Документ: 2385, страницы 126-130 | Студенческое хранилище

менее 5 , быстрыми вращениями с угловой скоростью 6000 в секунду и амплитудой 1 25 и быстрыми колебаниями с угловой скоростью до 20 в секунду и амплитудой 10 15 .

Восприятие глубины возможно при рассматривании не только объектов, но и их изображений, полученных по законам центрального проектирования при выполнении следующих условий, вытекающих из особенностей бинокулярного зрения.

1.Снимки должны быть получены из двух точек пространства.

2.Разность масштабов снимков не должна превышать 16 % от их величины. Условие не является обязательным, если имеется возможность рассматривать снимки с помощью оптической системы и устанавливать для ее левой и правой ветвей различное увеличение.

3.Угол конвергенции, под которым пересекаются

соответственные лучи, не должен превышать 15 .

4.Снимки необходимо развернуть в своих плоскостях так, чтобы линии, соединяющие одноименные точки, были параллельны глазному базису.

5.Каждый глаз должен видеть только один (левый или правый) снимок.

Рассматривая два таких снимка с учетом перечисленных условий, наблюдатель может получить единое пространственное изображение – стереоскопический эффект.

Пусть из точек пространства O1 и O2 (рис. 7.3), соответствующих передним узловым точкам глаз, получены

снимки P1 и P2, причем точки a 1, f 1, b 1 и a 2, f 2, b 2 являются изображениями точек A, F и B объекта на левом и правом снимках соответственно.

A		F	C
A
	A	F
	A	F	C
			C
a 1	f 1	c 1	a 2	P2
P1			fc	P2
			fc
	O1	bг		O2
	O1			O2
c1				a2
f a1			c2 f

Рис. 7.3.

Стереоскопическое

Установим эти снимки перед глазами с соблюдением перечисленных выше требований так, чтобы линии, соединяющие соответственные точки a 1 и a 2, f 1 и f 2, c 1 и c 2 были бы параллельны глазному базису O1O2, а удаления его от снимков равнялось бы фокусному расстоянию снимков fc.

При совместном рассматривании снимков точки a 1, c 1, f 1 и a 2, f 2, c 2 изобразятся на сетчатках левого и правого глаз соответственно в точках a1, c1, f1 и a2, f2, c2. Тогда в пересечении соответственных лучей a1O1a 1 и a2O2a 2, f1O1f 1 и f2O2f 2, c1O1c 1 и c2O2c 2 наблюдатель увидит точки A, F и B, взаимное расположение которых будет соответствовать натуре.

В зависимости от размещения снимков, стереоэффект может быть прямым, обратным или нулевым.

Прямой стереоэффект (рис. 7.4, а – перекрывающиеся части заштрихованы) возникает при рассматривании левым глазом левого снимка, а правым глазом – правого.

Обратный стереоэффект (рис. 7.4, б) возникает в случае, если снимки поменять местами, рассматривая левым глазом правый снимок, а правым – левый. При таком наблюдении физиологический параллакс меняет знак, возвышенности воспринимаются как понижения, и наоборот.

						Л
Л	a1	a2	П	a2	П Л a1
					b1	a1 b2 a2
	b1	b2		b2	b1	П
		а				П
		а			б	в

Рис. 7.4. Размещение снимков для наблюдения прямого (a), обратного (б) и нулевого (в) стереоскопического эффекта

127

Нулевой стереоэффект (рис. 7.4, в) возникает в случае, если снимки развернуты в своих плоскостях на 90 , а начальные направления перпендикулярны глазному базису. При этом физиологический параллакс обращается в нуль, и наблюдатель видит плоскую картину. Иногда такой стереоэффект используют для отождествления точек.

При наблюдении действительных объектов невооруженными глазами стереоэффект всегда прямой; для измерения снимков в фотограмметрии используют прямой и обратный стереоэффект.

