Ugrás a tartalomhoz

Fotogrammetria 9., A térfotogrammetria alapjai, alapképletek

Balázsik Valéria (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

9.3 Természetes és mesterséges térlátás

9.3 Természetes és mesterséges térlátás

A térfotogrammetriai műszerek többnyire lehetővé teszik a kiértékelés közben a sztereoszkópikus szemlélést. Ezzel a homológ pontok azonosításának megbízhatósága nagymértékben nő, a képen való tájékozódás egyszerűsödik és nem utolsósorban a kiértékelési pontosság is javul. Ahhoz, hogy a sztereoképpár alapján térbeli látványt állítsunk elő, számos feltételt kell biztosítanunk. Ezek szoros kapcsolatban vannak azokkal a körülményekkel, amelyek a természetes látás során is biztosítják számunkra a térbeliséget.

9.3.1 Természetes térlátás

A szem a látás szerve, a koponya szemüregében helyezkedik el. Az emberi szem és az agy látási központjának azt a képességét, hogy a szemlélt tárgyak térbeli alakját és egymáshoz viszonyított térbeli helyzetét két képből meg tudja állapítani, sztereoszkópikus látásnak vagy térlátásnak nevezzük. Ezzel a képességgel nem rendelkező emberek egy szemmel csak síkképet látnak, de így is vannak olyan tényezők, amelyek az ő térlátásukat segítik. Az egy szemmel történő látás a monokuláris látás. A ún. monokuláris faktoroknak köszönhetően meg tudják ítélni a tárgyak távolságát, ebből következően bizonyos mértékig térbeli elhelyezkedésüket is. Ezek:

  • fény-árnyék viszony

  • takarás

  • tárgyak mérete

  • kép perspektivítása

  • vizuális kontraszt

  • mozgási paraméter

  • tárgy részletessége

9-13. ábra Egymást részlegesen takaró tárgyak közül a takartat érezzük távolabbinak

A mozgási paraméter oly módon szolgáltat információt a mozgó tárgy távolságáról, hogy érzékeljük a tárgy követése közben a szemünk mozgását, ami közelebbi távolság esetén gyorsabb, távolabbi tárgy esetén lassabb.

9.3.1.1 A szem felépítése

A látás folyamatában a szem, mint összetett lencserendszer működik. Az optikai képalkotásban a szem egyes részei fénytörő közegként vesznek részt. A bejutó fény mennyiségét a szivárványhártya, mint rekesz automatikusan szabályozza. A szem hátsó falán, az ideghártyán keletkező kép élessége attól függ, hogy annak melyik területén jön létre, az milyen sűrűn ellátott receptorokkal. A szemtengelyünket ösztönösen arra a részletre irányítjuk, amelyet élesen szeretnénk látni. Ehhez az éles képalkotást leginkább befolyásoló szemlencsét a tárgytávolságnak megfelelően fókuszáljuk. A szemizmok segítségével a szemlencse határoló felületének görbületét tudjuk változtatni. Szemünknek ezt az ösztönös tevékenységét akkomodációnak nevezzük. Azt a távolságot, amelyre elhelyezett tárgyat hosszabb időn át szemfáradás nélkül tudjuk figyelni, a tisztalátás távolságának nevezzük, értéke kb. 25 cm. A legkisebb távolság, amelyre még akkomodálni tudjuk szemünket kb. 14 cm. A sárgafolton keletkezett éles képet érzékeljük legnagyobb részletességgel, ugyanis a retinának ezen a részén találhatóak legnagyobb számban az említett receptorok. A látás folyamatának ez a szakasza az optikai szakasz.

