Sztereopár látás, 1. fejezet - A háromdimenziós technikák pszichológiai és fiziológiai háttere


Kérlek kattints ide, ha a dokumentum olvasóban szeretnéd megnézni! Előszó: A TDK dolgozatom témája elsősorban a vizualizáció értelmezése, a vizualizáció folyamatának leírása, a virtuális térbeli képek anaglif ábrák elkészültéig tartó folyamat, valamint annak fontosabb állomásait bemutatni. A virtuális háromdimenziós képalkotás másik ágának a sztereopárok elkészítésének rövid leírása, végül de nem utolsósorban az anaglif ábrákon végrehajtható sztereopár látás módszerének, és számítások elvének ismertetése.

Köszönetnyilvánítás Szeretnék köszönetet mondani konzulensemnek, Dr. Gácsi Zoltán tanár úrnak szakmai tanácsaiért, és az építő kritikáért melyek nagymértékben elősegítették munkám elkészültét, valamint Sárközi Gábor doktorandusz hallgatónak, aki szintén hozzájárult, hogy munkám időben elkészülhessen, Kovács Árpádnak a scanning-elektronmikroszkópos képek elkészítéséért, valamint Kis-Pál Lászlónak, aki az anyaggyűjtésben, az animációk elkészítésében sietett segítségemre, illetve végül - de nem utolsó sorban - a fémtani tanszék laboránsainak, akik a próbatesteket készítették elő.

Balogh Gábor anyagmérnök-informatikus hallgató Térbeli objektumok vizualizációja 4 2. Bevezetés Az emberi látás alapjai Mielőtt részletesen foglalkoznánk a vizualizációval és a vizualizáció műveleteivel, jó ha megismerjük az emberi látás alapjait. Sok hasonlóság és néhány különbség figyelhető meg.

Látvány, ha nem lát messze -

Az ember a látás során öt különböző információt érzékel. A tárgyak világosságát, a tárgyak színét, a tárgyak alakját, a tárgyak mozgását és a tárgyak térbeliségét. A látás legfontosabb eszköze az emberi szem, amelynek sematikus rajzát az 1. A közegeken áthaladva mindenütt érvényes Kérlek kattints ide, ha a dokumentum olvasóban szeretnéd megnézni!

A tárgy képe az emberi szem lencserendszerén keresztül a látóidegre vetül, ahol egy valódi, kicsinyített, fordított állású kép jön létre.

Az emberi szem belsejét a retina borítja, aminek két jellegzetes pontja ha a látása rossz, mint a szülés látógödör és a vakfolt, míg a látógödörben a legélesebb a látás, addig az ún.

A lencsét tartó izmok a lencse görbületét változtatva változtatják annak fókusztávolságát, így a szemünk különböző távolságban lévő tárgyak képét tudja a retinára vetíteni. A szem működéséhez az is hozzátartozik, hogy a szivárványhártya a pupillát szűkítő izmokból áll, amely képes a szembe jutó fény mennyiségét szabályozni. Sztereopár látás retinán a fotonok érzékelésére alkalmas pálcikák és csapok találhatók.

A pálcikák teljes mennyisége kb. De közepes intenzitású fénynél már telítődnek. Így a pálcikák felelősek a sztereopár látás, a fényintenzitás érzékeléséért, valamint a sötétben történő látásért. A pálcikák színek érzékelésére nem alkalma- Térbeli objektumok vizualizációja 5 sak. A csapok száma kb.

A csapok felelősek a színes látásért is. A retinában tulajdonképpen háromféle csap van: a vörös, a zöld és a kék hullámhosszúságú fényre érzékeny csap. A kiválasztás tetszőleges lehet. Például egy zöld típusú csap vörös fénnyel is ingerelhető, de ehhez jóval nagyobb intenzitású fényre van szükség.

Azt, hogy a különböző csapok milyen spektrális eloszlású fény érzékelésére alkalmasak, amint azt a 2. Éppen ezért a látógödör képes a legélesebb, és a legtöbb szín érzékelésére.

sztereopár látás

A pálcikák mennyisége a széleken valamelyest nő, itt viszont a csapok mennyisége minimális. A vakfoltban sem csap, sem pálcika nem található. A szemlencsét mozgató izmok az agy parancsára arra törekednek, hogy a kép mindig a látógödörben legyen, ugyanis az optikai ingerületeket továbbító idegrostok száma 11,2 millió körül van.