4. Способы стереоскопических наблюдений

Ранее были сформулированы пять условий, при выполнении которых наблюдатель может увидеть по снимкам стереоскопический эффект. Выполнение первых четырех условий не вызывает затруднений, поскольку:

смежные аэроснимки всегда получают из двух центров фотографирования;

разность масштабов смежных снимков легко устраняется применением оптических систем с переменным увеличением для левой и правой ветвей;

при аэрофотосъемке угол конвергенции всегда превышает 15 ;

разворот снимков и установление линий, соединяющих соответственные точки снимков, параллельно глазному базису, затруднений не вызывает.

Выполнение пятого условия, требующего, чтобы каждый глаз рассматривал соответствующий снимок, вызывает определенные затруднения, поскольку выполнить его без специальной подготовки нелегко. Это объясняется тем, что при рассматривании снимков зрительные оси должны быть почти параллельны, в то время как аккомодация соответствует их удалению на 25 см. В связи с этим для наблюдения каждым глазом только одного изображения применяют разные способы: оптический, анаглифический, поляроидный и др.

Оптический способ основан на применении для наблюдения стереоскопической модели оптических приборов. В них снимки рассматриваются через систему линз, призм и зеркал, благодаря которым левый глаз видит только левое изображение, а правый – правое.

Простейшим прибором для наблюдения стереомодели является линзово-зеркальный

стереоскоп (ЛЗ), состоящий из двух пар зеркал 1,

1

2

2 (рис. 7.5) и двух линз 3.

1

2

главным

Стереоскоп

характеризуется

расстоянием (Fc), измеряемым от центра линзы до

снимка по ходу центрального луча, величиной

3

базиса (Bc), измеряемого между центрами больших

зеркал, и увеличением v, подсчитываемым как

отношение расстояния наилучшего зрения (250 мм)

Bс

к главному расстоянию:

Рис. 7.5. Стереоскоп ЛЗ

v=250/Fс.

Некоторые

конструкции

стереоскопов

снабжены бинокулярными насадками, измерительными и другими устройствами различного назначения.

Способ поляроидов (Р. Брукхарт, 1942 г.) основан на получении левого и правого изображений в поляризованном свете, образующемся при пропускании светового потока через два поляроида, каждый из которых представляет собой пару плоско-параллельных стеклянных пластинок с заключенной между ними пленкой-поляризатором. Поскольку интенсивность проходящего через систему светового

ЛП

К

потока изменяется пропорционально косинусу угла между

С–З

плоскостями

поляризации,

то

для

получения

стереоэффекта

достаточно

развернуть

плоскости

поляризации

левого и правого изображений на 90 ,

с-з анаглифы

128

к

Рис. 7.6. Наблюдение модели путем вычитания цветов

наблюдая их через очки-анализаторы с аналогичными поляризаторами. При этом плоскости поляризации левого и правого изображений должны быть параллельны плоскостям поляризации соответствующих анализаторов очков. Наблюдаемая модель имеет нормальные тона, свойственные фотоизображению, потому способ позволяет получать модель по черно-белым и цветным снимкам.

Анаглифический способ наблюдения заключается в рассматривании двух совмещенных изображений, исполненных в дополнительных цветах (например, в красном и

S1

S2

сине-зеленом).

Наблюдение

выполняется

через

анаглифические очки со стеклами таких же цветов, и каж-

Л

П

дый глаз воспринимает только одно из изображений:

С-З

красный светофильтр пропускает красный цвет и

К

задерживает сине-зеленый, а сине-зеленый светофильтр –

пропускает сине-зеленый цвет и задерживает красный.

Пропускаемые через светофильтры изображения сумми-

руются, и наблюдатель воспринимает одноцветное про-

E3

к

m

странственное изображение объекта.

E2

с-з

E1

Пространственная (рельефная) картина может быть

E

получена на основе сложения дополнительных цветов или

Рис. 7.7. Наблюдение модели

на вычитании их из белого.

путем сложения цветов

Способ вычитания (Роллман, 1853 г.) применяется

для получения

объемных изображений. Левое и

правое

изображения, называемые анаглифами, печатаются на белом фоне прозрачными красками дополнительных (красного и сине-зеленого) и рассматриваются через анаглифические очки. При этом белый фон воспринимается в цветах, соответствующих цветам светофильтров, и потому он сливается с изображением соответствующего снимка того же цвета. Если изображение левого снимка окрашено в сине-зеленый цвет, а правого снимка – в красный цвет, то, рассматривая их через красный (К) и сине-зеленый (С–З) светофильтры наблюдатель увидит (рис. 7.6): левым глазом – погашенное (черное) изображение левого снимка на красном фоне, а правым глазом – погашенное (черное) изображение правого снимка на сине-зеленом фоне. В итоге наблюдатель увидит пространственную картину черного цвета на белом (светлом) фоне.

