摄影测量学立体像对与立体模型

Z Zs c1x c2 y c3 f
已知：
x，y
求：
XS，YS，ZS ai，bi，ci
X，Y，Z
？
f
3
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引言
zy
S
x
y
a
o
x
ZT YT
OT
XT
4
X Z Y
Xs Zs Ys
a1x a2 y a3 c1x c2 y c3
b1x b2 y b3 f
上面
下面
正面
23
右面 左面
6
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问题 ？
如何利用
影像
建立
空间三维立体模型
7
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.1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。
o1 a1 S1
oa22 S2
A
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3.4.3 像对的绝对方位元素
大小：比例尺；
位置：相对定向时采用的坐标系的原点在物方
坐标系的坐标X0、Y0、Z0; 方向： , ,
这实际上就是空间相似变换的七个参数。
XT
X
X0
YT M Y Y0
ZT
Z
Z0
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引言
X
Y
Xs (Z Zs) a1x a2 c1x c2
Ys (Z Zs) bLeabharlann Baidux b2 y
y a3 y c3 b3 f
f f
c1x c2 y c3 f
X Z
Xs Zs
a1 x c1 x
a2 y c2 y
a3 f c3 f
Y
Ys
b1x b2 y b3
f
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3.5 像对的立体观察与量测 立体像对自动匹配
33
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.1 视差理论
人眼的结构
角膜 虹膜
瞳孔 虹膜
构像系统： 角膜、瞳孔、水 晶体（变焦透 镜）、玻璃体和 网膜。
水晶体 韧带
轴视 玻璃体
视网膜
盲斑
脉络膜
BR AR
40
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.3 立体观察效果
LR RL
41
L R
L
正立体 反立体 零立体
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.3 立体观察效果
42
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43
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.4 分像方法
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——分像。
模拟像片——立体镜 ①袖珍立体镜 ②反光立体镜 ③立体量测观察系统
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.4 分像方法
45
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11
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.3 立体模型
在 保 持 光 P1 a1o1
束形状、恢复摄
影时外方位元素
S1
之后，用投影器
将像片影像反投
下来，这时相应
投影光线必成对
相交在原来的地
面点上。
摄影几何反转
B A
o2 P2 a2
S2
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.4 分像方法
数字图像 眼镜立体
① 分色法——互补色法 ； ② 分光法——偏振光法； ③ 分时法——交替光阑法
分色、分光、分时技术的流程很相似，都是需要经过两次 过滤，第一次是在显示器端，第二次是在眼睛端。
裸眼立体 ① 障栅法技术； ② 微透镜法技术； ③ 指向光源技术
• 连续像对系统
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。
21
z2 z1
y2 y1
z1
S2 y1 B
x2 x1
S1
x1
y2
o2
x2
y1
o1
x1
x
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3.4.2 像对的相对方位元素 • 以左像空系为基础
3.4.2 像对的相对方位元素
立体像对
外方位元素
实际地面
5个 相对方位元素
绝对方位元素
, x, ,
1
,
10
,
,
2
,
0
2
几何模型
相似模型 比例尺任意，方位任意
？
25
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3.4.3 像对的绝对方位元素
定义
确定立体模型在 物方坐标系中的大小 和空间方位的元素。
实际上就是确定 相对定向时采用的坐 标系与物方坐标系的 关系。
3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.3 立体模型
P1 a1o1
启示：保持内方
B
S1
位以及相对方位不变，
其中一个投影器沿基
线移动，仍然保持成
对相交，但比例尺变
A
了。或者两个投影器
整体的旋转，也不影
响相似性。
o2 o2 PP2 2 a2 a2
S2' S2
A
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.3 立体模型
清晰视角： 左右 1.50
分辩点状物体：45 线 状 物 体：20
利用单眼观察去决定物 体的远近是比较困难的。
只能靠经验。
人眼视轴活动范围： 左右 ±450 上下 +300 ，-500
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.1 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
3.5 像对的立体观察与量测
（1）人工立体观察 立体观察是指通过观
察立体像对来获得人造立 体效应的过程。
——单像量测 识别困难、量测精度低 ——立体观测 不仅增强了辨认像点的能 力，提高量测的精度，而 且可以提高效率。
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3.5 像对的立体观察与量测
（2）计算机自动匹配 优点：效率高、精度高。主要适用于空三连接点的 自动选取与转点、DEM自动采集。 缺点：地物识别难以自动化；大比例尺测图受地表 覆盖影响，DEM自动采集数据编辑难度大。
需要哪些元素？
26
z1 Z 0
y1Y 0
S11
xX1 0
Z
Y
A
D
X
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3.4.3 像对的绝对方位元素
绝对方位元素的确定
• 以左像空系为模型坐标系
X s1 ,Ys1 , Z s1 , x1 ,1 , 1 , B
• 以摄测系为模型坐标系
X D ,YD , Z D , , , , B
每个物点与基线决定一个核面，每个同名光线对也同 样决定一个核面。 核线（epipolar plane）：核面与像面的交线。
核点（epipolar Points）：基线的延长线与像面的交点。
所有核面均通过基线，所以所有的核线均交于核点。
