лекция 5

ПАРА СНИМКОВ

ЛЕКЦИЯ №5

ВОПРОСЫ:

1. Зрительный аппарат человека и его возможности.

2. Стереоскопический эффект.

3. Продольный и поперечный параллаксы точек снимка.

1. ЗРИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ЧЕЛОВЕКА И ЕГО ВОЗМОЖНОСТИ

Зрительный аппарат человека — одно из важнейших средств по­лучения информации об объектах окружающей среды и о проходя­щих в ней процессах. При обработке и использовании материалов аэрокосмических съемок из всех органов чувств человека зрение является единственным органом, поставляющим со снимков ин­формацию для логического анализа и выполнения измерений.

Глаз представляет собой совершенный биологический орган, с геометрической точки зрения напоминающий съемочную камеру с дискретной раздельной регистрацией яркостей. Функцию объектива в глазу выполняет хрусталик, а поля элект­ронных рецепторов (приемников) — сетчатка с дискретно реагирующими на из­лучения окончаниями разветвлений зрительного нерва (палочки и колбочки).

Чувствительные элементы сетчатки реагируют на световые из­лучения в спектральном диапазоне от 360...400 до 700...760 нм. Светочувствительность большинства современных чер­но-белых аэропленок приходится на тот же диапазон.

При анализе и измерении снимков человек может рассматри­вать их непосредственно невооруженным глазом 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 (трехмерно) расположение разноудаленных объектов. Разделение по видам не зависит от использования (или неиспользования) при наблюде­нии оптических устройств.

Важнейшие характеристики зрительного аппарата:

линейное (геометрическое) разрешение — способность воспринимать (обнаружи­вать) мелкие элементы в натуре или на снимках;

линейная (геометрическая) разрешающая способность — воз­можность раздельного воспринятия ряда одинаковых элементов, например линий;

энергетическое разрешение — способность воспринимать яркостные (тоновые) контрасты на снимке.

2. СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Два смежных частично перекрывающихся снимка, полученных с концов некоторого базиса, называют стереопарой или парой снимков.

При рассмотрении стереопары можно наблюдать прямой, обратный и нулевой стереоэффекты. Для получения прямого стереоэффекта, аэроснимки устанавливают так, чтобы левая стереопара находилась напротив левого глаза, а нулевая – напротив правого глаза, и одноименные точки располагались по линиям, параллельным глазному базису.

Если снимки перед глазами поменять местами, наблюдатель увидит обратный стереоэффект — 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 стереоскопического наблю­дения снимков, при котором оба снимка развертываются в своей плоскости на 90°. Наблюдатель при этом вне зависимости от рель­ефа увидит плоское изображение местности. Стерео­эффект, получаемый при этом, называют нулевьм)

Стереоскопическое наблюдение снимков основано на том, что каждый снимок представляет перспективное изображение объекта, полуденное на плоскости по законам центральной проекции.

Для получения по двум снимкам, на которых изображен один и тот же объект, его стереоскопического изображения, должны быть выполнены следующие условия:

1. снимки должны быть получены с разных точек фотографи­рования. Условие является обязательным для получения из­мерительного стереоизображения;

2. разность масштабов снимков не должна превышать 16% от их

значения;

3) при фотографировании объекта конвергенция сближения главных оптиче­ских осей фотокамеры не должна превышать 15°;

4. каждым глазом следует наблюдать только один снимок;

5. снимки нужно развернуть в своей плоскости так, чтобы линии, соединяющие одноименные точки на обоих снимках, были па­раллельно глазному базису.

Стереоскопически рассматривают: снимки (негативы и пози­тивы), непосредственно полученные при съемке с помощью кад­ровых фотографических систем; отпечатанные на твердой основе снимки, полученные с помощью кадровых нефотографических съемочных систем; любые перекрывающиеся снимки, записанные в цифровой форме и выведенные на экран монитора!

Простейший и наиболее распространенный прибор для стерео­скопического наблюдения снимков — стереоскоп!

При компьютерной стереофотограмметрической обработке снимков широко используют способы анаглифический и полярои­дов.

В первом из указанных способов левое и правое изображения окрашиваются в дополнительные цвета, например в красный и сине-зеленый. Эти изображения могут накладываться одно на другое. Для их наблюдения используют анаглифические очки, фильтры которых обеспечивают дифференцированное восприятие изображений левым и правым глазом. При хорошо сбалансиро­ванных цветах изображений и фильтров очков, а также световых потоков для обоих каналов стереомодель будет восприниматься ахроматической. Этот способ можно использовать для наблюде­ний анаглифических изображений на твердой основе.

