立體觀察和立體觀測(cè)

立體觀察和立體觀測(cè)演示文稿第一頁(yè)，共三十三頁(yè)。（優(yōu)選）立體觀察和立體觀測(cè)第二頁(yè)，共三十三頁(yè)。

人眼對(duì)自然界景物可以是單眼觀察或雙眼觀察。單眼觀察自然界景物不能夠直接獲得空間感視覺(jué)，而只能憑借間接因素來(lái)判斷景物的遠(yuǎn)近。用一對(duì)眼睛同時(shí)觀察景物稱(chēng)為雙眼觀察。在雙眼觀察下能感覺(jué)出景物有遠(yuǎn)近凸凹的感覺(jué)，稱(chēng)為立體視覺(jué)。在雙眼觀察(立體觀察)時(shí)，兩眼水晶體中心之間的距離稱(chēng)為眼基線be。眼基線的平均長(zhǎng)度約為65mm。第三頁(yè)，共三十三頁(yè)。當(dāng)我們用雙眼注視某一物點(diǎn)M時(shí)(圖5-2)，需要轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，使注視點(diǎn)相對(duì)于兩眼處于對(duì)稱(chēng)位置；同時(shí)，兩眼球也各依眼球中心轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩眼的視線即水晶體中心與網(wǎng)膜窩中心的連線，正好對(duì)準(zhǔn)注視點(diǎn)。兩眼視線總是相交于注視點(diǎn)上的。這種性能叫做眼的交向本能。在眼的交向過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行著眼的凝視，使注視點(diǎn)同時(shí)在左右兩眼的網(wǎng)膜窩處得到清晰的影像m1和m2。這兩個(gè)影像經(jīng)過(guò)大腦的作用而融合為一，感覺(jué)到有一個(gè)空間點(diǎn)M的存在。此時(shí)兩眼視線的交會(huì)角稱(chēng)為交向角γ。顯然注視點(diǎn)M到眼基線的距離L與交向角γ的關(guān)系可用下式表示：第四頁(yè)，共三十三頁(yè)。第五頁(yè)，共三十三頁(yè)。在γ角為小值時(shí)： L=be/γ眼的最適宜的交向角相當(dāng)于L為明視距離下的情況，約在13°~15°左右。由于網(wǎng)膜窩的視場(chǎng)角有1°左右，在注視點(diǎn)M的視場(chǎng)內(nèi)設(shè)有另一點(diǎn)K，那么在兩眼的網(wǎng)膜窩處也將得到點(diǎn)K的影像k1和k2，于是在兩眼網(wǎng)膜窩處得到弧長(zhǎng)和。設(shè)點(diǎn)K和M與眼基線在同一個(gè)平面內(nèi)，弧和之差稱(chēng)為生理視差σ，即：第六頁(yè)，共三十三頁(yè)。以注視點(diǎn)構(gòu)像m1和m2為準(zhǔn)，點(diǎn)k1和k2在注視點(diǎn)的左側(cè)時(shí)弧長(zhǎng)取正號(hào)。若σ＞0，表示點(diǎn)K較注視點(diǎn)M近一些。為了解釋方便，設(shè)K和M在左眼網(wǎng)膜窩處的弧長(zhǎng)為，在右眼網(wǎng)膜窩處的弧長(zhǎng)=0，即兩影像合于一點(diǎn)，則令兩點(diǎn)的交向角之差為，即Δγ=γM

