71461

Методы наблюдения и измерения стереопар снимков. Основы монокулярного и бинокулярного зрения

Доклад

Экономическая теория и математическое моделирование

Монокулярное зрение зрение одним глазом. Качественно оно оценивается разрешающей способностью глаза или остротой зрения. Различают остроту зрения первого и второго рода. Остротой монокулярного зрения первого рода называют минимальный угол под которым наблюдатель различает две отдельные точки раздельно.

Русский

2014-11-07

174 KB

10 чел.

Методы наблюдения и измерения стереопар снимков

1.1.  Основы монокулярного и бинокулярного зрения

 

 Монокулярное зрение – зрение одним глазом. Качественно оно оценивается разрешающей способностью глаза или остротой зрения. Различают остроту зрения первого и второго рода.

Остротой монокулярного зрения первого рода называют минимальный угол, под которым наблюдатель различает две отдельные точки раздельно. Принято считать, что для области наилучшего зрения это угол 45’’.

Остроту монокулярного зрения второго рода характеризует минимальный угол, под которым наблюдатель различает две параллельные линии раздельно. Установлено, что этот угол равен 20’’. Особенно велика острота зрения при оценке смещения одной половины прямой линии по отношению к другой. Относительное смещение линий в этом случае видно под углом 10’’-12’’ и меньше.

Оценивать расстояния до наблюдаемых предметов (воспринимать глубину) монокулярное зрение позволяет лишь с помощью косвенных признаков.

Бинокулярное зрение – зрение двумя глазами, имеет существенное значение для восприятия пространственного положения объектов и их объемной формы.

Основным фактором оценки глубины пространства при бинокулярном зрении является физиологический параллакс, представляющий разность дуг на сетчатке глаза (рис.1.1.1), определяющих положение пары соответственных точек. Например, А – точка фиксации, то физиологический параллакс точки В равен разности дуг     а1b1 -     a2b2 . При приближении точки В к А наступит момент, когда наблюдателю будет казаться, что точки находятся на одинаковом удалении, хотя в действительности разность их глубин не равна нулю.

Величиной предельного угла  Dg, равного разности параллактических углов двух точек (Dg = gB - gA) и соответствующего минимальному физиологическому параллаксу, оценивают остроту бинокулярного зрения первого рода. Величиной разности параллактических углов для двух вертикальных прямых – оценивают остроту бинокулярного зрения второго рода.

рис.1.1.1

Принято считать, что острота бинокулярного зрения первого рода равна 25’’-30’’, второго рода –10’’, хотя многие люди обладают значительно большей остротой бинокулярного зрения.

Острота монокулярного и бинокулярного зрения у различных наблюдателей и в различных условиях наблюдения колеблется  в больших пределах – от нескольких секунд до минут. Существенное влияние на остроту зрения оказывают: освещенность и форма наблюдаемого объекта, контрастность между объектом и фоном, продолжительность наблюдения, индивидуальные особенности  наблюдателя, его опыт и ряд других факторов. Приведенные значения остроты зрения являются средними и приняты в фотограмметрии для расчетов.

1.1.2 Стереоскопическое наблюдение снимков

Стереоскопический эффект. Восприятие пространственного положения предметов и их формы возможно и по паре перекрывающихся фотоснимков, полученных с разных точек фотографирования, на которых изобразились эти предметы.

Допустим, что плоскости Р1 и Р2 (рис.1.1.2) – рис.1.1.2

рис.1.1.2


фотоснимки, на которых изобразились предметы пространства А и В в соответственных точках
a1, b1, a2, b2. Если теперь удалить предметы А и В и одновременно рассматривать левым глазом фотоснимок Р1, а правым – Р2, то получим мнимое объемное изображение этих же предметов. Это ощущение пространственного расположения объектов при рассматривании стереопары снимков называют стереоскопическим эффектом (стереоэффектом). Причина возникновения стереоэффекта – наличие разности продольных параллаксов одноименных точек, которые при рассматривании фотоснимков преобразуются в физиологические параллаксы, т.е. дуга a1b1 не равна дуге a2b2.

Видимое пространственное изображение сфотографирован-ных объектов или местности при рассматривании пары фото-снимков называют стереоскопической моделью.