9-14. ábra Az emberi szem felépítése

http://bin.sulinet.hu/ikep/2007/12/adm.kep.m1023361616200.szemfelepites.JPG

A retinán keletkező optikai kép jellemzői: valódi, kicsinyített, fordított állású, görbült és egyenetlen. A látási folyamat második szakaszában, a fiziológiai szakaszban ezt a képet az idegvégződésekben keltett ingerületek segítségével felfogjuk és az agy látásért felelős központjába továbbítjuk. A harmadik szakaszban, egy pszichikai folyamat során áll elő az a tudatunkkal „látott” kép, amely már egyenes állású, valódi nagyságú, egyenletes, sík kép. Ezt az egy szemmel látott sík képet jellemzi a monokuláris látásélesség (μ), vagyis az, hogy milyen finom részleteket vagyunk képesek elkülöníteni egy szemmel való szemléléskor. Ez az átlagos emberi szemre: μ = 1’ (9-15. ábra)

9-15. ábra Monokuláris látásélesség

Legalább ekkora szöget kell bezárnia két pontszerű részletről érkező képalkotó sugárnak ahhoz, hogy azokat különállóként érzékeljük. Ekkor a sugarak által keltett ingerületek nem szomszédos idegvégződéseken keletkeznek, ami feltétele az elkülönítésnek. (9-16. ábra)

9-16. ábra Idegvégződésekben keltett ingerületek

A lineáris monokuláris látásélesség vagy más elnevezéssel monokuláris felbontóképesség alatt azt értjük, hogy adott távolságból szemlélve a részleteket, elkülönítésük a részletek mekkora lineáris távolsága mellett lehetséges. Értéke a tisztánlátás távolságában 0,073mm. Az optikai-fotográfiai felbontóképesség 0,02 – 0,03 mm, vagyis fényképezéssel kisebb részleteket tudunk rögzíteni, mint amit szabad szemmel képesek vagyunk érzékelni. Azért, hogy a képek részletgazdagságát hasznosítani tudjuk, a fotogrammetriai kiértékelések során a képeket többnyire nagyítás mellett szemléljük.

A természetes sztereoszkópikus vagy binokuláris látáskor szemünkkel külön-külön sík képet érzékelünk, és ezekből tudati tevékenység eredményeképpen jön létre a térbeli kép. A térérzetet az ún. binokuláris faktorok okozzák. Ezek a 9-17. ábra jelölései szerint:

  • konvergencia: a térbeli pontra menő irányok (látótengelyek) által bezárt szög (az ábrán 𝜶A, 𝜶B)

  • szögparallaxis: a konvergencia szögek különbözősége (𝜶A, ≠ 𝜶B)

  • szem letapogató mozgása

  • fiziológiai parallaxis (az A és B pontok képi megfelelőinek eltérő fiziológiai távolsága a bal és a jobb szemben)

9-17. ábra Természetes sztereoszkópikus látás

A sztereoszkópikus felbontóképesség jobb, mint a monokuláris felbontóképesség, 0,5’, vagyis a térfotogrammetriai kiértékeléseknél a sztereoszkópikus szemlélési módot a jobb tájékozódás mellett a pontosabb mérés lehetősége is indokolja.

9.3.2 Mesterséges térlátás

Annak feltételei, hogy egy térfotogrammetriai műszerben a természetes térlátás „mintájára” sík képek alapján térbeli látványt hozzunk létre a következők:

  • Képpárt kell készíteni adott bázissal és átfedéssel.

  • A bal képet a bal szemünkkel, a jobb képet jobb szemünkkel kell szemlélni.

  • Szemléléskor a képek relatív helyzete egymáshoz és a bázishoz képest egyezzen meg a felvételkori helyzettel, amelyben a szemlélési bázis a felvételi bázisnak felel meg.

  • A bázisviszony (a bázis és a fényképezési távolság aránya) egyezzen meg a felvételkori bázisviszonnyal. Törekedni kell az ¼-es értékre, amely a tisztalátás távolsága és az átlagos szembázis arányának felel meg.

  • A szemlélési sugárnyaláb egybevágó legyen a felvevő kamera sugárnyalábjával.

A feltételek teljesülésével a természetes térlátás szerinti két sík képet látunk külön-külön, amelyet a tudatunk állít össze egy térhatású látvánnyá (képpé). A térhatás fokozásának különböző módjai vannak, melyeket a sztereoszkópikus műszerekben alkalmaznak. Ilyenek a szembázis növelése és a nagyítás. A szembázis növelését tükrök segítségével valósítják meg, a nagyítást a szemlélő-berendezésekben elhelyezett nagyítólencsék eredményezik. A két módszer együttes alkalmazásaképpen a totálplasztika vagy túlplasztika látványa jön létre.

