Fotogrammetria - Stereoscopia

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3 restituzione - stereoscopia
La condizione che deve essere
verificata perché si realizzi
l’orientamento esterno è la
complanarità dei raggi omologhi
Perché i raggi omologhi si
intersechino devono essere
complanari
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3 restituzione - stereoscopia
Se i raggi omologhi sono
complanari, variando la quota
del piano XY, a un certo punto i
raggi si incontrano
Variando la quota del piano XY
si evidenzia una parallasse
esclusivamente secondo la
direzione di X
> > px parallasse di quota
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Se i raggi omologhi non sono
complanari, oltre alla
componente px (che si annulla
con una traslazione di XY) esiste
sempre anche una componente
py
> > py parallasse trasversale
Se in un punto la parallasse
trasversale è nulla i raggi
omologhi sono complanari
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La visione binoculare è la caratteristica del sistema visivo
per cui un'immagine viene proposta sul piano retinico da
entrambi gli occhi.
Quando entrambi gli occhi partecipano a formare un'unica
percezione visiva si parla di binocularità.
Il presupposto indispensabile per l' organizzazione della
visione binoculare, è che entrambi gli occhi osservino una
stessa area dello spazio, e che non siano presenti
deviazioni degli assi visivi.
Il cervello riceve una doppia immagine di ciascun oggetto,
una da ogni occhio: il cervello ha la capacità di unirle in
un'unica immagine. Questa capacità viene chiamata
fusione.
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“Sensazione del rilievo”: percezione della differenza delle distanze fra oggetti posti di fronte
all’osservatore.
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Considerando quando avviene all’interno degli occhi, la sensazione del rilievo si ha quando le
coppie di immagini relative ad uno stesso punto si formano in zone della retina che non si
corrispondono esattamente (perché tra gli occhi c’è una certa distanza e quindi lo stesso
oggetto è visto da due angolazioni leggermente diverse).
Quando questo si verifica il cervello fonde egualmente le immagini e sfrutta le lievi differenze
che hanno per capirne la esatta collocazione nello spazio: in questo modo il cervello riesce a
comprendere una ulteriore informazione, cioè la conformazione tridimensionale.
Si realizza in tale modo la visione stereoscopica di un oggetto.
5.5 – 7.5 cm
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Stereoscopia
Dal Greco Stereos = solido e scopos = che guarda.
Tecnica per la riproduzione degli effetti tridimensionali della visione binoculare
La visione monoculare o monoscopica non è sufficiente a farci apprezzare la
profondità o terza dimensione
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Angolo parallattico o parallasse angolare: angolo formato dai
due assi visuali, avente per vertice il punto osservato
P
B
P1
P2
Quando l’osservatore guarda un punto P i bulbi oculari ruotano in modo che le
immagini P1 e P2 cadano nella fovea (la zona più sensibile della retina)
Se fosse possibile misurare l'angolo della parallasse e la distanza tra i due punti di
osservazione si potrebbe calcolare la distanza dell'oggetto (intersezione)
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P
P1
B
Q
P2
Un punto Q che si avvicinasse o allontanasse rispetto a P, provocherebbe, al fine di mantenere la
collimazione, una variazione angolare della posizione di una delle due pupille.
Gli assi visuali risulteranno quasi paralleli fra loro o convergeranno a seconda che si stia osservando un
punto molto distante o un punto vicino.
Se il punto osservato è molto vicino tale convergenza diviene molto grande e lo sforzo di
accomodamento degli occhi diviene eccessivo: oltre un certo limite la fusione delle immagini risulta
impossibile e osservato si vedono due immagini (diplopia).
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P
P1
B
Q
P2
Acuità stereoscopica: minimo valore di differenza dell’angolo di parallasse percepibile. E’
generalmente dell’ordine di 10”-15”
Punto stereo infinito: La distanza più lontana oltre la quale un punto non mostra una
parallasse percepibile. Corrisponde a circa 200 metri.
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P
P1
B
Q
P2
La sensazione del rilievo è differenziale: l’apparato visivo può commettere forti errori
nel valutare le distanze assolute degli oggetti, ma può valutare con notevole precisione
piccole differenze di distanza fra punti osservati.
Se nel campo visivo sono presenti più punti, posti a distanze diverse fra loro, ad essi
corrisponderanno parallassi angolari anch’esse diverse fra loro, grazie alle quali
avremo la percezione delle distanze relative tra i punti osservati.
