摄影测量学第三章双像立体测图双像立体测图主要内容：主要内容：1、人眼的立体视觉和立体观、人眼的立体视觉和立体观测测2、立体像对、立体像对相对定向与核线几何相对定向与核线几何3、立体像对、立体像对空间前方交会空间前方交会4、单元模型的绝对定向、单元模型的绝对定向5、立体影像对光束法严密解、立体影像对光束法严密解在摄影测量中，利用单幅影像是不能确定物体上的在摄影测量中，利用单幅影像是不能确定物体上的空间位置的，在单张像片的内、外方位元素已知的空间位置的，在单张像片的内、外方位元素已知的条件下，它也只能确定被摄物体点的摄影方向线。条件下，它也只能确定被摄物体点的摄影方向线。要确定被摄物体点的空间位置，必须利用具有一定要确定被摄物体点的空间位置，必须利用具有一定重叠的两张像片，构成立体模型来确定被摄物体的重叠的两张像片，构成立体模型来确定被摄物体的空间位置。按照立体像对与被摄物体的几何关系，空间位置。按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式来解求物体的三以数学计算方式来解求物体的三维坐标，称为双像维坐标，称为双像解析摄影测量。解析摄影测量。3.1 人眼的立体视觉和立体观测1、人眼的立体视觉、人眼的立体视觉2、人眼的、人眼的分辨能力与观察能力分辨能力与观察能力3、人造立体视觉人造立体视觉4、观察人造立体的条件观察人造立体的条件5、立体、立体效应的转换效应的转换6、像对的立体观察、像对的立体观察人眼的结构人眼的结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、人眼的立体视觉人眼是一个天然的光学系统，人眼是一个天然的光学系统，水晶体如同摄影机物镜，能自动改变焦水晶体如同摄影机物镜，能自动改变焦距，使观察不同远近物体时，视网膜上都能得到清晰的物像。瞳孔好像距，使观察不同远近物体时，视网膜上都能得到清晰的物像。瞳孔好像光圈，视网膜好像底片，能接收物体的影像信息。光圈，视网膜好像底片，能接收物体的影像信息。人眼的立体视觉人眼的立体视觉人眼单眼观察时，不能直接获取空间感视觉，而只人眼单眼观察时，不能直接获取空间感视觉，而只能凭简介因素来判断景物的远近。只有用双眼观察能凭简介因素来判断景物的远近。只有用双眼观察时，才能感觉出景物有远近凸凹的视觉，称为时，才能感觉出景物有远近凸凹的视觉，称为立体立体视觉视觉。摄影测量中，正是根据这一原理，对同一地区，在摄影测量中，正是根据这一原理，对同一地区，在两个不同摄站拍摄两张像片，构成一个两个不同摄站拍摄两张像片，构成一个立体像对立体像对，进行立体观察与量测。进行立体观察与量测。为什么双眼能观察景物的远近？为什么双眼能观察景物的远近？当双眼凝视物点当双眼凝视物点A时，两眼的视轴本能地交于该点。时，两眼的视轴本能地交于该点。此时的交向角为此时的交向角为。当观察。当观察附近的附近的B点时，交向角为点时，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点较点较B点远。点远。人眼怎么观察出这两个交人眼怎么观察出这两个交向角的差异呢？向角的差异呢？A点在两眼中的构像为点在两眼中的构像为a和和a，B的构像为的构像为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，其差值不相等，其差值=ab- ab称为称为生理视差生理视差。生理视差通过神经传到大生理视差通过神经传到大脑，通过大脑综合，作出脑，通过大脑综合，作出景物远近的判断。因此，景物远近的判断。因此，生理视差是判断景物远近生理视差是判断景物远近的根源的根源。A点在两眼中，通过水晶点在两眼中，通过水晶体中心体中心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。若在各自视网膜中。若在各自视网膜中设一平面坐标系，设一平面坐标系，A点的点的左右坐标差为左右坐标差为pA=Xa-Xa。B点的左右坐标差为点的左右坐标差为pB=Xb-Xb。pA与与pB称为称为点的左右视差点的左右视差。p= pA - pB ，称为，称为左右视差较左右视差较。二、人眼的分辨能力与观察能力人眼的分辨力是由视神经细胞决定的。若两物点的人眼的分辨力是由视神经细胞决定的。