第四章双像立体测图基础与立体测图

像片外方位元素：
Xs1，Ys1，Zs1，1，1，1 Xs2，Ys2，Zs2，2，2，2
完成相对定向的 唯一标准是像片 上同名像点的投 影光线对对相交
w1
v1 u1
S1
Z
a1(x1,y1)
A(X,Y,Z) Y
w2
v2
S2 a2(x2,y2)
u2
X
描述立体像对中两张像片相对位置和姿态关系的参数
Zt
YXSt XS ZS
O
Yt
基本公式 X a1a2a3U XS
Y


b1b2b3

V

YS

Z c1c2c3 W ZS
绝对定向元素：
—模型缩放比例因子
,, —模型旋转因子
XS ,YS , ZS —坐标原点平移量
单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力
人
用单眼所能观察出两点间的最小距离称第一分辨力
眼
用单眼所能观察出两平行线间的最小距离称第二分辨力
分 辨
第一分辨 ＝ 力0.003545
17
力
第二分辨 2力 0
双眼观察精度比单眼提高 2 倍
人用双眼观察景物可判断其远近，得到景物的立体效应， 这种现象称为人眼的立体视觉
《摄影测量学》第四章
双像立体测图基础与立体测图
4.1 人眼的立体视觉原理与立体量测 4.2 立体像对与双像立体测图 4.3 立体像对的相对定向元素与模型的绝
对定向元素 4.4 模拟法立体测图 4.5 解析法立体测图
• 双象立体测图是指利用一个立体像对（即在 两摄站点对同一地面景物摄取有一定影像重 叠的两张像片）重建地面立体几何模型，并 对该几何模型进行量测，直接给出符合规定 比例尺的地形图，获取地理基础信息。
无论采用哪一种测图方法，都要经过内定向、相 对定向、绝对定向及测图等过程。
4.3 立体像对的相对定向元素与 模型的绝对定向元素
• 一、相对定向与绝对定向概述
恢复像片对的外方位元素要经过两个 步骤，相对定向和绝对定向。首先要找 出像片对的相对定向元素与模型的绝对 定向元素。
二、立体像对的相对定向元素
人 眼 立 体 视 觉
生理视 ＝ a差 b ab
二、人造立体视觉
A
B
Pa b
a’ b’ P’
左眼
右眼
人眼的立体视觉是立体测图的基础
人 立体像对 造
立 分像条件
体 观
两像片上相同景物（同名像点）的连线
察
与眼基线应大致平行
的 条
两像片的比例尺应相近（差别<15％）
件
正立体
S1
借助地面控制点，恢复或计算这七个参数，就 完成绝对定向。
建立“空间几何立体模型”
(a) 相对定向 确定两张影像的 相对位置
如何 确定两张影像的
相对位置？
光线在空间 对对相交
初始状态
相对定向的过程
中间状态
最终状态
投影光线 不相交
－交叉
改变投影器的 相对位置，使
光线相交
所有光线
对对相交
5 相对定向： 个元素
1 ， 1 ，2，2，2
三、模型的绝对定向元素
相对定向后模型的大小和空间位置是任意的
描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的 参数称～即恢复模型的大小和空间位置的元素
通过将相对定向建立的立体模型进行缩放、 旋转和平移，使其达到绝对位置
绝对定向元素
绝对定向元素：
，XS， YS， ZS，， ，
模拟法测图通过模拟测图仪上的机械装置的运动来实现。 步骤： 内定向：恢复像片的内方位元素，建立与摄影光束相似的投影光束 。 相对定向：恢复两张像片的相对方位，建立与地面相似的立体模型。 绝对定向：将立体模型纳入到地面坐标系中，并归化模型的比例尺。 立体测图：用量测工具量测立体模型，测制地形图。
双像解析摄影测量：
• 使用一个立体像对构建地面立体模型的方法 称为立体摄影测量。
4.1 人眼的立体视觉原理与立体量测
一、双眼观察的天然立体视觉
人
眼
基
本
构
造
视网膜上大约有108个杆状细胞，直径2mm ；
6.5×106个锥状细胞，直径2~8mm
人 眼 来自物体的光刺激视网膜的杆状和锥状细胞（ 感 物理过程）使其感光（生理过程），通过视神 知 经纤维传至后大脑视觉中心，经记忆加入已有 过 的概念与经验（心理过程），从而形成感知 程
