第五章 立体观察和立体观测

视模型与实地相似。一般立体镜主距约为 250mm。若像片主距为70或100mm，小于立 体镜主距时，视模型将要夸大实物的远近凸 凹的深度，这种现象称为视模型的扭曲变形。 一般反光立体镜两反光镜之间还设置一凸透 镜，此时立体镜主距为透镜到像片平面之间 的距离。在很多立体测量仪器上采用双筒望 远镜立体观测系统，它是在像点的投射光路 中有一系列透镜，以增大构像放大率，可以 提高量测的精度，其立体观察原理基本上与 上述相同。
如果在两眼的前面各放置一个凸透镜， 像片放在凸透镜的焦面上，或约小于焦距， 此时凸透镜就具有投影中心的作用，凸透镜 到像片的垂距就是投影光束的主距，以fc表 示。像片上构像的投射光线经凸透镜后形成 平行光线进入眼内，而两眼的视线也几乎平 行。这就相当于人们对自然界无穷远处进行 观察，眼睛轻松舒适，凝视本能和交向本能 得以协调。 反光立体镜是为立体观察航摄像片对的 工具，就是按照上述设想制作的。反光立体 镜有相同的左右两组反光镜系C1C1′和
显然如果观察者两眼位置变动，视模型点A′ 的位置也随之而变。图中S1 a1与S2 a2两投影 射线空中相交的A点，形成稳定不变的几何模 型点。 2、互补色减法 互补色减法分像用于互补 色印刷品的立体观察。在同一张白纸上分别 用品红－绿互补色印刷一对像片，得到一张 互补色构像交错在一起的彩色立体图画（图5 －7）。观察者左右眼戴上品红－绿互补色眼 镜，在明室对立体图画进行观察。对戴品红 色镜片的左眼而言，把白色图纸的背景看出 品红色，致使立体图画中用品红色印刷的图 像与背景融合在一起，左眼无法再分辨出品
tg

2

be 2L


在γ角为小值时： L = be/γ 眼的最适宜的交向角相当于L为明视距离下的情况， 约在13°~15°左右。 由于网膜窝的视场角有1°左右，在注视点M的视 场内设有另一点K，那么在两眼的网膜窝处也将得 到点K的影像k1和k2，于是在两眼网膜窝处得到弧 长和。设点K和M与眼基线在同一个平面内，弧和 之差称为生理视差σ，即：
第三节 立体观察方法

一、立体镜法 实现人造立体效能的困难条件是两只眼 睛要分别观察像对的左右像片。为达到一只 眼睛只看一张像片的要求，最简单的想法是 在两眧间放一块隔板，机械地使两眼分别观 察左右像片。这种方法虽能达到分像目的， 但交向本能和凝视本能所产生的矛盾没有解 决，因为像片总是放在明视距离的地方，而 交向是在视模型处，这就容易引起眼的疲倦， 不能长时间地进行立体观察。
立体观察像对所获得的人造立体效能， 亦即视立体模型，与实物的凸凹远近相同者 称为正立体效能。此时，左眼观察左像片， 右眼观察右像片，保持了直接观察实物时生 理视差的原有符号。 立体观察像对所获得的视模型与实物的凸 凹远近正好相反者称为反立体效能。为获得 反立体效能必须使由观察像对所产生的生理 视差与自然界观察实物所产生的生理视差符 号相反。可以把像对的左右像片对调，左眼 观察右像片，右眼观察左像片，这样就把像 片对的ΔP改变了符号，导致生理视差也反号。
当我们用双眼注视某一物点M时(图5-2)， 需要转动头部，使注视点相对于两眼处于对 称位置；同时，两眼球也各依眼球中心转动， 使两眼的视线即水晶体中心与网膜窝中心的 连线，正好对准注视点。两眼视线总是相交 于注视点上的。这种性能叫做眼的交向本能。 在眼的交向过程中同时进行着眼的凝视，使 注视点同时在左右两眼的网膜窝处得到清晰 的影像m1和m2。这两个影像经过大脑的作用 而融合为一，感觉到有一个空间点M的存在。 此时两眼视线的交会角称为交向角γ。显然注 视点M到眼基线的距离L与交向角γ的关系可 用下式表示：

