摄影测量学第三章双像立体测图主要内容：主要内容：1、人眼的立体、人眼的立体视觉和立体和立体观测2、立体像、立体像对相相对定向与核定向与核线几何几何3、立体像、立体像对空空间前方交会前方交会4、单元模型的元模型的绝对定向定向5、立体影像、立体影像对光束法光束法严密解密解在在摄影影测量中，利用量中，利用单幅影像是不能确定物体上的幅影像是不能确定物体上的空空间位置的，在位置的，在单张像片的内、外方位元素已知的像片的内、外方位元素已知的条件下，它也只能确定被条件下，它也只能确定被摄物体点的物体点的摄影方向影方向线。要确定被要确定被摄物体点的空物体点的空间位置，必位置，必须利用具有一定利用具有一定重叠的两重叠的两张像片，构成立体模型来确定被像片，构成立体模型来确定被摄物体的物体的空空间位置。按照立体像位置。按照立体像对与被与被摄物体的几何关系，物体的几何关系，以数学以数学计算方式来解求物体的三算方式来解求物体的三维坐坐标，称，称为双像双像解析解析摄影影测量。量。3.1 人眼的立体人眼的立体视觉和立体和立体观测1、人眼的立体、人眼的立体视觉2、人眼的、人眼的分辨能力与分辨能力与观察能力察能力3、人造立体人造立体视觉4、观察人造立体的条件察人造立体的条件5、立体、立体效效应的的转换6、像、像对的立体的立体观察察人眼的人眼的结构构视神经视轴巩膜脉络膜盲斑网膜窝韧带水晶体彩帘角膜一、人眼的立体一、人眼的立体视觉人眼是一个天然的光学系人眼是一个天然的光学系统，水晶体如同水晶体如同摄影机物影机物镜，能自，能自动改改变焦焦距，使距，使观察不同察不同远近物体近物体时，视网膜上都能得到清晰的物像。瞳孔好像网膜上都能得到清晰的物像。瞳孔好像光圈，光圈，视网膜好像底片，能接收物体的影像信息。网膜好像底片，能接收物体的影像信息。人眼的立体人眼的立体视觉人眼人眼单眼眼观察察时，不能直接，不能直接获取空取空间感感视觉，而只，而只能凭能凭简介因素来判断景物的介因素来判断景物的远近。只有用双眼近。只有用双眼观察察时，才能感，才能感觉出景物有出景物有远近凸凹的近凸凹的视觉，称，称为立体立体视觉。摄影影测量中，正是根据量中，正是根据这一原理，一原理，对同一地区，在同一地区，在两个不同两个不同摄站拍站拍摄两两张像片，构成一个立体像像片，构成一个立体像对，进行立体行立体观察与量察与量测。为什么双眼能什么双眼能观察景物的察景物的远近？近？当双眼凝当双眼凝视物点物点A时，两眼的，两眼的视轴本能地交于本能地交于该点。点。此此时的交向角的交向角为。当。当观察察附近的附近的B点点时，交向角，交向角为+d。由于由于B点的交向角大于点的交向角大于A点，点，所以所以A点点较B点点远。人眼怎么人眼怎么观察出察出这两个交两个交向角的差异呢？向角的差异呢？A点在两眼中的构像点在两眼中的构像为a和和a，B的构像的构像为b和和b。由于交向角的存在，由于交向角的存在，ab和和 ab不相等，其差不相等，其差值=ab- ab称称为生理生理视差。差。生理生理视差通差通过神神经传到大到大脑，通，通过大大脑综合，作出合，作出景物景物远近的判断。因此，近的判断。因此，生理生理视差是判断景物差是判断景物远近近的根源。的根源。A点在两眼中，通点在两眼中，通过水晶水晶体中心体中心O1、O2得到构像得到构像a、a；B点得到构像点得到构像b、b。若在各自。若在各自视网膜中网膜中设一平面坐一平面坐标系，系，A点的点的左右坐左右坐标差差为pA=Xa-Xa。B点的左右坐点的左右坐标差差为pB=Xb-Xb。pA与与pB称称为点的左右点的左右视差。差。p= pA - pB ，称，称为左右左右视差差较。二、人眼的分辨能力与二、人眼的分辨能力与观察能力察能力人眼的分辨力是由人眼的分辨力是由视神神经细胞决定的。若两物点的胞决定的。