Před pár dny jsme vás potrápili hádankou, k čemu slouží podivná ovládací soustava na fotografii níže, kterou jsme našli v zapadlých útrobách redakce. A vy jste to nejspíše vyřešili!
Čtyři pedály, otočný talíř a dva rotační ovladače. Už díky vám asi víme, k čemu sloužily
Naprosto identické součástky jste totiž odhalili na fotografiích analytického stereoplotru kdysi z přelomu století. Co to vlastně je a k čemu se to používá? Pojďme se k hádance vrátit krok za krokem.
Trojice rotačních enkodérů
Jen co jsme poměrně těžké součásti vynesli do naší redakční dílny a podívali se pod jejich plastové kryty, objevili jsme v nich čtyři digitální pedálové spínače a tři opravdu masivní digitální IR (nebo kontaktní) rotační enkodéry, které plní podobnou roli jako třeba kolečko myši.
Dva na stůl s úchopy pro otáčení rukou a jeden na podlahu pro otáčení pomocí chodila. Rotační enkodér prozradil perforovaný čtecí plechový disk pod plastovým krytem.
Jak funguje těžký otočný ovladač? Připojíme ho k počítači:
Disk je připojený k hřídeli a ozařuje jej infračervená dioda (nebo po něm klouže kontaktní sběrač). Když začneme hřídelí otáčet, světlo projde otvorem v disku, dopadne na detektor a v signálním obvodu se změní logická úroveň. Čím rychleji budeme hřídelí otáčet, tím rychleji se nám bude obvod spínat a rozpojovat a na výstupním vodiči se vytvoří elektrický obdélníkový signál.
Přesně tak funguje primitivní otáčkoměr, jehož rozlišení určuje počet otvorů v disku. Ten náš jich má dle vyraženého označení pravděpodobně čtyři stovky.
S využitím vícero mírně posunutých IR snímačů pak můžeme zjistit i směr otáčení, protože podle něj bude jeden signál oproti tomu druhému vždy fázově posunutý. Buď jedním, nebo naopak druhým směrem.
Vlastně jen podivná myš. Ale proč tak masivní?
Podobný jednoduchý rotační enkodér by pak mohl sloužit podobně jako kolečko na počítačové myši (anebo myš samotná) buď k nastavování a snižování nějaké hodnoty, anebo rovnou polohové osy.
Představte si například, že byste pomocí oněch otáčivých jednotek nastavovali souřadnice X, Y a Z na obrazovce nějakého speciálního počítače či průmyslového stroje – třeba nějakého soustruhu, frézky či jiného CNC.
Čtenáři to asi vyřešili
Podobný stroj původně napadl i mě, otáčivé komponenty nás totiž mátly svojí velikostí. Převod pulzů enkodérů a stisky pedálů sice zpracovávala jednotka připojená do počítače paralelním portem, ale k čemu by proboha v běžné kanceláři sloužila tak těžká „myš“?
Počítačový analytický stereoplotr. Všěimněte si podobných otočných ručních ovladaču i podlahového talíře a pedálů
Naštěstí máme chytré čtenáře, a tak jste nakonec hádanku nejspíše vyřešili za nás.
Stereofotografie
Naprosto identické komponenty, tedy pedály, rotační podlahový ovladač a dvojice ručních rotačních klik, jste totiž identifikovali na prehistorických fotografiích stereoplotrů, které se používají ve fotogrammetrii.
Jak praví česká Wikipedie, tato disciplína „se zabývá rekonstrukcí tvarů, měřením rozměrů a určováním polohy předmětů, které jsou zobrazeny na fotografických snímcích,“ no a pokud jedno místo vyfotografujeme z dvou různých úhlů, přičemž se budou fotografie částečně překrývat, můžeme z nich prolnutím vytvořit stereosnímky
Stereozáznam zemského povrchu pro fotogrammetrické výpočty v kartografii
Už jste se s nimi určitě setkali třeba v podobě barevných anglyfů, kde vzájemný posun prolnutých fotografií vyjadřuje zpravidla azurová a červená barva. Když se na takový obrázek podívat pomocí brýlí, které mají pro jedno oko azurový a pro druhé červený filtr, scénu uvidíte trojrozměrně.