注意：同一核面上各地面点的相应像点必分别在两张像片 的相应核线上。
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.1 视差理论
生理视差：
ALCL ARCR
生理视差是产生立体 感觉的生理基础。
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视差角
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.1 视差理论
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3.5.1 像对的立体观察
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.1立体像对的定义（Stereo Pair）
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.2 立体像对的点、线、面
同名光线(AS1,AS2) 同名像点(a1,a2)
P1
a1o1 n1
o2
P2
n2 a2
第三章 摄影测量基础
§3.1 中心投影与透视变换 §3.2 中心投影的构像模型 §3.3 影像的比例尺与像点移位 §3.4 立体像对与立体模型 §3.5 像对的立体观察与量测 §3.6 摄影测量研究的基本问题
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摄影测量的原始观测值 ——同名像点坐标
如何量测
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立体像对的相对方位 问
元素。
题
提
A
出
确定两像空系之间方
位关系需有几个元素？
都哪些元素？
比例尺任意（基线长度任意）
确定基线的方向
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3.4.2 像对的相对方位元素
相对方位元素系统
• 连续像对系统——以左像空系为基础的 相对方位元素系统 • 单独像对系统——以基线坐标系为基础的 相对方位元素系统
f f
Z Zs c1x c2 y c3 f
一个点只能列2个方 程未知数却有3个。
A
从方程个数来
讲，必须要至
少3个方程。
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引言
zy
S
x
从方程个数 来讲，有4 个方程，可
y
a
o
x
以解算。
ZT
A
YT
OT
XT
5
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二维影像摄影测量三维空间立体
视神经
网膜窝 巩膜
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.1 视差理论
人眼的结构（构像系统） 角膜、瞳孔、水晶体（变焦透镜）、玻璃体和网膜。
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3.5.1 像对的立体观察
3.5.1.1 视差理论
单眼观察
人眼视角： 左右 1600 上下 1200
3.5.1.2 立体观察条件
①立体像对——两张像片必
A
须是从不同摄站摄取的。
②分像——两眼各看一张像
片。
C
③共面——必须使同名像点
的连线与眼基线平行，以保
a1 c1 b1 c2 P1
证两视线在同一个视平面内。
④比例尺基本一致（比例尺
OL BL
的差异小于比例尺的16%）
C L AL
B
a2 b2 P2
OR CR
摄影基线(S1S2) J1
B S1
S2
J2
核面（垂核面、主核面）
核线（垂核线、主核线）
WA
核点（核点是谁的合点？）
A
10
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.2 立体像对的点、线、面
同名光线（Conjugate Rays）： 同名像点（Conjugate Image Points ）： 摄影基线（Air_Base）：两摄站的连线 核面（epipolar plane ）：包含基线的任意平面。
B
S1 B S’2
S2
D
C
A
15
B
1 B M B
在恢复光束内方位 及保持立体像对两张像 片的相对方位的情况下， 通过摄影过程的几何反 转，由无数同名光线相 交得到的与实地相似的 三维几何表面叫做立体 模型。
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3.4.1 立体像对的基本概念
立体模型与实际地表之间关系? 相似关系：比例尺、方位不确定
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3.4.2 像对的相对方位元素
• 单独像对系统
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。
Z 0 z1
Y0
S1
1
y1
o1
0
1x1
W1
z2
S2
X0
2
o2
y2
0 2 x2
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3.4.1 立体像对的基本概念 3.4.1.3 立体模型
3、这立无体数模对型相应光线的交点，构成了一个三 维表面，这个表面就叫做立体几何模型。
显然，这个立体几何模型的形状、大小、 位置与该立体像对所摄地区的地表面完全一 致。。
问题 提出
但是，实际不可能在空中放置投影仪！
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3.4.2 像对的相对方位元素
• 单独像对系统
基线坐标系：
Z 0 z1
Y0
左摄站为原点，摄影
基线为X0轴，左主核
S1
面为X0Z0面， Z0轴向
上为正，Y0轴按右手 法则来确定的坐标系。
1
y1
o1
1
,
0 1
,
,
2
,
0
2
0
1x1
W1
z2
S2
2
o2
W2
X0
y2 0
2
x2
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3.4.1 立体像对的基本概念
立体像对
外方位元素
实际地面
相对方位元素
绝对方位元素
几何模型
相似模型 比例尺任意，方位任意
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3.4.2 像对的相对方位元素
定义
zy
确定一个立体像对中 两张像片之间的相对 方位的参数，叫做该
S
x
y
o ax
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3.4.2 像对的相对方位元素
•连续像对系统
, , ,
z1
S1
, 决定了摄影基线的方向， , , 决定了右光束对于 左光束的旋转方位。
o1
z2 z1
S2 y1 B
x1
y2 y1
x2 x1
y2
o2
x2
y1
x1
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3.4.2 像对的相对方位元素
第三章 摄影测量基础
§3.1 中心投影与透视变换 §3.2 中心投影的构像模型 §3.3 影像的比例尺与像点移位 §3.4 立体像对与立体模型 §3.5 像对的立体观察与量测 §3.6 摄影测量研究的基本问题
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引言
zy
S
x
y
a
o
x
ZT
A
YT
OT
XT
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