–γK，則：第七頁(yè)，共三十三頁(yè)。這就是根據(jù)交向角差Δγ=γM

–γK或生理視差σ=－判斷點(diǎn)位深度位移ΔL=LM–LK的公式，其中fe為眼的主距約為17mm。取ΔL/LM作為判斷點(diǎn)位深度的相對(duì)誤差，要提高判斷能力，一是采取間接地增大眼基線be之值，這在很多量測(cè)距離的儀器上使用這個(gè)措施；其二使眼的生理視差σ的分辨力增大。當(dāng)物體是點(diǎn)狀時(shí)，相應(yīng)的σ最小≈0.002mm；當(dāng)物體為平行線狀時(shí)，σ最小≈0.001mm，這導(dǎo)致某些量測(cè)儀器上采用線狀測(cè)標(biāo)。如果通過(guò)有放大倍率的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，這相當(dāng)于縮短了實(shí)際的LM值，當(dāng)然對(duì)判斷深度有利。第八頁(yè)，共三十三頁(yè)。第二節(jié)人造立體效能自然界立體視覺(jué)是基于兩眼注視空間諸物點(diǎn)時(shí)，由于注視點(diǎn)眼基線的遠(yuǎn)近不同而形成交向角γ之間有差異Δγ。交向角差Δγ從幾何上反映了空間景物的遠(yuǎn)近；而另一方面它卻同時(shí)在雙眼內(nèi)產(chǎn)生了生理視差σ，經(jīng)大腦匯合作用形成一個(gè)物體空間的視覺(jué)反應(yīng)。由此自然界立體視覺(jué)的過(guò)程可概括為：

空間物體→交向角差→生理視差→空間物體立體視覺(jué)第九頁(yè)，共三十三頁(yè)。

即空間物體立體視覺(jué)的形成主要在于雙眼網(wǎng)膜窩處生理視差的存在?，F(xiàn)在自然界立體觀察物體M和K時(shí)，在兩眼的前面分別放置半透明的毛玻璃片P1和P2(圖5-3)，則點(diǎn)M和K將會(huì)在P1和P2上分別映出影像m1、k1和m2、k2。第十頁(yè)，共三十三頁(yè)。

如在P1和P2上標(biāo)志出影像m1、k1和m2、k2后，移去空間實(shí)物M和K。若我們的雙眼仍舊位于點(diǎn)S1和S2處，每一只眼分別觀察此一對(duì)玻璃片上的構(gòu)像。由于-=Δp≠0

，同樣會(huì)在眼的網(wǎng)膜窩處得到生理視差σ=-，那么經(jīng)過(guò)大腦的匯合作用，將會(huì)產(chǎn)生空間物體M和K的立體感覺(jué)，雖然此時(shí)已無(wú)實(shí)物存在。這個(gè)過(guò)程可概括成：

(空間物體)→空間物體構(gòu)像信息生理視差→立體感覺(jué)→視覺(jué)的空間物體的存在這種借用空間物體構(gòu)像信息而在視覺(jué)上感受出空間物體的存在，稱(chēng)為人造立體效能。第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。對(duì)照航空攝影情形，相鄰兩像片航向重疊65%，地面上同一物體在相鄰兩像片上都有影像，真實(shí)地記錄了所攝物體相互關(guān)系的幾何信息，完全類(lèi)同于上述兩個(gè)半透明玻璃片。我們利用相鄰像片組成的像對(duì)進(jìn)行雙眼觀察，同親也會(huì)獲得所攝地面的立體空間感覺(jué)。這種方法所感覺(jué)到的實(shí)物的視覺(jué)立體模型稱(chēng)為視模型。根據(jù)實(shí)物在像對(duì)上所記錄的構(gòu)像信息建立人造立體效能，必須符合自然界立體觀察的條件：第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。1）由兩個(gè)攝影站點(diǎn)攝取同一景物面組成立體像對(duì)；2）每只眼睛必須分別觀察像對(duì)的一張像片；3）兩條同名像點(diǎn)的視線與眼基線應(yīng)在一個(gè)平面內(nèi)。人造立體效能的應(yīng)用使攝影測(cè)量初期的單像量測(cè)，發(fā)展為雙像的立體量測(cè)，不僅提高了量測(cè)的精度和攝影測(cè)量的工作效率，更重要的是擴(kuò)大了攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍，奠定了立體攝影測(cè)量的基礎(chǔ)。人造立體效能在使用中最常見(jiàn)的有兩種：正立體效能和反立體效能。第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)。立體觀察像對(duì)所獲得的人造立體效能，亦即視立體模型，與實(shí)物的凸凹遠(yuǎn)近相同者稱(chēng)為正立體效能。此時(shí)，左眼觀察左像片，右眼觀察右像片，保持了直接觀察實(shí)物時(shí)生理視差的原有符號(hào)。立體觀察像對(duì)所獲得的視模型與實(shí)物的凸凹遠(yuǎn)近正好相反者稱(chēng)為反立體效能。為獲得反立體效能必須使由觀察像對(duì)所產(chǎn)生的生理視差與自然界觀察實(shí)物所產(chǎn)生的生理視差符號(hào)相反?？梢园严駥?duì)的左右像片對(duì)調(diào)，左眼觀察右像片，右眼觀察左像片，這樣就把像片對(duì)的ΔP改變了符號(hào)，導(dǎo)致生理視差也反號(hào)。第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)。

