第4章双像立体测图基础与立体测图

1、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4.2 像对的立体观察与立体量测4.3 立体像对与双像立体测图4.4 立体像对的相对定向元素与 模型的绝对定向元素4.5 模拟法立体测图4.6 解析法立体测图立体像对与双像立体测图立体像对 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。双像立体测图 是指利用一个立体像对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。4.1 人眼的立体视觉原理视网膜上大约有108个杆状细胞，直径2m；6.5106个锥状细胞，直径28m二、人眼光学感觉过程一个物理、生理、心理共同作用的过程。来自物

2、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），从而形成感知人眼观察目标时，会本能地转动眼球，使视轴交会于该物体上，同时眼睛的水晶体自动调焦得到清晰的影像，这种本能称为人眼的凝视。2、双眼观察用双眼观察空间物体时，可以容易地判定物体的远近，这种现象叫做天然立体视觉。ABb1b2a1a2LSS人眼的观察方式：1、单眼观察不能判断物体的远近l 生理视差A、B点的左右坐标差为 2121bbbaaaxxPxxPABb1b2a1a2LSSSPa、Pb称为点的左右视差，两点的左右视差之差称为左右视差较，或生理视差。

3、 baPPPl 交会角三、人造立体视觉a2b2a1P2借助空间物体的构像信息而在视觉上感受出空间物体的存在，称为人造立体视觉。 人造立体视觉的过程：空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉。四、人造立体的条件1、两张像片必须是在两个不同摄站点对同一景 物摄取的立体像对，立体相对必须有一定重叠的地物 。（考虑：两张相对重叠100%行不行？）2、每只眼睛只能观察像对中的一张像片，这一 条件称之为分像条件。3、两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼 基线应大致平行，并且两同名点的距离与眼基线尽量相等。4、两像片的比例尺相近，不能差别太大（差别15%）五、立体效

4、应1、正立体效应2、反立体效应左左右右左左右右左左右右用光学仪器或肉眼对一定重叠率的像对进行观察，获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观察，它的原理是根据人对物体的双眼观察。立体观察方法：立体镜式：借助光学系统使得人眼分别观察其中的一张像片重叠影像式：将左右两像片影像投影在同一个承影面上，然后通过一些措施使得两眼各看一张像片一、立体镜观察立体1、立体镜l 桥式立体镜l 反光立体镜桥式立体镜观察，简单但观察的范围小桥式立体镜观察，简单但观察的范围小可以观察2330cm边长的大像幅立体像对 2、用立体镜进行立体观察的方法（1）要将像片定向。像片定向是使两张像片上基线 和 重合，相应像点间的

5、距离略小于立体镜的观察基线。（2）将立体镜放在像对上，使立体镜的观察基线与像片基线平行，同时用左眼看左像，右眼看右像。 21oo21oo3、用立体镜观察立体像对时应注意的事项 两眼视轴经常是与眼基线在一个平面上的，各相应视线也同样与眼基线在一个平面上 对建立的立体模型进行量测主要方法：双测标法；是用两个刻有量测标记的测标进行量测。 测标的形状有多种，如光点、T字形、感叹号等原理：利用测标在影像平面上的二维移动，就可使感觉到的空间虚测标在空间三轴上移动，从而进行立体模型的量测。 三、立体量测三、立体量测:左右测标分别切准左左右测标分别切准左右同名像点右同名像点两单测标相当于同名两单测标相当于同名

6、像点，构成立体测标像点，构成立体测标TT与立体模型表面与立体模型表面M点点重合重合接口设备：电子计算机与立体坐标量测仪及数控绘图桌连接与信息沟通。包括l 编码器：进行模/数转换（A/D），使仪器的机械位移量转化为计算机能接受的数字量。l 伺服系统：进行数/模转换（D/A），将计算机给出的数字信息转化成仪器的机械位移量，驱动部件至应有的位置。像点坐标获取在摄影测量中，一个立体像对的同名像点在各自的像平面坐标系的x,y坐标之差分别称为左右视差p及上下视差q,即p=x1-x2q=y1-y2HCT-1型立体坐标量测仪像片的归心与定向在进行像点坐标量测之前，需要使仪器各读数归零，然后进行像片的归心的定向