A proč kartograf potřeboval stereofotografii?
No dobrá, ale k čemu je to dobré v tom našem masivním (tzv. analytickém) stereoplotru? V minulosti podobně těžké stroje využívali především kartografové, kteří pomocí prolínání surových leteckých snímků a vytváření „3D obrázků“ mohli překreslovat třeba vrstevnice.
Když letadlo přelétlo nad horou, jejíž vrchol byl blížeji k objektivu kamery, byl v těchto místech o to větší i vzájemný posun dvojice snímků. Kdybychom z nich tedy vytvořili barevný anaglyf, uvidíme s brýlemi za pár kaček plastický vrchol vystupující z roviny.
Azurovo-červený anaglyf. Kde je posun zurové a červené největší, tam bude s použitím barevných brýli s filtry efekt 3D nejsilnější. Stejná technologie se používala i na nejstarších analogových stereoplotrech
Pokud byl stereografický snímek perfektně kalibrovaný, ruční překreslení výškopisu do vrstevnic na podivném stroji bylo relativně přesné. A proč to tehdy rovnou celé neudělal počítač? Protože je to výpočetně extrémně náročná úloha a tehdejší počítače na to opravdu nestačily.
Stereoperátor hleděl skrze čočky do stroje
Operátor koukal na stereosnímek ve stroji pomocí speciálnch okulárů s čočkami a sofistikovaným optickým systémem. Poté mohl pomocí ovladačů provádět kalibraci a dle provedení i samotné fotogrammetrické operace nad fotografií.
Mohl například zaznamenávat ony oblasti se stejnou výškou (vrstevnice a hypsometrie) a měřit další veličiny, které by z běžného 2D leteckého snímku nedokázal vyčíst.
Analytický stereoplotr Kern DSR1
Protože sladění snímků a jemné posuny pro co nejpřesnější měření a záznam vyžadovalo velmi jemné ovládání, sloužily k tomu právě ony otočné enkodéry s dostatečně vysokým krokovým rozlišením.
A protože měl kartograf hlavu na okulárech, mašinu ovládal také pedálovými tlačítky a talířem na podlaze.
Stereoperátoři se používají i dnes
S rostoucím výkonem počítačů v 21. století mohutné analytické stereoplotry postupně nahradil vcelku běžný desktop s 3D brýlemi a mnohem menší polohovací zařízení na stůl.
Stereoplotry z přelomu století
Stereooperátoři nevymřeli a pro kartografii jsou klíčoví i dnes. Ostatně, třeba takový TopGIS, který je jedním z dodavatelů dat i pro Mapy.cz, právě nějaké hledá.
A konečně moderní PC stereoplotry s využitím 3D brýlí a ovladače, který se podobá třeba trackballu
Letecké lidary
Fotogrammetrické měření povrchu z leteckých snímků v současnosti doplňuje také masivní lidarové snímání povrchu z družic a letadel, díky kterému mohli kartografové sestavit velmi podrobné digitální modely povrchu a reliéfu prakticky celého světa.
V případě České republiky stojí za zmínku především státní DMR 5G – Digitální model reliéfu ČR 5. generace se střední chybou výšky 16 centimetrů a DMP 1G – Digitální model povrchu se střední chybou 30-70 cm, který zaznamenává výškopis se vším všudy včetně budov a vegetace.
Lidarový digitální model reliéfu Prahy DMR 5G
Lidarový digitální model povrchu Prahy DMP 1G
Celorepublikové letecké lidarové měření bylo dokončeno v roce 2016 a Český úřad zeměměřický a katastrální modely průběžně verifikuje a aktualizuje podle toho, jak a kde se reliéf i působením člověka nepřetržité mění.
Digitální výškopis Česka je dnes zároveň k dispozici zdarma pod svobodnou licencí, a tak si s gigabajty surových dat z lidaru může pohrát prakticky kdokoliv. My s jejich pomocí vyrobili třeba biblickou potopu Česka v HD.