Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 17.072008
Последнее обновление: Улучшено: 26.10.2009


Часть 7        Чуть подробнее о стереонокле



Аннотация:   В этой части обсуждаются вопросы физиологического восприятия трёхмерности изображений, восстановленных из ортопар, и некоторые свойства перископического стереонокля.

 

 

Для начала – совсем немного о теории построения оптического изображения.

На рисунке 7-1 изображена схема построения изображения оптической линзой.

Рис. 7-1 Оптическая схема построения изображения

f – фокусное расстояние линзы

2f– двойное фокусное расстояние

a– расстояние от предмета до линзы

b– расстояние от линзы до построенного изображения

Из учебников по оптике можно вывести выражение взаимозависимости между отрезками «a» и «b»:

Здесь q – отношение отрезка «a» к отрезку «b».

Из анализа приведённой зависимости можно сделать вывод, что плоскость с построенным изображением располагается близко к фокальной плоскости линзы, если предмет находится от линзы достаточно далеко. Применительно к хрусталику человеческого глаза можно считать, что расстояние между хрусталиком и сетчаткой равно примерно 20 мм. Фокусное расстояние хрусталика при рассматривании объекта, отстоящего от глаза на расстоянии комфортного наблюдения (250 мм) автоматически устанавливается на величину »18.5 мм.

В части 1 было отмечено, что наименьшее напряжение мышцы хрусталика испытывают в ситуации, когда наблюдаемый предмет находится далеко от наблюдателя. В этом случае фокальная плоскость хрусталика устанавливается на »20 мм от него. С приближением предмета к глазу расстояние от хрусталика до сетчатки не изменяется. Следовательно, для построения наилучшего изображения на сетчатке, необходимо уменьшать фокусное расстояние самого хрусталика. Это осуществляется за счёт увеличения его толщины усилием мышц. Чем ближе к глазу предмет, тем большее напряжение испытывают мышцы хрусталика. Из этого можно сделать предположение, что человек сможет научиться определять расстояние до объекта по величине усилия в мышцах хрусталика.

Однако такая задача усложняется ещё тем, что глаз непрерывно сканирует пространство, фокусируя при этом хрусталик на каждую новую, видимую в данной позиции, точку. Поскольку расстояние от сканируемых точек до глаза непрерывно меняется, постольку и усилие мышц непрерывно изменяется. Выловить из постоянно меняющихся ощущений то ощущение, которое связано с конкретной точкой, - задача не самая простая.

Теперь можно рассмотреть психофизиологическое построение трёхмерного изображения при рассматривании ортопары.

Рис.7-2 Начальный момент рассматривания ортопары

На схеме рисунка 7-2 голубой и красной стрелками условно показаны, соответственно, левое и правое изображения одной и той же части объекта. Главные лучи зрения в начальный момент взаимно параллельны и направлены перпендикулярно ортопаре. Если таким способом глядеть некоторое время «сквозь» ортопару, то, как говорилось выше, компоненты ортопары сольются в общее изображение. Это изображение будет восприниматься уже как объёмное (трёхмерное).

Состояние психофизиологической слитности компонентов ортопары изображено на рисунке 7-3.

Рис. 7-3 Слияние компонентов стереопары

Соединившиеся компоненты стереопары (уже помимо аккомодации) создают ощущение конвергирования главных лучей зрения (красные пунктиры). Дальнейшая работа подсознания выделяет в изображениях сходственные изобразительные участки и непосредственно конвергирует именно на эти участки. Результат такой работы представлен на рисунке 7-4.

Рис. 7-4 Восстановление трёхмерного изображения

ап– первая точка на правом изображении

ал– первая точка на левом изображении

bп – вторая точка на правом изображении

bл – вторая точка на левом изображении

А – первая точка на восстановленном изображении

B – вторая точка на восстановленном изображении

Л – левый глаз

П – правый глаз

В данном конкретном примере объект «АВ» оказался перед экраном, а его край «А» - ближе, чем край «В».

Теперь было бы интересно посмотреть, а чем отличается восстановленное изображение для человека с другим межзрачковым расстоянием? Именно эта ситуация показана на рисунке 7-5.