人造立體效能的條件之一是每只眼睛只應(yīng)觀察一張像片，這違反了人們?nèi)粘Ｓ^察自然界景物時(shí)眼的交會(huì)本能的習(xí)慣。其次在人造立體效能中觀察的是像片平面，凝視的條件要求不改變，面交向的地方是視模型，隨點(diǎn)位的遠(yuǎn)近而異，這又違反了眼的交向本能和凝視本能同時(shí)協(xié)調(diào)的習(xí)慣。因此就有必要采取某種措施來(lái)幫助完成人造立體效能應(yīng)具備的條件和改善眼的視覺(jué)本能的狀況。第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)。第三節(jié)立體觀察方法一、立體鏡法實(shí)現(xiàn)人造立體效能的困難條件是兩只眼睛要分別觀察像對(duì)的左右像片。為達(dá)到一只眼睛只看一張像片的要求，最簡(jiǎn)單的想法是在兩眧間放一塊隔板，機(jī)械地使兩眼分別觀察左右像片。這種方法雖能達(dá)到分像目的，但交向本能和凝視本能所產(chǎn)生的矛盾沒(méi)有解決，因?yàn)橄衿偸欠旁诿饕暰嚯x的地方，而交向是在視模型處，這就容易引起眼的疲倦，不能長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行立體觀察。第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)。如果在兩眼的前面各放置一個(gè)凸透鏡，像片放在凸透鏡的焦面上，或約小于焦距，此時(shí)凸透鏡就具有投影中心的作用，凸透鏡到像片的垂距就是投影光束的主距，以fc表示。像片上構(gòu)像的投射光線經(jīng)凸透鏡后形成平行光線進(jìn)入眼內(nèi)，而兩眼的視線也幾乎平行。這就相當(dāng)于人們對(duì)自然界無(wú)窮遠(yuǎn)處進(jìn)行觀察，眼睛輕松舒適，凝視本能和交向本能得以協(xié)調(diào)。反光立體鏡是為立體觀察航攝像片對(duì)的工具，就是按照上述設(shè)想制作的。反光立體鏡有相同的左右兩組反光鏡系C1C1′和第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)。