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L’occhio umano apprezza la posizione di un punto egualmente sia in X che in Y che in Z
alla distanza della visione distinta, cioè a 25 ÷ 30 cm (base dell’intersezione in avanti pari
a 1/3 - 1/4 della distanza dell’oggetto).
Ponendo questo a distanza via via maggiori, la capacità di stima della distanza
dell’oggetto decade con il quadrato della distanza
E’ utile aumentare l’acuità stereoscopica (cioè la sensazione del rilievo) quando:
> si osservano oggetti ad una distanza superiore al punto zero infinito
> si vuole avere una maggiore sensazione di differenza di profondità
Una buona intersezione in avanti si fa con una base di osservazione
corrispondente appunto a 1/3 ÷ 1/4 della distanza dell’oggetto
> > è sufficiente aumentare la base di osservazione
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1. Osserviamo due fotografie dello stesso oggetto, riprese da due punti di presa
diversi da loro, secondo uno schema di presa pseudo-normale.
Poiché il punto di presa (centro di proiezione), non è lo stesso, le due immagini sono differentemente disposte
sui fotogrammi e più o meno differenti fra loro.
2. Individuiamo su ciascuna fotografia il punto immagine corrispondente al
medesimo punto oggetto.
3. Poniamo ciascuno dei due punti immagine prescelti al centro dei due nostri campi
visivi, (sinistro e destro), ad una interdistanza corrispondente esattamente alla nostra
distanza interpupillare e ad una distanza dagli occhi pari a quella della visione
distinta.
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In questa condizione, quando osserviamo questi due punti, gli assi visuali risultano
paralleli fra loro come se stessimo osservando due punti a distanza infinita > > Le due
immagini del punto preso in considerazione si "fondono" nel nostro cervello in una
sola.
Di tutti gli altri punti che stanno intorno al punto suddetto si hanno immagini, che
vengono viste sotto angoli parallattici diversi fra loro e diversi dall’angolo parallattico
sotto cui viene visto il punto scelto come riferimento.
Il cervello interpreta queste differenze angolari come parallassi stereoscopiche e
fonde le immagini dei punti delle due fotografie in un’unica immagine tridimensionale
in cui tutti i punti osservati appaiono situati avanti od indietro rispetto al punto
assunto come riferimento.
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Il mantenere paralleli fra loro gli assi visuali diretti verso il punto di riferimento richiede
un certo sforzo ed un certo allenamento. Per evitare tale sforzo e rendere facile per
chiunque l’osservazione stereoscopica è sufficiente interporre fra gli occhi e le
fotografie due lenti di lunghezza focale appropriata che consentono di vedere a fuoco
le foto e di osservare comodamente all’infinito, (raggi visuali paralleli). Su questo
principio si fonda lo stereoscopio.
Stereoscopio a lenti
Stereoscopio dotato di
lenti per permettere a
ciascun occhio di vedere
l'immagine che gli
compete
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Tra Ottocento e Novecento
l'interesse per la fotografia
stereoscopica raggiunge il suo
apice. Centinaia di piccoli e
grandi editori proponevano
ricchi cataloghi e vaste serie
tematiche, per soddisfare le
richieste di una clientela
sempre più avida d'immagini.
Di lì a poco, l'affermarsi della
cartolina postale e del cinema
porterà alla crisi della
produzione e della vendita di
questo genere di fotografie
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Stereoscopio a specchi
Stereoscopio dotato di specchi per permettere a ciascun occhio di vedere
l'immagine che gli compete.
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Occhiali passivi - anaglifici
Sono costituiti semplicemente da filtri che
permettono il passaggio di un solo colore primario
per occhio. In questo modo è possibile far arrivare
un'immagine diversa ad ogni occhio semplicemente
fondendo le due immagini a diversi colori in una
sola, lasciando ai filtri di eseguire in automatico la
separazione.
Normalmente si usano le coppie di colori rosso-ciano o rosso verde.
Convenzionalmente si utilizza il filtro rosso per l'occhio sinistro e il filtro
ciano per l'occhio destro, per l'osservazione di immagini in cui si utilizza il
colore ciano per la stampa dell'immagine sinistra e il colore rosso per la
stampa dell'immagine destra
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Assieme alla fusione sensoriale
si verifica una fusione
colorimetrica: i colori percepiti
dai due occhi si sommano
ottenendo la riproduzione del
colore per sintesi additiva.
E’ quindi possibile utilizzare
immagini prive dei colori
primari (il verde e il blu nel
canale colorato di rosso e il
rosso nell’altro), ottenendo
un’immagine stereoscopica con
una resa colorimetrica
accettabile.