Способ сложения (д Алмейда, 1858 г.) предполагает проектирование на общий экран E или E1 (рис. 7.7) изображений, окрашенных в дополнительные цвета, и рассматривание их через анаглифические очки. Поскольку наблюдения выполняются в затененном помещении, то левым глазом (Л) наблюдатель увидит изображение красного цвета на темном фоне, а правым глазом (П) – изображение сине-зеленого цвета на темном фоне. Темный фон создается как черным экраном, так и погашенными (не пропущенными светофильтрами) изображениями. В итоге наблюдатель воспринимает пространственную картину на темном фоне.

Обратим внимание, что соответственные лучи, проектирующие изображение левого и правого снимков на экран (на рис. 7.7 они показаны сплошными линиями), пересекаются в точках (например, B), совокупность которых образует геометрическую модель местности, объективно существующую независимо от наблюдателя. Наблюдатель же видит иную – стереоскопическую модель местности, представленную совокупностью наблюдаемых точек b (на рис. 7.7 лучи, создающие изображения на сетчатках глаз наблюдателя, показаны штриховыми линиями). Форма наблюдаемой модели зависит от положения наблюдателя относительно экрана – при приближении она сплющивается, при удалении – вытягивается, а при боковых смещениях – деформируется.

При компьютерной обработке цифровых изображений применяются и иные способы получения стереоскопических изображений, часть которых рассмотрена в главе 6.

129

	5. Способы измерения снимков и стереомодели
	Для измерений координат точек на аэроснимках применяют два способа – моноку-
лярный и стереоскопический, в основе которых лежат свойства монокулярного и
бинокулярного (стереоскопического) зрения соответственно. Точность второго при прочих
равных условиях заведомо выше из-за более высокой остроты бинокулярного зрения.
	Монокулярный способ применяют для измерения одиночных снимков, и в зависимо-
сти от требуемой точности, используют те или иные приборы и приспособления. Иногда
для этого достаточно циркуля-измерителя и масштабной линейки (когда достаточно знать
приближенные координаты), а в иных случаях – требуются высокоточные приборы. Ос-
новным недостатком монокулярного способа измерений является требование, чтобы
измеряемые точки были контурными. В противном случае возникают трудности их
отождествления на смежных снимках, особенно при съемке местности с малой
контурностью.
	Стереоскопический способ предполагает измерение геометрической модели, по-
строенной по паре смежных снимков. Способ пригоден для измерения координат как кон-
турных, так и не контурных точек. В силу этого и более высокой точности стереоскопиче-
ский способ получил широкое применение.
	Для совместного измерения пары снимков и модели местности в фотограмметрии
используется два способа – способ действительной марки и способ мнимой марки.
	Способ действительной марки, предложенный Девилем в 1902 г., предназначен
для измерения модели местности и предполагает введение в ее пространство реальной
марки.	Эта марка представляет собой светящуюся точку m			в центре верхней плоскости
измерительного столика (рис. 7.7), свободно перемещающегося по экрану. В нижней части
измерительного столика		имеется устройство для фиксации положения измерительной
марки на экране. Перемещающаяся по высоте марка m воспринимается как левым, так и
правым глазом наблюдателя.
	Для измерения модели столик устанавливают так, чтобы интересующий на-
блюдателя участок изображения проектировался на его экран. Изменяя высоту измеритель-
ного столика, наблюдатель воспринимает стереоскопическую модель, создаваемую
фрагментами изображений на плоскостях E1,			E2, E3 и т. д. (рис. 7.7), и принадлежащую
S1	S2	ей точку b, которая приближается к точке B геометрической
		модели. При совпадении точек		B	и b	геометрическая и
	n2	стереоскопическая	модели	окажутся		совмещенными.
P1 m		Соответствующее этому моменту положение измерительного
	m P2
1	2	столика на экране,	зафиксированное на экране E специальным
		устройством, и его высота, отсчитанная по шкале, характери-
M		зуют пространственные координаты наблюдаемой точки.
		Способ мнимой марки, предложенный в 1899 г.