C2C2′(圖5-5)，反光鏡C1//C1′和C2//C2′，鏡面與桌面成45°。在反光鏡C1和C2下面桌子上分別安放像對(duì)的左右像片。兩眼在S1和S2處觀察。像片主點(diǎn)o1和o2的投影光線o1a1b1S1和o2a2b2S2延展伸直后得o1a1(S1)和o2a2(S2)，垂直于像片平面。數(shù)值o1(S1)=o2(S2)=fc稱(chēng)為立體鏡主距。此外像片對(duì)還要繞像主點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使左、右同名像點(diǎn)在一條直線上，并與眼基線S1S2平行，這樣像片上任一對(duì)同名像點(diǎn)如點(diǎn)m1和m2就落在同一個(gè)眼基線平面內(nèi)，用立體鏡觀察同名像點(diǎn)就能得到視模型點(diǎn)M。當(dāng)立體鏡主距fc與像片主距f相等時(shí)，觀察感覺(jué)的第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)。視模型與實(shí)地相似。一般立體鏡主距約為250mm。若像片主距為70或100mm，小于立體鏡主距時(shí)，視模型將要夸大實(shí)物的遠(yuǎn)近凸凹的深度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為視模型的扭曲變形。一般反光立體鏡兩反光鏡之間還設(shè)置一凸透鏡，此時(shí)立體鏡主距為透鏡到像片平面之間的距離。在很多立體測(cè)量?jī)x器上采用雙筒望遠(yuǎn)鏡立體觀測(cè)系統(tǒng)，它是在像點(diǎn)的投射光路中有一系列透鏡，以增大構(gòu)像放大率，可以提高量測(cè)的精度，其立體觀察原理基本上與上述相同。第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)。第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)。二、互補(bǔ)色法互補(bǔ)色法是利用互補(bǔ)色的特性達(dá)到分像目的的立體觀察。最常用的互補(bǔ)為綠－品紅。互補(bǔ)色法分像可采用互補(bǔ)色減法和互色加法兩種。第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。1、互補(bǔ)色加法 互補(bǔ)色加法分像用于投影影像的立體觀察。將一對(duì)透明的像片分別置于儀器的左右兩投影器內(nèi)，在暗室內(nèi)用白光照明像片。在投影器物鏡前面分別放置品紅色濾光片和綠色濾光片，那么在共同的白色承影面上得到品紅色和綠色的一對(duì)混雜在一起的影像，而在投影像幅區(qū)域之外的是黑色背景。設(shè)投影在承影面上的同名像點(diǎn)a1（左紅）和a2（右綠）的連線已經(jīng)滿(mǎn)足平行于眼基線的條件（圖5－6），觀察者左右眼也戴上品紅－綠色的眼鏡，去觀察承影面上的彩色投影影像。由于右投影器的綠色投影影像不能透過(guò)觀察者左眼前的品紅色鏡片，對(duì)觀第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。察者左眼而言像點(diǎn)a2（右綠）成為黑色，融合于黑色背景中。這就是說(shuō)，戴紅色鏡片的左眼看不見(jiàn)承影面上右像片的綠色投影影像。與此相反，左投影器的品紅色影像可以通過(guò)左眼紅色鏡片而為左眼所見(jiàn)，即看見(jiàn)了像點(diǎn)a1（左紅）。同樣的理由，左像片的紅色影像不能透過(guò)右眼前的綠鏡片，對(duì)右眼而言成為黑色，融合于黑色背景中，即右眼看不見(jiàn)承影面上左像片的紅色影像，卻只能看到右方的綠色影像。如此左眼觀看左投影器的投影影像，右眼觀看右投影器的投影影像，達(dá)到了分像的目的。在眼基線平行于同名影像連線時(shí)，兩條視線相交就獲得視模型點(diǎn)A′。第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)。顯然如果觀察者兩眼位置變動(dòng)，視模型點(diǎn)A′的位置也隨之而變。圖中S1a1與S2a2兩投影射線空中相交的A點(diǎn)，形成穩(wěn)定不變的幾何模型點(diǎn)。

2、互補(bǔ)色減法 互補(bǔ)色減法分像用于互補(bǔ)色印刷品的立體觀察。在同一張白紙上分別用品紅－綠互補(bǔ)色印刷一對(duì)像片，得到一張互補(bǔ)色構(gòu)像交錯(cuò)在一起的彩色立體圖畫(huà)（圖5－7）。觀察者左右眼戴上品紅－綠互補(bǔ)色眼鏡，在明室對(duì)立體圖畫(huà)進(jìn)行觀察。對(duì)戴品紅色鏡片的左眼而言，把白色圖紙的背景看出品紅色，致使立體圖畫(huà)中用品紅色印刷的圖像與背景融合在一起，左眼無(wú)法再分辨出品第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)。紅色圖像，或者說(shuō)看不見(jiàn)品紅色圖像；而用綠色印刷的圖像，由于不能透過(guò)左眼前紅色鏡片而看成黑色。如此，左眼觀察的視覺(jué)是為品紅色背景的黑色綠像圖形。同樣理由，右眼觀察的視覺(jué)為綠色背景的黑色紅像圖形。這樣就達(dá)到了分像的目的，立體觀察出白色背景的黑色立體視模型。第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)。三、偏振光法光線通過(guò)偏振器分解出偏振光。在一對(duì)像片的投影光路中旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏振平面相互垂直的偏振器，將影像投影到特制的共同承影面上。觀察者戴上偏振光眼鏡，兩鏡片的偏振平面也相互垂直，且分別與投射光路中偏振器偏振平面相平行或垂直。這樣雙眼觀察承影面上一對(duì)混雜在一起的投影影像時(shí)，就能達(dá)到分像的目的，從而得到人造立體效能。偏振光法可用于彩色影像的立體觀察，獲得彩色的立體視模型。第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)。