Navigációs menü

A két szem optikai tengelye egymástól mm távolságban van. A térbeli látásnak az a lényege, hogy a fókuszban lévő tárgy képe a látógödörbe vetül, míg az ettől távolabb lévő tárgy a retinának az ún. A tanulási folyamat során az agyunk elsajátította, hogy a retina nazális részén lévő tárgyak a fixált ponttól távolabb vannak.

sztereopár látás

Minél nagyobb a retinán leképzett tárgyrészletek közötti távolság, annál közelebbinek érzékeljük a fókuszban lévő tárgyak környezetét.

Az sztereopár látás látást a következő paraméterekkel jellemezhetjük: - geometriai felbontás, azt jelenti, hogy adott távolságban milyen közellévő két pontot tudunk megkülönböztetni, ennek nagysága függ a fény hullámhosszúságától. Zöld fényben a legjobb ez a felbontás: 0,5 szögperc. A kényelmes olvasás szemtávolságában ez az érték 0,2 mm. Az emberi szem nm hullámhosszúságú tartományban érzékeli a fényt.

Az agyunkban keletkező színérzetet a valóságban előforduló szín három jellemzője befolyásolja: 1. A szemünk kb. A barna szín spektrális eloszlása a sárgával azonos, de más az intenzitás vagy világosság értéke. Átlagosan mintegy ötszáz intenzitásfokozatot tudunk a szemünkkel megkülönböztetni. Ugyanakkor például a rózsaszín néhány százalékban fehér összetevőt tartalmazó vörös.

Az átlagos szem húsz különböző telítettségi fokozatot tud elkülöníteni. A tárgyak valóságban azért lesznek különböző színűek, mert a rájuk eső fénysugárzás színét módosítják a felületük fényvisszaverő képességének hullámhossz-függése alapján. A tárgyak színét a fényforrás spektrális eloszlásának és a tárgy felületére jellemző spektrális reflektancia függvénynek a szorzata határozza meg.

Az emberi látás néhány jellegzetessége: - a geometriai felbontóképesség a hullámhossz függvénye 3. A látható színtartomány széleihez közelebb a felbontóképesség romlik. Itt is a vörös és a kék tartományban kisebb részletgazdagságú képeket tudunk felismerni. A vizualizáció alapelve Térbeli sztereopár látás leképezésekor az emberi látás folyamatát sztereopár látás követnünk kell.

Mind a sztereopárok, mind az anaglif ábrák sztereopár látás zöld-piros szemüveggel nézve térbelinek látszó képek esetében a szemek elhelyezkedéséből adódó szögeltérést használjuk ki. Az emberi szem térlátásának szükséges feltétele, hogy megfelelő távolságból a szemek ezzel a szögeltéréssel fókuszáljanak az objektumra, legyen a reális valós vagy virtuális látszólagos, nem valódi objektum. Ezt kihasználva az objektumok leképezésekor két képet kell készíteni az objektumról úgy, ahogy azt szemünk tenné ld.

Sztereopárok készítése Sztereopár készítésekor két kép készül az objektumról ezeket egymás mellé tesszük, a képeknek horizontálisan egy tengelyűnek kell lennie, valamint pontosan azonos területét kell ábrázolniuk a térbeli objektumnak. A képek közé egy elválasztó felületet kell helyezni az áb- Térbeli objektumok vizualizációja 8 rák síkjára merőlegesen. A képet így külön-külön elemzi szemünk és érzéki csalódás következtében agyunk előállít egy virtuális háromdimenziós képet, mely reálisnak hat.

A térbeli látás A szem mélységérzékelésének, térlátásának mechanizmusa azon alapszik, hogy a két szem egymástól némileg eltérő képet alkot: a horizontális síkban 4°-os eltéréssel. Sztereoleképezés A sztereoleképezés az a folyamat, amelynek során valamely háromdimenziós legjobb betűméret a látáshoz két kissé különböző kétdimenziós képéből sztereopárból az adott objektum háromdimenziós érzékletét állítjuk elő.

A vörös szemek kialakulása és kezelése

A sztereopárok tetszőleges módon jeleníthetők meg: az egyetlen követelmény, hogy a bal illetve jobb szem látószögéből felvett képet rendre a bal, illetve jobb szem lássa. Megfelelően előállított képek esetén irány és felvétel bármely olyan megjelenítési módszer, amely elfedi a sztereopár bal oldalát a jobb, a jobb oldalát a bal szemtől, kortikális fúziót eredményez, így a tárgy háromdimenziós érzékelését hozza létre.

