YNPhotogrammetry0331人眼的立体视觉和立体观测参考PPT

1、摄影测量学第三章双像立体测图双像立体测图主要内容：主要内容：1、人眼的立体视觉和立体观、人眼的立体视觉和立体观测测2、立体像对、立体像对相对定向与核线几何相对定向与核线几何3、立体像对、立体像对空间前方交会空间前方交会4、单元模型的绝对定向、单元模型的绝对定向5、立体影像对光束法严密解、立体影像对光束法严密解在摄影测量中，利用单幅影像是不能确定物体上的在摄影测量中，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。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

2、，必须利用具有一定要确定被摄物体点的空间位置，必须利用具有一定重叠的两张像片，构成立体模型来确定被摄物体的重叠的两张像片，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，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维坐标，称为双像以数学计算方式来解求物体的三维坐标，称为双像解析摄影测量。解析摄影测量。3.1 人眼的立体视觉和立体观测1、人眼的立体视觉、人眼的立体视觉2、人眼的、人眼的分辨能力与观察能力分辨能力与观察能力3、人造立体视觉人造立体视觉4、观察人造立体的条件观察人造立体的条件5、立体、立体效应的转换效应的转换6、像对的立体观察、像对

3、的立体观察人眼的结构人眼的结构视神经视轴巩膜脉络膜盲斑网膜窝韧带水晶体彩帘角膜一、人眼的立体视觉人眼是一个天然的光学系统，人眼是一个天然的光学系统，水晶体如同摄影机物镜，能自动改变水晶体如同摄影机物镜，能自动改变焦距，使观察不同远近物体时，视网膜上都能得到清晰的物像。瞳孔焦距，使观察不同远近物体时，视网膜上都能得到清晰的物像。瞳孔好像光圈，视网膜好像底片，能接收物体的影像信息。好像光圈，视网膜好像底片，能接收物体的影像信息。人眼的立体视觉人眼的立体视觉人眼单眼观察时，不能直接获取空间感视觉，而只人眼单眼观察时，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。只有用双眼观察能凭简介因素

4、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，称为时，才能感觉出景物有远近凸凹的视觉，称为立体立体视觉视觉。摄影测量中，正是根据这一原理，对同一地区，在摄影测量中，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，构成一个两个不同摄站拍摄两张像片，构成一个立体像对立体像对，进行立体观察与量测。进行立体观察与量测。为什么双眼能观察景物的远近？为什么双眼能观察景物的远近？当双眼凝视物点当双眼凝视物点a时，两眼的视轴本能地交于该点。时，两眼的视轴本能地交于该点。此时的交向角为此时的交向角为。当观察。当观察附近的附近的b点时，交向角为点时，交向角为+d。由于由于b点的交向

5、角大于点的交向角大于a点，点，所以所以a点较点较b点远。点远。人眼怎么观察出这两个交人眼怎么观察出这两个交向角的差异呢？向角的差异呢？a点在两眼中的构像为点在两眼中的构像为a和和a，b的构像为的构像为b和和b。由于交向角的存在，由于交向角的存在，ab和和 ab不相等，其差值不相等，其差值=ab- ab称为称为生理视差生理视差。生理视差通过神经传到大生理视差通过神经传到大脑，通过大脑综合，作出脑，通过大脑综合，作出景物远近的判断。因此，景物远近的判断。因此，生理视差是判断景物远近生理视差是判断景物远近的根源的根源。a点在两眼中，通过水晶点在两眼中，通过水晶体中心体中心o1、o2得到构像得到构像a

6、、a；b点得到构像点得到构像b、b。若在各自视网膜中。若在各自视网膜中设一平面坐标系，设一平面坐标系，a点的点的左右坐标差为左右坐标差为pa=xa-xa。b点的左右坐标差为点的左右坐标差为pb=xb-xb。pa与与pb称为称为点的左右视差点的左右视差。p= pa - pb ，称为，称为左右视差较左右视差较。二、人眼的分辨能力与观察能力人眼的分辨力是由视神经细胞决定的。若两物点的人眼的分辨力是由视神经细胞决定的。若两物点的影像落在同一视神经细胞内，人眼就分辨不出这是影像落在同一视神经细胞内，人眼就分辨不出这是两个像点。视神经细胞的直径约为两个像点。视神经细胞的直径约为0.0035mm，相，相当于

7、水晶体的张角约当于水晶体的张角约45。所以单个人眼观察两点。所以单个人眼观察两点间的分辨力为间的分辨力为45，如果单眼观察的是两平行线，如果单眼观察的是两平行线，由于它是落在多个神经细胞上，则观察分辨力可以由于它是落在多个神经细胞上，则观察分辨力可以提高，约为提高，约为20。双眼视力：双眼视力：第一类双眼视力为第一类双眼视力为30；第二类双眼视力为第二类双眼视力为1015 人眼的观察能力lblbrr,22tan眼基线眼基线br为一常数：为一常数：llbr2rrrfblbll22要分辨差异则要分辨差异则min30：要提高分辨距离远近的能力，一个是扩大基线要提高分辨距离远近的能力，一个是扩大基线b

8、r，另一个是利用放大倍率为另一个是利用放大倍率为v的光学系统进行观察，的光学系统进行观察，则分辨力可提高则分辨力可提高v倍。倍。如果在双眼前分别放置感光材如果在双眼前分别放置感光材料料p和和p，则景物分别记录在，则景物分别记录在感光材料上。当移开实物感光材料上。当移开实物ab后，仍进行双眼观察，仍能看后，仍进行双眼观察，仍能看到与实物一样的空间景物到与实物一样的空间景物a和和b。这就是。这就是人造立体视觉效应人造立体视觉效应。三、人造立体视觉自然界中，当双眼观察远近不同的自然界中，当双眼观察远近不同的a、b两点时，由于交两点时，由于交向角的差异，在人眼中产生了生理视差，产生立体视觉，向角的差异

