第4章 双像立体测图原理与立体测图

§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
（一）相对定向
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
几何模型与实际地表之间关系? 相似关系：比例尺、方位不确定
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
z
y x y
o
定义
立体像对中，确定两像空 系之间方位关系所需的元 素。 问 题 提 出 确定两像空系之间方位 关系需有几个元素？都 哪些元素？
核面与核线是立体摄影测量中的基本概念，但在传统的 摄影测量中几乎没有得到应用，仅仅在完成相对定向时说
明同名光线对对相交就是三线共面，恢复了核面。而在当
代的数字摄影测量自动化系统中得到了广泛的重视和应用， 具体在数字摄影测量中加以论述。
§4-2立体像对与立体测图原理
人有了两只眼睛，才能看三维立体景观，故而，如立体视
S2
B
o2
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
单独法相对定向元素
Z1 Y1 S1 X1 B S2
Z2
Y2
X2
y2
y1
在以左摄影中心为原 点、左主核面为XZ平 面、摄影基线为X轴 的右手空间直角坐标 系中，左右像片的相 对方位元素称～
x2
2 1 1 2 2
单独法相对定向元素： 1 ， 1 ，
第四章 双像立体测图原理与立体测图
内 容 安 排
人眼的立体视觉原理与立体量测
立体像对与立体测图原理
立体像对的相对定向元素与模型
的绝对定向元素
立体测图概述
双像立体测图，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或建立 数字地面模型等。
三、立体像对恢复固有几何关系的过程 利用像对进行立体测图，必修重建与实地相似且符合比 例尺及空间方位的几何模型，若能恢复像片对的内、外方
位元素，就能恢复像片固有的几何关系，因此，重建立体
模型的过程是： （1）恢复像片对的内方位元素，也称内定向。 （2）恢复像片对的外方位元素。相对定向和绝对定向。
§4-2立体像对与立体测图原理
o2 a2 S2 A
o1 a
1
S1
§4-2立体像对与立体测图原理
1、立体像对的定义（Stereo Pair）
§4-2立体像对与立体测图原理
2、立体像对的点、线、面
同名光线(AS1,AS2) 同名像点(a1,a2) 摄影基线(S1S2) 核面（主核面） 核线（主核线） WA J1 o1 n1 S1 B n2 o2 a2
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素 我们知道，一个像对的两张像片有十二个外方位元素，相对定 向求得五个元素后，要恢复像对的绝对位置，还要解求七个绝 对定向元素，包括模型的旋转、平移和缩放。它需要地面控制 点来解求，这种坐标变换，在数学上为一个不同原点的三维空 间相似变换，其公式为：
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素 从两个摄站对同一地面摄取一 个立体像对时，同名射线对对相交 于地面点，见下图，此时，若保持 两张像片之间相对位置和姿态关系 不变．将两张橡片整体移动时，同 名射线对对相交的特性也不发生变 化。反过来，若完成了相对定向， 恢复两张像片的相对定向元素，就 能实现同名射线对对相交，建立相 对立体模型。因此，同名射线对对 相交是相对定向的理论基础。
o a
1
1
n
1
B
W
A
n
2 2
o a 2 S
2
P
2
J
2
S1
A
P J
1 1
o a
1
1
n
1
B
n
2 2
o a 2
P
2
S
2
J
2
S1
W
A
A
通过像底点的核面，称为垂核面。因为左右像片的底点与摄影 基线B位于同一铅垂面内，所以一个像对只有一个垂核面。垂
核面与像片面的交线称为垂核线。
§4-2立体像对与立体测图原理
P1
a1
P2
J2
S2
核点
A
§4-2立体像对与立体测图原理
