1.5.4. ПРОЕКЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ СЪЕМКИ

Одной из областей трехмерной машинной графики является моделирование изображений, получаемых съемочными камерами. В зависимости от технической реализации съемочной камеры можно выделить три основных вида съемки: кадровую, щелевую и панорамную.

Геометрическая схема кадровой съемки полностью совпадает со схемой, изображенной на рис. 1.5.4. При кадровой съемке можно пренебрегать поступательным и угловым перемещениями камеры. Кадровые снимки формируются по законам центральной проекции. Связка проектирующих лучей сохраняет неизменное положение в пространстве. Основными параметрами, необходимыми для моделирования кадрового снимка, являются пространственные координаты центра проектирования, углы разворота и фокусное расстояние объектива. Принципиально можно промоделировать и смаз изображения, возникающий из-за движения камеры во время экспонирования кадра. Для учета движения съемочной камеры необходимо получить уравнения движения оптического изображения в ней. Эта задача требует значительного увеличения объема вычислений и решается лишь при специальных исследованиях.

При щелевой съемке изображение получают последовательно строка за строкой (рис. 1.5.6). В плоскости изображения устанавливается непрозрачный экран с узкой щелью, через которую изображение регистрируется на фотопленке. Роль щели может также играть линейка фотоприемников, преобразующая в электрический сигнал одну строку в пространстве предметов. Сканирование пространства предметов проекцией экспозиционной щели (или проекцией линейки фотоприемников) осуществляется перемещением съемочной камеры вдоль координаты . При перемещении съемочной камеры изображение в фокальной плоскости перемещается со скоростью . Для получения резкого изображения фотопленка должна протягиваться относительно экспозиционной щели синхронно с изображением . Если изображение регистрируется линейкой приемников, то период считывания сигналов линейки также должен быть синхронизирован с движением изображения. Период считывания  должен удовлетворять соотношению

,               (1.5.12)

где  – ширина светочувствительной области (размер фотоприемника) в направлении движения изображения.

Рис. 1.5.6. Схема щелевой съемки

Условие слитности изображения (1.5.12) можно сформулировать в иной форме: период считывания строк равен временному интервалу, в течение которою съемочная камера перемещается на расстояние, равное ширине строки в пространстве предметов. При этом строки в пространстве предметов будут примыкать друг к другу без пропусков и наложений. Исходя из принципов получения щелевого снимка, несложно определить методы его моделирования. Для этого необходимо определить размер проекции фотоприемника (пиксела) в пространстве предметов в направлении движения съемочной камеры, затем задать ряд последовательных положений съемочной камеры с шагом, равным размеру пиксела по оси , и для каждого положения камеры построить строки изображения по законам центральной проекции. Получаемое изображение представляет собой сочетание двух проекций: все сечения, параллельные оси , определяются законами центральной проекции, а сечения, параллельные оси , формируются в результате параллельной проекции с различными углами наклона лучей к плоскости проекции.

При панорамной съемке мгновенное поле изображения также имеет вид узкой щели (рис. 1.5.7). Объектив съемочной камеры вместе с экспозиционной щелью поворачивается вокруг оси панорамирования, проходящей через центр проекции. Эта ось параллельна длинной стороне щели. В результате происходит поворот плоского пучка проектирующих лучей, формирующего строки панорамного изображения, параллельные оси . В общем случае при поступательном перемещении съемочной камеры для моделирования каждой строки панорамного изображения необходимо задавать не только угловое положение связки проектирующих лучей, но и координаты центра проекции, соответствующие данному моменту времени. Однако особенности панорамных снимков в первом приближении можно оценить, не учитывая поступательное перемещение съемочной камеры. Как следует из рис. 1.5.7, панорамное изображение при неподвижной съемочной камере представляет собой центральную проекцию пространства предметов на цилиндрическую поверхность.

Рис. 1.5.7. Схема панорамной съемки: 1 – панорамирующая щель; 2 – поверхность проекции; 3 – отображение панорамирующей щели в пространстве предметов; 4 – участок пространства предметов, отображаемый на панорамном снимке

Близкой к панорамной является съемка с линейно-строчным сканированием. Связка проектирующих лучей разворачивается сканирующим устройством параллельно оси , а регистрация осуществляется одним или несколькими фотоприемниками в плоскости изображения. В результате формируется одна строка или субкадр из нескольких строк. Следующая строка или субкадр формируются при перемещении съемочной камеры на расстояние, равное ширине их проекции в пространстве предметов по оси .

Краткий обзор различных видов съемки показывает, что для реальных съемочных систем проецирование в плоскость изображения, как правило, носит более сложный характер, чем параллельная или центральная проекция. Однако у всех видов съемки есть и общее: в любой фиксированный момент времени локальный участок изображения строится по законам центральной проекции. Если учесть это, то для моделирования любого вида съемки достаточно определить последовательный ряд параметров центральной проекции и построить соответствующие этому ряду участки изображения.