第4章雙像立體測(cè)圖基礎(chǔ)與立體測(cè)圖

1、第四章 雙像立體測(cè)圖基礎(chǔ)與立體測(cè)圖4.1 人眼的立體視覺(jué)原理4.2 像對(duì)的立體觀察與立體量測(cè)4.3 立體像對(duì)與雙像立體測(cè)圖4.4 立體像對(duì)的相對(duì)定向元素與 模型的絕對(duì)定向元素4.5 模擬法立體測(cè)圖4.6 解析法立體測(cè)圖立體像對(duì)與雙像立體測(cè)圖立體像對(duì) 即在兩攝站點(diǎn)對(duì)同一地面景物攝取有一定影像重疊的兩張像片。雙像立體測(cè)圖 是指利用一個(gè)立體像對(duì)重建地面立體幾何模型，并對(duì)該幾何模型進(jìn)行量測(cè)，直接給出符合規(guī)定比例尺的地形圖，獲取地理基礎(chǔ)信息。4.1 人眼的立體視覺(jué)原理視網(wǎng)膜上大約有108個(gè)桿狀細(xì)胞，直徑2m；6.5106個(gè)錐狀細(xì)胞，直徑28m二、人眼光學(xué)感覺(jué)過(guò)程一個(gè)物理、生理、心理共同作用的過(guò)程。來(lái)自物

2、體的光刺激視網(wǎng)膜的桿狀和錐狀細(xì)胞（物理過(guò)程）使其感光（生理過(guò)程），通過(guò)視神經(jīng)纖維傳至后大腦視覺(jué)中心，經(jīng)記憶加入已有的概念與經(jīng)驗(yàn)（心理過(guò)程），從而形成感知人眼觀察目標(biāo)時(shí)，會(huì)本能地轉(zhuǎn)動(dòng)眼球，使視軸交會(huì)于該物體上，同時(shí)眼睛的水晶體自動(dòng)調(diào)焦得到清晰的影像，這種本能稱為人眼的凝視。2、雙眼觀察用雙眼觀察空間物體時(shí)，可以容易地判定物體的遠(yuǎn)近，這種現(xiàn)象叫做天然立體視覺(jué)。ABb1b2a1a2LSS人眼的觀察方式：1、單眼觀察不能判斷物體的遠(yuǎn)近l 生理視差A(yù)、B點(diǎn)的左右坐標(biāo)差為 2121bbbaaaxxPxxPABb1b2a1a2LSSSPa、Pb稱為點(diǎn)的左右視差，兩點(diǎn)的左右視差之差稱為左右視差較，或生理視差。

3、 baPPPl 交會(huì)角三、人造立體視覺(jué)a2b2a1P2借助空間物體的構(gòu)像信息而在視覺(jué)上感受出空間物體的存在，稱為人造立體視覺(jué)。 人造立體視覺(jué)的過(guò)程：空間景物在感光材料上構(gòu)像，人眼觀察構(gòu)像的像片而產(chǎn)生生理視差，重建空間景物立體視覺(jué)。四、人造立體的條件1、兩張像片必須是在兩個(gè)不同攝站點(diǎn)對(duì)同一景 物攝取的立體像對(duì)，立體相對(duì)必須有一定重疊的地物 。（考慮：兩張相對(duì)重疊100%行不行？）2、每只眼睛只能觀察像對(duì)中的一張像片，這一 條件稱之為分像條件。3、兩像片上相同景物（同名像點(diǎn)）的連線與眼 基線應(yīng)大致平行，并且兩同名點(diǎn)的距離與眼基線盡量相等。4、兩像片的比例尺相近，不能差別太大（差別15%）五、立體效

4、應(yīng)1、正立體效應(yīng)2、反立體效應(yīng)左左右右左左右右左左右右用光學(xué)儀器或肉眼對(duì)一定重疊率的像對(duì)進(jìn)行觀察，獲得地物和地形的光學(xué)立體模型，稱為像片的立體觀察，它的原理是根據(jù)人對(duì)物體的雙眼觀察。立體觀察方法：立體鏡式：借助光學(xué)系統(tǒng)使得人眼分別觀察其中的一張像片重疊影像式：將左右兩像片影像投影在同一個(gè)承影面上，然后通過(guò)一些措施使得兩眼各看一張像片一、立體鏡觀察立體1、立體鏡l 橋式立體鏡l 反光立體鏡橋式立體鏡觀察，簡(jiǎn)單但觀察的范圍小橋式立體鏡觀察，簡(jiǎn)單但觀察的范圍小可以觀察2330cm邊長(zhǎng)的大像幅立體像對(duì) 2、用立體鏡進(jìn)行立體觀察的方法（1）要將像片定向。像片定向是使兩張像片上基線 和 重合，相應(yīng)像點(diǎn)間的