上图表示一个像对的相关位置， S1和S2是左像片P1和右像片P2的 投影中心。两投影中心的连线B称 为摄影基线，o1和o2为左、右像 片的像主点，a1和a2是地面上任 一点A在左、右像片上的构像， 称为同名像点，射线AS1a1, AS2a2称为同名射线。 J
B
的。
②两眼各看一张像片，即必须分像。 ③必须使同名像点的连线与眼基线平 行，以保证两视线 内。 在同一个视平面
P1 OL BL C L AL a1 c 1
C
b1 c2
a2 OR
b2 P2
④比例尺基本一致（比例尺的差异小
于比例尺的16%）
BR
CR AR
§4-1双像立体测图原理与立体测图
三、立体观察与立体量测 直接对像对进行目视观察时，立体观察条件中， 最难满足的是？ 1.立体观察方法
X tp a1 Y tp b1 Z tp c1
a2 b2 c2
a3 U b3 V c3 W
X S Y S Z S
2，2，2
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素 特点：在不改变两投
影中心位置的情况下，
通过两个光束旋转来确 定相对方位，适用于单
独像对的作业，因此又
称为单独像对系统。
o1 W1 W2 o2
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素 三、模型的绝对定向与绝对定向元素
相对定向建立的立体模型，是一个以相对定向中选定 的像空间辅助坐标系为基准的模型，比例尺也是未知的。 要确定立体模型在地面测量坐标系中的正确位置，则需要 把模型点的摄影测量坐标转化为地面测量坐标、这一工作 需要借助于地面测量坐标为已知值的地面控制点来进行， 称为立体模型的绝对定向、所以，解析法绝对定向的目的 就是将相对定向后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐 标。
§4-2立体像对与立体测图原理
二、立体摄影测量的基本原理
§4-2立体像对与立体测图原理
几何模型
S1
B
B
S’2
S2
定义: 根据摄影过程的几 何反转原理，恢复了立体 像对的内方位和相对方位 后，所有同名光线成对相 交。 由无数同名光线相交 交点构成的与实地相似的 几何表面。
D
C
A
B
§4-2立体像对与立体测图原理
§4-1双像立体测图原理与立体测图
一、人眼的天然立体视觉 视差理论
水晶体 韧带 轴视 玻璃体 角膜 虹膜 瞳孔 虹膜
人眼的结构
盲斑
视网膜
脉络膜 网膜窝 巩膜
视神经
§4-1双像立体测图原理与立体测图
一、人眼的天然立体视觉
视差理论 利用单眼观察去决定 物体的远近是比较困 难的。
单眼观察 人眼视角： 左右 1600 上下 1200
z S
y
x
复 习 Review
y
a o
x
ZT
A
YT
OT
XT
复 习 Review
a1 x a2 y a3 f X Xs ( Z Zs) c x c y c f 1 2 3 Y Ys ( Z Zs) b1 x b2 y b3 f c1 x c2 y c3 f
四、上下视差Q
§3-5解析法相对定向
§3-5解析法相对定向
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
首先暂不考虑像片的绝对位置和姿态而只恢复两张像片 之间的相对位置和姿态．这样建立的立体模型称为相对立体 模型，其比例尺和方位均是任意的；然后在此基础上，将两 张像片作为一个整体进行缩放、平移和旋转，达到绝对位置、 这种方法称为相对定向一绝对定向。
ZT
A
YT
OT
XT
从方程个数 来讲，必须 要至少3个 方程。
复 习 Review
z S
y
x
y
a o
x
ZT
A
YT
从方程个数 来讲，有4 个方程，可 以解算
Fra Baidu bibliotek
OT
XT
§4-2立体像对与立体测图原理
航向重叠60％
§4-2立体像对与立体测图原理
1、立体像对的定义（Stereo Pair）
由不同摄站获取的，具有一定影像重叠的两张像片。
以左像空间坐 标系为基础， 右像片相对于 左像片的相对 方位元素称～
x2
S1



连续法相对定向元素： By ， Bz ，，，
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
特点：固定一个光束， 移动和转动另外一个 光束，便可以确定两 个光束间的相对方位。 这种相对方位元素系 统被称为连续像对系 统。
