Zasady stereoskopii - Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji
Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji
Temat ćwiczenia:
Zasady stereoskopowego widzenia.
Zagadnienia
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Widzenie monokularne, binokularne – dokładność.
Model przestrzenny i stereoskopowy.
Sposoby uzyskania modelu przestrzennego, ich zalety i
wady.
Model wizualny i geometryczny.
Warunki uzyskania poprawnego modelu stereoskopowego.
Czynniki zniekształcające model.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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).
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Paralaksa fizjologiczna
σ = O’1P’ – O”2P”
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Metoda optyczna
Plastyka całkowita modelu
P
bs
 Vs
bo
Powiększenie stereoskopu (bez układu
powiększającego) wyniesie:
d 250mm

ds
fs
Powiększenie obrazu oglądanego przez
obiektyw wyniesie:
Vs 
d
Vk 
fk
(np. kamery)
Względne powiększenie świadczące o
zniekształceniu wiązki promieni
rzutujących przy obserwacji pod
stereoskopem
V
Vs
fk

Vk
f ks
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Metoda optyczna
Powiększenie skali pionowej oglądanego pod stereoskopem modelu
w stosunku do skali poziomej jest w przybliżeniu równe stosunkowi
fs
fk
Skala pozioma modelu
Mm 
bo
bs
Minimalna zauważalna różnica wysokości (przewyższenia) wyraża się
wzorem:
hmin
gdzie : 
b
V
H
fs
H f s

  min
bV
- ostrość stereoskopowego widzenia
- baza na zdjęciu
- powiększenie stereoskopu
- wysokość lotu
- ogniskowa stereoskopu
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Rodzaje modelu stereoskopowego
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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)
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Czynniki zniekształcające model
Wpływ położenia oczu
zmiana skali pionowej
ciągnięcie się modelu za obserwatorem
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Czynniki zniekształcające model
Wpływ zmiany długości bazy
Zmiana długości bazy powoduje tylko
równomierną zmianę skali modelu
(tak pionowej jak i poziomej)
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
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.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI
Zadania
1.
2.
3.
4.
5.
Obliczyć skalę modelu, jeżeli baza stereogramu wynosi 126 mm
( projekcji ),skala zdjęcia 16000, format 18x18 cm, pokrycie
podłużne 65%.
Obliczyć długość bazy ( projekcji bz ) dla uzyskania modelu o
skali poziomej 1 : 4200, format 18x18 cm, pokrycie podłużne
60%,fk = 115 mm, fp = 210 mm. Jaka będzie skala pionowa
modelu.
Obliczyć minimalną ( zauważalną ) różnicę wysokości na modelu
oglądanym pod stereoskopem, przy H = 1000 m, b = 70 mm,
V = 3x, fs = 250 mm,  = 30”
Obliczyć przewiększenie skali pionowej modelu ( przerysowanie )
uzyskanego pod stereoskopem przy fs = 250 mm, fk = 115 mm.
Obliczyć plastykę całkowitą modelu uzyskanego pod
stereoskopem przy V = 3,5, bz = 300 mm, bo = 65 mm.
KATEDRA FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI