دید سه بعدی یا دید برجسته بینی و تهیه نقشه با استفاده از عکس هوایی

   همه ما می‌دانیم که انسان می‌تواند اجسام و اشیاء پیرامون خود را به شکل سه بعدی درک کند. اما این عمل چگونه میسر می‌شود؟ چگونه انسان می‌تواند دوری و نزدیکی اشیا را احساس کند؟ در این مقاله سعی می‌کنیم تا شما را با تکنیک‌های دید سه بعدی یا دید برجسته بینی و روش‌‌های موجود برای دیدن سه بعدی اجسام آشنا کنیم. همچنین خواهیم گفت که چرا دید سه بعدی یا برجسته بینی برای تولید نقشه موردنیاز است.

دید سه بعدی یا دید برجسته بینی چگونه ایجاد می‌شود

   اگر با یک دست روی چشم چپ خود را بگیرید تنها تصویری که به مغز شما فرستاده می‌شود تصویری است که از چشم راست شما دریافت می‌شود. اگر این کار را برای چشم راست خود هم تکرار کنید خواهید دید، تصاویری که از هر چشم به مغز ارسال می‌شوند با یکدیگر فرق می‌کنند. در حقیقت همین تفاوت باعث می‌شود که ما بتوانیم دید سه بعدی داشته باشیم.

اما چطور می‌توان با این دو تصویر متفاوت دید سه بعدی داشت؟

   در مثال قبل اگر چند بار پیاپی این کار را تکرار کنید، متوجه خواهید شد اجسامی که به شما نزدیک‌تر هستند جابجایی بیشتری در این دو تصویر دارند و اجسامی که از شما فاصله زیادی دارند، کمتر جابجا می‌شوند. سیستم عصبی ما با استفاده از همین موضوع می‌تواند عمق را تصور کرده و اصطلاحاً دید سه بعدی ایجاد کند.

پس در حقیقت ما سه بعدی می‌بینیم چون دو چشم داریم و می‌توانیم تصاویر مختلفی که از دو چشم به مغزمان می‌رسد را تحلیل کنیم. البته این تحلیل نیز به‌صورت ناخودآگاه انجام می‌شود و ما صرفاً نتیجه را به‌صورت دوری و نزدیکی اجسام درک می‌کنیم.

شبیه‌سازی دید سه بعدی با استفاده از دو عکس پوشش‌دار

   همان‌طور که گفته شد سیستم اعصاب ما می‌تواند با استفاده از دو تصویر مختلف، که از یک موضوع اخذشده باشد، دید سه بعدی را برای ما ایجاد کند. حال اگر ما از یک منظره دو تصویر از زوایای مختلف بگیریم و هرکدام از تصاویر را به‌گونه‌ای به هر چشم برسانیم که چشم دیگر آن را نبیند، می‌توانیم این تصور را برای سیستم اعصاب خود ایجاد کنیم که شاهد یک منظره سه بعدی واقعی است.

شبیه‌سازی دید سه بعدی به روش‌های مختلفی انجام می‌شود و در آن‌ها کمابیش نیاز به استفاده از عینک و نمایشگر مخصوص وجود دارد. استفاده از عینک‌های آناگلیف، شاترگلاس و  عینک‌های پلاریزه نمونه‌هایی از این روش‌ها هستند که هرکدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.

• عینک آناگلیف

   عینک آناگلیف دارای دو شیشه به رنگ‌های قرمز و آبی است. نور قرمز از شیشه آبی گذر نمی‌کند و همینطور نور آبی از شیشه قرمز. حال اگر دو تصویر از دو منظر مختلف از یک موضوع را داشته باشیم و به یکی از آنها درجات مختلف رنگ قرمز و به دیگری درجات مختلف رنگ آبی را اعمال کنیم و عینک آناگلیف را به چشم خود بزنیم، هرکدام از تصاویر را فقط می‌توانیم با یک چشم ببینیم. عملاً با این کار توانسته‌ایم هر تصویر را به یک چشم هدایت کنیم.

با این تفاسیر می‌توانیم آن موضوع را سه بعدی ببینیم. اما رنگ‌های اجسام طبیعی نیستند و به‌جز احساس عمق در تصاویر، مابقی موارد خوب به نظر نمی‌رسند.

• عینک شاترگلاس

   در این روش دو تصویر یکی در میان در نمایشگر نشان داده می‌شوند. نمایشگر و عینک با یکدیگر هماهنگ هستند. هنگامی‌که تصویر اول نمایش داده می‌شود یکی از شیشه‌های عینک مات شده و دیگری شفاف می‌شود. هنگامی‌که تصویر دوم نمایش داده می‌شود شیشه‌ای که مات بود شفاف شده و دیگری مات می‌شود. با این تکنیک ساده می‌توان هر تصویر را به سمت یک چشم هدایت کرده و دید برجسته بینی ایجاد نمود.

این عمل در ثانیه بیش از 100 بار تکرار می‌شود و به همین دلیل چشم ما قادر به درک این نوسانات نبوده و تقریباً تصویری یکنواخت را احساس می‌کند. البته هرقدر هم که بخواهیم دقیق و سریع عمل کنیم، تصویر پرش خواهد داشت و در طولانی‌مدت چشم ما خسته خواهد شد. همچنین عینک‌های شاترگلاس عمدتاً سنگین بوده و برای استفاده طولانی‌مدت مناسب نیستند.

• عینک پلاریزه

   همان‌طور که می‌دانید در عینک‌های پلاریزه زاویه پلاریزاسیون از اهمیت بالایی برخوردار است و اگر دو شیشه با زاویه پلاریزه مکمل هم داشته باشیم و آن‌ها را روی‌هم قرار دهیم نوری از شیشه‌ها عبور نخواهد کرد.

   به‌عبارت‌دیگر اگر تصویری که روبروی ما است زاویه پلاریزه متفاوتی نسبت به عینک ما داشته باشد، آن را نخواهیم دید. از این خاصیت در عینک‌های پلاریزه استفاده می‌شود و دو تصویر از منظر متفاوت و مربوط به یک موضوع را، با زوایای پلاریزه متفاوت از یک نمایشگر نمایش می‌دهند و با عینکی که شیشه‌های آن زوایای پلاریزه مکمل یکدیگر دارند به آن نگاه می‌کنند.

   به‌این‌ترتیب هر تصویر فقط توسط یک چشم دیده می‌شود و دید سه بعدی یا دید برجسته بینی ایجاد می‌گردد. این روش بسیار بهتر از روش‌های قبل است و شاید بتوان استفاده کردن از سخت‌افزار گران‌قیمت را به‌عنوان یک ضعف برای آن برشمرد. اما عینک‌های پلاریزه سبک هستند و برای طولانی‌مدت بسیار مناسب می‌باشند.

چالش تهیه نقشه با استفاده از یک عکس یا تصویر

   همان‌طور که می‌دانید یکی از روش‌های تولید نقشه، فتوگرامتری یعنی تبدیل عکس‌های هوایی به نقشه کاغذی و ترسیم عوارض است. در حقیقت ما می‌توانیم عکس هوایی اخذشده توسط هواپیما یا هر پرنده دیگر را به نقشه کاغذی تبدیل کنیم و عوارض موجود در یک عکس را ترسیم نماییم.

اما اگر بخواهیم صرفاً از یک عکس هوایی یک نقشه تهیه کنیم، هنگامی‌که با ساختمان‌های بلندمرتبه روبه‌رو می‌شویم خواهیم دید که سقف ساختمان‌ها و قسمت پایینی آن‌ها، هردو در عکس دیده می‌شوند و برای ما این سؤال پیش می‌آید که برای ترسیم یک ساختمان می‌بایست پای آن را ترسیم کنیم یا سقف آن را. اینجا بهتر است نگاهی به دید برجسته بینی و موضوع جابجایی ناشی از اختلاف ارتفاع داشته باشیم.

جابجایی ناشی از اختلاف ارتفاع

   وقتی از بالا با زاویه مایل به یک ساختمان نگاه می‌اندازیم آن را به‌صورت کشیده خواهیم دید. دقیقاً همین موضوع برای عکس‌هایی که از بالا و توسط هواپیما گرفته می‌شوند اتفاق می‌افتد. هرچه ارتفاع یک ساختمان بیشتر باشد کشیدگی آن در عکس بیشتر خواهد بود. در حقیقت سقف ساختمان بجای این‌که در موقعیت اصلی خود قرار بگیرد، جابجایی پیدا کرده و در مختصات دیگری قرار گرفته است.

این موضوع حتی برای عوارض طبیعی مانند یک کوه هم اتفاق می‌افتد و بخش‌های مختلف سینه‌کش یک کوه با توجه به ارتفاعی که دارند جابجا می‌شوند.

“عوارض موجود در یک عکس یا تصویر با توجه به ارتفاع و موقعیتشان نسبت به مرکز تصویر جابجا می‌شوند. به این پدیده جابجایی ناشی از اختلاف ارتفاع می‌گویند.”

این پدیده علاوه بر ارتفاع عوارض، به فاصله آن‌ها از مرکز عکس یا تصویر نیز وابسته است. اگر عارضه‌ای در مرکز یک عکس قرار گرفته باشد، هرقدر هم مرتفع باشد، جابجایی ناشی از اختلاف ارتفاع نخواهد داشت.

ایجاد دید برجسته بینی در دستگاه‌های تبدیل فتوگرامتری

   هواپیماها می‌توانند از یک منطقه عکس‌های زیادی بگیرند، به‌نحوی‌که هر عکس با عکس قبلی خود بخش‌های مشترکی را نیز داشته باشد. حال اگر دو عدد از این عکس‌ها را به‌گونه‌ای به چشمان خود نشان دهیم که هر چشم فقط قادر به دیدن یک عکس باشد، این تصور ایجاد می‌شود که ما از بالا به یک منطقه نگاه می‌کنیم و آن را به‌صورت سه بعدی می‌بینیم.

استرئوسکوپ‌ها و دستگاه‌های فتوگرامتری می‌توانند با استفاده از تکنیک‌هایی که بیان شد دید سه بعدی از بالای زمین را برای ما ایجاد کنند. کافی است که دو عکس یا تصویر را، که با یکدیگر پوشش دارند به آن‌ها بدهیم تا بتوانیم، پس از انجام تنظیمات لازم، دید سه بعدی داشته باشیم.

   در این دستگاه‌ها برای دیدن صحیح و سه بعدی سقف ساختمان‌ها می‌بایست موقعیت نسبی تصاویر یا عکس‌ها را جابجا کنیم و آن‌قدر این جابجایی را انجام می‌دهیم تا بتوانیم وضوح درستی بر روی هر سطح داشته باشیم. نکته جالب این است که همین جابجایی باعث می‌شود برای دیدن صحیح سقف یک ساختمان آن را آن‌قدر جابجا کنیم تا به مختصات واقعی خود برسد. پس با این کار جابجایی ناشی از اختلاف ارتفاع را تصحیح کرده و با ترسیم سقف ساختمان یا کف ساختمان به یک نتیجه واحد خواهیم رسید.

بنابراین اهمیت دستگاه‌های تبدیل علاوه بر اعمال تصحیحات جانبی و ایجاد هندسه تصویربرداری، حذف اثر جابجایی ناشی از اختلاف ارتفاع است.