若两物点的影像落在同一影像落在同一视神神经细胞内，人眼就分辨不出胞内，人眼就分辨不出这是是两个像点。两个像点。视神神经细胞的直径胞的直径约为0.0035mm，相，相当于水晶体的当于水晶体的张角角约45。所以。所以单个人眼个人眼观察两点察两点间的分辨力的分辨力为45，如果，如果单眼眼观察的是两平行察的是两平行线，由于它是落在多个神由于它是落在多个神经细胞上，胞上，则观察分辨力可以察分辨力可以提高，提高，约为20。双眼双眼视力：力：第一第一类双眼双眼视力力为30；第二第二类双眼双眼视力力为1015 人眼的人眼的观察能力察能力眼基眼基线br为一常数：一常数：要分辨差异要分辨差异则min30：要提高分辨距离要提高分辨距离远近的能力，一个是近的能力，一个是扩大基大基线br，另一个是利用放大倍率另一个是利用放大倍率为v的光学系的光学系统进行行观察，察，则分辨力可提高分辨力可提高v倍。倍。如如果果在在双双眼眼前前分分别放放置置感感光光材材料料P和和P，则景景物物分分别记录在在感感光光材材料料上上。当当移移开开实物物AB后后，仍仍进行行双双眼眼观察察，仍仍能能看看到到与与实物物一一样的的空空间景景物物A和和B。这就是人造立体就是人造立体视觉效效应。三、人造立体三、人造立体视觉自自然然界界中中，当当双双眼眼观察察远近近不不同同的的A、B两两点点时，由由于于交交向向角角的的差差异异，在在人人眼眼中中产生生了了生生理理视差差，产生生立立体体视觉，能分辨物体能分辨物体远近。近。按按照照立立体体视觉原原理理，在在一一条条基基线的的两两端端用用摄影影机机获取取同同一一地地物物的的一一个个立立体体像像对，观察察中中就就能能重重现物物体体的的空空间景景观，测绘物物体体的的三三维坐坐标。这是是摄影影测量量进行三行三维坐坐标量量测的理的理论基基础。根根据据这一一原原理理，规定定在在摄影影测量量中中，像像片片的的航航向向重重叠叠要要求求达达到到60以以上上，是是为了了获取取同同一一景景物物在在两两张航片上都有影像，以构成立体像航片上都有影像，以构成立体像对进行立体量行立体量测。人造立体人造立体视觉必必须符合自然界立体符合自然界立体观察的四个条件：察的四个条件：由两个不同由两个不同摄站站摄取同一景物的一个立体像取同一景物的一个立体像对；一一只只眼眼睛睛只只能能观察察像像对中中的的一一张像像片片。这一一条条件称件称为分像条件；分像条件；两像片同名点的两像片同名点的连线与眼基与眼基线近似平行；近似平行；像片像片间的距离与双眼的距离与双眼间的交向角相适的交向角相适应。四、四、观察人造立体的条件察人造立体的条件以以上上四四个个条条件件中中，第第一一条条在在摄影影中中应得得到到满足足。 第第三三、四四条条是是人人眼眼观察察中中生生理理方方面面的的要要求求，在在第第三三条条中中，如如果果左左右右影影像像上上下下错开开太太大大，则形形不不成成立立体体，不不满足足第第四四条条则形形不不成交会角，成交会角，这两条可通两条可通过放置像片位置来达到要求。放置像片位置来达到要求。而而第第二二条条在在观察察时要要强迫迫两两眼眼分分别只只看看一一张像像片片，这与与观察察自自然然景景物物时人人眼眼的的交交会会本本能能相相违背背，其其次次人人造造立立体体观察察的的是是像像平平面面，凝凝视条条件件不不便便，而而交交会会的的是是视模模型型，随随模模型型的的远近近而而不不同同，这也也破破坏坏了了人人眼眼观察察时的的调焦焦与与交交会会相相统一的凝一的凝视本能。本能。因因此此要要经过训练才才能能裸裸眼眼立立体体观察察，即即使使如如此此，眼眼睛睛容容易易疲疲劳，需要借助立体，需要借助立体观察察仪器来器来执行。行。