Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

точки рассматриваемого предмета зависит от положения ее отно-

сительно точки фиксации. Если физиологический параллакс т]<;0,

то наблюдатель видит, что соответствующая точка (точка А) рас-

положена дальше точки фиксации. Если же т)>-0, то наблюдатель

видит, что соответствующая точка (точка В) лежит ближе точки

фиксации. Для всех точек, находящихся на гороптере, физиологи-

ческий параллакс равен нулю. Поэтому мы не замечаем удаления

точек гороптера относительно точки фиксации. Таким образом,

при заданной точке фиксации бинокулярного взора наблюдатель

отчетливо видит только те предметы, которые находятся в поле

отчетливого зрения глаз и имеют параллактические углы, отличаю-

щиеся от параллактического угла точки фиксации не более чем на

70'. На рис. 23 область отчетливого бинокулярного зрения при

данной точке фиксации заштрихована. Если не все рассматривае-

мые предметы попадают в эту область, то наблюдатель непрерывно

меняет точку фиксации.

Боковые отклонения зрительных осей составляют 45°.

Вследствие этого возникает разность расстояний от глаз до наблю-

даемого предмета и разность масштабов его изображений на сет-

чатках глаз. Максимальное значение этой разности равно 16 %,

оно образуется, когда угол отклонения зрительной оси имеет пре-

дельную величину, а расстояние до объекта равно расстоянию

наилучшего зрения. Это значение разности масштабов изображений

не вызывает двоения рассматриваемого предмета.

Двоение наблюдаемой точки возникает и в случае, когда ее

изображения попадают на несоответственные параллели сетчаток,

т. е. когда зрительные оси глаз не лежат в одной плоскости. Такого

двоения у человека с нормальным зрением при наблюдении в ес-

тественном пространстве не бывает. Оно может возникнуть в про-

цессе стереоскопического рассматривания снимков, если не выпол-

нены некоторые условия, которые будут изложены ниже. Это двое-

ние можно также вызвать искусственным путем, нажимая слегка

на нижнюю часть глазного яблока при наблюдении какого-либо

объекта. Тогда изображение на сетчатке сдвинется в вертикальном

направлении и мы увидим объект двойным.

Пусть мы отчетливо замечаем разность глубин точек А и Р (см.

рис. 21) и точка А движется по направлению к точке фиксации Р.

По мере приближения точки А к точке Р мы будем ощущать умень-

шение разности глубин этих точек. Наконец, точка А займет та-

кое положение, при котором нам будет казаться, что она и точка Р

находятся на одинаковом удалении от нас, хотя в действительно-

сти разность глубин этих точек не равна нулю. Это явление объяс-

няется ограниченностью остроты бинокулярного зрения.

Остротой бинокулярного з р е[н и я пер-

вого рода называется наименьшая разность параллактиче-

ских углов двух точек, при которой мы еще замечаем разность глу-

бин этих точек. Опытным путем установлено, что острота биноку-

лярного зрения первого рода равна 30".

Пусть разность параллактических углов точек А и Р равна

остроте бинокулярного зрения ~Лу. Найдем разность глубин, со-

ответствующую этой разности параллактических углов.

Согласно формуле (3.1) и'рис. 21 для точки фиксации напишем

с = &г/у, (3.3)

отсюда

ДО= — ОЧАТ/М- (3-4)

Следовательно, минимальная разность глубин, воспринимаемая при

бинокулярном зрении, пропорциональна квадрату расстояния до

точки фиксации.

Остротой бинокулярного зрения второго

рода называется наименьшая разность параллактических углов

для двух вертикальных прямых, при которой мы еще замечаем раз-

ность глубин этих прямых. Опыты показали, что острота биноку-

лярного зрения второго рода равна 10".

Острота бинокулярного зрения у различных людей различна.

Кроме того, она зависит от освещенности наблюдаемых предметов,

контрастности их относительно

фона, формы предметов, продол-

жительности рассматривания их и . ,

от других факторов. Приведен- ^^

ные выше значения остроты бино-

кулярного зрения являются сред-

ними для наблюдателей с нормаль-

ными глазами, рассматривающих

объекты в благоприятных услови-

ях. Эти величины приняты в фо-

тограмметрии для расчетов.