Így a megjelenítési mód lehet fénykép, fólia, videofilm, vagy akár a számítógép monitorja. A sztereopárokat úgy Térbeli objektumok vizualizációja 9 kell elrendezni, hogy pontosan abban a horizontális síkban legyenek, mint a szemlélő szemei, valamint hogy pontosan illeszkedjenek egymásra ld. Ezeket a megfelelő magasságú állványon a sztereopár fölé helyezve a lencsék csak a közvetlenül alattuk elhelyezkedő képet nagyítják fel, így a szemek látóterét elkülönítik.

A folyamat egyszerűsített vázlata az alábbi ábrán látható: Kérlek kattints ide, ha a dokumentum olvasóban szeretnéd megnézni! Sztereomikroszkópia scanning-elektronmikroszkóppal A SEM alkotta képek különösen gazdagok háromdimenziós részletekben, így látványos sztereoképek készíthetők.

Mindazonáltal a minta és a képalkotó rendszer bizonyos sajátosságait figyelembe kell vennünk. Z-tengely menti kiterjedés A Z-irányt a mintatartó síkjából a megfigyelő felé irányítjuk. A minta sztereopár látás lévő jelentős Z-irányú kiterjedéssel bíró objektumok a leghatásosabbak a sztereoképek szempontjából amelyek a képsíkból látszólag kitüremkednek. A Z-dimenzió kihangsúlyozható a megfelelően felvett és megjelenített sztereopárokkal.

Dőlésszög A sztereopárok közti dőlésszög célszerűen fok, mivel a kinyújtott kézzel tartott tárgyat a szemek közelítőleg 4 sztereopár látás szög sztereopár látás látják. A dőlés során bekövetkező torzulások a dőléskorrekció alkalmazásával kiküszöbölhetők fok.

Kisnagyítású sztereopárok nagyobb dőlésszög mellett veendők fel, mint a nagy nagyításúak. Döntés A döntésnek szigorúan egytengelyűnek kell lennie, amely középen rögzített asztalnál valósítható meg, mivel itt a döntés egyetlen tengely körül történik. Ha a döntés nem egytengelyű, a próba nem kizárólag a valódi horizontális tengelyen mozdul el, hanem a függőleges mentén is.

Kis szögű döntés után a képet újra kell centrálni egy választott ponthoz igazítva, így biztosítva az egytengelyű döntésnek megfelelő mozgást.

sztereopár látás

A döntéskor fellépő fókuszsík-változás Döntéskor - különösképpen nagy sztereopár látás esetén - a vizsgált objektum kikerülhet a fókuszsíkból. A fókusz utánállítása vagy az objektív lencsével vagy Z-irányú emeléssel - sülylyesztéssel valósítható meg.

Sztereofelvételek szemléltetése anaglif módszerrel A sztereopár két felét mesterségesen monokromatikus vörös, kék vagy zöld színnel színezve, a képek egymásra helyezésével olyan ábrát nyerhetünk, amelyet megfelelő színű színszűrőn keresztül szemlélve térbeli képet látunk. A vörös szűrő a zöld és kék, a zöld a vörös és kék, a kék pedig a vörös és zöld színeket távolítja el a spektrumból, így a megfelelően átszínezett képeket a szemek elé helyezett különböző színű szűrőkkel vizsgálva kortikális fúzió jöhet létre.

Térbeli objektumok vizualizációja 11 3. Anaglif ábrák készítése Térbeli objektum leképezése A térbeli objektumról szintén két képet készítünk: az objektumot az xyz koordinátarendszerben a z tengely körül pozitív ill. Ha az abc könyv látásra mikroszkopikus méretű, scanning elektronmikroszkóppal dolgozunk, ha sztereopár látás léptékben kívánunk dolgozni megfelelő felbontású digitális kamerát használhatunk.

A rögzített képek átalakítása: A mi segít gyengénlátásban képen a következő műveleteket a képfeldolgozó program segítségével hajtottuk végre, mely program rendkívül felhasználóbarát, valamint széles körű szolgáltatásainak köszönhetően rendkívül hatékonyan alkalmazható térbeli képek vizualizációjához.

A piros tehát a jobb szem látószögéből készített képen beállítottuk a transzparenciát, standard értéken, a háttér színéhez igazítva azt a küszöbszintet, ahol még átlátszó, ill. A vizualizáció kivitelezése A megfelelő színszűrőkkel átalakított, valamint a transzparencia szempontjából legoptimálisabban beállított képeket a vizualizáció teljessé tételéhez egymásra kellet illeszteni.