«Новое» восстановленное изображение выделено чёрным цветом. Как и следовало ожидать, человеку с увеличенным RC восстановленное изображение кажется менее объёмным (более удалённым от наблюдателя), чем если бы он (наблюдатель) смотрел на реальный объект (фиолетовый цвет). Для такого наблюдателя компоненты стереопары зафиксировали ракурсы, меньше отличающиеся друг от друга по сравнению с теми (правым и левым) изображениями, которые видятся такому наблюдателю.

Рис. 7-5 Наблюдение стереопары при увеличенном RC

Л1 и П1 – глаза первого наблюдателя

Л2 и П2 – глаза второго наблюдателя

Остальные обозначения совпадают с обозначениями на рис. 7-4.

Попробуем, наконец, разобраться с принципами работы перископического стереонокля. На рисунке 7-6 показана его упрощённая схема.

Рис. 7-6 Упрощённая схема стереонокля

Л – левый глаз

П – правый глаз

Главный луч для каждого глаза проходит через середину соответствующего компонента стереопары. Благодаря зеркальным парам изображения компонентов оказываются сближенными на расстояние межзрачковой базы наблюдателя (главные лучи выделены красными линиями). Надо дополнительно повторить, что размер каждого компоненты в данном случае много больше самого RC. А именно, равен половине горизонтального размера экрана.

Для наблюдателя с другим RC главные лучи уже не будут проходить через середины компонентов, но задача сближения изображений компонентов всё-таки будет решена для любого наблюдателя.

А почему, собственно, главные лучи зрения наблюдателя должны быть параллельными, если уж всё равно имеется пара центральных зеркал? Достаточно немного изменить угол установки этих зеркал и самая главная задача по слиянию компонентов в одно изображение – будет решена! Сказано – сделано! Схема такого стереонокля показана на рисунке 7-7.

И, кстати, угол установки центральной зеркальной пары можно вообще выполнить регулируемым, чтобы наблюдатель с любым RC мог комфортно рассматривать крупноформатные ортопары.

Рис. 7-7 Стереонокль с регулируемой центральной зеркальной парой

На бумаге настолько всё замечательно, что просто грех не рекомендовать такое решение всем желающим! Так вот я, тем не менее, не рекомендую. Во всяком случае, до той поры, пока не будет обеспечено изготовление специальных зеркал. То есть зеркал с наружным покрытием и с минимально возможной толщиной защитного слоя.

На рисунке 7-8 показано влияние двойного лучепреломления в реальных зеркалах (хотя толщина зеркал, для убедительности, показана непропорционально большой).

Рис. 7-8 Эффект двойного лучепреломления

Понятно, что каждая точка в восстановленном изображении превращается в размытое пятно, которое явно не способствует получению удовольствия от такого эффекта.

Поэтому, если не имеете нужного зеркала, не беритесь за изготовление!

А можно ли снизить влияние эффекта двойного лучепреломления? Да! Снизить можно. Устранить (в перископическом стереонокле, изготовленном на зеркалах с внутренним покрытием,) - нельзя!

Для снижения влияния от обозначенного эффекта требуется максимально приблизить угол падения центрального луча к нормали зеркала. За счёт усреднения раздвоений по всей площади зеркала можно ожидать некоторого снижения размытости. Теоретически показать это можно, но сам я таких экспериментов не проводил.

ПРИМЕЧАНИЕ

Слишком велики преимущества конверпар перед ортопарами, чтоба тратить время на ортопары!

Тем не менее, предлагаю конструктивную схему улучшенного стереонокля. Кстати, улучшенным он будет считаться даже при использовании зеркал наружного покрытия. Схема представлена на рисунке 7-9.

Рис. 7-9 Схема улучшенного стереонокля

Но если стереонокль не зеркальный, а призматический (схема на рисунке 7-10)? Тогда что будет?

А будет тогда существенное улучшение восстановленного изображения! Но это уже тема другой статьи, так как себестоимость такого стереонокля становится слишком кусающейся. Тем более, что применение конвенгертора для рассматривания конверпар полностью снимает вышеобозначенные проблемы.

А вот когда начнём говорить о стереонасадке на объектив фотоаппарата, мы снова вернёмся к рассмотрению призматической перископической схемы.

Рис. 7-9 Призматический перископный стереонокль


Просмотров: 3464

Комментарии к статье:


Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]