Пусть точка фиксации удалена Рис. 24

от наблюдателя настолько, что

параллактический угол равен остроте бинокулярного зрения —

30". В этом случае наблюдатель не может оценивать разность глу-

бин точки фиксации и точек, лежащих дальше.

Расстояние, соответствующее параллактическому углу, равному

остроте бинокулярного зрения, называется радиусом не-

вооруженного бинокулярного зрения. Обо-

значив эту величину через Я, найдем по формуле (3.3)

Л = Ь

/Ау = (65 ммр")/30" = 450 м.

Однако опыт показывает, что мы замечаем разность глубин и

при расстояниях, значительно превышающих 450 м. Этот факт

объясняется не физиологическим параллаксом, а косвенными при-

знаками восприятия глубины: законами перспективы, тенями,

уменьшением яркости и выпуклости удаленных предметов и др.

Радиус бинокулярного зрения можно увеличить при помощи

телестереоскопа (рис. 24), призмённого бинокля или стереотрубы,

искусственно увеличивающих глазной базис (В

вместо Ь

) и повы-

шающих остроту бинокулярного зрения благодаря увеличению

изображений в этих приборах.

Обозначив радиус вооруженного бинокулярного зрения через

Р', а увеличение прибора через а, получим

Я' = (В

1Ь

) (3.5)

Коэффициент, стоящий перед в правой части этого выражения,

называется общей пластичностью

со = (В

)о. (3 6)

Итак, минимальная разность глубин, которую мы воспринимаем

при помощи стереоприбора, в со раз меньше соответствующей раз-

ности глубин, оцениваемой при невооруженном бинокулярном

зрении.

§ 11. Стереоскопическое наблюдение снимков

Восприятие глубины возможно не только при наблюдении пред-

метов, но и при рассматривании их плоских перспективных изоб-

ражений.

Пусть А, Р и В (рис. 25) —точки рассматриваемого наблюда-

телем предмета, о

и о

— узловые точки глаз, а

[

, Ъ

, а

— изображения точек А, Р и В на

сетчатках левого и правого глаз, Р —

точка фиксации.

Пересечем пучки лучей о

АРВ и

АРВ плоскостями Р

и Р

, которые

могут быть расположены произвольно.

Точки а\, /I, ЬI и а'

, /2, Ь'

являются

следами пучков на плоскостях и пред-

ставляют собой перспективные изобра-

жения предмета с центрами проекций

в точках о

и о

Теперь удалим предмет и поставим

между глазами вертикальный экран так,

чтобы каждый глаз видел только соот-

ветствующую ему перспективу. Тогда

левый глаз будет восстанавливать точку

А на линии о-^а'и а правый — на линии

а'>' Поэтому при наблюдении двумя

глазами точка будет казаться располо-

женной на пересечении линий о

аI и

о^аг, т. е. в том месте, которое зани-

мала в пространстве соответствующая

точка предмета. То же самое можно

сказать и в отношении точек Р и В. Следовательно, рассматривая

два плоских перспективных изображения одного и того же пред-

мета, например два снимка, можно получить одно пространствен-

ное изображение или, как говорят, стереоскопический эффект.

Однако для этого необходимо выполнить ряд условий, вытекаю-

щих из рассмотренных выше особенностей бинокулярного зрения,

Рис. 25

а именно: 1) снимки должны быть получены с двух различных то-

чек пространства; 2) разность масштабов снимков не должна пре-

вышать 16 % от их значений; 3) каждым глазом должен наблю-

даться отдельный снимок; 4) снимки должны быть расположены

относительно глаз так, чтобы соответственные зрительные лучи,

например оф'х и о

а2, пересекались. Это требование не является

строгим, так как стереоэффект возникает и при небольшом расхож-

дении соответственных лучей; 5) угол, под которым пересекаются

Рис. 26

Рис. 27

соответственные лучи, не должен превышать 16°; 6) при данном

значении параллактического угла должна обеспечиваться соот-

ветствующая аккомодация.

