双像解析摄影测量

立体效应
正立体
S1
b1 a1 b2
反立体
S1
P2 b2 a2 b1
反立体
S2
a1 P1
S1
a1 P1 b1 a2
S2
S2
a2 P2
P1
b2 P2
B
A A
B
A
B
立体模型与实物相反
立体模型与实物相似
(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°)
像对的立体观察
二、利用共线方程的严格解
由共线方程
变形为： x[a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A Z S )]
a1 ( X A X S ) b1 (YA YS ) c1 ( Z A Z S ) xf a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A Z S ) a2 ( X A X S ) b2 (YA YS ) c2 ( Z A Z S ) yf a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A Z S )
立体视觉原理
人 眼 分 辨 力
单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力
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
为什么双眼能观察景物的远近呢？ 当双眼凝视物点A时，两眼的视轴本能地交于该点 此时的交向角为γ。当观 察附近的B点时，交向角为
二、利用共线方程的严格解
上式整理为XA,YA,ZA的函数为：
l1 X A l2YA l3 Z A lx 0 l4 X A l5YA l6 Z A l y 0
其中，
l1 fa1 xa3 , l2 fb1 xb3 , l3 fc1 xc3 lx fa1 X S fb1YS fc1Z S xa3 X S xb3YS xc3 Z S l4 fa2 ya3 , l5 fb2 yb3 , l6 fc2 yc3 l y fa2 X S fb2YS fc2 Z S ya3 X S yb3YS yc3 Z S
γ +dγ 。
由于B点的交向角大于A点， 所以A点较B点远。
人眼怎么观察出这两个交 向角的差异呢？
A点在两眼中的构像为a和aˊ，B的构像为b和bˊ。由于 交向角的存在， aˊbˊ和ab不相等，其差
= ab- aˊbˊ
称为生理视差，生理视 差通过神经传到大脑， 通过大脑综合，作出景 物远近的判断。因此，
Photogrammetry and Remote sensing
周 旭 zxzy8178@ 135-50598511
第5章 双像解析摄影测量
• 在摄影测量中，利用单幅影像是不能确定物体上 的空间位置的，在单张像片的内、外方位元素已
知的条件下，它也只能确定被摄物体点的摄影方
向线。
• 要确定被摄物体点的空间位置，必须利用具有一
体,获得立体感觉,且立体感觉良好;
• D.地形高差较大区域获得像对不易同时看出山顶与山谷立 体模型,需要调整基线长度才能实现立体观测.
立体像对的重要点线面
摄影基线 相邻两摄站的连线
l1
p2
p1 S2
同名核线 核面与左右像 片面的交线
S1
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
A
核面 摄影基线与某一地 面点组成的平面
立体像对的像点坐标获取
S1
S2
a
a’
A’ A A”
摄影测量不仅要在室 内看到能观察到构成 的地面立体模型，而 且要在模型上进行量 测，以确定地面点的 三维坐标。
立体像对空间前方交会
应用单像空间后方交会求得像片的外方位
元素后，欲由单张像片上的像点坐标来求取地
对左右影像上的一对同名点，按上式可列4个方程， 可按最小二乘法解求地面点的3个未知数。 若n幅影像中含有同一空间点，则可列2n个线性方
程解求3个未知数。这是一种严格的、不受影像数
约束的空间前方交会。
立体像对相对定向
通过后方交会-前方交会原理，可由像点坐标求得
地物点的摄影测量坐标，这是摄影测量解求地面坐
人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件 1、由两个不同摄站摄取同一景物的一个立体像对 2、一只眼睛只能观察像对中的一张像片。这一条
件称为分像条件。
3、两像片同名点的连线与眼基线近似平行。
4、像片间的距离与双眼间的交向角相适应。
以上四个条件中，第一条在摄影中应得到满足。 第三、四条是人眼观察中生理方面的要求，在第三 条中，如果左右影像上下错开太大，则形不成立体， 不满足第四条则形不成交会角，这两条可通过放置 像片位置来达到要求。 而第二条在观察时要强迫两眼分别只看一张像片， 这与观察自然景物时人眼的交会本能相违背，其次 人造立体观察的是像平面，凝视条件不便，而交会 的是视模型，随模型的远近而不同，这也破坏了人 眼观察时的调焦与交会相统一的凝视本能。 因此要经过训练才能裸眼立体观察，即使如此， 眼睛容易疲劳，需要借助立体观察仪器来执行。
面点的坐标，仍然是不可能的。因为已知外方
位元素，只能确定地面点所在的空间方向。而 使用像对上的同名点，就能得到两条同名射线 在空间的方向，两射线相交必然是地面点的空 间位置。
从共线方程也可说明这一点。每个同名点分别按共 线方程列两2个方程，一对同名点可列4个方程， 从而解算地面坐标(X,Y,Z)3个未知数。 由立体像对左右影像额内、外方位元素和同名像点 的影像坐标确定该点物方空间坐标的方法称为立体
前方交会的计算过程如下：
1、由已知的外方位元素和同名像点坐标，变换得 到同名像点像空辅坐标(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2) 。