双目镜观测光路的立体观察
像
对
的
立
体
通过双筒望远镜观察
观
每个望远镜像面有一固定的测标
察
方 法
像片可在两个相互垂直方向共同移动，也可一张像片相对于另一 张像片移动
可以分别对左右像片进行调焦、亮度调节及必要旋转，观测系统 放大倍率可调节
2.立体量测
• 在摄影测量中不仅需要用像对进行立体 观察，建立立体模型，而且还需要对立 体模型进行量测。
摄影基线为 U
轴的右手空间直 角坐标系中，左 右像片的相对方 位元素
像空间辅助坐标系： U轴：摄影基线； V轴：垂直于左主核 面； W轴：位于左主核面；
左像片： US1 VS1 WS1 0 1, 1 0, 1
右像片： Us2bub,Vs20,Ws10
2,2,k2
单独法相对定向元素：
光闸同步的光闸眼镜
法
光闸起闭频率>10Hz
叠映影像立体观察
像
对 的
偏振光法
立
体
在两投影光路中安装两块偏振
观
平面互成90°的起偏镜
察
方
观测者带上一副检偏镜
法
镜片与起偏镜相同
左右偏振平面相互垂直
•液晶闪闭法
由液晶眼镜和红外发生器组成，使用时红外发生器的 一端与通用的图形显示卡相连，图像显示软件按照一 定的频率交替显示左右图像，红外发生器则同步地发 射红外线，控制液晶眼镜交替闪闭，从而达到左右眼 睛各看一张像片的目的。
态角，用
表示,）定, k义为像片的相
对方位元素．
依附于像空间辅助坐标系，选取的像空间辅助 坐标系不同就有不同形式的相对定向元素。
一般确定两像片的相对位置有两种方法： 其一：将左像片置平或将其位置固定不
变——连续法像对相对定向系统。 其二：将摄影基线固定水平——独立法
像对相对定向系统
1.连续法相对定向元素
• 垂核面：通过像底点的核面。一个像对只有一个 垂核面。
二、立体摄影测量的基本原理
立体摄影测量（双像立体测图）：
是利用一个立体像片对，在恢复它们的内、 外方位元素后，重建与地面相似的几何模型， 并对该模型进行量测的一种摄影测量方法。
空中对地面的摄影过程
二、立体摄影测量的基本原理
摄影过程的几何反转：
S2
b1 P1
a1 b2
a2 P2
立体效应
反立体
S1
S2
b2 P2
a2 b1 a1 P1
反立体
S1
S2
a1 b1 a2 P1
b2 P2
B A
立体模型与实物相似
A
A
B
B
立体模型与实物相反
(正立体效应基础上左右像片旋转180°)
零立体：起伏的视模型变平(正立体效应基础上左右像片旋转90°)
三、立体观察与立体量测
浮游测标量测法
用一个在立体表面游动的测标来进行 量测，用测标切准立体模型表面。 形状：点状或线状
双测标量测法
是用两个刻有量测标 记的测标进行量测。
同名像点：地面上一点在 相邻两张像片上的构像
左右测标分别切准左 右同名像点
两单测标相当于同名 像点，构成立体测标T
T与立体模型表面M点 重合
必须说明
根据立体像对中的物像几何关系，用数学 计算方法 解求被摄目标空间坐标的理论方法。
常用的理论方法有：
1、单像空间后方交会+双像空间前方交 会
2、解析相对定向+解析绝对定向 3、光线束法空中三角测量
根据摄影过程的可逆性，设计两个与摄影机一样的 投影器，将像片P1和P2分别装到投影器内并保持两 投影器的方位与摄影时摄影机的方位相同，但物镜 间的距离缩小，即将投影器S2搬到S2′ 处，此时两投 影器间的距离S1S2 ′ =b，称b为投影基线。
在投影器上，用聚光灯照明，则两投影光束中所有 的同名光线仍对对相交构成空间的交点。所有的交 点的集合，构成与地面相似的几何模型。
摄影测量 利用这种 “人造视觉立体” 进行量测，但是
它不是摄影测量， 不是摄影测量要建立的 三维空间的几何立体
如右：利用左、右摄得 得两张影像，原则上就 能获得“人造视觉立体”
摄影测量 二维影像 三维空间立体
上面
下面
正面
23
右面 左面
问题 ？
如何利用
影像
建立
空间三维立体模型
4.2 立体像对与双像立体测图
左眼
右眼
反光镜
左影像
右影像
叠影影像立体观察
像
对
的
互补色法
立
体
观
在投影器中插入互补色滤光片
察
（品红色、蓝绿色）
方