а' Ь

Р7

$ ч

Вг

Рис. 28

Стереоскопический эффект можно получить невооруженным

глазом. Для этого снимки устанавливают перед глазами так, чтобы

расстояние между соответственными точками а

и а

было близким

к величине глазного базиса, а линия, соединяющая эти точки,

была параллельна ему (рис. 26). Затем снимки наблюдают, стараясь

направить зрительные оси глаз параллельно друг другу, для чего

требуется некоторое напряжение зрения. В результате вместо

двух плоских изображений наблюдатель увидит одно рельефное.

Обычно это достигается после более или менее продолжительной

тренировки, которую целесообразно начинать с простых стереоско-

пических чертежей (рис. 27).

Стереоскопическое рассматривание снимков невооруженными

глазами затрудняется тем, что конвергенция зрительных осей в

2 Зак. 1505 33

этом случае значительно не соответствует аккомодации глаз: зри-

тельные оси устанавливаются почти параллельно, а глаза аккомо-

дируются на расстояние около 25 см.

Стереоскопический эффект получается легче с помощью стерео-

скопа. Для рассматривания снимков небольшого формата (6x6 см)

изготовляют линзовые стереоскопы (рис. 28, а), а для наблюдения

снимков большого формата — зеркальные стереоскопы (рис. 28, б).

Зеркальные стереоскопы (рис. 29) часто снабжаются и линзами

для рассматривания снимков с увеличением.

Рис. 29

Расстояние (см. рис. 28) от глаза наблюдателя по ходу централь-

ного луча до снимка называется главным расстоянием

стереоскопа. Если в стереоскопе имеются линзы, то й из-

меряется от центра линзы по ходу центрального луча до снимка.

Увеличение стереоскопа

V = 250Я (3.7/

где й должно быть выражено в мм.

Расстояние между центрами больших зеркал называется б а -

.зисом стереоскопа (В

Для стереоскопического рассматривания снимки устанавли-

вают так, чтобы начальные направления о

о'2 и о

о[ были на од-

ной прямой, параллельной базису стереоскопа, а расстояние ме-

жду какой-либо парой соответственных точек, например а

и а

(рис. 30, а), приблизительно равнялось базису стереоскопа.

Стереоскопический эффект получается прямым (горы изо-

бражаются горами, а низины—низинами), если левый глаз видит

а,,

•а

Р,

Рг

•Г

Р,

.тении снимок, а правый глаз — правый (рис. 30, а), или обрат-

ным (горы изображаются низинами, низины — горами), если

перед левым глазом установлен правый снимок, а перед правым —

.тенмй (рис. 30, б).

11ластичность стереоскопической модели будет максимальной,

если начальные направления параллельны глазному базису. Если

же начальные направления составляют некоторый угол с глазным

базисом, то пластичность становится меньше. Она уменьшается

по мере возрастания этого угла

<>т 0 до 90°. Когда начальные на-

правления перпендикулярны

к глазному базису (рис. 30, е),

пространственное изображение объ-

екта становится плоским, полу-

чается так называемый нуле-

вой стереоэффект.

Изменение пластичности модели

при перестановке или вращении

снимков возникают вследствие из-

менения величины и знака физио-

логического параллакса.

Подсчитаем минимальную раз-

ность высот А к, оцениваемую при

помощи стереоскопа при макси-

мальном прямом (или обратном)

стереоэффекте. Для этого исполь-

зуем формулу (3.3), заменив в ней

расстояние от наблюдателя до объ-

екта И и глазной базис Ь

соот-

ветственно высотой съемки Я

и базисом фотографирования В.

Кроме того, разделим правую часть формулы на коэффициент

/ : й, представляющий собой увеличение изображения, наблюдае-

мого в. стереоприборе, по сравнению с изображением, видимым не-

вооруженным глазом в естественном пространстве с точки фотогра-

фирования. Получим

НЧ

Ак

= -^~А

т>

(3.8)

В!

