Стереоскопическое зрение

Содержание

 

1. Стереоскопическое зрение.
2. Стереоскопический эффект.
3. Стереоскопическое измерение.
4. Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стереоскопическое зрение

Для достижения основной цели – определения координат точек местности по фото нужно их измерить. Возможно это из данных природой чувств – зрение.

Глаз человека сложное устройство и имеет форму, приближающуюся к шару (радиус примерно равен 12 мм). (1)Поверхность глаза состоит из 3 оболочек. Наружная защитная оболочка глаза (склера), которая переходит в роговицу в передней части глаза. (10) (2) оболочка сосудистая оболочка, которая в передней части переходит в радужную оболочку (9). Впереди радужной оболочки находится зрачок (диаметр 308 мм). Он играет роль диафрагмы, следовательно, регулирует количество поступающего света в глаз. (3) Сетчатка, состоит из фоторецепторов, то есть светочувствительных элементов, которые состоят из колбочек и палочек. Они передают свое раздражение через мозг. Палочки чувствительны к слабому сумеречному освещению, колбочки – яркому дневному и обладают светочувствительностью. Место вхождения зрительного нерва в сетчатку – слепое пятно (7), и так как это место не имеет ни колбочек, ни полочек, то оно не раздражается, то есть не реагирует на свет.

В середине сетчатки находится желтое пятно, центральное углубление центрального пятна состоит из одних колбочек. Впереди глаза за зрачком расположен хрусталик, он представляет собой двояковыпуклую линзу. Он и строит действительное обратное уменьшенное изображение наблюдаемого объекта.

Резкость изображения на сетчатке достигается по средствам аккомодации. И чем ближе находится рассматриваемый объект, тем больше должна быть кривизна хрусталика. Осуществляет аккомодацию глазные мышцы (8), они не напряжены, если рассматриваемый объект находится на расстоянии от 10 метров до бесконечности.

В случае, когда мышцы не напряжены, то фокусное расстояние примерно равно 16 мм, а 25 см – расстояние наилучшего зрения.

Пространство между роговицей и хрусталиком наполнено водянистой влагой. Между хрусталиком и сетчаткой происходит заполнение стекловидной влагой.

Луч, проходящий через центр впадины желтого пятна и заднюю узловую точку глаза – зрительная ось глаза. А прямая через центр роговицы и хрусталика называется оптическая ось. Угол между этими двумя осями примерно равно 5 градусов. Поле зрения – 150 градусов горизонтальное, и 150 вертикальное.

Те предметы, которые попали на центральную яму сетчатки (5) видны лучше. Угол, под которым виден диаметр центральной ямы желтого пятна из угловой точки хрусталика, равен углу отчетливого зрения, 1,5 градуса.

Раздражение светом палочек и колбочек происходит, если длина волны электромагнитных излучений находится в видимом диапазоне. Максимальная чувствительность в желтом спектре.

Существует статическая и динамическая теория зрения. В динамическом зрении большую роль играют движения глаз – произвольные и не произвольные. Не произвольные – дрожь – колебания глаза со скоростью 20 колебаний в секунду. Колебания – это быстрые вращения со скоростью 6 тысяч колебаний в секунду. Медленные движения – 1 движение в секунду.

Различают 2 вида зрения – монокулярное и бинокулярное. При монокулярном зрении глаз поворачивают таким образом, чтобы изображение объекта оказалось на углублении желтого пятна. Пересечение зрительной оси глаза с рассматриваемым объектом называется точкой фиксации монокулярного зрения. Для оптических наблюдений важную роль играет острота зрения – способность различать параллели на минимальном угле, при котором наблюдатель еще видит раздельно две точки – это угол остроты первого рода. Для нормального глаза он примерно равен 45 минут. Остротой монокулярного зрения 2 рода называется минимальный угол, под которым человеческий глаз видит две параллельные одинаковые линии. Он равен 20 минутам.

Стереоскопическое зрение. Это пространственное восприятие, возникающее при рассмотрении объекта двумя глазами – бинокулярное зрение. В этом случае наблюдатель устанавливает глаза так, чтобы изображение оказалось в центральных ямках сетчаток обоих глаз.

 

 

 

 

 

Стереоскопический эффект

Представим, что используемые ранее точки пространства А и D регистрируются двумя камерами с фокусным расстоянием f, расположенными на концах базиса съемки В=br (рис. 1). В плоскости негативов и точки А и D изобразятся соответственно точками а1 и а2, d1 и d2. Направление проектирующих лучей, а следовательно, и значения углов и останутся теми же, что и при наблюдении этих точек человеком.

Р ис. 1. Геометрическая интерпретация принципа стереоскопического зрения: 
 
br — глазной базис; А — точка фиксации бинокулярного взора; S1A и S2A — лучи; — угол конвергенции, = S1AS2; НA — отстояние точки фиксации от глазного базиса; D — точка, отстоящая от точки А по глубине на некоторое значение при которой эти точки воспринимаются разноудаленными. Она равна примерно 30". Величину можно определить по формуле: 
 
 
 
Если реальные точки А и D заменить парой позитивных изображений и так, чтобы левый глаз наблюдателя видел только левый снимок, а правый глаз — только правый снимок, на сетчатке глаз возникнет ситуация, существовавшая при непосредственном наблюдении этих точек. Наблюдатель воспримет пару плоских изображений пространственно. Такое восприятие называют прямым стереоэффектом, а мнимое пространственное изображение снятого объекта, воспринимаемое наблюдателем, — стереоскопической моделью (стереомоделью). Стереомодель будет наблюдаться только в пределах перекрытия снимков. 
 