五、立体效五、立体效应的的转换人人造造立立体体观察察，不不仅可可以以提提高高立立体体量量测的的精精度度，而而且且可可以以测求求物物体体的的空空间位位置置，在在满足足上上述述观察察条条件件的的基基础上上，两两张像像片片有有三三种种不不同同放放置置方方式式，因因而而产生了三种立体效生了三种立体效应：正立体、反立体、零立体。：正立体、反立体、零立体。六、像六、像对的立体的立体观察察1.用立体用立体镜观察立体察立体2.重叠影式重叠影式观察立体察立体互互补色法色法光光闸法法偏振光法偏振光法液晶液晶闪闭法法立体立体观察察设备的作用：的作用：减减缓疲疲劳增增强人眼人眼视力力增大人眼基增大人眼基线放大倍数放大倍数K=nV 袖珍立体镜反光立体镜立体立体镜法法超高感超高感： 在像在像对立体立体观察中察中所看到的立体模型是所看到的立体模型是视觉模型，模型，观察者往往会感到立体模型的察者往往会感到立体模型的起伏程度与起伏程度与实地不一致。地不一致。这种种现象是由于立体模型的水平比象是由于立体模型的水平比例尺和垂直比例尺不一致造成例尺和垂直比例尺不一致造成的。当立体模型的垂直比例尺的。当立体模型的垂直比例尺大于水平比例尺大于水平比例尺时，立体模型，立体模型比比实际地形地形显得陡峭，得陡峭，这种种现象称象称为立体立体观察察时的超高感。的超高感。产生超高感的原因是立体生超高感的原因是立体观察察仪的主距大于的主距大于摄影机的主距。影机的主距。S1S2b1b2b1b2d1d2f互互补色法色法如如图在在暗暗室室中中，用用两两投投影影器器分分别对左左右右片片进行行投投影影。在在左左投投影影器器插插入入红色色滤光光片片，右右投投影影器中插入器中插入绿色色滤光片。光片。观察察者者带上上左左红右右绿的的眼眼镜就就可可以以达达到到分分像像的的目目的的，从从而而观察到立体。察到立体。混混合合在在一一起起成成为白白色色光光的的两两种种色色光光称称为互互补色色光光。品品红和和蓝绿是两种常是两种常见的互的互补色。色。光光闸法法在在投投影影的的光光线中中安安装装光光闸，两两个个光光闸一一个个打打开开一一个个关关闭相相互互交交替替。人人眼眼带上上与与光光闸同同步步的的光光闸眼眼镜，这样就能一只眼睛只看一就能一只眼睛只看一张影像了。影像了。由由于于影影像像在在人人眼眼中中能能保保持持0.15秒秒的的视觉停停留留，只只要要同同一一只只眼眼睛睛的的再再次次打打开开的的时间间隔隔小小于于0.15秒秒，眼眼睛睛中中的的影影像像就就不不会会消消失失。这样虽然然这只只眼眼睛睛没没有有看看到影像，但大到影像，但大脑中仍有影像停留，仍能中仍有影像停留，仍能观察到立体。察到立体。偏振光法偏振光法光光线经过偏偏振振器器分分解解出出来来偏偏振振光光只只在在偏偏振振平平面面上上传播播，设此此时的的光光强为I1，当当通通过第第二二个个偏偏振振器器后后光光强为I2，如果两个偏振器的，如果两个偏振器的夹角角为，则I2=I1cos。利利用用这一一特特性性，在在两两张影影像像的的投投影影光光路路中中分分别放放置置偏偏振振平平面面相相互互垂垂直直的的偏偏振振器器，得得到到波波动方方向向相相互互垂垂直直的的两两组偏偏振振光光影影像像。观察察者者带上上与与偏偏振振器器相相互互垂垂直直的的偏偏振振眼眼镜，这样就就能能达达到到分分像像的的目目的的，从从而而可可以以观察到立体。察到立体。液晶液晶闪闭法法它它由由红外外发生生器器和和液液晶晶眼眼镜组成成。使使用用时红外外发生生器器一一端端与与显卡卡相相连，图像像显示示软件件按按照照一一定定的的频率率交交替替显示示左左右右影影像像，红外外发生生器器同同步步发射射红外外线，控控制制液液晶晶眼眼镜的的左左右右镜片片交交替替地地闪闭，达达到到分分像像的的目的，从而目的，从而观察到立体。察到立体。立体观察设备XP1型判读仪屏幕光学立体镜立体观察设备用液晶眼镜实现立体观察偏振光立体观察像对立体量测测标：一对光点移动测标固定测标