где / — фокусное расстояние фотокамеры,

с1

— главное расстояние

стереоскопа, Ду — острота бинокулярного зрения первого рода

[2].

Подставив в равенство (3.8) значения

В = (Я//) Ь и й = 250/»,

где Ъ — базис фотографирования в масштабе снимка, а

личение стереоприбора, найдем

НАу

в •

К .О

сГ

Рис. 30

уве-

АН = 250

Ьь

(3.9)

В табл. 4 приведены значения АН для различных значений вы-

соты фотографирования Н и увеличения стереоприбора V. При со-

ставлении таблицы принято Ау = 30" и Ь = 70 мм (размер сним-

ков 18 X 18 см, продольное перекрытие 60 %).

Таблица 4

Главное

расстояние,

мм

Увеличе-

Минимальные разности высот

при высоте Н (в к)

АН (в м)

Главное

расстояние,

мм

ние

0,5

1,0

2,0

5,0 20

. 300

500

0,5 0,52 1,04

2,08

5,2 20,8

312

250

1,0

0,26

0,52

1,04 2,6 10,4

156

167

1,5

0,17 0,35

0,69

1,7

6,8 102

125

2,0

0,13

0,26 0,52

1,3 5,2

4,0

0,06

0,13

0,26

0,6 2,4 39

6,0

0,04

0,09 0,17

0,5

1,8

8,0

0,03

0,06

0,13 0,3

1,3

§ 12. Интерпретоскоп Цейсса

Для стереоскопического рассматривания и дешифрирования

снимков фирма Цейсс изготовила специальный прибор — интер-

претоскоп (рис. 31).

Прибор состоит из бинокулярного микроскопа и стола с проз-

рачным стеклянным экраном, на котором устанавливают снимки.

Микроскоп имеет две

части —• подвижную и не-

подвижную. Подвижная

перемещается по двум вза-

имно перпендикулярным

направлениям. Увеличение

микроскопа можно изме-

нять при помощи панкра-

тической системы и двух

взаимозаменяемых объек-

тивов с различными фо-

кусными расстояниями.

Изменение увеличения осу-

ществляется плавно как

одновременно в левой и

правой ветвях бинокуляра,

так и отдельно в каждой

ветви. Это обеспечивает

возможность выравнивания

масштабов левого и пра-

вого изображений даже

в случае, когда масштабы

снимков, составляющих

Рис. 31 стереопару, значительно

<сличаются друг от друга. Изображения снимков можно оптиче-

км поворачивать, что позволяет наблюдать неразрезанный

фильм и быстро переходить от прямого стереоэффекта к обрат-

ному или нулевому.

Марку бинокуляра на точку стереомодели наводят четырьмя

ншжениями подвижной части наблюдательной системы: совмест-

Рис. 32

перечном направлениях и движениями одного объектива относи-

тельно другого в тех же направлениях. Перемещение одного объек-

тива относительно другого в продольном направлении можно от-

считать, что необходимо для измерительных целей.

Интерпретоскоп выпускается в двух вариантах — с одним би-

нокуляром и с двумя. Для учебных целей второй вариант представ-

ляет наибольший интерес. На рис. 32 изображена оптическая схема

интерпретоскопа с двумя бинокулярами. Здесь: 1 — первый би-

иокуляр, 2 — панкратическая система, 3 — светоделительный ку-

бик, 4 — прямоугольная призма, 5 — оборачивающая система

и 6 — второй бинокуляр.

Второй вариант интерпретоскопа отличается от первого тем, что

вместо прямоугольной призмы, направляющей все лучи от панкра-

тической оборачивающей системы 2 в первый окуляр, применяется

полупосеребренный кубик 3, склеенный из двух прямоугольных

призм и обеспечивающий пропускание 50 % света через дополни-

тельную прямоугольную призму 4 в плоскость промежуточного

изображения. В этой плоскости расположена марка второго бино-

куляра 6. При помощи двухкомпонентной оборачивающей системы

5 промежуточное изображение проектируется в плоскость изобра-

жения второго бинокуляра. Оба бинокуляра имеют одинаковую

конструкцию.