Два смежных частично перекрывающихся снимка, полученных с концов некоторого базиса, называют стереопарой, или парой снимков. Теперь, очевидно, стало более понятным требование обеспечения определенного продольного перекрытия снимков (примерно 60 % при съемке равнины). Сокращение перекрытия может привести к риску образования разрывов между стереомоделями и соответственно к усложнению или невозможности процесса получения трехмерной метрической информации со снимков. Увеличение перекрытий уменьшит углы засечки наблюдаемых точек, что приведет к снижению точности в определении разностей их отстояний (превышений). 
 
Если снимки перед глазами поменять местами, то наблюдатель также увидит стереомодель, но с обратным стереоэффектом — удаленные элементы ландшафта будут восприниматься близкими, и наоборот, близкие элементы покажутся удаленными. Этот вариант стереоскопического наблюдения снимков используют при анализе отрицательных микроформ рельефа (промоин, канав, кюветов и др.). Может быть еще вариант наблюдения пары снимков, при котором оба снимка развертываются в своей плоскости на 90°. Наблюдатель при этом вне зависимости от рельефа увидит плоское пластичное изображение местности. Стереоэффект, получаемый при этом, называют нулевым 
Точность (детальность) стереоскопического восприятия по снимкам элементов пространственных объектов зависит, как уже отмечалось, от угла засечки этих элементов. Значение угла определяется размерами базиса В и высотой съемки Н. Точность восприятия стереомодели зависит также от условий наблюдения снимков. Минимальная разность отстояний (высот) наблюдаемых точек для расстояния наилучшего видения (250 мм) 
 
 
 
 
где v — увеличение стереоприбора; b — базис съемки в масштабе снимков. 
 
Пользуясь этой формулой, вычислим для наблюдения снимков, полученных с некоторых высот, наиболее используемых при выполнении землеустроительных и кадастровых работ, а также при дистанционном зондировании. При этом примем, что наблюдаются снимки формата 18 х 18 см с продольным перекрытием 60 % с использованием стереоскопа с полуторакратным увеличением. 
 
При высотах съемки 500,1000, 2000 и 5000 м значения будут соответственно равны 0,2, 0,3, 0,7 и 1,7 м. 
 
По снимкам, полученным с космических платформ с высоты 300 и 900 км, значения будут соответственно 102 и 310 м. 
 
Точность восприятия превышений при наблюдении космических снимков можно повышать, увеличивая базис съемки. Сделать это можно за счет увеличения угла поля изображения съемочной системы или использования конвергентной съемки. В первом случае могут быть варианты: увеличение формата кадра или уменьшение фокусного расстояния съемочной камеры. Последний вариант приведет к уменьшению съемочного масштаба и геометрического разрешения снимков.

 

Стереоскопическое измерение

Для стереоскопического измерения снимков используют два способа: мнимой марки и реальной марки.

Способ мнимой марки (рис. 4, а), предложенный Ф. Штольцем (Германия) в 1892 г., основан на том, что на каждый снимок стереопары проектируется одинаковое изображение измерительной марки. В результате наблюдатель каждым глазом видит участок снимка с маркой. Т. к. марки имеют одинаковую форму, размер и цвет, то при приближении к соответственным точкам они сливаются в одну мнимую стереоскопическую марку. При совмещении марок с соответственными точками (m и m') стереоскопическая марка будет восприниматься лежащей на поверхности стереомодели в точке М. При смещении, например, правой марки с точки m' на точку k' стереоскопическая марка будет восприниматься перемещающейся по высоте в пространстве стереомодели с точки М на точку К. Следовательно, перемещая обе марки по снимкам и совмещая их с соответственными точками, можно измерить координаты точек в пространственной системе координат модели. Этот способ был использован К. Пульфрихом при конструировании стереокомпаратора - первого стереофотограмметрического прибора и применяется в большинстве стереофотограмметрических приборов и систем.

 
Способ реальной марки (рис. 4, б), предложенный канадским фотограмметристом Е. Девилем (E. Deville) в 1902 г., заключается в том, что в пространство стереомодели вводится экран, имеющий в центре светящуюся точку, которая служит реальной измерительной маркой. Этот способ не нашел широкого применения в фотограмметрии.

Форму, размер и цвет измерительной марки оператор устанавливает с учётом особенностей наблюдаемых изображений. Используемые формы марки это крест, точка, кольцо и др. Цвет марки устанавливают в зависимости от цвета снимков. При измерении чёрно-белых снимков цвет марки лучше устанавливать жёлтый или светло-зелёный, т. к. эти цвета позволяют хорошо наблюдать марку на темных участках и не утомляют глаза. На светлых участках можно использовать синий цвет. При использовании анаглифического способа цвет марки должен быть жёлтый, белый или чёрный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Лобанов А.Н. – Фотограмметрия – 1984г.;
2. Назаров А.С. Фотограмметрия: учеб. пособие для студентов вузов. — Мн.: ТетраСистемс, 2006. — 368 с.: ил.;