第四章 立体观察和立体量测引言：在摄影测量中广泛应用立体观察和立体量 测，这不仅增强了辨认像点的能力，而且提高 了量测的精度。立体摄影测量仪器都是在对像 进行立体观察的情况下作业的，仪器的观察系 统应具备人眼自然观察的相应条件。第一节 人眼立体视觉人眼是一个天然的光学系统，结构复杂。瞳孔角膜虹膜水晶体视网膜网膜窝视神经n当人眼注视某物点时，视轴会自动地转向该点 ，使该点成像在网膜窝中心，同时随着物体离 人眼的远近自动改变水晶体的曲率，使物体在 网膜上的构像清晰。眼睛的这种本能称为眼的 调节。n当双眼观察物体时，两眼会本能地使物体的成 像落于左右两网膜窝中心，即视轴交会于所注 视的物点上，这种本能称为眼的交会。n正常眼的最合适的视觉距离为明视距离，约为 250mm。人类对自然景物可以单眼观测或双眼观测 。1、单眼观察单眼观察自然界景物不能够直接获得空 间感视觉，而只能凭借间接因素来判断景物的 远近，这些间接因素或者是近景掩蔽远景，或 者感觉景物的大小，甚至是按常识的判断。2、双眼观察用一对眼睛同时观察景物称为双眼观察，在双 眼观察下能感觉景物由远景凹凸的视觉，称为立体视 觉。在两眼观察时，两眼水晶体中心之间的距离称 为眼基线be，平均长度为65mm。 当双眼注视某一物体时 ，需要转动头部，使注 视点相对于两眼处于对 称位置，同时，两眼球 也各依眼球中心转动， 使两眼的视线即水晶体 中心与网膜窝中心的连 线，正好对准注视点。 两眼视线总是相交与注 视点上的性能叫做眼的 交会本能。n两眼视线的交会角称为交向角。注视点M到眼基线的距离L与交向角 之间的关系：当角为小值时，上式可简化为：L=be/眼的最适宜的交向角相当于L为明视距离下 的情况，为13度15度。由于网膜窝的视场角为1 度左右，在注视点M的视场范 围内设有另一点K，那么在两 眼的网膜窝处也将得到K的影 像，k1,k2，于是在网膜窝处得 到弧m1k1和m2k2,设点K和M于 眼基线在同一个平面内，弧 m1k1和m2k2之差称为生理视差 ，即=m1k1-m2k2以注视点构像m1和m2为准，点 k1和k2 在注视点的左侧时弧 长取正号。若0，表示点K 较注视点M近一些。设点K和M在左眼膜窝处的弧长为m1k1,在右眼 膜窝处的弧长为m2k2，即两影响合与一点，则 另两点的交向角之差：=m-K, 即或者说点K相对于注视点M的深度位移朝向观察 者（LMLK）时取正号：点深度位移取L/LM作为判断点深度位移的相对误差 ，要提高判断能力：一是采取间接地增大眼基线二是使眼的生理视差的分辨率增大。摄影测量中，正是根据人眼的立体视觉，对 同一个地区要在两个不同摄站点上拍摄两张像片 ，构成一个立体像对，进行立体观察与量测。那么，人的双眼为什么能观察景物的远近呢 ？由于两点在眼中构像存在着生理视差 ，此种由交会角不同而引起的生理视差 ，通过人的大脑就能作出物体远近的判断 。第二节 人造立体视觉交向角从几何上反映了空间景物的 远近；而另一方面它却同时在双眼内产生 了生理视差，经大脑汇合作用形成一个物 体空间的视觉反映。由此自然界立体视觉 的过程可概括为：空间物体空间物体-交向角差交向角差-生理视差生理视差-空间空间 物体立体视觉物体立体视觉，即空间物体立体视觉的形 成主要在于双眼网膜窝处生理视差的存在 。自然界中，当用两 眼同时观察空间远近不 同的A与B两个物点时， 如图，由于远近不同而 形成的交会角的差异， 便在人的两眼中产生了 生理视差，得到一个立 体视觉，能分辨出物体 远近。根据这一原理，在P1与P2两个位置上，用摄 影机摄得同一景物的两张像片，这两张像片称 为立体像对。人造立体视觉：空间景物在感光材料上 构像，再用人眼观察构像的像片产生生理视差 ；重建空间景物的立体视觉，所看到的空间景 物称为立体影像，产生的立体视觉称为人造立 体视觉。按照立体视觉原理，我们只要在一基线的两 端用摄影机获取同一地物的一个像对，观察中 就能重现物体的空间景观，测绘物体的三维坐 标。这是摄影测量进行三维坐标测量的理论基 础。观察人造立体的条件摄影测量中，人造立体的观察必须满足形成 人造立体视觉的条件。归纳如下： 1、由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对 。 2、每只眼睛必须分别观察像对中的一张像片。