第四章 雙像立體測圖基礎(chǔ)與立體測圖

第四章雙像立體測圖基礎(chǔ)與立體測圖第一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五4.1人眼的立體視覺原理與立體量測4.2立體像對與雙像立體測圖4.3立體像對的相對定向元素與模型的絕對定向元素4.4模擬法立體測圖4.5解析法立體測圖第二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五雙象立體測圖是指利用一個立體像對（即在兩攝站點對同一地面景物攝取有一定影像重疊的兩張像片）重建地面立體幾何模型，并對該幾何模型進行量測，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。使用一個立體像對構(gòu)建地面立體模型的方法稱為立體攝影測量。第三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五4.1人眼的立體視覺原理與立體量測人眼基本構(gòu)造視網(wǎng)膜上大約有108個桿狀細胞，直徑2mm；6.5×106個錐狀細胞，直徑2~8mm一、雙眼觀察的天然立體視覺第四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五人眼感知過程來自物體的光刺激視網(wǎng)膜的桿狀和錐狀細胞（物理過程）使其感光（生理過程），通過視神經(jīng)纖維傳至后大腦視覺中心，經(jīng)記憶加入已有的概念與經(jīng)驗（心理過程），從而形成感知第五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五人眼分辨力單眼能夠判別最小物體的能力稱單眼分辨力用單眼所能觀察出兩點間的最小距離稱第一分辨力用單眼所能觀察出兩平行線間的最小距離稱第二分辨力雙眼觀察精度比單眼提高第六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五人眼立體視覺人用雙眼觀察景物可判斷其遠近，得到景物的立體效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為人眼的立體視覺第七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五二、人造立體視覺

P

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a

b

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b’

A

B左眼右眼人眼的立體視覺是立體測圖的基礎(chǔ)第八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五

立體像對分像條件兩像片上相同景物（同名像點）的連線與眼基線應(yīng)大致平行兩像片的比例尺應(yīng)相近（差別<15％）人造立體觀察的條件

第九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五立體效應(yīng)P1S1S2b1a1b2a2BAP2正立體BP2P1S1S2b2a2b1a1A反立體S1a1P1P2S2b1b2a2BA反立體立體模型與實物相似立體模型與實物相反(正立體效應(yīng)基礎(chǔ)上左右像片旋轉(zhuǎn)180°)零立體：起伏的視模型變平(正立體效應(yīng)基礎(chǔ)上左右像片旋轉(zhuǎn)90°)第十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五三、立體觀察與立體量測⑴立體鏡觀察法⑵疊影影像的立體觀察⑶雙目鏡觀測光路的立體觀察人造立體視覺產(chǎn)生的方法，主要是“分像”－－左眼看左像、右眼看右像滿足這一條件的方法很多1、立體觀測方法第十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五像對的立體觀察方法立體鏡觀察橋式立體鏡在一個橋架上安置兩個相同的簡單透鏡透鏡光軸平行，間距約為眼基距，高度等于透鏡主距

第十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五通過光學(xué)系統(tǒng)－－－如立體反光鏡左影像右影像左眼右眼反光鏡第十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五疊影影像立體觀察

互補色法

在投影器中插入互補色濾光片（品紅色、藍綠色）觀測者雙眼分別帶上同色鏡片

像對的立體觀察方法第十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五互補色———如

紅綠眼鏡第十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五第十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五像對的立體觀察方法疊映影像立體觀察光閘法

在兩投影光路中各安裝一光閘（一個打開、一個關(guān)閉）觀測者雙眼分別帶上與投影器光閘同步的光閘眼鏡光閘起閉頻率>10Hz第二十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五疊映影像立體觀察偏振光法

在兩投影光路中安裝兩塊偏振平面互成90°的起偏鏡觀測者帶上一副檢偏鏡鏡片與起偏鏡相同左右偏振平面相互垂直像對的立體觀察方法第二十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五液晶閃閉法由液晶眼鏡和紅外發(fā)生器組成，使用時紅外發(fā)生器的一端與通用的圖形顯示卡相連，圖像顯示軟件按照一定的頻率交替顯示左右圖像，紅外發(fā)生器則同步地發(fā)射紅外線，控制液晶眼鏡交替閃閉，從而達到左右眼睛各看一張像片的目的。第二十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五雙目鏡觀測光路的立體觀察