Бинокулярное зрение с непосредственным ощущением расположения предметов в пространстве или их объемной формы называют стереоскопическим. Характерной особенностью бинокулярного и стереоскопического зрения является слияние двух изображений, фиксируемых раздельно каждым глазом, в одно изображение, осуществляемое в зрительных центрах головного мозга.

Для получения устойчивого стереоэффекта, как следует из особенностей бинокулярного зрения, необходимо выполнить ряд условий. Во-первых, фотоснимки одного и того же предмета или участка местности должны быть получены из различных точек пространства, причем их разномасштабность не должна превышать 16%. Во-вторых, фотоснимки необходимо расположить так, чтобы каждым глазом наблюдался один снимок, и соответственные зрительные лучи лежали примерно в одной базисной плоскости. В-третьих, каждому значению параллактических углов (они не должны превышать 160) должна обеспечиваться соответствующая аккомодация глаз.

В зависимости от расположения фотоснимков стереопары друг относительно друга можно получить прямой (рис.1.1.3 а), обратный (рис.1.1.3 б) или нулевой (рис.1.1.3 в) стереоэффект. На рисунках заштрихованы перекрывающиеся части фотоснимков стереопары.

рис.1.1.3 а   рис.1.1.3 б   рис.1.1.3 в

1.3 Способы измерения стереопар  снимков  

Способы измерения  снимков   основаны на свойствах монокулярного или стереоскопического зрения и подразделяются на две группы:

- монокулярные способы измерения;

- стереоскопические способы.

Независимо от способа измерения и применяемых приборов в поле зрения необходимо ввести измерительную марку, с помощью которой осуществлялось бы визирование на выбранные точки  снимков  

Кроме того, измерительная марка либо  снимки должны иметь необходимые движения, связанные с каким-либо мерным устройством.

Наиболее распространенные виды измерительных марок, применяемых в фотограмметрических приборах, показаны на рис.1.1.4. Чтобы отчетливо видеть марку на фоне  снимков различной плотности, используют  светящиеся марки разных цветов.

рис.1.1.4

Монокулярные способы применяются в основном для измерений координат точек одиночных  снимков и выполняются, как правило, монокулярно1 с использованием монокомпараторов или универсальных измерительных микроскопов. 

На рис.1.1.6 показана схема монокомпаратора МК-I Керна (Швейцария). В этом приборе на стеклянной пластине 1 нанесены координатные оси X и Y. Шкалы x и y также награвированы на стеклянных пластинах 2 и связаны с измерительной маркой 3. Измерительная марка может быть наведена на любую точку  снимка Р и по шкалам 2 отсчитываются координаты этой точки.

рис.1.1.6

Стереоскопические способы применяются для измерения координат точек пары  снимков.

Принцип измерений координат точек пары  снимков   заключается в следующем. Пусть с плоскостями снимков Р1 и Р2 (рис.1.1.7) совмещены 2 марки: m1c фотоснимком Р1, m2c фотоснимком Р2. При стереоскопическом рассматривании фотоснимков и марок наблюдатель будет одновременно видеть мнимую пространственную модель и  одну мнимую марку М вместо двух действительных.

рис.1.1.7

Перемещение марок в плоскости фотоснимков параллельно глазному базису вызовет изменение положения мнимой марки М по глубине и в плане. Благодаря этому мнимую марку можно совместить с любой точкой видимой модели. Очевидно, что при совмещении мнимой марки с точкой модели, действительные марки m1, m2 будут находиться в соответственных точках стереопары. Учет величин перемещения действительных марок позволяет измерить координаты и параллаксы точек пары снимков.

Чтобы наблюдатель мог видеть модель, необходимо выполнить одно из основных условий получения устойчивого стереоэффекта – каждый глаз должен видеть изображение только одного фотоснимка.  

Точность измерений как монокулярными, так и стереоскопическими способами зависит от многих причин. К основным факторам, определяющим точность измерений координат точек фотоснимков, относятся:

  •  инструментальные погрешности прибора, с помощью которого выполняются измерения;
  •  ошибки фотоснимков и их разрешающая способность;
  •  погрешности отождествления одноименных точек;
  •  точность визирования на контурные точки фотоснимков.