二、互补色法 互补色法是利用互补色的特性达到分像目 的的立体观察。最常用的互补为绿－品红。 互补色法分像可采用互补色减法和互色加法 两种。

1、互补色加法 互补色加法分像用于投影 影像的立体观察。将一对透明的像片分别置 于仪器的左右两投影器内，在暗室内用白光 照明像片。在投影器物镜前面分别放置品红 色滤光片和绿色滤光片，那么在共同的白色 承影面上得到品红色和绿色的一对混杂在一 起的影像，而在投影像幅区域之外的是黑色 背景。设投影在承影面上的同名像点a1（左 红）和a2（右绿）的连线已经满足平行于眼 基线的条件（图5－6），观察者左右眼也戴 上品红－绿色的眼镜，去观察承影面上的彩 色投影影像。由于右投影器的绿色投影影像 不能透过观察者左眼前的品红色镜片，对观
LM be
2
M

be L
2 M
L
L

LM be
2


fe

这就是根据交向角差Δγ = γM – γK或生理视差σ = m2k2 －m 1 k 1 判断点位深度位移ΔL = LM – LK的公式，其中 fe为眼的主距约为17mm。取ΔL/ LM作为判断点位深 度的相对误差，要提高判断能力，一是采取间接地 增大眼基线be之值，这在很多量测距离的仪器上使 用这个措施；其二使眼的生理视差σ的分辨力增大。 当物体是点状时，相应的σ最小≈0.002mm；当物体 为平行线状时，σ最小≈0.001mm，这导致某些量测 仪器上采用线状测标。如果通过有放大倍率的光学 系统进行观测，这相当于缩短了实际的LM值，当然 对判断深度有利。


1）由两个摄影站点摄取同一景物面组成立体像 对； 2）每只眼睛必须分别观察像对的一张像片； 3）两条同名像点的视线与眼基线应在一个平面 内。
人造立体效能的应用使摄影测量初期的 单像量测，发展为双像的立体量测，不仅 提高了量测的精度和摄影测量的工作效率， 更重要的是扩大了摄影测量的应用范围， 奠定了立体摄影测量的基础。人造立体效 能在使用中最常见的有两种：正立体效能 和反立体效能。
1 1
2
2
1
1
2
2
对照航空摄影情形，相邻两像片航向重 叠65%，地面上同一物体在相邻两像片上都 有影像，真实地记录了所摄物体相互关系的 几何信息，完全类同于上述两个半透明玻璃 片。我们利用相邻像片组成的像对进行双眼 观察，同亲也会获得所摄地面的立体空间感 觉。这种方法所感觉到的实物的视觉立体模 型称为视模型。 根据实物在像对上所记录的构像信息建立 人造立体效能，必须符合自然界立体观察的 条件：

红色图像，或者说看不见品红色图像；而用 绿色印刷的图像，由于不能透过左眼前红色 镜片而看成黑色。如此，左眼观察的视觉是 为品红色背景的黑色绿像图形。同样理由， 右眼观察的视觉为绿色背景的黑色红像图形。 这样就达到了分像的目的，立体观察出白色 背景的黑色立体视模型。