通過雙筒望遠鏡觀察每個望遠鏡像面有一固定的測標像片可在兩個相互垂直方向共同移動，也可一張像片相對于另一張像片移動可以分別對左右像片進行調(diào)焦、亮度調(diào)節(jié)及必要旋轉(zhuǎn)，觀測系統(tǒng)放大倍率可調(diào)節(jié)像對的立體觀察方法第二十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五2.立體量測在攝影測量中不僅需要用像對進行立體觀察，建立立體模型，而且還需要對立體模型進行量測。第二十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五浮游測標量測法用一個在立體表面游動的測標來進行量測，用測標切準立體模型表面。形狀：點狀或線狀第二十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五雙測標量測法是用兩個刻有量測標記的測標進行量測。第二十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五左右測標分別切準左右同名像點兩單測標相當(dāng)于同名像點，構(gòu)成立體測標TT與立體模型表面M點重合同名像點：地面上一點在相鄰兩張像片上的構(gòu)像第二十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五第二十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五必須說明攝影測量利用這種“人造視覺立體”進行量測，但是它不是攝影測量，不是攝影測量要建立的三維空間的幾何立體如右：利用左、右攝得得兩張影像，原則上就能獲得“人造視覺立體”第三十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五23正面下面上面右面左面攝影測量二維影像三維空間立體第三十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五問題

？如何利用影像建立空間三維立體模型第三十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五4.2立體像對與雙像立體測圖雙像立體測圖是以一個立體像片對為量測單元。第三十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五航空攝影獲取的立體像對第三十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五地面攝影獲取的立體像對第三十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五是立體像對嗎？為什么？第三十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五AS1S2p1p2l1l2同名光線同一地面點發(fā)出的兩條光線——S1A,S2A同名像點同名光線在左右像片上的構(gòu)像同名核線核面與左右像片面的交線核面攝影基線與某一地面點組成的平面一、立體像對的重要點線面攝影基線相鄰兩攝站的連線第三十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五核點核點核線核線第三十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五核點：基線的延長線與左右像片面的交點。核線：核面與像片的交線，核線會聚于核點主核面：通過像主點的核面。一般情況下，通過左右像片主點的兩個主核面不重合，成為左主核面和右主核面。垂核面：通過像底點的核面。一個像對只有一個垂核面。在傾斜像片上諸核線匯聚于核點。同名核線，同名像點在同名核線上第三十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五立體攝影測量（雙像立體測圖）：

是利用一個立體像片對，在恢復(fù)它們的內(nèi)、外方位元素后，重建與地面相似的幾何模型，并對該模型進行量測的一種攝影測量方法。二、立體攝影測量的基本原理第四十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五空中對地面的攝影過程第四十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)：

根據(jù)攝影過程的可逆性，設(shè)計兩個與攝影機一樣的投影器，將像片P1和P2分別裝到投影器內(nèi)并保持兩投影器的方位與攝影時攝影機的方位相同，但物鏡間的距離縮小，即將投影器S2搬到S2′

處，此時兩投影器間的距離S1S2′

=b，稱b為投影基線。在投影器上，用聚光燈照明，則兩投影光束中所有的同名光線仍對對相交構(gòu)成空間的交點。所有的交點的集合，構(gòu)成與地面相似的幾何模型。二、立體攝影測量的基本原理第四十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五立體測圖的關(guān)鍵：重建與實地相似的幾何模型恢復(fù)攝影時的空間方位恢復(fù)像片對的內(nèi)方位元素：攝影中心與像片之間相關(guān)位置外方位元素：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)定向）恢復(fù)兩張像片的相對位置（相對定向）立體模型外方位元素：未知