5、距離略小于立體鏡的觀察基線。（2）將立體鏡放在像對(duì)上，使立體鏡的觀察基線與像片基線平行，同時(shí)用左眼看左像，右眼看右像。 21oo21oo3、用立體鏡觀察立體像對(duì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 兩眼視軸經(jīng)常是與眼基線在一個(gè)平面上的，各相應(yīng)視線也同樣與眼基線在一個(gè)平面上 對(duì)建立的立體模型進(jìn)行量測(cè)主要方法：雙測(cè)標(biāo)法；是用兩個(gè)刻有量測(cè)標(biāo)記的測(cè)標(biāo)進(jìn)行量測(cè)。 測(cè)標(biāo)的形狀有多種，如光點(diǎn)、T字形、感嘆號(hào)等原理：利用測(cè)標(biāo)在影像平面上的二維移動(dòng)，就可使感覺(jué)到的空間虛測(cè)標(biāo)在空間三軸上移動(dòng)，從而進(jìn)行立體模型的量測(cè)。 三、立體量測(cè)三、立體量測(cè):左右測(cè)標(biāo)分別切準(zhǔn)左左右測(cè)標(biāo)分別切準(zhǔn)左右同名像點(diǎn)右同名像點(diǎn)兩單測(cè)標(biāo)相當(dāng)于同名兩單測(cè)標(biāo)相當(dāng)于同名

6、像點(diǎn)，構(gòu)成立體測(cè)標(biāo)像點(diǎn)，構(gòu)成立體測(cè)標(biāo)TT與立體模型表面與立體模型表面M點(diǎn)點(diǎn)重合重合接口設(shè)備：電子計(jì)算機(jī)與立體坐標(biāo)量測(cè)儀及數(shù)控繪圖桌連接與信息溝通。包括l 編碼器：進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），使儀器的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。l 伺服系統(tǒng)：進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換（D/A），將計(jì)算機(jī)給出的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化成儀器的機(jī)械位移量，驅(qū)動(dòng)部件至應(yīng)有的位置。像點(diǎn)坐標(biāo)獲取在攝影測(cè)量中，一個(gè)立體像對(duì)的同名像點(diǎn)在各自的像平面坐標(biāo)系的x,y坐標(biāo)之差分別稱為左右視差p及上下視差q,即p=x1-x2q=y1-y2HCT-1型立體坐標(biāo)量測(cè)儀像片的歸心與定向在進(jìn)行像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)之前，需要使儀器各讀數(shù)歸零，然后進(jìn)行像片的歸心的定向

7、。歸心：使像片坐標(biāo)系的原點(diǎn)與儀器坐 標(biāo)系的已知位置重合定向：使坐標(biāo)儀坐標(biāo)軸系與像平面坐 標(biāo)軸系平行像點(diǎn)坐標(biāo)x1=X-X0y1=Y-Y0 x2=x1-(p-p0)y2=y1-(q-q0)x0,y0,p0,q0為立體坐標(biāo)量測(cè)儀零位置的讀數(shù)x,y,p,q為測(cè)標(biāo)總立體切準(zhǔn)待量測(cè)點(diǎn)時(shí)所記下大的讀數(shù)一、立體像對(duì)1、定義從不同攝站攝取的具有重疊影像的一對(duì)像片2、立體像對(duì)上的點(diǎn)、線、面4.3 立體像對(duì)與雙像立體測(cè)圖雙像立體測(cè)圖是以一個(gè)立體像對(duì)為量測(cè)單元。a1攝影基線：攝取立體像 對(duì)時(shí)，相鄰攝站間的連線 同名光線：同一地面點(diǎn) 向不同攝站的投射光線 同名像點(diǎn)：同一地面點(diǎn)在不同像片上的構(gòu)像 核面：過(guò)攝影基線與地面點(diǎn)

8、的平面 主核面：包含像主點(diǎn)的核面 左主核面 右主核面 垂核面：包含像底點(diǎn)的核面 核線：核面與像片平面的交線 核點(diǎn)：攝影基線與像片平面的交點(diǎn)二、立體攝影測(cè)量的基本原理立體攝影測(cè)量（雙像立體測(cè)圖）是利用立體相片對(duì)，在恢復(fù)他們的內(nèi)外方位元素后，重建與地面相似的幾何模型，并對(duì)該模型進(jìn)行量測(cè)的一種攝影測(cè)量方法1、像對(duì)攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn) l 恢復(fù)兩像片的內(nèi)方位元素l 恢復(fù)兩像片的外方位元素：即進(jìn)行 像對(duì)的相對(duì)定向和絕對(duì)定向 三、雙像立體測(cè)圖概述實(shí)質(zhì)：重建攝區(qū)立體模型，在立體模型上進(jìn) 行量測(cè)三、雙像立體測(cè)圖概述三、雙像立體測(cè)圖概述 立體像對(duì)上對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)、攝影基線、同名射線與地面立體像對(duì)上對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)、