四、同步閃閉法利用液晶的特性，利用電流的改變使液晶鏡片一瞬間透光、一瞬間不透光，通過(guò)一個(gè)控制盒由電腦控制液晶鏡片的透光與否，當(dāng)電腦上顯示左片時(shí)，控制左邊的鏡片透光，而右邊的鏡片不透光；在下一瞬間，電腦上顯示右片時(shí)，控制右邊的鏡片透光，而左邊的鏡片不透光。這樣每一瞬間只有一個(gè)眼睛能看到它那張航片，由于閃閉頻率較高(100Hz)，雖然此時(shí)只看到一張航片，但另一張航片的視覺(jué)殘留仍在大腦中，大腦就會(huì)將另一張航片的視覺(jué)殘留與目前所看到航片視覺(jué)融合起來(lái)，通過(guò)左右航片的交替出現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)分像。第二十七頁(yè)，共三十三頁(yè)。第四節(jié)像對(duì)的立體量測(cè)在攝影測(cè)量中為求得地形點(diǎn)的空間位置，首選要在一對(duì)像片上辨認(rèn)出地形點(diǎn)的同名像點(diǎn)，這就比較困難；用相當(dāng)于十字絲作用的測(cè)標(biāo)去對(duì)準(zhǔn)單張像片上沒(méi)有明顯特征的地形點(diǎn)影像，就很難準(zhǔn)確。因此攝影測(cè)量?jī)x器都要采用像對(duì)的立體觀察方法，以浮游測(cè)標(biāo)切準(zhǔn)視模型點(diǎn)作為量測(cè)的手段。攝影測(cè)量?jī)x器中為建立瞄準(zhǔn)用的浮游測(cè)標(biāo)，可使用雙測(cè)標(biāo)和單測(cè)標(biāo)兩種方法。這里提出浮游測(cè)標(biāo)是因?yàn)榱繙y(cè)空間點(diǎn)位時(shí)測(cè)標(biāo)需作三維運(yùn)動(dòng)。第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)。雙測(cè)標(biāo)法是用兩個(gè)真實(shí)測(cè)標(biāo)放在左右兩像片上或左右像點(diǎn)的觀察視線的光路中，在立體觀察像片對(duì)時(shí)，左右兩測(cè)標(biāo)可當(dāng)作一對(duì)同名像點(diǎn)看待，同樣可以獲得一個(gè)視覺(jué)的空間虛測(cè)標(biāo)，就用這個(gè)虛測(cè)標(biāo)去量測(cè)視模型。設(shè)像對(duì)已定向好，滿(mǎn)足了人造立體效能的條件，其上有一對(duì)同名像點(diǎn)a1和a2(圖5-8)，在立體觀察下能得到視模型點(diǎn)A。現(xiàn)若像片上各有一個(gè)真實(shí)測(cè)標(biāo)M1和M2，在立體觀察下得虛測(cè)標(biāo)M′。虛測(cè)標(biāo)M′并未照準(zhǔn)模型點(diǎn)A。將實(shí)測(cè)標(biāo)M1，M2在像片上移動(dòng)，就會(huì)看到虛測(cè)標(biāo)在第二十九頁(yè)，共三十三頁(yè)?？臻g運(yùn)動(dòng)，總能夠把虛測(cè)標(biāo)M′正好與視模型點(diǎn)A相重合，這就完成了瞄準(zhǔn)工作。這時(shí)真實(shí)測(cè)標(biāo)M1和M2就分別落在同名像點(diǎn)a1和a2上。根據(jù)測(cè)標(biāo)M1和M2在像片上的位置就能辨認(rèn)出一對(duì)