 16 %, zdjęcia powinny być wykonane z tak długiej bazy aby kąt pod jakim przecinają się jednoimienne promienie rzucające nie przekroczył 150, zdjęcia powinny być tak ułożone w stosunku do oczu aby jednoimienne promienie widzenia przecinały się (przynajmniej w przybliżeniu), zdjęcia powinny być tak położone aby poszczególne punkty mogły być obserwowane w swoich płaszczyznach rdzennych (baza zdjęć równoległa do bazy obserwacji), nachylenie zdjęć nie powinno być zbyt duże, zdjęcia powinny być obserwowane w płaszczyźnie dobrego widzenia (przy dużym kącie konwergencji musi być zabezpieczona akomodacja)
Czynniki zniekształcające model Model stereoskopowy uzyskany pod stereoskopem jest modelem wizualnym i z reguły nie pokrywa się z modelem geometrycznym. Na jego kształt wpływa szereg czynników, z których oprócz wymienionych wyżej istotne znaczenie ma: położenie oczu, wielkość bazy obserwacji, powiększenie układu obserwacyjnego, ogniskowa układu obserwującego, zorientowanie zdjęć. Pomiary stereoskopowe najczęściej wykonujemy na modelu geometrycznym.
Wpływ położenia oczu Czynniki zniekształcające model zmiana skali pionowej ciągnięcie się modelu za obserwatorem
Czynniki zniekształcające model Wpływ zmiany długości bazy Zmiana długości bazy powoduje tylko równomierną zmianę skali modelu (tak pionowej jak i poziomej)
Czynniki zniekształcające model Wpływ zmiany ogniskowej Zmiana długości ogniskowej wpływa tylko na zmianę skali pionowej modelu. W miarę wzrostu ogniskowej przyrządu projekcyjnego wzrasta skala pionowa i na odwrót.
Czynniki zniekształcające model Zorientowanie (ułożenie, ustawienie zdjęć) Jeżeli zdjęciom nadać takie położenie jakie miały w czasie ekspozycji a oczy obserwatora umieścić w środkach to wizualny model stereoskopowy będzie podobny do sfotografowanego obiektu, tj. przyjmie cechy modelu geometrycznego. Przy pomiarach na modelu stereoskopowym dążymy do sprowadzenia (zbliżenia) modelu wizualnego do geometrycznego.
Zadania 1. Obliczyć skalę modelu, jeżeli baza stereogramu wynosi 126 mm ( projekcji ),skala zdjęcia 16000, format 18x18 cm, pokrycie podłużne 65%. 2. Obliczyć długość bazy ( projekcji bz ) dla uzyskania modelu o skali poziomej 1 : 4200, format 18x18 cm, pokrycie podłużne 60%,f k = 115 mm, f p = 210 mm. Jaka będzie skala pionowa modelu. 3. Obliczyć minimalną ( zauważalną ) różnicę wysokości na modelu oglądanym pod stereoskopem, przy H = 1000 m, b = 70 mm, V = 3x, f s = 250 mm, = 30 4. Obliczyć przewiększenie skali pionowej modelu ( przerysowanie ) uzyskanego pod stereoskopem przy f s = 250 mm, f k = 115 mm. 5. Obliczyć plastykę całkowitą modelu uzyskanego pod stereoskopem przy V = 3,5, b z = 300 mm, bo = 65 mm.