Maa-57.300 Fotogrammetrian perusteet

Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

(Henrik Haggrén, 12.3.2002)

Luento 2: Stereoskopia

AIHEITA

Stereoskooppinen näkeminen

Binokulaarinen konvergenssi. Katseen kohdistuessa silmät fokusoituvat tahdottomasti näköakselien leikkauspisteeseen, katselupisteeseen.  Näköakselien välistä leikkausta kutsutaan binokulaariseksi konvergenssiksi (horizontal binocular convergence) ja kulmaa ø parallaksikulmaksi (parallactic angle). Katselupisteen ympärillä oleva avaruus hahmottuu kolmiulotteisena parallaksikulman muutosten vaikutuksesta. Parallaksikulma pienenee, kun katseluetäisyys kasvaa. Samalla kohdepisteiden kuvat siirtyvät verkkokalvolla vaakasuunnassa lähemmäs toisiaan. Kun katselupiste lähenee, pisteiden kuvat siirtyvät etäämmäksi toisistaan. Liikettä kutsutaan  vaakaparallaksiksi (parallax disparity, retinal disparity).

Stereokuva


Stereoskooppeja 1800-luvulta. (The National Board of Antiquities Finland ja Chicago Historical Society)
 
 

View Master vuodelta 1939 ja Wheatstonen peilistereoskooppi. (The Touring Institute)

Stereokuvia voi katsella myös yksinkertaisin apuvälinein. (Tiedekeskus Heureka, 1996)

Stereokuvaus

Stereokuvauksen normaalitapaus. Tässä kuvat on esitetty positiiviasennossa eli asennossa, jossa kuvia yleensä katsotaan. Kamerassa kuva on negatiiviasennossa eli ylösalaisin. Tarkastellaan mielivaltaista kohteen pistettä P ja sen kuvia P' ja P''. Stereokuvauksen normaalitapauksessa kuvausakselit ovat yhdensuuntaiset ja kohtisuorassa kuvakantaa vastaan. Oletetaan, että kumpikin kuva otetaan samalta tasolta ja kuvakanta on tämän tason suuntainen. Tällöin kuvan pisteiden P' ja P'' kautta kulkeva suora on myös kuvakannan suuntainen. Pisteitä P' ja P'' kutsutaan vastinpisteiksi (homologiset pisteet), suoraa  P'P'' sydänsuoraksi ja tasoa  O'O''P ja sydäntasoksi Normaalitapauksessa kaikki sydänsuorat ovat yhdensuuntaisia.
 

Stereokuvauksen normaalitapausta arvioidaan kuvaustilanteen mukaan. Vasemmalla esitetty kuvaustilanne täyttää normaalitapauksen ehdot eli kuvaussuunta on kohtisuorassa kuvatasoon nähden. Oikealla esitetty täyttää myös, mutta kuvien projektioetäisyydet ovat eripituiset. Tämä ero voidaan korjata joko pienentämällä  tai suurentamalla toista kuvaa tarkastelutilantessa. Keskimmäisessä kuvaparissa on kyse ns. käännetystä normaalitapauksesta. Jos tätä kuvaparia halutaan tarkastella stereokuvina, kuvat on ensin oikaistava kuvakannan suuntaisiksi.

Dokumentointi stereodiakuvin

Stereokuvien tulkintavälineitä


Kokoontaitettavia taskustereoskooppeja. (Instrument Cataloque ja Ben Meadows Co.)

Peilistereoskoopit Geoscope  ja F-71. (Ben Meadows Co.)

Wild ST10 jonostereoskooppi.

Stereokuvien tarkastelu ilman apuvälineitä

Ristiinkatsomista voi harjoitella kaihtimen virkaa toimittavaan pahvinpalaseen leikatun aukon läpi. Aukon etäisyys pitää sovittaa siten, että kumpikin silmä näkee sen läpi vain oman kuvansa. Tämän jälkeen katse teroitetaan aukon etäisyydelle käyttäen aukon reunoja hyväksi. Kuvat sulautuvat tässä tasossa yhteen ja muodostavat kolmulotteisen stereokuvan. Samaa voi harjoitella toisinkin. Kaihtimen sijaan käytetään kohdistimena vaikkapa kynänkärkeä. Kun kynä sovitetaan sille etäisyydelle, jossa sen kärki osuu kummallakin kuvalla samaan paikkaan, kuvat ovat kohdakkain. Tämän jälkeen tulee katse taas terästää, nyt kynän etäisyydelle. Seuraavat kuvat ovat "crossed eyes"-tarkastelun harjoittelua varten.