三、偏振光法 光线通过偏振器分解出偏振光。在一对 像片的投影光路中旋转一个偏振平面相互垂 直的偏振器，将影像投影到特制的共同承影 面上。观察者戴上偏振光眼镜，两镜片的偏 振平面也相互垂直，且分别与投射光路中偏 振器偏振平面相平行或垂直。这样双眼观察 承影面上一对混杂在一起的投影影像时，就 能达到分像的目的，从而得到人造立体效能。 偏振光法可用于彩色影像的立体观察，获得 彩色的立黑色，融 合于黑色背景中。这就是说，戴红色镜片的 左眼看不见承影面上右像片的绿色投影影像。 与此相反，左投影器的品红色影像可以通过 左眼红色镜片而为左眼所见，即看见了像点 a1（左红）。同样的理由，左像片的红色影 像不能透过右眼前的绿镜片，对右眼而言成 为黑色，融合于黑色背景中，即右眼看不见 承影面上左像片的红色影像，却只能看到右 方的绿色影像。如此左眼观看左投影器的投 影影像，右眼观看右投影器的投影影像，达 到了分像的目的。在眼基线平行于同名影像 连线时，两条视线相交就获得视模型点A′。
即空间物体立体视觉的 形成主要在于双眼网膜窝 处生理视差的存在。现在 自然界立体观察物体M和K 时，在两眼的前面分别放 置半透明的毛玻璃片P1和 P2 (图5-3)，则点M和K将会 在P1和P2上分别映出影像 m1、k1和m2、k2。
如在P1和P2上标志出影像m1、k1和m2、k2后，移 去空间实物M和K。若我们的双眼仍旧位于点S1和S2 处，每一只眼分别观察此一对玻璃片上的构像。由 于 m k - m k =Δp≠0 ，同样会在眼的网膜窝处得到 m k m k 生理视差σ = ，那么经过大脑的汇合作用， 将会产生空间物体M和K的立体感觉，虽然此时已 无实物存在。这个过程可概括成： (空间物体)→空间物体构像信息生理视差→立体感 觉→视觉的空间物体的存在 这种借用空间物体构像信息而在视觉上感受出 空间物体的存在，称为人造立体效能。
人造立体效能的条件之一是每只眼睛 只应观察一张像片，这违反了人们日常观 察自然界景物时眼的交会本能的习惯。其 次在人造立体效能中观察的是像片平面， 凝视的条件要求不改变，面交向的地方是 视模型，随点位的远近而异，这又违反了 眼的交向本能和凝视本能同时协调的习惯。 因此就有必要采取某种措施来帮助完成人 造立体效能应具备的条件和改善眼的视觉 本能的状况。
m1k1 m 2 k 2

以注视点构像m1和m2为准，点k1和k2在注视点 的左侧时弧长取正号。若σ＞0，表示点K较注视点 M近一些。为了解释方便，设K和M在左眼网膜窝 处的弧长为，在右眼网膜窝处的弧长=0，即两影像 合于一点，则令两点的交向角之差为，即Δγ = γM – γK，则：
be LM
四、同步闪闭法 利用液晶的特性，利用电流的改变使液晶镜片 一瞬间透光、一瞬间不透光，通过一个控制盒由电 脑控制液晶镜片的透光与否，当电脑上显示左片时， 控制左边的镜片透光，而右边的镜片不透光；在下 一瞬间，电脑上显示右片时，控制右边的镜片透光， 而左边的镜片不透光。这样每一瞬间只有一个眼睛 能看到它那张航片，由于闪闭频率较高(100Hz)，虽 然此时只看到一张航片，但另一张航片的视觉残留 仍在大脑中，大脑就会将另一张航片的视觉残留与 目前所看到航片视觉融合起来，通过左右航片的交 替出现来实现分像。
C2C2′(图5-5)，反光镜C1// C1′和C2// C2′，镜面 与桌面成45°。在反光镜C1和C2下面桌子上 分别安放像对的左右像片。两眼在S1和S2处观 察。像片主点o1和o2的投影光线o1a1b1S1和 o2a2b2S2延展伸直后得o1a1(S1)和o2a2(S2)，垂直 于像片平面。数值o1(S1) = o2(S2) = fc称为立体 镜主距。此外像片对还要绕像主点旋转，使 左、右同名像点在一条直线上，并与眼基线 S1S2平行，这样像片上任一对同名像点如点m1 和m2就落在同一个眼基线平面内，用立体镜 观察同名像点就能得到视模型点M。当立体 镜主距fc与像片主距 f 相等时，观察感觉的