Das menschliche Sehsystem besteht aus

Transkript

1 Stereoskopie

2 Das visuelle System Das menschliche Sehsystem besteht aus zwei Augen die sichtbares Licht aufzeichen (d.h. elektromagnetische Strahlung mit ca nm Wellenlänge) einem vergleichsweise grossen Teil des Gehirns, insbesondere der Hirnrinde, der die aufgezeichneten Signale verarbeitet Das Auge Aufbau entspricht weitgehend der Lochkamera es werden nur Richtungen gemessen Abstand der Objekte vom Auge ( Tiefe ) geht verloren???

3 Raumwahrnehmung Monoskopischer Tiefeneindruck Verdeckungen bekannte Grössen bzw. Grössenverhältnisse bekannte Formen und Muster Schattierung

4 Raumwahrnehmung Stereoskopischer Tiefeneindruck Messung von Winkelunterschieden (Parallaxen) zwischen den beiden Augen - vgl. räumlicher Vorwärtsschnitt 3 1 2

5 Das menschliche Auge Aufbau Licht fällt durch Linse auf die Netzhaut (Retina) Muskeln ermöglichen Akkomodation: Fokussierung durch Veränderung der Linse Iris erlaubt den Durchmesser der Pupille zu verstellen: Einstellung der Lichtstärke blinder Fleck: Austritt des Sehnervs zum Gehirn

6 Das menschliche Auge Sensoren auf der Netzhaut Zapfen: Intensität und Wellenlänge Farbsehen 6 Millionen, d = 2-8 µm Stäbchen: nur Intensität 100 Millionen, d = 2 µm Fovea: dicht mit kleinen Zapfen besetzt Zapfen auf 0.8 mm Durchmesser

7 Das menschliche Auge Monoskopisches Sehen Öffnungswinkel 150º (60 innen, 90 aussen, 60 hinauf, 75 hinunter) Grösse der Fovea mit hoher Auflösung 2-3º Abbildung ist umgekehrt (vgl. Kamera), aufrechte Wahrnehmung ist vom Gehirn gelernt

8 Das menschliche Auge Messgenauigkeit Winkelmessgenauigkeit sehr schlecht (> 5º) Inzidenzprüfung sehr gut: Noniusschärfe 15 Trennschärfe zwischen verschiedenen Punkten: 1 bei deutlicher Sehweite von 25 cm: mm Auflösung 7 Linienpaare / mm

9 Das menschliche Auge Binokulares Sehen genaueste Form der Distanzmessung oft stereoskopisches Sehen, obwohl auch andere Effekte räumliche Tiefe vermitteln Parallaxe: Winkeldifferenz zwischen den beiden Augen

10 Das menschliche Auge Binokulares Sehen Vertikalparallaxe wird von Augenmuskulatur ausgeglichen Horizontalparallaxe erzeugt relativen Tiefeneindruck in der Umgebung eines fixierten Punktes (Radius 1.5º) Zu grosse Parallaxen (> 3% der Tiefe) können nicht verarbeitet werden Parallaxe muss beobachtbar sein, z.b. keine Tiefenwahrnehmung bei basisparallelen Leitungsdrähten

11 Das menschliche Auge Messgenauigkeit gemessen wird die Parallaxe γ Genauigkeit der Winkelmessung Tiefengenauigkeit für kleine γ bei gegebenem Augenabstand B Z = B Z = Z2 B Z Z = Z B relative Genauigkeit ist indirekt proportional zur Tiefe absolute Genauigkeit nimmt quadratisch mit der Tiefe ab

12 Das menschliche Auge Verbesserung der Messgenauigkeit Vergrösserung der Basis um einen Faktor n (spezifische Plastik): die Tiefe relativ zur Basis wird von Z/B auf Z/(nB) verkleinert Vergrösserung der Bilder um eine Faktor V: Messgenauigkeit ist σγ im vergrösserten Bild, daher σγ/v im ursprünglichen Bild zusammen ergibt sich eine Genauigkeitssteigerung um die totale Plastik nv Z = 1 nv Z 2 B nb B

13 Stereoskopisches Messen Künstliche Stereoskopie anstelle der 3D-Welt betrachten die beiden Augen Bilder von verschiedenen Aufnahmepositionen wahrgenommene Richtungen sind gleich, daher kann das visuelle System die beiden Fälle nicht unterscheiden eine virtuelle Messmarke mit definierter Parallaxe erlaubt das Anklicken in 3D

14 Stereoskopisches Messen Bedingungen Bilder von verschiedenen Standpunkten mit geeigneter Konfiguration keine Vertikalparallaxen (Korrektur nicht gelernt) Blickrichtungen dürfen nicht divergieren lokale Horizontalparallaxe muss im Messbereich des visuellen Systems liegen (nicht zu klein, nicht zu gross)

15 Stereoskopisches Messen Methoden optische Bildtrennung (Wheatstone 1833) durch entsprechende optische Systeme werden die Strahlen verschiedener Bilder zum Auge geführt

16 Stereoskopisches Messen Methoden Anaglyphenverfahren (Rollmann 1853) Bilder werden mit verschiedenen Farben überlagert und mit entsprechenden Brillen (Filtern) betrachtet

17 Stereoskopisches Messen Methoden Polarisation (Anderson 1891) Bilder werden mit verschieden polarisiertem Licht dargestellt und mit polarisierenden Brillen betrachtet links-/rechtsdrehend um Neigung des Kopfes zu ermöglichen

18 Stereoskopisches Messen Methoden Wechselblenden Bilder werden abwechselnd dargestellt, Augen werden synchron dazu abwechselnd mit einer Blende abgedeckt meist infrarot-gesteuerte LCD-Shutterbrillen

19 Stereoskopisches Messen Methoden Stereobildschirme LCD-displays mit sehr schmalem Betrachtungswinkel strahlen die Bilder in verschiedene Richtungen, die jeweils nur ein Auge wahrnimmt Technologie ist noch im Anfangsstadium (wenig Bewegungsfreiheit, teuer)