（分 像条件） 3、两条同名像点的视线与眼基线应在一个平 面内，即同名射线对对相交。 4、像片间的距离应与双眼的交会角相适应。（比例尺接近）人造立体效能在使用中最常见的有 两种：正立体效能和反立体效能。立体观 察像对所获得的人造立体效能，称为视立 体模型，与实物的凹凸远近相同者称为正 立体效能，此时左眼观察左像片，右眼观 察右像片，保持了直接观察实物时生理视 差的原有符号。立体观察像对所获得的视 模型与实物的凹凸远近正好相反者称为反 立体效能。第三节 像对的立体观察与量测建立人造立体视觉时，要求观察立 体像对的双眼分别只能观察其中的一张 像片，俗称分像。观察时，一种是直接观察两张像片 ，构成立体视觉，是借用立体镜来达到 分像。另一种是通过光学投影，将两张 像片的影像重叠投影在一起，称为分像 法的立体观察。1、立体观测 1.2 立体镜法 立体镜的主要作用是一只眼睛能清晰地 只看一张像片的影像。反光立体镜：在两眼的前面各放置一个 凸透镜，像片放在凸透镜的焦面上，或约小于 焦距，此时凸透镜就具有投影中心的作用，凸 透镜到像片的垂距就是投影光束的主距，以fc 表示。像片上构像的投影光线经凸透镜后形成 平行光线进入眼内，而两眼的视线也几乎平行 。这九相当于人们对自然界无穷远处的观察， 眼睛轻松舒适，凝视本能和交向本能得以协调 。1.2互补色法互补色法是利用互补色的特性达到分像视 目的立体观察。最常用的互补色为绿、品红。 互补色法分像可采用互补色加法和互补色减法 。1.2.1互补色加法互补色加法分像用于投影影像的立体观察。原理：原理： 光线照射透明的左右像光线照射透明的左右像 片，并使其影像叠印在片，并使其影像叠印在 同一个承影面上，然后同一个承影面上，然后 通过某种方式使得观察通过某种方式使得观察 者左右眼分别只看到一者左右眼分别只看到一 张像片的影像，从而得张像片的影像，从而得 到立体效应。到立体效应。 常用的方法有互补色法常用的方法有互补色法 、 关闸法、偏振光法，液关闸法、偏振光法，液 晶闪闭法。晶闪闭法。1.2.2互补色减法互补色减法分像用于互补色印刷品的立体观察。在同一张白纸上分别用品红、绿互补色印刷一对 像片，得到一张互补色构像交错在一起的彩色立体图 画。观测者左右眼戴上品红、绿互补色眼镜，在明室 对立体图画进行观察。对于戴品红色眼镜的左眼而言 ，把白色图纸的背景看出品红色，致使立体图画中用 品红色印刷的图像与背景融合在一起，左眼无法再分 辨出品红色图像；而用绿色印刷的图像，由于其不能 透过左眼前红色镜片而看成黑色。如此，左眼观察的 视觉是为品红色背景的黑色绿像图形。右眼观察的视 觉为绿色背景的黑色红像图像。这样便达到了分像的 目的，立体观察出了白色背景的黑色立体视模型。1.3 偏振光法在两张影像的投影光路中，放置两 个偏振平面相互垂直的偏振器，在承影面 上就能得到光波波动方向相互垂直的两组 偏振光影像。偏振光可用于彩色影像的立体观察 ，获得彩色的立体模型。2 像对立体观察的效果进行像对立体观察时，在满足上述条件的情况下，如果像 片像对眼镜安放的位置不同，可以得到不同的立体效果。 即可能产生正立体、反立体和零立体效应。2.1 正立体正立体是指观察立体像对时形成的与实地景物起伏相一 致的立体感觉。2.2 反立体反立体是指观察立体像对时产生的与实地景物起伏相反 的一种感觉。2.3 零立体像对立体观察中形成的原景物起伏消失了的一种效应， 称为零立体效应。3 像对的立体量测 双测标量测法双测标量测法，是用两个刻 有量测标记的测标放在两张像 片上，或放置在左右像片的观 察光路中，当立体观测像片对 时，左右两个测标构成一个空 间测标，当左、右测标分别在 左右像片的同名地物点上时， 就构成测标与该地物点相贴。 此时，移动像片或观测系统的 手轮可直接读出该点量测坐标 系中的坐标x1、y1与x2、y2。或 者以测标切到某一高程，用左 右手轮运动，保证测标沿立体 模型表明紧贴移动，即可带动 测图设备绘出等高线。 单测标量测法单测标法是用一个真实测标去量测立 体模型，如图作业题：作业题： 1.1.人的双眼为什么能观察景物的远近人的双眼为什么能观察景物的远近 2 2、人造立体视觉形成条件？、人造立体视觉形成条件？ 3.3.像对立体观察的效果是什么？像对立体观察的效果是什么？