Stereoscope Card "Yosemite Falls", 1901 - Underwood & Underwood. (Underwood & Underwood, 1902)

Stereoscope Card "Yosemite Glacier", 1901 - Underwood & Underwood. (Underwood & Underwood, 1902)

Yksityiskohta ilmakuvaparista, Helsinki, Sokos. (FM-Kartta Oy, 1980)

Stereoscope Card "Paavo Nurmi", for crossed eyes. (Raimo Laurén, 1996)

Stereomallin kokonaisplastiikka

P = n*v

Stereokuvien kaksoisprojektio

Tässä kuvassa kuvien erottelu perustuu vastavärien käyttöön.  Anaglyfikuvat ovat käytännössä muodostaneet ainoan varteenotettavan ja käyttökelpoisen keinon esitettäessä stereokuvia painotuotteissa, mutta sekin edellyttää anaglyfilaseja. Paljain silmin tarkasteltavia stereokuvapareja näkee painotuotteissa harvemmin, koska tarkastelu edellyttää tähän tekniikkaan harjaantunutta lukijaa.

Anaglyfikuva valmistetaan stereokuvaparista siten, että kuvat esitetään päällekkäin, vasen kuva punaisella ja oikea kuva vihreällä. Tässä tämä on toteutettu poistamalla ensin vasemmasta kuvasta sekä sininen että vihreä väri ja oikeasta kuvasta punainen väri, minkä jälkeen kuvista on muodostettu läpikuultava yhdistelmäkuva (screen composition). Kuvapari on ilmakuvauksesta ja kohteena vuoristomaisema. Alkuperäiset kuvat ovat ylinnä ja ne on esitetty ristiin, eli niitä voi tarkastella paljain silmin.

Kuva luennolta 25.1.2000. Kuvapari on valmistettu samoin kuin ylläoleva ilmakuvapari. Koska alkuperäiset kuvat ovat värikuvia, yhdistelmäkuvakin on värikuva, myös anaglyfilaseilla tarkasteltuna.

Autostereoskopia.  (Jacobus G. Ferwerda, 1982)

Stereokuvaparin piirtäminen

Stereokuvapari virtuaalimallista. Sama malli on esillä topografisena karttana luennolla 1. (Saara Mattila, 1997)

Sydänsäteet

Stereokuvauksen normaalitapaus esitettynä stereokuvaparina.  Kaikki saman sydäntason pisteet kuvautuvat samalle kuvatason leikkaussuoralle eli sydänsuoralle. Sydäntasojen yhteinen leikkaussuora on kuvakanta, jota kutsutaan myös sydänakseliksi. Normaalitapauksessa sydänsuorat kuvautuvat kuvaparilla yhdensuuntaisina. Tässä esitetty kuvapari näkyy stereoskooppisesti, kun sitä katsotaan ristikkäisin silmänakselein.

Yllä oleva kuvapari esitettynä anaglyfikuvana.

Kun stereokuvat otetaan normaalitapauksesta poikkeavasti, puhutaan konvergentista kuvaparista. Konvergentilla kuvaparilla sydänsuorat leikkavat sydänpisteissä (epipolar point, epipole). Sydänpiste on kuvan piste, jossa sydänakseli leikkaa kuvatason, eli piste,  johon naapurikuvan projektiokeskus kuvautuu. Se on myös piste, jonka kautta kaikki sydäntasot kulkevat ja jossa sydänsuorat eli sydänsäteet (epipolar ray) leikkaavat toisensa. Stereokuvauksen normaalitapauksessa sydänpisteitä ei ole. Sydänpiste ilmestyy heti, kun kameroita vähänkin käännetään toisiinsa nähden. Useimmiten sydänpiste kuitenkin kuvautuu varsinaisen kuvan ulkopuolelle.

 Sydäntasoja (epipolar plane) ovat kaikki tasot, jotka kulkevat kummankin kuvan projektiokeskuksen kautta eli sisältävät projektiokeskuksen kautta kulkevan suoran.

Vastinsydänsuorat leikkaavat toisensa suoralla, joka on kuvatasojen leikkaussuora.

Konvergentisti kuvattu kuvapari, Ateneum, Mikonkatu. (Raimo Laurén, 1981)

Sydänpisteet konvergenttikuvaparilla. (Tuula Hannonen, 1996)

 Normaalisti kuvattu stereokuvapari, Ateneum, Mikonkatu. (Raimo Laurén, 1981)

Sydänsäteet stereokuvaparilla. (Tuula Hannonen, 1996)

Satunnaispistestereogrammi

Satunnaispistestereogrammi teksturoituna: "Puput". (Bob Mannle, 1995)

Satunnaispistestereogrammiin piirrettävän taustan 1. jakso.

Satunnaispistestereogrammin tausta.

Satunnaispistestereogrammin taustan näkyminen eri syvyyksillä.

Syvyysvaikutelman aikaansaaminen satunnaispistestereogrammiin.

"1998".

"1998" piirrettynä taustakuvan päälle.

Kirjallisuutta


Maa-57.300 Fotogrammetrian perusteet
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13