Во втором способе левое и правое изображения поляризуются во взаимно перпендикулярных плоскостях при проецировании их на экран монитора с наложением одного на другое. Для наблюде­ния пользуются очками с фильтрами-поляризаторами.

В обоих способах можно получить обратный стереоэффект, по­меняв местами фильтры в очках.

3. ПРОДОЛЬНЫЙ И ПОПЕРЕЧНЫЙ ПАРАЛЛАКС.

Пара горизонтальных снимков Р1 и Р₂, полученных с горизон­тального базиса B = S1S2, с осями абсцисс, лежащими на одной прямой (идеальный случай съемки) в позитивном варианте, показа­на на рисунке 5.1.

Рис. 5.1 - Изображение отвесной линии на паре снимков идеального случая съемки

Отвесная линия AD (на местности — столб, за­водская труба и т. п.) отобразилась на снимках отрезками а₁d₂ и a₂d₂, направленными соответственно в точки о_х и о₂, так как точки надира n1 и п₂ на горизонтальных снимках совмещаются с главны­ми точками. Точки а₁ и а₂ будут иметь равные ординаты У а₁ =У а₂ так как в идеальном случае съемки след сечения снимков базис­ной плоскостью будет параллелен общему направлению осей абс­цисс этих снимков. Аналогичное равенство будет справедливым для любой пары соответственных точек.

Разность ординат соответственных точек пары снимков назы­вают поперечным параллаксом точки Y1 – Y2 = qt (1)

Одна и та же пара снимков в различных ракурсах показана на рисунках 5.1 и 5.2.

Рис. 5.2- Координаты концов отвесной линии, изображенной на паре снимков

Из них видно, что абсциссы точек изображения изменяются в зависимости от высоты их положения относительно плоскости, принятой за начальную (плоскость Е). С увеличением геодезической отметки точки масштаб изображения элементов, лежащих в горизонтальной плоскости, проходящей че­рез эту точку, будет укрупняться. Следовательно, через абсциссы точек пары снимков можно получить информацию о высотах то­чек и, в частности, о рельефе местности.

Разность абсцисс пары соответственных точек на левом и пра­вом снимках называют продольным параллаксом точки

P = X1 – X2 (2)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕВЫШЕНИЙ ТОЧЕК МЕСТНОСТИ ПО ПАРЕ СНИМКОВ

На снимках идеального случая съемки координаты точек не ис­кажены. Следовательно, величины продольных параллаксов зави­сят только от высот изобразившихся на снимках точек. Для опре­деления превышения одной точки над другой, например точки А над точкой D (см. рис. 5.1), используют формулу

h = (H*ΔP)/ (b+ ΔP) (4)

где H — высота фотографирования над точкой, принятой за начальную (в на­шем примере Hд); р_д —продольный параллакс той же точки; ΔР — разность продольных параллаксов определяемой и начальной точек. b – базис снимка.

ΔР = Ра – Рd (3)

По разности продольных параллаксов можно определить крутизну склона или уклон. tgi = (f* ΔР)/ (b+ ΔP)*l0 ; где ΔР — разность продольных параллаксов определяемой и начальной точек. b – базис снимка; L0 - горизонтальное проложение.

Для выполнения стереоскопических измерений высот объек­тов, уклонов участков местности используют стереоскоп, который должен быть обору­дован устройством для измерения разностей продольных парал­лаксов.

Технология измерения разностей продольных параллаксов зак­лючается в следующем. Снимки ориентируют по начальному на­правлению. Начальным называют направление, проходящее через собственную главную точку снимка и главную точку, перенесен­ную со смежного снимка. Снимки укладывают под наблюдатель­ную систему так, чтобы их главные точки расположились на ли­нии абсцисс прибора или параллельно ей. Перемещая снимки вдоль этой линии, а также вращая их в своей плоскости, добива­ются получения стереоэффекта. Начальные направления при этом окажутся примерно на оси абсцисс. Уточняют ориентирование устранением остаточных поперечных параллаксов на главной точ­ке правого снимка, вращая левый снимок, и наоборот. Затем пос­ледовательно переходят в зоны расположения объектов, высоты которых определяют. В общем случае в каждой зоне будут возни­кать поперечные параллаксы. Здесь их устраняют, перемещая вер­тикально одну из марок. Совмещение пространственной марки с измеряемыми точками (при правильном ориентировании сним­ков обе марки сольются в одну марку, воспринимаемую наблюда­телем, пространственно) выполняют, вращая параллактический винт. Разность снимаемых со шкалы винта условных отсчетов для данной пары точек составит ΔР