9、攝影基線、同名射線與地面點(diǎn)存在固定的幾何關(guān)系，如果能夠恢復(fù)像片對(duì)的內(nèi)外方位元素，點(diǎn)存在固定的幾何關(guān)系，如果能夠恢復(fù)像片對(duì)的內(nèi)外方位元素，就能恢復(fù)他們之間固有的幾何關(guān)系，重建立體模型。就能恢復(fù)他們之間固有的幾何關(guān)系，重建立體模型。立體測(cè)圖的關(guān)鍵：立體測(cè)圖的關(guān)鍵：重建與實(shí)地相似的幾何模型重建與實(shí)地相似的幾何模型 恢復(fù)攝影時(shí)的空間方位恢復(fù)攝影時(shí)的空間方位恢復(fù)像片對(duì)的恢復(fù)像片對(duì)的 內(nèi)方位元素：內(nèi)方位元素：攝影中心與像片之間相關(guān)位置攝影中心與像片之間相關(guān)位置 外方位元素：外方位元素：像片在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)像片在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài) 內(nèi)方位元素：已知內(nèi)方位元素：已知 恢復(fù)兩張像片的相對(duì)位置（相

10、對(duì)定向）立體模型，恢復(fù)兩張像片的相對(duì)位置（相對(duì)定向）立體模型，同同 名射線就會(huì)對(duì)對(duì)相交形成與實(shí)地相似的幾何模型，名射線就會(huì)對(duì)對(duì)相交形成與實(shí)地相似的幾何模型， 外方位元素：未知外方位元素：未知 （模型的大小和空間位置是任意的）模型的大小和空間位置是任意的） 恢復(fù)立體模型的大小和空間方位（絕對(duì)定向），把恢復(fù)立體模型的大小和空間方位（絕對(duì)定向），把相對(duì)定向后重建的立體模型納入到地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系中并符合所要求的比相對(duì)定向后重建的立體模型納入到地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系中并符合所要求的比例尺，對(duì)該模型進(jìn)行量測(cè)可以獲取模型點(diǎn)的三維坐標(biāo)。例尺，對(duì)該模型進(jìn)行量測(cè)可以獲取模型點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過(guò)相對(duì)定向和絕對(duì)定向兩個(gè)步

11、驟來(lái)恢復(fù)兩張像片的外方位元素，也稱為間接實(shí)現(xiàn)攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)。2、雙像立體測(cè)圖步驟l 內(nèi)定向：恢復(fù)像片對(duì)的內(nèi)方位元素，建立與攝影光束相似的投影光束 。l 相對(duì)定向：恢復(fù)兩張像片的相對(duì)方位，建立與地面相似的立體模型。l 絕對(duì)定向：將立體模型納入到地面坐標(biāo)系中，并歸化模型的比例尺。l 立體測(cè)圖：用量測(cè)工具量測(cè)立體模型，測(cè)制地形圖。三、雙像立體測(cè)圖的方法(使用不同的方法完成立體模型的重建) 模擬法立體測(cè)圖利用模擬測(cè)圖儀，光學(xué)像片，人工尋找同名像點(diǎn) 解析法立體測(cè)圖利用解析測(cè)圖儀測(cè)圖，光學(xué)像片，人工尋找同名像點(diǎn)。核心是計(jì)算機(jī)。 影像數(shù)字化立體測(cè)圖利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)字影像或數(shù)字化影像，利用數(shù)字相關(guān)

12、技術(shù)，自動(dòng)尋找同名像點(diǎn)并量測(cè)坐標(biāo)。采用解析計(jì)算方法，建立數(shù)字立體模型。立體像對(duì)的相對(duì)定向元素 與模型的絕對(duì)定向元素一、相對(duì)定向和絕對(duì)定向恢復(fù)像片對(duì)的外方位元素要經(jīng)過(guò)兩步：相對(duì)定向與絕對(duì)定向像片對(duì)的相對(duì)定向元素（兩張像片相對(duì)位置的數(shù)據(jù)）和模型的絕對(duì)定向元素(模型的大小和空間方位)。二、立體像對(duì)的相對(duì)定向元素確定一個(gè)立體像對(duì)兩張像片相對(duì)位置和姿態(tài)的元素稱為相對(duì)定向元素相對(duì)定向用于建立立體模型完成相對(duì)定向的唯一標(biāo)準(zhǔn)是兩像片同名像點(diǎn)的投影光線對(duì)對(duì)相交。 實(shí)際上攝影測(cè)量問(wèn)題就是如何利用立體相對(duì)上的同名像點(diǎn)求它對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)S2u2v2w2S1u1v1w1bbubvbw222,wvbb連續(xù)法相對(duì)定