В свою очередь точность монокулярного и стереоскопического визирования зависит от: остроты зрения наблюдателя, увеличения оптической системы прибора, качества и размера измерительных марок, их контраста относительно наблюдаемого изображения, освещенности снимков и модели и т.п.

Точность монокулярного визирования. При рассматривании невооруженным глазом точки а снимка (рис.1.1.11) и измерительной марки m, наблюдатель заметит их несовмещение, если оно рассматривается под углом, превышающим остроту монокулярного зрения g. Ошибку несовмещения можно посчитать по формуле:

=            (1.1.1)

где D – расстояние наилучшего зрения.

рис.1.1.11       рис.1.1.12

Если D = 250 мм, g= +- 45” и 20”, то точность совмещения марки и точки снимка будет характеризоваться величиной ml1 = 55 мкм и ml2 = 24 мкм, соответственно для монокулярного зрения первого и второго рода.

Стереоскопические наведения марки выполняются с большей точностью. Наблюдатель заметит несовмещения марки m и точки модели а (рис.1.1.12) по глубине, если разность параллактических углов (gm - ga) будет больше остроты стереоскопического зрения Dg.

Из рассмотрения подобных треугольников  OOa и mba, получим:

                     =

                       = D

тогда                 =                   (1.1.2)      

Ошибку в плановом положении для точки, расположенной в центре стереомодели, можно посчитать по формуле:

=                  или      (1.1.3)

=           (1.1.4)

Подставим в эти выражения  D = 250 мм, bГ = 65 мм, Dg = +-30” и +-10”, получим DD1 = +- 140 мкм, DD2 = +- 47 мкм и в плане ml1 = +-18 мкм,  ml2 = +-6мкм. Величины DD1, DD2, ml1 и ml2 характеризуют точность стереоскопического наведения марки по глубине и в плане соответственно для бинокулярного зрения первого и второго рода.

В практике фотограмметрических работ измерения координат точек фотоснимков и модели выполняются, как правило, несколькими приемами, что позволяет повысить точность измерений.

Увеличение наблюдательной системы приборов так же обеспечивает повышение точности измерений. Для фотоснимков с высокой разрешающей способностью и контрольных сеток принято считать, что ошибка визирования обратно пропорциональна увеличению наблюдательной системы. Учитывая это формулы (1.1.1), (1.1.2), (1.1.4) примут вид:

=

DD=          (1.1.5)

ml @mp  @    

где V – коэффициент увеличения наблюдательной системы прибора.

Но увеличение наблюдательной системы прибора не может быть беспредельным, так как точность визирования повышается с возрастанием, тем медленнее, чем меньше разрешающая способность фотоснимков. Это можно объяснить тем, что с возрастанием увеличения, во-первых, число контуров, попадающих на желтое пятно глаза наблюдателя, уменьшается, так как уменьшается поле зрения; во-вторых, снижается контраст изображения.

1.2  Способы наблюдения и измерения   стереопар цифровых снимков.

Стереоскопическое наблюдение и измерение стереопар цифровых снимков осуществляется путем формирования на экране дисплея компьютера фрагментов левого и правого снимков стереопары с изображениями измерительных марок.

Раздельное наблюдение этих фрагментов левым и правым глазом обеспечивается следующими методами:

  •  с помощью стереоскопической наблюдательной системы, устанавливаемой перед экраном дисплея;
  •  анаглифическим методом;
  •  с помощью затворных очков;
  •  поляроидным методом.

При использовании стереоскопической наблюдательной системы в виде зеркально-линзового стереоскопа, его устанавливают перед экраном дисплея, в левой части которого формируют изображение фрагмента левого снимка, а в правой части фрагмента правого снимка стереопары (рис. 1.2.6)

рис 1.2.6

При использовании анаглифического метода на экран дисплея одновременно выводится наложенные друг на друга фрагменты левого и правого снимков стереопары, первый из которых окрашивают в синий, а второй в красные цвета.

Перед левым глазом оператора устанавливают красный светофильтр, а перед правым глазом – синий. В этом случае оператор левым глазом наблюдает только левый снимок, а правым только правый.

Возможна так же комбинация красного и зеленого светофильтров, зеленого и синего светофильтров.