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E’ un'immagine in bianco e nero
con dei "riflessi" blu e rossi.
Guardando dalla lente blu il
riflesso blu non si nota
(essendo dello stesso colore
scompare) mentre il riflesso
rosso diventa scuro e visibile.
Lo stesso accade per la lente
rossa: ogni occhio vedrà una
sola immagine che poi il
cervello elabora e ricrea
l'effetto di tridimensionalità.
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Occhiali passivi – polarizzati – e schermo polarizzante:
l'operatore indossa un paio di occhiali con lenti polarizzate e davanti allo schermo viene
posto uno speciale dispositivo costituito da un vetro polarizzante.
Polarizzazione lineare: In ottica è un fenomeno fisico della radiazione elettromagnetica
che consiste nell'oscillazione della radiazione su un solo piano, anziché su tutti i piani,
come avviene per la radiazione non polarizzata.
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Questi sistemi permettono
angoli di visuale molto ampi e
sono molto confortevoli se usati
con schede e monitor ad alta
frequenza.
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Occhiali attivi
le immagini vengono 'interlacciate' sul video ad una
frequenza di almeno 120Hz (60 hertz per occhio). L'operatore
indossa un paio di occhiali con lenti a cristalli liquidi che
oscurano alternativamente gli occhi in sincronizzazione con il
display. Un emettitore posto sopra il video emette un segnale
a raggi infrarossi che sincronizza l'apertura e la chiusura delle
lenti con la frequenza di refresh delle immagini a video.
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Quando il cervello
riceve le immagini in
successione
sufficientemente
rapida, fonde le
immagini in una scena
singola e percepisce la
profondità.
Ci vuole una velocità di
scambio (swapping
rate) del display
abbastanza alta (min.
60 hz) per evitare di
percepire lo sfarfallio.
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Head Mounted Display (HMD)
Queste apparecchiature usano una sorta di elmetto o di grossi occhiali per
posizionare piccoli display di fronte a ciascun occhio, con una speciale ottica per
mettere a fuoco e allungare il campo visivo percepito. La maggior parte degli HMD
usa due display e può fornire immagini stereoscopiche.
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L’osservazione stereoscopica dei fotogrammi consente la precisa individuazione e
collimazione dei punti omologhi sui fotogrammi.
M1
M2
Oculari
y1
p
y
p
x
x1
Stereocomparatore: osservando agli oculari appaiono sempre due immagini
dell’oggetto con nel centro l’immagine di una marca di collimazione.
La marca è fissa rispetto all’occhio, mentre i movimenti impressi allo strumento sono
percepiti come relativi della marca rispetto all’immagine dell’oggetto.
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1. I due punti omologhi sono collimati
(le due immagini delle marche sono
sovrapposte alle due immagini dello
stesso punto oggetto).
L’osservatore vede un’immagine
stereoscopica dell’oggetto e,
sovrapposta al punto collimato,
un’unica marca stereoscopica di
collimazione
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2. Dando un piccolo spostamento
relativo fra una marca e l’immagine
dell’oggetto lungo la direzione della
base di osservazione,
l’osservatore percepisce il
movimento come la variazione di
profondità dell’unica marca
stereoscopica
Il richiamo alla fusione
stereoscopica dell’immagine
dell’oggetto è psicologicamente
predominante: si propende per
interpretare lo spostamento
relativo come operato dalla marca
piuttosto che dall’oggetto
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3. Aumentando lo spostamento
relativo fra una marca e l’immagine
dell’oggetto lungo la direzione della
base di osservazione,
l’osservatore continua a vedere
un’immagine stereoscopica del
terreno, ma le due marche si
sdoppiano nella direzione della
base.
4. Se si aumenta ancora lo
spostamento relativo si arriva allo
sdoppiamento delle immagini
dell’oggetto
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Lo spostamento relativo tra marca e
immagine secondo la direzione della base
rappresenta la parallasse longitudinale.
Variazioni di parallasse longitudinale sono
percepite – entro certi limiti – come
variazioni di profondità di un’unica marca
stereoscopica di collimazione.
parallasse longitudinale
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Imponendo uno spostamento relativo
secondo la direzione normale alla base
di osservazione
l’osservatore vede immediatamente la
marca sdoppiarsi in senso normale alla
base: il richiamo alla fusione
stereoscopica dell’immagine
dell’oggetto è predominante ma la
rotazione indipendente dei bulbi
oculari attorno alla base di
osservazione fa cadere le immagini
delle marche in punti con y retiniche
diverse
parallasse trasversale
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