Luento 4 Kolmiulotteiset kuvat 1
Kuvan kolmiulotteisuus 2
Stereokuva 3
Aiheita Parallaksi. Stereoskopia. Stereoskooppinen näkeminen. Stereomallin kokonaisplastiikka. Stereokuvaus. Dokumentointi stereodiakuvin. Stereokuvien tarkasteluvälineitä. Tarkastelu ilman apuvälineitä. Stereokuvaparin piirtäminen. Satunnaispistestereogrammi. Sydänsäteet. Anaglyfikuvan tuottaminen. 4
Camera obscura ( Dorling Kindersley Ltd., 1976) 5
Neulanreikäkamera 6
Kameravakio c c 7
Polttoväli f f 8
Parallaksi 9
Stereoskooppinen näkeminen Parallaktinen kulma I Kuva: Albertz, 2001 10
Stereoskooppinen näkeminen II Stereoskooppinen näkeminen perustuu binokulaariseen eli silmien yhteisnäköön, jolla tarkoitetaan ihmisen kykyä aistia näkemänsä yhtenä aistimuksena. Vaikka stereoskooppisessa näkemisessä kumpikin silmä näkee perspektiiviltään erilaisen kuvan, ne sulautuvat yhteen yhdeksi kolmiulotteiseksi stereokuvaksi. 11
Binokulaarinen konvergenssi Pisteet, jotka ovat toisen silmän suhteen samalla suoralla ja näkyvät sille yhtenä pisteenä, näkyvät toiselle silmälle eri kulmissa. Silmien näköakselit muodostavat kulman, jonka terävyys vaihtelee esineen etäisyydestä riippuen. Tätä etäisyyshavaintoon vaikuttavaa kulman terävyyttä kutsutaan binokulaariseksi konvergenssiksi. 12
Parallax disparity Parallaksikulma pienenee, kun katseluetäisyys kasvaa. Samalla kohdepisteiden kuvat siirtyvät verkkokalvolla vaakasuunnassa lähemmäs toisiaan. Kun katselupiste lähenee, pisteiden kuvat siirtyvät etäämmäksi toisistaan. Liikettä kutsutaan termeillä parallax disparity, retinal disparity. 13
Katselupiste 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. 14
Stereokuvaus ja -vaikutelma 15
Vaakaparallaksi Eri kulmat aiheuttavat kuvapisteen siirtymistä silmän verkkokalvolla. Vastinkuvapisteiden siirtyminen tapahtuu horisontaali- eli vaakatasossa, koska silmät toimivat yhteistyössä. Fotogrammetriassa tätä kuvapisteiden siirtymistä kuvataan termillä vaakaparallaksi (horisontaalinen parallaksi). 16
Kantasuhde Vaakaparallaksin muutoksen suuruus verrattuna etäisyyden muutoksen suuruuteen on käänteisesti verrannollinen etäisyyden neliöön ja suoraan verrannollinen sydänakselin eli silmien välisen janan pituuteen. Kantasuhde silmäli / katselupisteen etäisyys 17
Etäisyyshavainnon epätarkkuus Mittakaava: Kantasuhde: Parallaksi: 18
Näköterävyys Pienin havaittavissa oleva etäisyysero on 25 cm:n etäisyydellä 0.07 mm. tämä vastaa kulmana 0,001-0,002 astetta Vastaavasti voidaan laskea, että etäisyyserojen havitseminen loppuu, kun etäisyys on 600-800 metriä. 19
Monokulaarinen syvyysnäkö Etäisyyksien havaitseminen on mahdollista myös monokulaarisesti. Merkittävin syvyysvihje saadaan tällöin ns. liikeparallaksista. Parallaksi syntyy joko pään liikkeestä kohteen suhteen tai päinvastoin. Etäisyyden havaitseminen voi perustua myös kokemukseen valoista, varjoista, liikkeen nopeudesta, kohteen koosta, jne. 20
Stereokuva 21
Stereokuva Stereokuvaksi kutsutaan kolmiulotteisesti tarkasteltavissa olevaa kuvaa kolmiulotteisesta kohteesta. Stereokuvapari muodostuu kahdesta osakuvasta, jotka kumpikin 'näkevät' tarkasteltavan kohteen hieman toisistaan poikkeavista perspektiiveistä. 22
Stereoilluusio Kun stereokuvapari havaitaan - vasen kuva vasemmalla silmällä ja oikea kuva oikealla - kuvat sulautuvat mielessämme yhdeksi ja näemme kohteen stereokuvana. Käsite: stereoilluusio 23
Stereonäkemisen ehdot Stereokuvan näkeminen edellyttää sekä kuvaus- että tarkastelutekniikan hallitsemista eli sitä, että kuvat on otettu oikein ja ne muodostavat stereoparin, ja kuvat sovitetaan keskenään oikeaan asemaan tarkasteluhetkellä. 24
Täyden näön kuva Tarkasteltaessa kuvia oikein kummankin kuvan vastinpiirteet kohdistuvat tarkasti toisiinsa ja yhtyvät stereokuvaksi. Stereokuvien tarkastelu on ollut suosittu tapa jo valokuvauksen alkuajoista saakka, koska se antaa kohteesta huomattavan täydellisen kuvan yksittäiseen kuvaan verrattuna. 25
Stereokuvauksen normaalitapaus Stereokuvaus on kuvan ottamista kahdesta eri perspektiivistä. Kuvien väliä kutsutaan kannaksi. Kuvauksen aikana tulee ottaa huomioon kaksi stereotarkastelun kannalta oleellista ehtoa. 1.Kummankin kuvan kuvaussuuntien tulee olla likimain yhdensuuntaiset. 2.Kumpikin kuva tulee ottaa yhtä etäältä tarkasteltavasta kohteesta eli kuvaussuunnan tulee olla kohtisuorassa kantaa vastaan. 26