若两物点的影像落在同一视神经细胞内，人眼就分辨不出这是影像落在同一视神经细胞内，人眼就分辨不出这是两个像点。视神经细胞的直径约为两个像点。视神经细胞的直径约为0.0035mm，相，相当于水晶体的张角约当于水晶体的张角约45。所以单个人眼观察两点。所以单个人眼观察两点间的分辨力为间的分辨力为45，如果单眼观察的是两平行线，如果单眼观察的是两平行线，由于它是落在多个神经细胞上，则观察分辨力可以由于它是落在多个神经细胞上，则观察分辨力可以提高，约为提高，约为20。双眼视力：双眼视力：第一类双眼视力为第一类双眼视力为30；第二类双眼视力为第二类双眼视力为1015 人眼的观察能力眼基线眼基线br为一常数：为一常数：要分辨差异则要分辨差异则min30：要提高分辨距离远近的能力，一个是扩大基线要提高分辨距离远近的能力，一个是扩大基线br，另一个是利用放大倍率为另一个是利用放大倍率为v的光学系统进行观察，的光学系统进行观察，则分辨力可提高则分辨力可提高v倍。倍。如如果果在在双双眼眼前前分分别别放放置置感感光光材材料料P和和P，则则景景物物分分别别记记录录在在感感光光材材料料上上。当当移移开开实实物物AB后后，仍仍进进行行双双眼眼观观察察，仍仍能能看看到到与与实实物物一一样样的的空空间间景景物物A和和B。这这就是就是人造立体视觉效应人造立体视觉效应。三、人造立体视觉自自然然界界中中，当当双双眼眼观观察察远远近近不不同同的的A、B两两点点时时，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产生生了了生生理理视视差差，产产生生立立体体视视觉觉，能分辨物体远近。能分辨物体远近。按按照照立立体体视视觉觉原原理理，在在一一条条基基线线的的两两端端用用摄摄影影机机获获取取同同一一地地物物的的一一个个立立体体像像对对，观观察察中中就就能能重重现现物物体体的的空空间间景景观观，测测绘绘物物体体的的三三维维坐坐标标。这这是是摄摄影影测测量量进行三维坐标量测的理论基础。进行三维坐标量测的理论基础。根根据据这这一一原原理理，规规定定在在摄摄影影测测量量中中，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，是是为为了了获获取取同同一一景景物物在在两两张张航片上都有影像，以构成立体像对进行立体量测。航片上都有影像，以构成立体像对进行立体量测。人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：由两个不同摄站摄取同一景物的一个立体像对；由两个不同摄站摄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观察察像像对对中中的的一一张张像像片片。这这一一条条件称为分像条件；件称为分像条件；两像片同名点的连线与眼基线近似平行；两像片同名点的连线与眼基线近似平行；像片间的距离与双眼间的交向角相适应。像片间的距离与双眼间的交向角相适应。四、观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摄影影中中应应得得到到满满足足。 第第三三、四四条条是是人人眼眼观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错开开太太大大，则则形形不不成成立立体体，不不满满足足第第四四条条则则形形不不成交会角，这两条可通过放置像片位置来达到要求。成交会角，这两条可通过放置像片位置来达到要求。而而第第二二条条在在观观察察时时要要强强迫迫两两眼眼分分别别只只看看一一张张像像片片，这这与与观观察察自自然然景景物物时时人人眼眼的的交交会会本本能能相相违违背背，其其次次人人造造立立体体观观察察的的是是像像平平面面，凝凝视视条条件件不不便便，而而交交会会的的是是视视模模型型，随随模模型型的的远远近近而而不不同同，这这也也破破坏坏了了人人眼眼观观察察时时的的调调焦焦与与交交会会相相统统一的凝视本能。一的凝视本能。因因此此要要经经过过训训练练才才能能裸裸眼眼立立体体观观察察，即即使使如如此此，眼眼睛睛容容易易疲劳，需要借助立体观察仪器来执行。疲劳，需要借助立体观察仪器来执行。