Интерпретоскоп с двумя бинокулярами используется не только

для учебных целей, но и для производственных работ при дешифри-

ровании сложных объектов, когда возникает необходимость одно-

временного рассматривания стереопары двумя наблюдателями.

Основные характеристики интерпретоскопа

Формат снимков До 30X30 см

Увеличение наблюдательной системы От 2 до 6 и от 5 до 15

Поле зрения 200 мм : увеличение

Оптический поворот Изображений До 360°

Допустимая разномасштабность снимков . . . . До 1 : 7,5

Точность отсчета разности продольных параллак-

сов 0,02 мм

Размеры прибора 126X70X128 см

Масса прибора 176 кг

§ 13. Измерение снимков и модели

Координаты точек одиночного снимка можно измерить при по-

мощи циркуля и масштабной линейки или специального прибора—

монокомпаратора. Эти способы измерения снимков основаны на

свойствах монокулярного зрения и называются монокуляр-

ными. Они не позволяют точно отождествлять неконтурные со-

ответственные точки на соседних снимках.

Стереоскопические способы измерения снимков и модели, осно-

ванные на свойствах бинокулярного зрения, обеспечивают высокую

точность определения положения точек как контурных, так и не-

контурных.

К стереоскопическим способам относятся способ мнимой марки,

способ действительной марки, анаглифический способ, поляроид-

ный способ и способ бленд.

Способ мнимой марки применяется для измерения

пары снимков и модели. На стереопару накладывают две марки —

одну на левый снимок, другую на правый. При стереоскопическом

рассматривании снимков и марок наблюдатель видит пространст-

венную модель и одну марку вместо двух. Две марки сливаются

в нашем зрительном впечатлении в одну, как сливаются два снимка

в одно рельефное изображение. Получается мнимое изображение

сфотографированного объекта — стереоэффект и мнимая марка.

Изменение положения марок на снимках вызывает пространствен-

ное перемещение мнимой марки. Поэтому мнимую марку можно

совместить с любой точкой видимой модели. Если такое совмеще-

ти- .постигнуто, то действительные марки находятся на соответст-

вии их точках стереопары. Движения действительных марок учи-

11.ишютси, что позволяет измерить координаты и параллаксы то-

* и

• к

стереопары.

Пусть, например, при помощи стереоскопа мы наблюдали пару

1 иммков и Р, (рис. 33, а) и получили стереоэффект. При этом

• пммки установлены так, что^оси х их находятся на одной прямой.

Наложим на снимке две одинаковые по форме и размерам марки

и т

так, чтобы прямая т

была параллельна оси х.^Пусть

марки имеют следующие движения: 1) совместное движение, па-

Рис.. 33

раллельное оси х; 2) совместное движение, перпендикулярное к оси

*; 3) движение одной марки относительно другой, параллельное

оси х. Кроме перечисленных движений марок необходимо преду-

смотреть еще возможность смещения одного снимка относительно

другого перпендикулярно к оси х. Четырех движений вполне до-

статочно для совмещения марки т

с любой точкой снимка Р

например с точкой а

, и марки т

с соответствующей точкой а

снимка Р

Наблюдая снимки при помощи стереоскопа, мы видим модель

и мнимую марку т (рис. 33, б). Изменение расстояния между дей-

ствительными марками т

и т

вызывает перемещение мнимой

марки т по глубине. Если расстояние между действительными

марками больше расстояния между соответственными точками а

и а

, то мнимая марка будет дальше точки а модели и наоборот.

Если мнимая марка совмещена с точкой а модели, то действи-

тельные марки т

и т

совмещены с соо ветственными точками а

и а

. Наоборот, если действительные марки совмещены с соответст-

венными точками, то мнимая марка наведена на соответствующую

точку модели. Таким образом, можно стереоскопически опозна-

вать на снимке точку, соответствующую данной точке на другом

снимке. Пусть марка т1 наведена на какую-либо точку снимка Р

которая не является контурной и не может быть опознана моно-

кулярно на снимке Р

. Найдем соответствующую точку на снимке