Stereokuvauksen normaalitapaus Yhdensuuntaiset kuvausakselit Sama etäisyys kohteeseen Oikein Väärin Oikein? Ok! 27
Stereokuvaus 28
Stereokuvauksen normaalitapaus Piirroksessa kuvat on esitetty positiiviasennossa eli asennossa, jossa kuvia yleensä katsotaan. Kamerassa kuva on negatiiviasennossa eli ylösalaisin. 29
Vastinpisteet Tarkastellaan mielivaltaista kohteen pistettä P ja sen kuvia P' ja P''. Pisteitä P' ja P'' kutsutaan vastinpisteiksi (homologiset pisteet). 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. 30
Sydäntaso ja sydänsuora Suoraa P'P'' kutsutaan sydänsuoraksi ja tasoa O'O''P ja sydäntasoksi Normaalitapauksessa kaikki sydänsuorat ovat yhdensuuntaisia. Synonyymeinä käytetään myös termejä epipolaaritaso ja epipolaarisuora 31
Stereokamera 32
Stereokamera SMK 40 33
Kuvakanta? Kannan suuruus riippuu kuvausetäisyydestä ja stereokuvien käyttötarkoituksesta. Pelkkään stereotarkasteluun tarkoitetuilla kuvilla kanta voi vaihdella lähes olemattomasta, siis muutamasta sentistä, ehkä enimmillään yhteen metriin. Mittaus- ja kartoituskuvauksissa kuvakanta on pidempi, koska syvyysmittauksen tarkkuutta halutaan korostaa. Ilmakuvilla kanta voi olla jopa puolet kuvausetäisyydestä. 34
Maiseman stereokuvaus Maisemakuvauksessa on tärkeää, että kuvaparia otettaessa siirrytään vaakasuoraan, jolloin kanta on horisontin suuntainen ja myös stereokuva nähdään vaakasuorassa. 35
Stereokuvaus Stereokuvien ottaminen pelkästään stereotarkastelua varten ei edellytä pitkää kantaa. 36
Stereokuvien piirtäminen 37
Vapaa stereokatselu Ilmakuvat: FM-Kartta, 1980 38
Crossed eyes Ilmakuvat: FM-Kartta, 1980 39
Parallel eyes Ilmakuvat: FM-Kartta, 1980 40
Satunnaispistestereogrammi Magic 3D 41
Stereokuvien tarkastelu (Kuvat: The Touring Institute) (Kuva: Chicago Historical Society) 42
Stereoprisma (Kuvat: Tiedekeskus Heureka, 1996) 43
Taskustereoskooppeja (Kuvat ylärivissä: Instrument Cataloque ja Ben Meadows Co.) (Alarivin kuvat: Albertz, 2001) 44
Peilistereoskooppeja (Kuvat ylärivissä: Ben Meadows Co.) (Alarivin kuvat: Albertz, 2001) 45
Stereokuvien kaksoisprojektio Kaksoisprojektiossa kuvat projisioidaan tarkastelutasolla toistensa päälle. Kuvien erottelu toteutetaan stereolaseilla, jotka suodattavat kuvat ristiin. Vasemmalla silmällä havaitaan ainoastaan vasen ja oikealla silmällä ainoastaan oikea kuva. Ilman stereolaseja kuva näkyy kahtena, koska vaakaparallaksit näkyvät vastinpisteiden välisinä vaakasuuntaisina eroina. Stereolasien läpi katsottaessa parallaksierot muuttuvat korkeuseroiksi ja kuva näkyy kolmiulotteisena. 46
Kuvien erottelu Kaksoisprojektiossa kuvien erottelu voi perustua vastavärien käyttöön (anaglyfikuvat), valon polarisointiin, tai kuvien vuorotteluun. 47
Anaglyfi-kuvapari Anaglyfi-kuvaparin kuvat projisioidaan vastavärein, oikea kuva punaisella ja vasen kuva sini-vihreällä eli syaanilla valolla. Kun kuvia tarkastellaan anaglyfilasein, aiemmin puna-viherlasein, punaista kuvaa syaanin ja sinivihreä kuvaa punaisen suotimen lävitse, kumpikin silmä näkee vain oman kuvansa. Kuvat mielletään yhdessä nähtynä kohteen kolmiulotteisena mallina, värillisenä stereokuvana. 48
Värien erottelu LEFT RIGHT LEFT RIGHT LEFT RIGHT 49
Värien valinta LEFT LEFT RIGHT RIGHT RIGHT RIGHT LEFT RIGHT 50
Anaglyfikuva LEFT RIGHT RIGHT 51
MV värien erottelu LEFT RIGHT LEFT RIGHT LEFT RIGHT 52
MV Anaglyfikuva LEFT RIGHT RIGHT 53
Polarisoidut kuvaparit Polarisoidut kuvaparit esitetään kahdella projektorilla. Toisen projektorin valo polarisoidaan pystysuuntaan, toisen vaakasuuntaan. Stereomallia tarkastellaan vastaavasti polarisoiduilla silmälaseilla. 54
Kuvien vuorotteluun perustuva erottelu Kolmantena vaihtoehtona on käytetty oikean ja vasemman kuvan vuorottaista, suurella taajuudella vuoroa vaihtavaa projisiointia. Kuvaparia tarkastellaa aktiivisin silmälasein, jonka okulaarien sulkimet tahdistetaan valaistuksen mukaan. Projektiotaajuus on luokkaa 120 Hz. 55
Stereofotogrammetrinen työasema Helava DSW 56