五、立体效应的转换人人造造立立体体观观察察，不不仅仅可可以以提提高高立立体体量量测测的的精精度度，而而且且可可以以测测求求物物体体的的空空间间位位置置，在在满满足足上上述述观观察察条条件件的的基基础础上上，两两张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应：正立体、反立体、零立体。产生了三种立体效应：正立体、反立体、零立体。六、像对的立体观察1.用立体镜观察立体用立体镜观察立体2.重叠影式观察立体重叠影式观察立体互补色法互补色法光闸法光闸法偏振光法偏振光法液晶闪闭法液晶闪闭法立体观察设备的作用：立体观察设备的作用：减缓疲劳减缓疲劳增强人眼视力增强人眼视力增大人眼基线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镜法立体镜法超高感超高感： 在像对立体观察中在像对立体观察中所看到的立体模型是视觉模型，所看到的立体模型是视觉模型，观察者往往会感到立体模型的观察者往往会感到立体模型的起伏程度与实地不一致。这种起伏程度与实地不一致。这种现象是由于立体模型的水平比现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时，立体模型大于水平比例尺时，立体模型比实际地形显得陡峭，这种现比实际地形显得陡峭，这种现象称为立体观察时的超高感。象称为立体观察时的超高感。产生超高感的原因是立体观察产生超高感的原因是立体观察仪的主距大于摄影机的主距。仪的主距大于摄影机的主距。S1S2b1b2b1b2d1d2f互补色法互补色法如如图图在在暗暗室室中中，用用两两投投影影器器分分别别对对左左右右片片进进行行投投影影。在在左左投投影影器器插插入入红红色色滤滤光光片片，右右投投影影器中插入绿色滤光片。器中插入绿色滤光片。观观察察者者带带上上左左红红右右绿绿的的眼眼镜镜就就可可以以达达到到分分像像的的目目的的，从从而而观观察到立体。察到立体。混混合合在在一一起起成成为为白白色色光光的的两两种种色色光光称称为为互互补补色色光光。品品红红和蓝绿是两种常见的互补色。和蓝绿是两种常见的互补色。光闸法光闸法在在投投影影的的光光线线中中安安装装光光闸闸，两两个个光光闸闸一一个个打打开开一一个个关关闭闭相相互互交交替替。人人眼眼带带上上与与光光闸闸同同步步的的光光闸闸眼眼镜镜，这样就能一只眼睛只看一张影像了。这样就能一只眼睛只看一张影像了。由由于于影影像像在在人人眼眼中中能能保保持持0.15秒秒的的视视觉觉停停留留，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时间间间间隔隔小小于于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。这这样样虽虽然然这这只只眼眼睛睛没没有有看看到影像，但大脑中仍有影像停留，仍能观察到立体。到影像，但大脑中仍有影像停留，仍能观察到立体。偏振光法偏振光法光光线线经经过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传播播，设设此此时时的的光光强强为为I1，当当通通过过第第二二个个偏偏振振器器后后光光强为强为I2，如果两个偏振器的夹角为，如果两个偏振器的夹角为，则，则I2=I1cos。利利用用这这一一特特性性，在在两两张张影影像像的的投投影影光光路路中中分分别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，得得到到波波动动方方向向相相互互垂垂直直的的两两组组偏偏振振光光影影像像。观观察察者者带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镜，这这样样就就能能达达到到分分像像的的目目的的，从从而而可可以观察到立体。以观察到立体。液晶闪闭法液晶闪闭法它它由由红红外外发发生生器器和和液液晶晶眼眼镜镜组组成成。使使用用时时红红外外发发生生器器一一端端与与显显卡卡相相连连，图图像像显显示示软软件件按按照照一一定定的的频频率率交交替替显显示示左左右右影影像像，红红外外发发生生器器同同步步发发射射红红外外线线，控控制制液液晶晶眼眼镜镜的的左左右右镜镜片片交交替替地地闪闪闭闭，达达到到分分像像的的目的，从而观察到立体。目的，从而观察到立体。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