法
观测者双眼分别带上同色镜片
互补色 ——— 如 红绿眼镜
叠映影像立体观察
像
对
光闸法
的
立
体 观
在两投影光路中各安装一光闸 （一个打开、一个关闭）
察
观测者双眼分别带上与投影器
方
相对定向元素是描述立体像对中两张像片
的相对位置和姿态关系的元素，因此，可
以把两张像片各自相对于选定的同一个像
空间辅助坐标系来讨论相对定向元素。为
便于讨论，仿照外方位元素的定义，引入
“相对方位元素’概念将像片在选定的像
空间辅助坐标系中的位置（摄影中心S的坐
标，用 XS,YS,表ZS示 ，和姿态（像片的姿
双像立体测图 是以一个立体像片对为量测单元。
航空摄影获取的立体像对
地面摄影获取的立体像对
是立体像对吗？为什么？
一、立体像对的重要点线面
摄影基线
同名核线
相邻两摄站的连
线
l1 p1
p2 S2
核面与左右
S1
像片面的交
线
同名像点
同名光线在左右 像片上的构像
同名光线
同一地面点发出 的两条光线—— S1A,S2A
以左像空间 坐标系为基 础，右像片 相对于左像 片的相对方 位元素
左像片：
Us1 Vs1 Ws1 0
1 1 k1
右像片：
连续法相对定向元素： bv ， bw ，，，
Us2bu,Vs2bv,Ws1bw
2,2,k2
2.单独法相对定向元素
在以左摄影中心 为原点、左主核 面为 UW 平面、
1、立体观测方法
人造立体视觉产生的方法，主要Biblioteka “分像” －－左眼看左像、右眼看右像
满足这一条件的方法很多
⑴立体镜观察法 ⑵叠影影像的立体观察 ⑶双目镜观测光路的立体观察
立体镜观察
像
对
的
立
桥式立体镜
体
观 察
在一个桥架上安置两个相同的简单透镜
方
法
透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距
通过光学系统－－－如立体反光镜
核面
摄影基线与某一
A
地面点组成的平
面
核线 核点
核线 核点
• 核点：基线的延长线与左右像片面的交点。
k
、
1
k2
• 核线：核面与像片的交线，核线会聚于核点
k1a1、k2a2
在倾斜像片上诸核线汇聚于核点。 同名核线，同名像点在同名核线上
• 主核面：通过像主点的核面。一般情况下，通过 左右像片主点的两个主核面不重合，成为左主核 面和右主核面。
模拟法立体测图原理
立体测图的基本单元： 立体像对
原理：摄影过程的几何反转
恢复投影光束的方位，使同名 光线对对相交，建立与实地相 似的几何模型。 利用光学投影或机械投影的方 法实现摄影过程的几何反转。
1b mB
二、像对摄影过程的几何反转
方法两种： 恢复像片的内、外方位元素 像对的相对定向和绝对定向
它只确定两个影像的相对位置，但 是不能确定它们的绝对位置 例如
或
或
(b) 绝对定向－－确定模型在空间的绝对位置
由相对定向 建立的 地面模型
实际的
地面模型
5 相对定向： 个元素 7 绝对定向： 个元素
12
6＋6 两张像片的外方位元素
因此，通过相对定向＋绝对定向 也能够恢复两张影像的外方位元素
4.4 模拟法测图
利用像对重建并量测立体模型的测绘方式， 实质上是将外业测绘工作搬到室内进行。 摄影测量双像立体测图方法有如下三种： • 1.模拟法立体测图 • 2.解析法立体测图 • 3.影像数字化立体测图
• 航测立体测图的方法有： 模拟法立体测图 以立体像对为单元，根据摄影过程几何反转原 理，在模拟测图仪上重建和摄区相似的立体模型。 解析法立体测图 利用解析测图仪测图，核心是计算机。 数字化测图 利用数字摄影测量系统。采用数字影像或数字 化影像，利用数字相关技术，自动寻找同名像点 并量测坐标。采用解析计算方法，建立数字立体 模型。
三、双像立体测图概述
立体测图的关键：
重建与实地相似的几何模型 恢复摄影时的空间方位 恢复像片对的
内方位元素：摄影中心与像片之间相关位置 外方位元素：像片在摄影瞬间的空间位置和姿态
内方位元素：已知(内定向） 恢复两张像片的相对位置（相对定向）立体模型
外方位元素：未知 模型的大小和空间位置是任意的 （外定向） 恢复立体模型的大小和空间方位（绝对定向）