模型的大小和空間位置是任意的

（外定向）恢復(fù)立體模型的大小和空間方位（絕對定向）三、雙像立體測圖概述第四十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五利用像對重建并量測立體模型的測繪方式，實質(zhì)上是將外業(yè)測繪工作搬到室內(nèi)進行。攝影測量雙像立體測圖方法有如下三種：1.模擬法立體測圖2.解析法立體測圖3.影像數(shù)字化立體測圖第四十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五航測立體測圖的方法有：模擬法立體測圖以立體像對為單元，根據(jù)攝影過程幾何反轉(zhuǎn)原理，在模擬測圖儀上重建和攝區(qū)相似的立體模型。解析法立體測圖利用解析測圖儀測圖，核心是計算機。數(shù)字化測圖利用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)。采用數(shù)字影像或數(shù)字化影像，利用數(shù)字相關(guān)技術(shù)，自動尋找同名像點并量測坐標。采用解析計算方法，建立數(shù)字立體模型。無論采用哪一種測圖方法，都要經(jīng)過內(nèi)定向、相對定向、絕對定向及測圖等過程。第四十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五4.3立體像對的相對定向元素與模型的絕對定向元素一、相對定向與絕對定向概述恢復(fù)像片對的外方位元素要經(jīng)過兩個步驟，相對定向和絕對定向。首先要找出像片對的相對定向元素與模型的絕對定向元素。第四十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五二、立體像對的相對定向元素XYZa1(x1,y1)u1v1w1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)w2v2u2S2像片外方位元素：Xs1，Ys1，Zs1，1，1，1Xs2，Ys2，Zs2，2，2，2描述立體像對中兩張像片相對位置和姿態(tài)關(guān)系的參數(shù)完成相對定向的唯一標準是像片上同名像點的投影光線對對相交第四十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五相對定向元素是描述立體像對中兩張像片的相對位置和姿態(tài)關(guān)系的元素，因此，可以把兩張像片各自相對于選定的同一個像空間輔助坐標系來討論相對定向元素。為便于討論，仿照外方位元素的定義，引入“相對方位元素’概念將像片在選定的像空間輔助坐標系中的位置（攝影中心S的坐標，用表示，和姿態(tài)（像片的姿態(tài)角，用表示）定義為像片的相對方位元素．第四十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五一般確定兩像片的相對位置有兩種方法：其一：將左像片置平或?qū)⑵湮恢霉潭ú蛔儭B續(xù)法像對相對定向系統(tǒng)。其二：將攝影基線固定水平——獨立法像對相對定向系統(tǒng)依附于像空間輔助坐標系，選取的像空間輔助坐標系不同就有不同形式的相對定向元素。第四十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五以左像空間坐標系為基礎(chǔ)，右像片相對于左像片的相對方位元素連續(xù)法相對定向元素：bv，

bw，，，1.連續(xù)法相對定向元素左像片：右像片：第五十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五2.單獨法相對定向元素單獨法相對定向元素：

1

，

1，2，2，2在以左攝影中心為原點、左主核面為UW

平面、攝影基線為U軸的右手空間直角坐標系中，左右像片的相對方位元素左像片：右像片：像空間輔助坐標系：U軸：攝影基線；V軸：垂直于左主核面；W軸：位于左主核面；第五十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五三、模型的絕對定向元素描述立體像對在攝影瞬間的絕對位置和姿態(tài)的參數(shù)稱～即恢復(fù)模型的大小和空間位置的元素通過將相對定向建立的立體模型進行縮放、旋轉(zhuǎn)和平移，使其達到絕對位置相對定向后模型的大小和空間位置是任意的第五十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五U1V1W1PZpYpXpU2V2W2Aa1s1a2s2OZtXtYtYSXSZS絕對定向元素：

，XS，

YS，

ZS，，，絕對定向元素第五十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五絕對定向元素：—模型縮放比例因子—模型旋轉(zhuǎn)因子—坐標原點平移量基本公式借助地面控制點，恢復(fù)或計算這七個參數(shù)，就完成絕對定向。第五十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五建立“空間幾何立體模型”(a)相對定向確定兩張影像的相對位置光線在空間對對相交如何確定兩張影像的相對位置？第五十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五相對定向的過程初始狀態(tài)投影光線不相交－交叉中間狀態(tài)改變投影器的相對位置，使光線相交最終狀態(tài)所有光線對對相交第五十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五相對定向：5

個元素它只確定兩個影像的相對位置，但是不能確定它們的絕對位置或或例如第五十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五(b)絕對定向－－確定模型在空間的絕對位置由相對定向建立的地面模型實際的

地面模型第五十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期五相對定向：

個元素絕對定向：

個元素57126＋6兩張像片的外方位元素因此，通過相對定向＋