第四章双像立体测图基础与立体测图

4.2 立体像对与双像立体测图
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 相邻两摄站的连 线
p1
同名核线 核面与左右 像片面的交 线
l1
p2 S2
同名像点 同名光线在左右 像片上的构像
S1
同名光线 同一地面点发出 的两条光线—— S1A,S2A
通过光学系统－－－如立体反光镜
左眼 右眼
反光镜
左影像 右影像
像 对 的 立 体 观 察 方 法
叠影影像立体观察
互补色法
在投影器中插入互补色滤光片 （品红色、蓝绿色） 观测者双眼分别带上同色镜片
互补色 ——— 如 红绿眼镜
像 对 的 立 体 观 察 方 法
叠映影像立体观察
光闸法
在两投影光路中各安装一光闸 （一个打开、一个关闭） 观测者双眼分别带上与投影器 光闸同步的光闸眼镜
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。
ZS
Yt
基本公式
a1a2 a3 U X S X Y b b b V Y 1 2 3 S Z W c1c2 c3 ZS
绝对定向元素：
—模型缩放比例因子
像片外方位元素： Xs1，Ys1，Zs1，1，1，1
w1
v1
S1 Z u1
w2 v2
Xs2，Ys2，Zs2，2，2，2
S2 a1(x1,y1)
a2(x2,y2)
u2
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
Y
A(X,Y,Z)
X
描述立体像对中两张像片相对位置和姿态关系的参数
《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。 • 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。
A
核面 摄影基线与某一 地面点组成的平 面
核线
核线
核点 核点
• 核点：基线的延长线与左右像片面的交点。
• 核线：核面与像片的交线，核线会聚于核点
k1、k2
k1a1、k2 a2
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。 • 垂核面：通过像底点的核面。一个像对只有一个 垂核面。
必须说明
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
正面
下面
2 3
右面 左面
问题 ？
如何利用
影像
建立
空间三维立体模型
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 X S , YS , Z S 表示 ，和姿态 （像片的姿态角，用 , , k 表示） 定义为像片的相对方位元素．
单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力
人 眼 分 辨 力
用单眼所能观察出两点间的最小距离称第一分辨力
用单眼所能观察出两平行线间的最小距离称第二分辨力
0.0035 第一分辨力 ＝ 45 17 第二分辨力 20
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
改变投影器的 相对位置，使
所有光线
－交叉Biblioteka 光线相交对对相交相对定向：
5 个元素
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 个元素 绝对定向： 7 个元素 12
相对定向： 两张像片的外方位元素
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
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： 右像片：
U S1 VS1 WS1 0
U s 2 bu b,Vs 2 0,Ws1 0
1 ,
1 0, 1
单独法相对定向元素：
2 , 2 , k2
1 ， 1 ，2，2，2
1、立体观测方法 人造立体视觉产生的方法，主要是“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
像 对 的 立 体 观 察 方 法
立体镜观察
桥式立体镜
在一个桥架上安置两个相同的简单透镜
透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距
人 眼 立 体 视 觉
生理视差＝ab ab
二、人造立体视觉
A B
P a
b
a’ b’
P’
左眼
右眼
人眼的立体视觉是立体测图的基础
人 造 立 体 观 察 的 条 件

立体像对 分像条件 两像片上相同景物（同名像点）的连线
与眼基线应大致平行

两像片的比例尺应相近（差别<15％）
立体效应
, , —模型旋转因子
X S , YS , ZS —坐标原点平移量
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
相对定向的过程
初始状态 中间状态 最终状态
投影光线 不相交
左像片：
U s1 Vs1 Ws1 0
1 1 k1
右像片：
2 , 2 , k 2
连续法相对定向元素： bv ， bw ，，，
U s 2 bu ,Vs 2 bv ,Ws1 bw
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、 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
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 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。
双目镜观测光路的立体观察
像 对 的 立 体 观 察 方 法
通过双筒望远镜观察 每个望远镜像面有一固定的测标 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。
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
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
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，， ，

Zt
YS O
Xt
XS
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：