13、向元素：連續(xù)法相對(duì)定向元素：1、連續(xù)法相對(duì)定向元素以左像空間坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，右像片相對(duì)于左像片的相對(duì)方位元素連續(xù)像對(duì)： 像空間輔助坐標(biāo)系左片的像空間坐標(biāo)系 五個(gè)相對(duì)定向元素- 三個(gè)角元素 + 兩個(gè)基線分量 如果把一條航線作為整體，建立的像空間輔助坐標(biāo)系是一左片的像空間輔助坐標(biāo)系作為像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系，當(dāng)取用第一張和第二張像片建立立體模型時(shí)，可以取第一張像片的像空間輔助坐標(biāo)系作為立體像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系。當(dāng)取用第二張和第三張像片建立立體模型時(shí)，這時(shí)第二張像片的像空間輔助坐標(biāo)系與第一張是不重合的，但作為一條航線整體來(lái)講，始終要取統(tǒng)一的像空間輔助坐標(biāo)系，要把第一個(gè)模型的左像空間輔助做標(biāo)系移到第二

14、個(gè)模型的左片中去（第二個(gè)模型的左片相當(dāng)于第二個(gè)模型的右片，他的外方位元素是已知的），這樣確定 相對(duì)定向元素的方法稱為連續(xù)法相對(duì)定向，因?yàn)榍昂竽Ｐ烷g存在傳遞性。2、單獨(dú)法相對(duì)定向元素2單獨(dú)法相對(duì)定向元素單獨(dú)法相對(duì)定向元素： 1 ， 1 ，2，2，21u1x1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2B在以左攝影中心為原點(diǎn)、左主核面為UW平面、攝影基線為U軸的右手空間直角坐標(biāo)系中，左右像片的相對(duì)方位元素221像空間輔助坐標(biāo)系-S-UVW 五個(gè)相對(duì)定向元素-兩個(gè)左片角元素 +三個(gè)右片角元素三、模型的絕對(duì)定向元素 確定相對(duì)定向所建立的幾何模型的比例尺和模型空間方位的元素。（借助地面控制點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行平移

15、、旋轉(zhuǎn)和縮放） S-UVW D-XYZ（是不同原點(diǎn)的三維空間相似變換） 共有七個(gè)參數(shù)（6個(gè)外方位元素和一個(gè)模型縮放比例因子）。（x,y,z)為模型點(diǎn)的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)（u,v,w)為同一模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo) 為模型縮放比例因子（a1,a2,.c3）為兩個(gè)坐標(biāo)軸系三個(gè)轉(zhuǎn)角按（）計(jì)算的方向余旋（Xs,Ys,Zs）為坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量一、模擬法立體測(cè)圖原理用光學(xué)投影或機(jī)械投影的方法實(shí)現(xiàn)攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)，建立與實(shí)地相似的幾何模型。立體測(cè)圖的基本單元： 立體像對(duì)利用電子計(jì)算機(jī)，通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)解算方法保證像點(diǎn)坐標(biāo)和模型點(diǎn)坐標(biāo)之間滿足共線關(guān)系，建立被攝目標(biāo)的數(shù)字立體模型，同樣可以完成對(duì)被攝目標(biāo)的立體量測(cè)。一、解析測(cè)圖儀的主要組成精密立體坐標(biāo)量測(cè)儀：立體觀察和立體量測(cè)。電子計(jì)算機(jī)：核心部件，實(shí)現(xiàn)解析測(cè)圖儀的實(shí)時(shí)計(jì)算與攝影測(cè)量作業(yè)的計(jì)算。數(shù)控繪圖桌：在計(jì)算機(jī)控制下，繪出地形圖及各種圖件。接口設(shè)備：電子計(jì)算機(jī)與立體坐標(biāo)量測(cè)儀及數(shù)控繪圖桌連接與信息溝通。包括l 編碼器：進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），使儀器的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。l 伺服系統(tǒng)：進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換（D/A），將計(jì)算機(jī)給出的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化成儀器的機(jī)械位移量，驅(qū)動(dòng)部件至應(yīng)有的位置。像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)在攝影測(cè)量中，一個(gè)立體像對(duì)的同名像點(diǎn)在各自的像平面坐