第4章雙像立體測圖基礎(chǔ)與立體測圖

1、第四章 雙像立體測圖基礎(chǔ)與立體測圖4.1 人眼的立體視覺原理4.2 像對的立體觀察與立體量測4.3 立體像對與雙像立體測圖4.4 立體像對的相對定向元素與 模型的絕對定向元素4.5 模擬法立體測圖4.6 解析法立體測圖立體像對與雙像立體測圖立體像對 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。雙像立體測圖 是指利用一個立體像對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。4.1 人眼的立體視覺原理視網(wǎng)膜上大約有108個桿狀細胞，直徑2m；6.5106個錐狀細胞，直徑28m二、人眼光學感覺過程一個物理、生理、心理共同作用的過程。來自物

2、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），從而形成感知人眼觀察目標時，會本能地轉(zhuǎn)動眼球，使視軸交會于該物體上，同時眼睛的水晶體自動調(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，可以容易地判定物體的遠近，這種現(xiàn)象叫做天然立體視覺。ABb1b2a1a2LSS人眼的觀察方式：1、單眼觀察不能判斷物體的遠近l 生理視差A、B點的左右坐標差為 2121bbbaaaxxPxxPABb1b2a1a2LSSSPa、Pb稱為點的左右視差，兩點的左右視差之差稱為左右視差較，或生理視差。

3、 baPPPl 交會角三、人造立體視覺a2b2a1P2借助空間物體的構(gòu)像信息而在視覺上感受出空間物體的存在，稱為人造立體視覺。 人造立體視覺的過程：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。四、人造立體的條件1、兩張像片必須是在兩個不同攝站點對同一景 物攝取的立體像對，立體相對必須有一定重疊的地物 。（考慮：兩張相對重疊100%行不行？）2、每只眼睛只能觀察像對中的一張像片，這一 條件稱之為分像條件。3、兩像片上相同景物（同名像點）的連線與眼 基線應大致平行，并且兩同名點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1、正立體效應2、反立體效應左左右右左左右右左左右右用光學儀器或肉眼對一定重疊率的像對進行觀察，獲得地物和地形的光學立體模型，稱為像片的立體觀察，它的原理是根據(jù)人對物體的雙眼觀察。立體觀察方法：立體鏡式：借助光學系統(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承影面上，然后通過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，簡單但觀察的范圍小橋式立體鏡觀察，簡單但觀察的范圍小可以觀察2330cm邊長的大像幅立體像對 2、用立體鏡進行立體觀察的方法（1）要將像片定向。像片定向是使兩張像片上基線 和 重合，相應像點間的

5、距離略小于立體鏡的觀察基線。（2）將立體鏡放在像對上，使立體鏡的觀察基線與像片基線平行，同時用左眼看左像，右眼看右像。 21oo21oo3、用立體鏡觀察立體像對時應注意的事項 兩眼視軸經(jīng)常是與眼基線在一個平面上的，各相應視線也同樣與眼基線在一個平面上 對建立的立體模型進行量測主要方法：雙測標法；是用兩個刻有量測標記的測標進行量測。 測標的形狀有多種，如光點、T字形、感嘆號等原理：利用測標在影像平面上的二維移動，就可使感覺到的空間虛測標在空間三軸上移動，從而進行立體模型的量測。 三、立體量測三、立體量測:左右測標分別切準左左右測標分別切準左右同名像點右同名像點兩單測標相當于同名兩單測標相當于同名

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

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

8、的平面 主核面：包含像主點的核面 左主核面 右主核面 垂核面：包含像底點的核面 核線：核面與像片平面的交線 核點：攝影基線與像片平面的交點二、立體攝影測量的基本原理立體攝影測量（雙像立體測圖）是利用立體相片對，在恢復他們的內(nèi)外方位元素后，重建與地面相似的幾何模型，并對該模型進行量測的一種攝影測量方法1、像對攝影過程的幾何反轉(zhuǎn) l 恢復兩像片的內(nèi)方位元素l 恢復兩像片的外方位元素：即進行 像對的相對定向和絕對定向 三、雙像立體測圖概述實質(zhì)：重建攝區(qū)立體模型，在立體模型上進 行量測三、雙像立體測圖概述三、雙像立體測圖概述 立體像對上對應的同名像點、攝影基線、同名射線與地面立體像對上對應的同名像點、