觉的原理一样，只有从不同摄站对同一物体摄影，获得具有一定
重叠度的像片对，按照构像方程分别对各像片的同名像点组成条 件组，通过解析计算才能求出相应物点的三维空间坐标。 我们把这种按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学 计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标，称之为双 像解析摄影测量，它主要研究的内容是：研究立体像对与被摄物 体之间的数学关系，以及如何计算被摄物体的三维空间位置。
生理视差是产生立体 感觉的生理基础。
§4-1双像立体测图原理与立体测图
二、人造立体视觉 在摄影测量中规定摄 影时保持像片的重叠 度在60%以上，是为 了获得同一地面景物 在相邻两张像片上都 有影像。
§4-1双像立体测图原理与立体测图
二、人造立体视觉 立体观察条件
①两张像片必须是从不同摄影站摄取
A
常用的是同步闪闭法及偏振光法。
§4-1双像立体测图原理与立体测图
2.立体量测
在进行立体量测 时，大多采用双 测标法。
作 业 题
1、天然立体观察产生立体感觉的原因 是什么？像对立体观察产生立体感觉 的原因是什么？
2、像对立体观察的条件是什么？最难 解决的是哪一个？一般用什么方法解 决？
§4-2立体像对与立体测图原理
X Xs a1 x a 2 y a3 f Z Zs c x c y c f 1 2 3 Y Ys b1 x b2 y b3 f Z Zs c1 x c 2 y c3 f
已知：
x，y
求：
XS，YS，ZS X，Y，Z ai，bi，ci ？ f
1
P
1
o a
1
1
n
1
B
W
A
n
2 2
o a 2 S
2
P
2
J
2
S1
A
§4-2立体像对与立体测图原理
摄影基线B延长线与左、右像片 的交点k1,k2称为核点。通过摄影基 线S1S2与任一地面点A所作的平面 P WA，称为点A的核面。核面与像片 1 的交线称为核线，对于同一核面的 J 左右像片上的核线，如k1a1，k2a2 1 称为同名核线。像片上诸核线均会 聚于核点。通过像主点的核面称为 主核面。一般倩况下，通过左右像 片主点的两个主核面不重合，分别 称为左主核面和右主核面。
①立体镜观察方法
②双目镜观察光路的立体观察
③互补色法立体观察 ④同步闪闭法立体观察
⑤偏振光法立体观察
§4-1双像立体测图原理与立体测图
1.立体观察方法 ①立体镜观察法 1.袖珍立体镜 2.反光立体镜
§4-1双像立体测图原理与立体测图
1.立体观察方法
②双目镜观察光路的立体观察
§4-1双像立体测图原理与立体测图
z S
复 习 Review
y
x
y
a o
x
X Xs a1 x a 2 y a3 f Z Zs c x c y c f 1 2 3 Y Ys b1 x b2 y b3 f Z Zs c1 x c 2 y c3 f
一个点只能列2个方 程未知数却有3个。
S
a x
A
比例尺任意（基线长度任意） 确定基线的方向
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
两种相对方位元素系统
• 以左像空系为基础的相对方位元素系统
• 以基线坐标系为基础的相对方位元素系统
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
连续法相对定向元素 Z
2
Y2 Z1 Y1 B X1 y1 x1 Bx S2 Bz By X2 y2
人眼视轴活动范围： 左右 ±450 上下 +300 ，-500
§4-1双像立体测图原理与立体测图
一、人眼的天然立体视觉
视差理论 双眼观察 双眼观察特点 交会作用 交会作用与调节作用 的一致性 空间影像的形成 能够估计景深
§4-1双像立体测图原理与立体测图
一、人眼的天然立体视觉
视差理论
视差角
生理视差：
1.立体观察方法 ③互补色法立体观察
§4-1双像立体测图原理与立体测图
1.立体观察方法 ④同步闪闭法立体观 察（交替光阑法）
§4-1双像立体测图原理与立体测图
1.立体观察方法
⑤偏振光法立体观察
§4-1双像立体测图原理与立体测图
1.立体观察方法
⑤偏振光法
§4-1双像立体测图原理与立体测图
目前，在数字摄影测量工作站中，