МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени М. В. Ломоносова

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА КАРТОГРАФИИ И ГЕОИНФОРМАТИКИ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Определение высот (превышений) объектов земной поверхности по стереопаре аэрофотоснимков

Построение профиля местности

Выполнили: студенты II курса

Мартьянов Александр

Энтин Андрей

Проверил: Новаковский Б. А.

Москва 2011

Стереоскопическое зрение

Стереоэффект – пространственное восприятие объекта при рассматривании двух его плоских перспективных изображений. Большинство людей обладает способностью совмещать два изображения (воспринимаемые разными глазами) в одно, обладающее свойством объёмности.

Геометрическая сторона стереозрения

Человек смотрит на пространственный объект двумя глазами одновременно. Поскольку глаза разнесены в пространстве на некоторое расстояние, то можно говорить, что объект наблюдается как бы с разных концов базиса.

Рассмотрим рисунок 1. На нём A, B – точки на объекте, S₁, S₂ – глазные фокусы, l₁, l₂ – дуги на поверхностях сетчаток глаз (на эти поверхности проецируется изображение), ΔL_Г – разность расстояний от глазного базиса до точек. Видно, что проекции точек A и B на плоскости сетчаток глаз будут образовывать разные конфигурации.

Рисунок 1. Стереоэффект

Если ΔL = 0, то объёмного видения не будет; если ΔL ≠ 0, то l₁ ≠ l₂ и возникает так называемый физиологический параллакс σ = l₁ – l₂ = f_гл(δ₁ – δ₂). Если этот параллакс возникает – стереозрение возможно.

Физиологический параллакс зависит от удаления точек от наблюдателя (L_г на рисунке) и разности расстояния между точками ΔL_г). Зависимость между этими величинами не очень строгая и может быть приближённо выражена следующей формулой:

Здесь b_Г­ – глазной базис, в среднем равный 65 мм; f_гл – фокусное расстояние глазного хрусталика, обычно около 17 мм.

Рельефность лучше воспринимается на небольших расстояниях от глаза. При значениях физиологического параллакса σ менее 0,002 мм рельефность изображения не ощущается (случай, когда объекты находятся очень далеко от наблюдателя). При значениях физиологического параллакса более 0,5 мм пространственный образ разрушается и объект, с точки зрения наблюдателя, распадается на два. Наименьшее значение физиологического параллакса, при котором ещё ощущается разность расстояний ΔL, называют остротой или разрешающей способностью стереоскопического зрения.

Физиологическая сторона стереозрения

Физиологическая сторона стереозрения проявляется в возможности наблюдателя по физиологическому параллаксу формировать своё впечатление о глубине пространства. Как создаётся объёмный образ, до конца не ясно. Точно можно сказать, что, в отличие от приведённого ранее рисунка, глазное яблоко не остаётся неподвижным, а некоторым образом изменяет своё положение. Все движения глаз можно разделить на следующие виды:

• Дрожание (покачивание с угловой скоростью 20’/сек и амплитудой 10-15”)

• Мерцание (быстрое вращение со скоростью до 6000’/сек и различной амплитудой, изменяющейся от 1” до 25”)

• Дрейф (медленное покачивание со скоростью около 1’/сек и амплитудой менее 5’)

Таким образом, глаза рассматривают не две точки, как в рисунке 1, а всё изображение. Таким образом в человеческом сознании формируется стереомодель местности.

Свойства стереомодели

Стереомодель характеризуется горизонтальным и вертикальным масштабом, причём зависимости от некоторых условий вертикальный масштаб стереоизображения может сильно отличаться от горизонтального (имеет место деформация стереопары по высоте). Данная деформация может быть приблизительно рассчитана как

Здесь L_{0 глаза} - расстояние наилучшего зрения (обычно около 250 мм), b – базис стереосъёмки в масштабе снимков, b_глаза – глазной базис (около 65 мм), f_k – фокусное расстояние камеры. С учётом всех возможных численных значений, а также стандартного перекрытия стереопары, равного 60% (оно определяет базис стереосъёмки), можно получить следующую зависимость:

Она означает важную вещь: чем меньше фокусное расстояние камеры, тем больше деформация. Так, для фокусного расстояния f_k = 70 мм коэффициент C значительно больше 3; при f_k = 300 мм C меньше 1 («уплощение» рельефа).