9、，在人眼中产生了生理视差，产生立体视觉，能分辨物体远近。能分辨物体远近。按照立体视觉原理，在一条基线的两端用摄影机获按照立体视觉原理，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。的空间景观，测绘物体的三维坐标。这是摄影测量这是摄影测量进行三维坐标量测的理论基础。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叠要求达到60以上，是为了获取同一景物在两以上，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

10、量测。张航片上都有影像，以构成立体像对进行立体量测。人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：由两个不同摄站摄取同一景物的一个立体像对；由两个不同摄站摄取同一景物的一个立体像对；一只眼睛只能观察像对中的一张像片。这一条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；件称为分像条件；两像片同名点的连线与眼基线近似平行；两像片同名点的连线与眼基线近似平行； 像片间的距离与双眼间的交向角相适应。像片间的距离与双眼间的交向角相适应。四、观察人造立体的条件以上四个条件中，第一条在摄影中应得到满足。以上四个条件中，第一条在摄影中应得到满足。 第三、

11、四第三、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。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，随模型的是像平面，凝视条件不便，而交会的是视模型，随模

12、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。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。疲劳，需要借助立体观察仪器来执行。五、立体效应的转换人造立体观察，不仅可以提高立体量测的精度，而人造立体观察，不仅可以提高立体量测的精度，而且可以测求物体的空间位置，且可以测求物体的空间位置，在满足上述观察条在满足上述观察条件的基础上，两张像片有三种不同放置方式，因而件的基础上，两张像片有三种不同放置方式，因而产生了三种立体效应：正立

13、体、反立体、零立体。产生了三种立体效应：正立体、反立体、零立体。六、像对的立体观察 用立体镜观察立体用立体镜观察立体 重叠影式观察立体重叠影式观察立体 互补色法互补色法 光闸法光闸法 偏振光法偏振光法 液晶闪闭法液晶闪闭法立体观察设备的作用：立体观察设备的作用： 减缓疲劳减缓疲劳 增强人眼视力增强人眼视力 增大人眼基线增大人眼基线放大倍数放大倍数k=nv 袖珍立体镜反光立体镜立体镜法立体镜法超高感超高感： 在像对立体观察中在像对立体观察中所看到的立体模型是视觉模型，所看到的立体模型是视觉模型，观察者往往会感到立体模型的观察者往往会感到立体模型的起伏程度与实地不一致。这种起伏程度与实地不一致。这

14、种现象是由于立体模型的水平比现象是由于立体模型的水平比例尺和垂直比例尺不一致造成例尺和垂直比例尺不一致造成的。当立体模型的垂直比例尺的。当立体模型的垂直比例尺大于水平比例尺时，立体模型大于水平比例尺时，立体模型比实际地形显得陡峭，这种现比实际地形显得陡峭，这种现象称为立体观察时的超高感。象称为立体观察时的超高感。产生超高感的原因是立体观察产生超高感的原因是立体观察仪的主距大于摄影机的主距。仪的主距大于摄影机的主距。s1s2b1b2b1b2d1d2f互补色法互补色法如图在暗室中，用两投影器分如图在暗室中，用两投影器分别对左右片进行投影。在左投别对左右片进行投影。在左投影器插入红色滤光片，右投影影

15、器插入红色滤光片，右投影器中插入绿色滤光片。器中插入绿色滤光片。观察者带上左红右绿的眼镜就观察者带上左红右绿的眼镜就可以达到分像的目的，可以达到分像的目的，从从而观而观察到立体。察到立体。混合在一起成为白色光的两混合在一起成为白色光的两种色光称为互补色光。品红种色光称为互补色光。品红和蓝绿是两种常见的互补色。和蓝绿是两种常见的互补色。光闸法光闸法在投影的光线中安装光闸，两个光闸一个打开一个在投影的光线中安装光闸，两个光闸一个打开一个关闭相互交替。人眼带上与光闸同步的光闸眼镜，关闭相互交替。人眼带上与光闸同步的光闸眼镜，这样就能一只眼睛只看一张影像了。这样就能一只眼睛只看一张影像了。由于影像在人

16、眼中能保持由于影像在人眼中能保持0.15秒的视觉停留，只要秒的视觉停留，只要同一只眼睛的再次打开的时间间隔小于同一只眼睛的再次打开的时间间隔小于0.15秒，眼秒，眼睛中的影像就不会消失。这样虽然这只眼睛没有看睛中的影像就不会消失。这样虽然这只眼睛没有看到影像，但大脑中仍有影像停留，仍能观察到立体。到影像，但大脑中仍有影像停留，仍能观察到立体。偏振光法偏振光法光线经过偏振器分解出来偏振光只在偏振平面上传光线经过偏振器分解出来偏振光只在偏振平面上传播，设此时的光强为播，设此时的光强为i1，当通过第二个偏振器后光，当通过第二个偏振器后光强为强为i2，如果两个偏振器的夹角为，如果两个偏振器的夹角为，则，则i2=i1cos。利用这一特性，在两张影像的投影光路中分别放置利用这一特性，在两张影像的投影光路中分别放置偏振平面相互垂直的偏振器，得到波动方向相互垂偏振平面相互垂直的偏振器，得到波动方向相互垂直的两组偏振光影像。观察者带上与偏振器相互垂直的两组偏振光影像。观察者带上与偏振器相互垂直的偏振眼镜，这样就能达到分像的目的，从而可直的偏振眼镜，这样就能达到分像的目的，从而可以观察到立体。以观察到立体。液晶闪闭法液晶闪闭法它由