9.3.2.1 A szteroszkópikus szemlélés eszközei, módszerei

A sztereoszkópikus eszközök és módszerek különböző módokon biztosítják a sztereoszkópikus látás feltételeinek teljesülését. Néhány példa a megvalósításra:

  • Sztereoszkópok: képpár képeinek osztott szemlélésére alkalmas eszközök. Ilyenek például a lencsés- vagy zseb sztereoszkópok, a tükrös sztereoszkóp, binokuláris távcsövek és mikroszkópok, stb... A digitális fotogrammetriai munkaállomásoknál is találkozhatunk azzal a megoldással, ahol a képernyőn megjelenik a képpár mindkét képe, ezt egy képernyő elé lehajtható sztereoszkópon keresztül szemléljünk, és így a valóságnak megfelelő térbeli látvány mellett végezhetjük a kiértékelést.

  • Anaglif eljárás: különböző színnel egymás mellé nyomtatott képek színszűrős szemüvegen keresztül történő szemlélése. A nyomtatás színeinek megfelelőek a színszűrők a szemüveg lencséiben. A lencse a szűrő színével megegyező színt átengedi, a másik színt kiszűri. Ezzel megvalósítja a képek szétválasztását. A leggyakoribb a vörös-cián és a vörös-zöld színpáros. A módszer hátránya, hogy a valóságtól eltérő színeket kell alkalmaznunk, ami az interpretációt nehezítheti.

9-18. ábra Anaglif kép

Forrás: http://www.magyar-varak.hu/foto/Csesznek_3D_1.jpg

9-19. ábra Anaglif szemüveg

  • Hasonlóan működik a ún. polárszűrős szemlélés. Ekkor a képpár képeit más-más síkba polarizáltan vetítik, amelyet a képek síkjának megfelelően polarizált szemüveggel tehetünk térhatásúvá.

  • Digitális képek térbeli kiértékelésénél lehetséges megoldás a képek különböző frekvencián történő vetítése és ennek szemlélése egy folyadékkristályos szemüvegen keresztül, amelyet a számítógép vezérel a vetítés frekvenciájával szinkronban.

Az előzőekben ismertetett megoldásoktól egészen eltérő az a módszer a mesterséges térhatás elérésére, amikor egyetlen kép és egy speciális szemüveg segítségével idézhetünk elő térbeli látványt. Digitális képek esetén alkalmazható akkor, ha ismerjük a területet vagy objektumot leíró felületmodellt. A terület teljes magassági kiterjedését a színkép tartományai szerint felosztjuk és a pixeleket magasságuk szerint a színkép egyes színeivel „színkódoljuk”, vagyis az azonos magassági tartományba tartozó képelemek azonos színt kapnak. Az eljárásnál alkalmazott szemüveg, amellyel a képet szemléljük, egy plánparalel üveglemeznek felel meg, ami a fénysugarakat a színek vagyis a hullámhosszuk szerint különböző mértékben téríti el önmagával párhuzamosan. Ezzel az egyes magassági tartományok között a más-más mértékű eltérítés miatt a színek közötti fiziológiai parallaxist (9.3.1.1 fejezet) idéz elő mesterségesen. Ez az eljárás csupán a látvány előidézésére szolgál, ugyanis a térbeli kiértékelések egyik célja a magassági adatnyerés, itt viszont a magassági adatok ismerete feltétele a sztereo szemlélésnek.

A felsorolt példákon kívül számos más módja is létezik a mesterséges sztereoszkópikus szemlélésnek. Ezen a területen nemrég magyar diákok által kifejlesztett eszközök és módszerek részesültek rangos hazai és nemzetközi elismerésben. Emellett meg kell említenünk azokat a megoldásokat is, amelyek során több kép alapján történik a térbeli kiértékelés –akár automatikusan-, de eközben nincs mód térbeli szemlélésre. Másik esetben a lézerszkenneres térbeli adatnyerést és a fotogrammetriai képalkotást kombinálják, és úgy jutunk képalapú (raszteres) térbeli végeredményhez, hogy közben klasszikus értelemben vett fotogrammetriai kiértékelés nem történik.

A számítástechnika fejlődése, a naponta újabb és újabb szoftverek megjelenése megújították a térfotogrammetriai kiértékelések hagyományos módszereit.