9、攝影基線、同名射線與地面點存在固定的幾何關(guān)系，如果能夠恢復像片對的內(nèi)外方位元素，點存在固定的幾何關(guān)系，如果能夠恢復像片對的內(nèi)外方位元素，就能恢復他們之間固有的幾何關(guān)系，重建立體模型。就能恢復他們之間固有的幾何關(guān)系，重建立體模型。立體測圖的關(guān)鍵：立體測圖的關(guān)鍵：重建與實地相似的幾何模型重建與實地相似的幾何模型 恢復攝影時的空間方位恢復攝影時的空間方位恢復像片對的恢復像片對的 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 恢復兩張像片的相對位置（相

10、對定向）立體模型，恢復兩張像片的相對位置（相對定向）立體模型，同同 名射線就會對對相交形成與實地相似的幾何模型，名射線就會對對相交形成與實地相似的幾何模型， 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） 恢復立體模型的大小和空間方位（絕對定向），把恢復立體模型的大小和空間方位（絕對定向），把相對定向后重建的立體模型納入到地面攝影測量坐標系中并符合所要求的比相對定向后重建的立體模型納入到地面攝影測量坐標系中并符合所要求的比例尺，對該模型進行量測可以獲取模型點的三維坐標。例尺，對該模型進行量測可以獲取模型點的三維坐標。通過相對定向和絕對定向兩個步

11、驟來恢復兩張像片的外方位元素，也稱為間接實現(xiàn)攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)。2、雙像立體測圖步驟l 內(nèi)定向：恢復像片對的內(nèi)方位元素，建立與攝影光束相似的投影光束 。l 相對定向：恢復兩張像片的相對方位，建立與地面相似的立體模型。l 絕對定向：將立體模型納入到地面坐標系中，并歸化模型的比例尺。l 立體測圖：用量測工具量測立體模型，測制地形圖。三、雙像立體測圖的方法(使用不同的方法完成立體模型的重建) 模擬法立體測圖利用模擬測圖儀，光學像片，人工尋找同名像點 解析法立體測圖利用解析測圖儀測圖，光學像片，人工尋找同名像點。核心是計算機。 影像數(shù)字化立體測圖利用數(shù)字攝影測量系統(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。立體像對的相對定向元素 與模型的絕對定向元素一、相對定向和絕對定向恢復像片對的外方位元素要經(jīng)過兩步：相對定向與絕對定向像片對的相對定向元素（兩張像片相對位置的數(shù)據(jù)）和模型的絕對定向元素(模型的大小和空間方位)。二、立體像對的相對定向元素確定一個立體像對兩張像片相對位置和姿態(tài)的元素稱為相對定向元素相對定向用于建立立體模型完成相對定向的唯一標準是兩像片同名像點的投影光線對對相交。 實際上攝影測量問題就是如何利用立體相對上的同名像點求它對應的地面點的三維坐標S2u2v2w2S1u1v1w1bbubvbw222,wvbb連續(xù)法相對定

13、向元素：連續(xù)法相對定向元素：1、連續(xù)法相對定向元素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)像對： 像空間輔助坐標系左片的像空間坐標系 五個相對定向元素- 三個角元素 + 兩個基線分量 如果把一條航線作為整體，建立的像空間輔助坐標系是一左片的像空間輔助坐標系作為像對的像空間輔助坐標系，當取用第一張和第二張像片建立立體模型時，可以取第一張像片的像空間輔助坐標系作為立體像對的像空間輔助坐標系。當取用第二張和第三張像片建立立體模型時，這時第二張像片的像空間輔助坐標系與第一張是不重合的，但作為一條航線整體來講，始終要取統(tǒng)一的像空間輔助坐標系，要把第一個模型的左像空間輔助做標系移到第二

14、個模型的左片中去（第二個模型的左片相當于第二個模型的右片，他的外方位元素是已知的），這樣確定 相對定向元素的方法稱為連續(xù)法相對定向，因為前后模型間存在傳遞性。2、單獨法相對定向元素2單獨法相對定向元素單獨法相對定向元素： 1 ， 1 ，2，2，21u1x1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2B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221像空間輔助坐標系-S-UVW 五個相對定向元素-兩個左片角元素 +三個右片角元素三、模型的絕對定向元素 確定相對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，對模型進行平移

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