В затворных очках перед глазами наблюдателя установлены жидкокристаллические фильтры, которые при подаче на них напряжения по команде компьютера становятся непрозрачными. Стереоскопическое наблюдение снимков при их использовании проводится следующим образом: на экране дисплея попеременно выводятся фрагменты левого и правого снимков стереопары. При выводе левого изображения правый фильтр непрозрачен, а при выводе правого изображения, становится непрозрачным левый фильтр затворных очков  (рис. 1.2.7)

рис 1.2.7

При использовании поляроидного метода наблюдения, перед дисплеем устанавливается поляроидный экран, по команде компьютера, изменяющий ориентацию плоскости поляризации. Перед глазами оператора в очках устанавливаются поляризационные фильтры с взаимно-перпендикулярными плоскостями поляризации.

На экран дисплея переменно выводятся фрагменты левого и правого снимков стереопары. При выводе левого снимка ось поляризации экрана устанавливается параллельной оси поляризации левого фильтра очков, а при выводе правого снимка параллельной оси поляризации правого фильтра. В этом случае левым глазом наблюдается только левый снимок, а правым только правый.


Р
2

Р1

Р1

Р2

Р2

Р1

ml

Р

m

g

O

D

Экран

правый снимок

левый снимок

Экран

правый снимок

левый снимок

1 Возможно использование и бинокулярного зрения, если измерение одиночного  снимка выполняется с помощью бинокулярной наблюдательной системы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4289. Связные списки, стеки, очереди 237 KB
  Связные списки, стеки и очереди Как и массивы, связные списки представляют собой универсальную структуру данных, широко используемую многими программистами. Однако, в отличие от массивов, связные списки не входят в состав стандартного языка...
4290. Виртуальный маркетинг и его применение на отечественных рынках 31 KB
  Виртуальный маркетинг и его применение на отечественных рынках Получают развитие сетевые или виртуальные организации, т.е. организации, в которых границы между его участниками, ресурсами и подразделениями размыты благодаря интенсивному информационно...
4291. Организация ветвления и его алгоритмическая структура 49.5 KB
  Организация ветвления Цель работы: освоить алгоритмическую структуру ветвление, а также работу команды ветвления. Образец решения задачи. Задача. В компьютер вводится информация: количество знаков в рекламе на какой странице в газете будет печатать...
4292. Становлення та розвиток української та європейської культури в 19 - початку 20 ст. Частина 2. Українське мистецтво 55 KB
  В першій половині 19 ст. в Україні зявився перший професійний театр. Спершу це були бродячі акторські групи. Потім з'являються перші театральні приміщення, що приймають у себе гастролерів і дають сцену для власних театральних труп. У 1818 р. Іван Котляревський очолив професійний театр у Полтаві...
4293. Освоение приемов объявления, обращения и использования двумерных массивов при решении задач. 78.5 KB
  Цель работы: освоение приемов объявления, обращения и использования двумерных массивов при решении задач. Один из возможных вариантов объявления двумерного массива в программе: объявляем две константы – максимально возможное количество строк и...
4294. Освоение приемов объявления, обращения и использования массивов при решении задач 64.5 KB
  Цель работы: освоение приемов объявления, обращения и использования массивов при решении задач. Типовые алгоритмы обработки одномерных массивов Рассмотрим некоторые типовые алгоритмы обработки массивов. Положим, что в декларативной части программы о...
4295. Капитал и его вещественное содержание 210.5 KB
  Цель курсовой работы на тему Капитал и его вещественное содержание - изучить содержание капитала, теории капитала, категории капитала и износ и амортизацию капитала. В ходе выполнения курсовой работы изучено что категория капитал имеет д...
4296. Проектирование привода конвейера. Детали машин 4.11 MB
  Выбор электродвигателя. Определение придаточных чисел привода. Межосевое расстояние. Предварительные основные размеры колеса. Проверочный расчет на прочность зубьев при действии пиковой нагрузки. Определение предварительных значений межосевого расстояния и угла обхвата ремнем малого шкива. Радиальные реакции опор от сил в зацепление. Для типового режима нагружения II коэффициент эквивалентности.
4297. Явление дифракции электромагнитных волн 118 KB
  Цель работы. Исследовать явление дифракции электромагнитных волн. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона. Основные теоретические сведения Дифракцией называется совокупность явлений...