Тема 5: Пара снимков План:

1. Значение зрительного аппарата человека при стереографическом восприятии

2. Стереоскопическая съемка. Стереоскопический эффект

3. Способы стереоскопического наблюдения снимков

4. Поперечный и продольный параллаксы точек снимка

5. Определение превышений точек местности по паре снимков

6. Измерительные стереоприборы

1. Зрительный аппарат человека и его возможности

Метрическая информация, извлекаемая из одиночных сним­ков, может быть только двумерной, например размеры объектов, площадь и т. п.

Человек, наблюдая окружающее пространство одним глазом, воспринимает его также двумерно, не ощущая глубины. О последовательности расположения объектов наблюдатель судит по изменению их размеров, четкости восприятия или перекрываемости дальних объектов ближними. То же про­странство, наблюдаемое двумя глазами, воспринимается объем­ным (трехмерным). Видимые раздельно левым и правым глазом «картинки» геометричес­ки не одинаковы. Эта «неодинаковость» и несет информацию о третьей координате — удалении элементов пространства при го­ризонтальном наблюдении или их высоте при наблюдении верти­кальном.

По двум снимкам, полученным с концов некоторого базиса, независимо от направления съемки можно получить трехмерную информацию об изобразившихся на обоих снимках объектах.

В извлечении этой информации, особенно при обработке пар снимков простейшими средствами, большое значение имеет зри­тельный аппарат исполнителя.

При анализе и измерении снимков человек может рассматри­вать их непосредственно невооруженными глазами или с помо­щью оптических устройств. Выделяют три вида зрения — моноку­лярное, бинокулярное и стереоскопическое. Монокулярным на­зывают зрение одним глазом, бинокулярным — двумя глазами. Зрение стереоскопическое — частный случай бинокулярного зре­ния. Наблюдатель при этом, восприни­мает пространственно расположение разноудаленных объектов.

Р ис. 1. Геометрическая интерпретация принципа стереоскопического зрения:

b_r — глазной базис; А — точка фиксации бинокулярного взора; S₁A и S₂A — лучи; — угол конвергенции, = S₁AS₂; Н_A — отстояние точки фиксации от глазного ба­зиса; D — точка, отстоящая от точки А по глубине на неко­торое значение при которой эти точки воспринимаются разноудаленными. Она равна примерно 30". Величину можно определить по формуле:

2. Стереоскопическая съемка. Стереоскопический эффект

Представим, что используемые ранее точки пространства А и D регистрируются двумя камерами с фокусным расстоянием f, рас­положенными на концах базиса съемки В=b_r (рис. 1). В плос­кости негативов и точки А и D изобразятся соответственно точками а₁ и а₂, d₁ и d₂. Направление проектирующих лучей, а сле­довательно, и значения углов и останутся теми же, что и при наблюдении этих точек человеком.

Если реальные точки А и D заменить парой позитивных изоб­ражений и так, чтобы левый глаз наблюдателя видел только левый снимок, а правый глаз — только правый снимок, на сет­чатке глаз возникнет ситуация, существовавшая при непосред­ственном наблюдении этих точек. Наблюдатель воспримет пару плоских изображений пространственно. Такое восприятие назы­вают прямым стереоэффектом, а мнимое пространственное изображение снятого объекта, воспринимаемое наблюдателем, — стереоскопической моделью (стереомоделью). Стереомодель будет наблюдаться только в пределах перекрытия снимков.

Два смежных частично перекрывающихся снимка, полученных с концов некоторого базиса, называют стереопарой, или парой снимков. Теперь, очевидно, стало более понятным требование обеспечения определенного продольного перекрытия снимков (примерно 60 % при съемке равнины). Сокращение перекрытия может привести к риску образования разрывов между стереомоделями и соответственно к усложнению или невозможности процес­са получения трехмерной метрической информации со снимков. Увеличение перекрытий уменьшит углы засечки наблюдаемых то­чек, что приведет к снижению точности в определении разностей их отстояний (превышений).

Если снимки перед глазами поменять местами, то наблюдатель также увидит стереомодель, но с обратным стереоэффектом — удаленные элементы ландшафта будут восприниматься близкими, и наоборот, близкие элементы покажутся удаленными. Этот вари­ант стереоскопического наблюдения снимков используют при анализе отрицательных микроформ рельефа (промоин, канав, кю­ветов и др.). Может быть еще вариант наблюдения пары снимков, при котором оба снимка развертываются в своей плоскости на 90°. Наблюдатель при этом вне зависимости от рельефа увидит плос­кое пластичное изображение местности. Стереоэффект, получае­мый при этом, называют нулевым.

Точность (детальность) стереоскопического восприятия по снимкам элементов пространственных объектов зависит, как уже отмечалось, от угла засечки этих элементов. Значение угла опреде­ляется размерами базиса В и высотой съемки Н. Точность воспри­ятия стереомодели зависит также от условий наблюдения сним­ков. Минимальная разность отстояний (высот) наблюдаемых то­чек для расстояния наилучшего видения (250 мм)

где v — увеличение стереоприбора; b — базис съемки в масштабе снимков.

Пользуясь этой формулой, вычислим для наблюдения снимков, полученных с некоторых высот, наиболее используемых при выполнении землеустроительных и кадастровых работ, а так­же при дистанционном зондировании. При этом примем, что на­блюдаются снимки формата 18 х 18 см с продольным перекрытием 60 % с использованием стереоскопа с полуторакратным увеличе­нием.

При высотах съемки 500,1000, 2000 и 5000 м значения будут соответственно равны 0,2, 0,3, 0,7 и 1,7 м.

По снимкам, полученным с космических платформ с высоты 300 и 900 км, значения будут соответственно 102 и 310 м.

Точность восприятия превышений при наблюдении космичес­ких снимков можно повышать, увеличивая базис съемки. Сделать это можно за счет увеличения угла поля изображения съемочной системы или использования конвергентной съемки. В первом случае могут быть варианты: увеличение формата кадра или уменьшение фокусного расстояния съемочной камеры. По­следний вариант приведет к уменьшению съемочного масштаба и геометрического разрешения снимков.