X1 x1 X 2 x2 Y R y , Y R y 1 1 2 2 2 1 Z1 f Z2 f
像 叠映影像立体观察 对 的 互补色法 立 体 在投影器中插入互补色滤光片 观 （品红色、蓝绿色） 察 方 观测者双眼分别带上同色镜片 法
像对的立体观察
叠映影像立体观察 像 对 的 立 体 观 察 方 法
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 光闸起闭频率>10Hz
定重叠的两张像片，构成立体模型来确定被摄物 体的空间位置。按照立体像对与被摄物体的几何 关系，以数学计算方式来解求物体的三位坐标， 称为双像解析摄影测量。
立体视觉原理
• 人眼单眼观察时，不能直接获取空间感视
觉，而只能凭简介因素来判断景物的远近。
只有用双眼观察时，才能感觉出景物有远
近凸凹的视觉，称为立体视觉。
像对的空间前方交会。
一、利用点投影系数的空间前方交会
如右图，当恢复两张航片 的内、外方位元素后，同 名像点a1和a2的光线必然 交于地面点A。
两像空辅坐标相互平行， 两像点的像空辅坐标分为 (X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)， 地面点A在两框标系中的
坐标分别为(U1,V1,W1)和(U2,V2,W2)。
像对的立体观察
像 立体镜观察 对 的 立 桥式立体镜 体 观 在一个桥架上安置两个相同的简单透镜 察 方 法 透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距
像对的立体观察
立体镜观察
像 对 的 立 体 观 察 方 法 反光立体镜
扩大眼基距，可对大像幅进行立体观察
像对的立体观察
像对的立体观察
按照立体视觉原理，在一条基线的两端用摄
影机获取同一地物的一个立体像对，观察中就能重
现物体的空间景观，测绘物体的三维坐标。这是摄
影测量进行三维坐标量测的理论基础。
根据这一原理，规定在摄影测量中，像片的 航向重叠要求达到60％以上，是为了获取同一景 物在两张航片上都有影像，以构成立体像对进行立
体量测。
由相似三角形可知
S1 A U1 V1 W1 N1 S1a1 X 1 Y1 Z1 S 2 A U 2 V2 W2 N2 S 2 a2 X 2 Y2 Z 2
式中N1和N2为左右同名像 点的投影系数。 由图知， U1 BX U 2 ,V1 BY V2 ,W1 BZ W2 联立上面两式可知：
f [a1 ( X A X S ) b1 (YA YS ) c1 ( Z A Z S )] y[a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A Z S )] f [a2 ( X A X S ) b2 (YA YS ) c2 ( Z A Z S )]
• 立体观测要求：
• A.必须是两张相邻且有部分重叠像对,重叠度必须
大于53%;
• B.两眼必须分别各看一张像片,通常称为分像观测;
• C.像片安放时,对应点(同名地物点)连线必须与眼 基线(两眼间连线)平行,并且两像片间距离需要调 整来与交汇角适应; • D.两张照片比例尺应尽可能一致,最大差值不超过 16%.
N1 X 1 BX N 2 X 2 N1Y1 BY N 2Y2 N1Z1 BZ N 2 Z 2
解上面的第1、3式，可得： BX Z 2 BZ X 2 N1 X 1Z 2 Z1 X 2
BX Z1 BZ X 1 N2 X 1Z 2 Z1 X 2
上式就是利用立体像对，确定地面点空间位置的空间 前方交会公式。
立体视觉原理
人造立体视觉 自然界中，当双眼观察远近不同的A、B两点时， 由于交向角的差异，在人眼中产生了生理视差，产 生里立体视觉，能分辨物体远近。 如果在双眼前分别放置感光材 料P和Pˊ，则景物分别记录 在感光材料上。当移开实物 AB后，仍进行双眼观察，仍 能看到与实物一样的空间景物 A和B。 这就是人造立体视觉效应。
2、由外方位元素的线元素，计算基线分量 BX、BY、BZ。
BX X S 2 X S1 , BY YS 2 YS1 , BZ Z S 2 Z S1
3、由前方交会公式求出投影系数N1和N2。 4、求A点在像空辅中的坐标U、V、W。 U=NX,U=NY,W=NZ 5、在U、V、W加上外方位元素的线元素，求得地 面点在物方坐标系中的坐标。
• 摄影测量中，正是根据这一原理，对同一
地区，在两个不同摄站拍摄两张像片，构
成一个立体像对，进行立体观察与量测。
立体视觉原理
人 眼 基 本 构 造
视网膜上大约有108个杆状细胞，直径2m；6.5106个锥状细胞，直径2~8m
立体视觉原理
人 眼 感 知 过 程
来自物体的光刺激视网膜的杆状和锥状细 胞（物理过程）使其感光（生理过程）， 通过视神经纤维传至后大脑视觉中心，经 记忆加入已有的概念与经验（心理过程） ，从而形成感知
生理视差是判断景物远
近的根源。
立体视觉原理
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。
1833年，惠斯通 （英）证实，人眼 的分辨远近的本质 是生理视差。设远 近不同的两点A、B 在人眼视网膜上产 生的生理视差为σ
生理视差＝ab ab
BA 0 BA 0 0 BA 感觉B近A远 感觉B远A近 感觉A、B等远近 rB rA rB rA rB rA
像对的立体观察
叠映影像立体观察
像 对 的 立 体 观 察 方 法 偏振光法
在两投影光路中安装两块偏振 平面互成90°的起偏镜 观测者带上一副检偏镜 镜片与起偏镜相同 左右偏振平面相互垂直
像对的立体观察
• 立体观察步骤：
• A.取出一对航空像片立体像对,分别找出各自像主点;
• B.将像片按左右顺序放置,使影像重叠部分向内,像对像主 点连线平行于眼基线,移动立体镜使立体镜基线与像主点 连线平行; • C.立体镜下移动像片间距离,直到观测到相应像点融为一