Ezt a lépést aritmetikai művelettel hajtottuk végre. A képeket egy differenciális összefüggés alapján sztereopár látás egymásra, minden színcsatornát kék, zöld, piros aktivizálva.

sztereopár látás

A művelet végrehajtása után előállt a kész anaglif ábra, melyet a zöld-piros szemüvegen keresztül nézve egy virtuális háromdimenziós képet láthattunk. Alkalmazások A vizualizációt esetünkben az anglif ábrák készítése jelentette, mivel ezen ábrák látványosabbak, valamint mérni is lehet rajtuk, illetőleg további felhasználásukra is lehetőség van.

A fejezet első részében SEM-felvételeket, valamint az azok vizualizációjával létrehozott virtuális térbeli képeket mutatjuk be. Al alapmátrixú fémhab metszetének részletéről készített SEM kép A fémhabot az elektronmikroszkópba helyeztük, ezután történhetett meg a képek rögzítése z tengely Kérlek kattints ide, ha a popov látástechnológiái sztereopár látás szeretnéd megnézni!

Az elkészült képek az alábbi ábrán láthatóak. A kép 50x-es nagyítással készült. Térbeli objektumok vizualizációja 12 Az így kapott képek az alábbi ábrán láthatóak. Az így előállított kép zöld-piros szemüveggel nézve háromdimenziós hatást kelt. Az alábbi ábrán látható a kész kép. SiC szemcséket tartalmazó csiszolóvászonról készített SEM képek A csiszolóvászonról szintén SEM segítségével készítettünk el a fent említett módszerrel két-két képet, ugyanis egy kisebb nagyítással 60x illetve egy nagyobb x nagyítással készítettünk képeket.

Az alábbi ábrán ezek a szürkeképek láthatóak.

sztereopár látás

Az eredmény az alábbi képeken látható. Ezen művelet eredménye az alábbi ábrán látható. C45 acél töretfelületéről készített SEM kép A C45 acél töretfelületéről elkészítettük SEM segítségével a szürkeképeket, melyek az alábbi ábrán láthatóak.

Az elkészült képeket a bemutatott módszerrel átalakítottuk Makroszkopikus objektumokról készült felvételek A eddig alkalmazott módszer ebben az esetben is felhasználható, a makroszkopikus méretű objektumot rögzített pontban tartva a kamera látószögét változtattuk meg. A szögeltérés szintén 4°-os.

A bemutatásra kerülő felvételek digitális személyi számítógéppel összekötött digitális kamerával készültek. Három darab makroszkopikus méretű objektum leképezését végeztük el.

sztereopár látás

Az alábbi anaglif ábrákon ezen három sztereopár látás látható. Az oldalon szerepel néhány kép, melyek az alábbi ábrákon megtekinthetők, valamint egy animáció, mely a mellékleten található. Térbeli objektumok vizualizációja 7. Az animáció minden egyes képkockáját anaglif ábrák építik fel. Az animációhoz elkészítésének szükséges feltétele, hogy egy x; y; z Kérlek kattints ide, ha a sztereopár látás olvasóban szeretnéd megnézni!

Az általunk elkészített animációk 12 képkockából állnak, tehát a képkockák közti szögeltérés pozíciónként 30°. Mindhárom animáció esetében ezt a felosztást alkalmaztuk.

Az animációk olyan esetekben bizonyulhatnak igazán szemléletesnek, ahol első pillantásra nem meghatározható a szerkezet, látás helyreállítása indiában erre a III.

Azonban ha ezután a lemezmellékleten található 3Dmakett. Ez az alkalmazás az oktatásban sztereopár látás felhasználható lehetne, hiszen így érzékletesebbé, érdekesebbé, valamint közérthetővé válnának még a bonyolultabb, összetettebb rácsszerkezetek is.

A második animáción 3Dcső. Erről már meg tudnánk állapítani akár első ránézésre is azt, hogy mi is valójában. Azonban ha jobban szemügyre vesszük feltűnhet, hogy az elágazás közepén a kívülről egy csőnek látszó csőről kiderül hogy valójában egy kisebb átmérőjű cső is van benne, de ez a betorkollás szimmetriatengelyéig tart csupán. A III. A harmadik animáción 3Dkulcstartó. Az anaglif ábra mérhető, számítható paraméterei Fontos kiemelnünk, hogy az anaglif ábrák létrehozása nem öncélú dolog, és nem csak a szerkezet, a térbeliség láthatóbbá tételét szolgálja.