		Пульфрихом, пригоден для измерения как снимков, так и
		модели. В нем используются две реальные марки (на рис. 7.8
Рис. 7.8. Измерение		они имеют Т-образную форму), накладывающиеся на
		изображения левого (P1) и правого (P2) снимков.
снимков мнимой		При наблюдении снимков наблюдатель видит
		пространственную модель и единую пространственную марку.
Если на левом и правом снимках марки проектируются на соответственные точки m1 и m2,
то наблюдатель увидит пространственную марку, совмещенную с видимой стереомоделью
в точке M. При смещении одной из марок (например, правой) в положение n2 пространст-
венная марка воспринимается перемещающейся по высоте от точки M к точке M вдоль
левого проектирующего луча.

130

Для совмещения измерительных марок с точками модели или соответственными

точками снимков необходимо обеспечить совместное перемещение марок или снимков

вдоль координатных осей x и y снимков и независимое перемещение одного из снимков

(одной из марок) вдоль тех же координатных осей. Величины перемещений снимков (ма-

рок) должны учитываться измерительными устройствами.

Способ мнимой марки является основным в фотограм-

Рис. 7.9. Формы

метрии и

применяется в большинстве фотограмметрических

приборов. Используемые в них измерительные марки имеют

измерительных марок

различную форму (рис. 7.9); в некоторых приборах наблюда-

тель может изменить размеры марок (от 0,02 до 0,10 мм), цвет (белый, красный, зеленый) и

их яркость отдельно для левой и правой ветвей наблюдательной системы. Размеры левой и

правой марок не должны различаться более чем на 10 %.

6. Стереокомпараторы

y

Стереокомпаратор

является

наиболее

высокоточным

стереофотограмметрическим

прибором,

a1

a2

предназначенным

для

определения

положения

b1

b2

соответственных точек на смежных снимках, которое

x

характеризуется координатами

ее

изображения,

т. е.

величинами x1,

y1,

x2

и

y2,

(рис.

7.10),

или

величинами x1, y1, p и q, причем

Рис. 7.10. Координаты

p =x1 x2,

q=y1 y2.

(7.4)

Величина

p

называется

продольным

соответственных точек на паре

параллаксом

точки, а величина q –

поперечным

параллаксом.

Для измерения этих координат и параллаксов и предназначен стереокомпаратор.

Существуют несколько различных конструкций стереокомпараторов, но их принци-

пиальная схема, представленная на рис. 7.11, не меняется более 100 лет.

На массивной станине 1 размещена общая каретка 2, перемещающаяся вдоль оси X

прибора и несущая левый снимкодержатель P1. В правой части общей каретки 2 располо-

жена параллактическая каретка 4, которая вместе с установленным на ней правым

снимкодержателем P2 перемещается относительно каретки 1 вдоль оси X.

Вдоль оси Y прибора по мостику 3 перемеща-

1

2

3

4

5

ется подвижная часть наблюдательной системы 5,

правая ветвь которой имеет дополнительное (по

отношению к левой ветви) перемещение вдоль оси

Y прибора. Величины перемещений подвижных

частей прибора измеряются по шкалам абсцисс,

ординат, продольных и поперечных параллаксов.

P1

P2

Оба снимкодержателя могут разворачиваться

в своих плоскостях на углы . Наблюдение снимков

6

выполняется через бинокулярный микроскоп 6.

Рис. 7.11. Принципиальная

Измерение

стереомодели

выполняется

марками,

вмонтированными в левую и правую ветви наблю-

схема стереокомпаратора

дательной системы.

Рассмотренная

принципиальная

схема

стереокомпаратора

обеспечивает

возможность

ориентирования

снимков,

получения

стереомодели,

наведения

измерительной марки на произвольные ее точки и измерения координат и параллаксов

точек.

131

Материал: 2385

Смотрите также: