9.5. Стереоскопические наблюдения и измерения цифровых изображений

Стереоскопические наблюдения двух изображений возможны при выполнении условий, полностью соответствующих сформулированным в главе 6 и касающихся съемки с двух различных точек пространства, разномасштабности изображений, величины угла конвергенции главных оптических осей и т.п. Одним из основных условий получения стереоэффекта является требование наблюдения каж-

геометрических и фотометрических преобразованийИ, формирование изображения на экране монитора с покадровым (page-flipping) или по-

дого снимка только одним глазом.

Как и в случае наблюдения аналоговых снимков, основными способами получения стереоскопического эффекта являются анаглифический, затворный, оптический и др., получившие в компьютерном исполнении новые возможности. Их реализация учитывает ряд особенностей работы с цифровыми изображениями, в частности: простота

строчным (interlace) режимом вывода, наличие видеопамяти и др. Анаглифический способ стереоскопических наблюдений не

чению стереомодели по аналоговым снимкам. В первом случае наблюдатель видит «разреженное» изображение, что снижает точность стереоскопических измерений, а во втором – цвет и оптическую

17

плотность каждого пикселя суммарного изображения (элемента монитора), формируемые в зависимости от цвета и плотности накладывающихся пикселей изображений, что неизбежно ведет к некото-

основан на специфике представления изображения на экране монитора и предполагает применение специальных затворных (жидкокристаллических) очков с LCD-затворами (Liquid Crystal Display) различных типов (ИБИК, NuVision и др.), в которых стекла становятся прозрачными поочередно, в соответствии со сменой видеостраниц на экране монитора. Сущность способа заключается в следующем.

так, что в каждый момент времени наблюдательДвоспринимает изображение на экране монитора только одним глазом: левым или правым. Поскольку смена страниц видеопамяти на экране монитора синхронизирована с изменением прозрачности пластин затворных очков

Изображения левого и правого снимков формируются на стра-

ницах видеопамяти и поочередно выводятся на экран монитора.

при помощи специальногоАканала связи, то наблюдатель видит либо прямой стереоэффект, л о о ратный. Для смены прямого стереоэффекта на о ратный нао орот нужно изменить фазу, управляющую

Наблюдения выполняются через очки, представляющие собой пару плоскопараллельных пластин с заключенным между ними слоем жидкого кристалла, который при воздействии на него электрического импульса может изменять интенсивность проходящего через него света

Стребуетполучениев целях обеспечения комфортности наблюдений для глаз достаточно высокой вертикальной частоты монитора (не менее 120 Гц).

последовательностью вывода страниц видеопамяти.

Построчный (interlace) режим стереонаблюдений предполагает деление кадра на два полукадра с чётными и нечетными строками соответственно. Правое и левое изображения стереопары выводятся на экран поочередно в «чётном» и «нечётном» полукадре, а синхронизируемые с вертикальной разверткой монитора затворные очки позво-

18

ляют наблюдать два изображения «одновременно» и таким образом проводить стереоизмерения. Необходимым условием комфортной для глаз работы в этом режиме является достаточно высокая вертикальная частота монитора (как минимум, 75 Гц на «каждый глаз» – то есть

аналоговых зображен й, монокулярным и стереоскопическим способами.

Монокулярный способ измерений используют при нанесе-

нии на снимки опорных точек, внутреннем ориентировании снимков и др. Применительно к обработке цифрового изображения монокулярные измерения сводятся к опознаванию нужной точки путем наведения на нее маркера, заменяющего измерительную марку стереокомпаратора. Считывание координат точки в системе растрового изображе-

19

ния oPxPyP (см. рис. 9.2) и преобразование их в ту или иную систему выполняются в автоматическом режиме.

Стереоскопические измерения выполняют способом мни-

мой марки, в качестве которой используют курсор, причем оператор может выбрать любой из доступной палитры цвет его изображения, размер и форму (точка, крест, прицел, косой крест и пр.). С помощью специальных технологических приемов точность стереоскопических измерений может быть повышена до ⅓−¼ от величины геометрического разрешения цифровых снимков.

ПЭВМ, дешевой электронной памяти, высокоточных сканеров и развитием теории машинного зрения. Применение этих и ряда других достижений науки и техники открыло путь к автоматизации широкого круга фотограмметрических задач, основанных на автоматической идентификации точек на перекрывающихся снимках.

В настоящее время идентификация точек на паре снимков рассматривается как статистическая задача распознавания изображений при наличии помех и искажений и решается на основе динамической

20

21

Установление степени соответствия векторов R и R представляет основную трудность и может быть выполнено различными путями. Например, один из них основан на расчете для образа-эталона R и каждого образа R правого снимка ковариационной матрицы

торого разность матриц V = C0–Ci минимальна.

Сгде 0ихи 0 – средние оптические плотности элементов зон (фрагментов), соответствующ образам левого R и правого R снимков.

Коэффициенты, подсчитанные для сочетаний образа R со всеми образами R , образуют корреляционную матрицу: максимальное значение ее элемента соответствует наиболее тесной связи оптических плотностей сравниваемых участков левого и правого снимков и, следовательно, выполнению условия (9.7). Так что искомая точка лежит в центре образа R с максимальным коэффициентом корреляции.

22

Некоторые способы предполагают отыскание искомой точки по максимуму корреляционной функции, составленной на основе анализа элементов корреляционной матрицы с частными коэффициентами корреляции (9.9), соответствующей искомому образу R .

Размер области снимка, отождествляемой с образом R, обычно составляет 20 20 пикселей; при малом числе контуров местности он увеличивается до 40 40 пикселей. Программы обработки обычно запрашивают полуразмер корреляционной матрицы (образа R). Размер области поиска на правом снимке выбирается таким, чтобы он был в два раза больше ожидаемого смещения точки из-за влияния рельефа местности. Так, при высоте фотографирования H = 2000 м, максимальном превышении рельефа над средней плоскостью h = 50 м и расстоянии от центра снимка до угла рабочей площади r = 100 мм (формат кадра 23 23 см) будем иметь h = 2,5 мм, а размер области

Рассмотренные варианты установления степениИсоответствия образов R и R далеко не единственные: в специальной литературе име-

поиска – 5 5 мм.

ются упоминания о методеАиерархическойДрелаксации (методе пирамид HRC), методе вертикальной линии (ULL), методе динамического программирования и т.п. Некоторые из них основаны на анализе тех или иных признаков, характеризующих выделенные по группе пикселей элементы: их форму, взаимное расположение, ориентировку и др. Все методы идентификации точек о ъединяют два обстоятельства:

• отождествление выполняется на основе более или менее строгого анал за элементов изо ражений – их оптических плотностей

геометр ческого положен я;

23

Так, если на левом снимке образ R всегда представлен квадратом, то на правом снимке (рис. 9.11) из-за влияния угла наклона и рельефа местности соответствующие элементы образа R получают смещения и в общем случае образуют многоугольник. Поскольку анализируемый образ R геометрически не всегда подобен образу R, то вероятность полного совпадения искомой точки уменьшается. Еще более сложная ситуация возникает в случае, если изображения левого и правого снимков развернуты одно относительно другого.

Однако из-за малости элементов изображения эти искажения не столь значительны, а их влияние можно компенсировать геометрической коррекцией положения пика корреляции и соответствующей ему точки правого снимка. Одно из таких решений основано на том, что смещения элементов образа являются следствием неровностей рельефа в пределах соответствующего участка местности и интерпретиру-

Основная задача фотограмметрииД– определение формы, размеров и пространственного положения объектов местности – при использовании цифровых изо ражений решается путем определения

ботки цифровых снимков, аналогичные процессам аналитической обработки данных в главе 5.

24