7、。归心：使像片坐标系的原点与仪器坐 标系的已知位置重合定向：使坐标仪坐标轴系与像平面坐 标轴系平行像点坐标x1=X-X0y1=Y-Y0 x2=x1-(p-p0)y2=y1-(q-q0)x0,y0,p0,q0为立体坐标量测仪零位置的读数x,y,p,q为测标总立体切准待量测点时所记下大的读数一、立体像对1、定义从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对像片2、立体像对上的点、线、面4.3 立体像对与双像立体测图双像立体测图是以一个立体像对为量测单元。a1摄影基线：摄取立体像 对时，相邻摄站间的连线 同名光线：同一地面点 向不同摄站的投射光线 同名像点：同一地面点在不同像片上的构像 核面：过摄影基线与地面点

8、的平面 主核面：包含像主点的核面 左主核面 右主核面 垂核面：包含像底点的核面 核线：核面与像片平面的交线 核点：摄影基线与像片平面的交点二、立体摄影测量的基本原理立体摄影测量（双像立体测图）是利用立体相片对，在恢复他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1、像对摄影过程的几何反转 l 恢复两像片的内方位元素l 恢复两像片的外方位元素：即进行 像对的相对定向和绝对定向 三、双像立体测图概述实质：重建摄区立体模型，在立体模型上进 行量测三、双像立体测图概述三、双像立体测图概述 立体像对上对应的同名像点、摄影基线、同名射线与地面立体像对上对应的同名像点、

9、摄影基线、同名射线与地面点存在固定的几何关系，如果能够恢复像片对的内外方位元素，点存在固定的几何关系，如果能够恢复像片对的内外方位元素，就能恢复他们之间固有的几何关系，重建立体模型。就能恢复他们之间固有的几何关系，重建立体模型。立体测图的关键：立体测图的关键：重建与实地相似的几何模型重建与实地相似的几何模型 恢复摄影时的空间方位恢复摄影时的空间方位恢复像片对的恢复像片对的 内方位元素：内方位元素：摄影中心与像片之间相关位置摄影中心与像片之间相关位置 外方位元素：外方位元素：像片在摄影瞬间的空间位置和姿态像片在摄影瞬间的空间位置和姿态 内方位元素：已知内方位元素：已知 恢复两张像片的相对位置（相

10、对定向）立体模型，恢复两张像片的相对位置（相对定向）立体模型，同同 名射线就会对对相交形成与实地相似的几何模型，名射线就会对对相交形成与实地相似的几何模型， 外方位元素：未知外方位元素：未知 （模型的大小和空间位置是任意的）模型的大小和空间位置是任意的） 恢复立体模型的大小和空间方位（绝对定向），把恢复立体模型的大小和空间方位（绝对定向），把相对定向后重建的立体模型纳入到地面摄影测量坐标系中并符合所要求的比相对定向后重建的立体模型纳入到地面摄影测量坐标系中并符合所要求的比例尺，对该模型进行量测可以获取模型点的三维坐标。例尺，对该模型进行量测可以获取模型点的三维坐标。通过相对定向和绝对定向两个步

11、骤来恢复两张像片的外方位元素，也称为间接实现摄影过程的几何反转。2、双像立体测图步骤l 内定向：恢复像片对的内方位元素，建立与摄影光束相似的投影光束 。l 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。l 绝对定向：将立体模型纳入到地面坐标系中，并归化模型的比例尺。l 立体测图：用量测工具量测立体模型，测制地形图。三、双像立体测图的方法(使用不同的方法完成立体模型的重建) 模拟法立体测图利用模拟测图仪，光学像片，人工寻找同名像点 解析法立体测图利用解析测图仪测图，光学像片，人工寻找同名像点。核心是计算机。 影像数字化立体测图利用数字摄影测量系统。数字影像或数字化影像，利用数字相关

12、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。立体像对的相对定向元素 与模型的绝对定向元素一、相对定向和绝对定向恢复像片对的外方位元素要经过两步：相对定向与绝对定向像片对的相对定向元素（两张像片相对位置的数据）和模型的绝对定向元素(模型的大小和空间方位)。二、立体像对的相对定向元素确定一个立体像对两张像片相对位置和姿态的元素称为相对定向元素相对定向用于建立立体模型完成相对定向的唯一标准是两像片同名像点的投影光线对对相交。 实际上摄影测量问题就是如何利用立体相对上的同名像点求它对应的地面点的三维坐标S2u2v2w2S1u1v1w1bbubvbw连续法相对定向元素：连续法相

13、对定向元素：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连续像对： 像空间辅助坐标系左片的像空间坐标系 五个相对定向元素- 三个角元素 + 两个基线分量 如果把一条航线作为整体，建立的像空间辅助坐标系是一左片的像空间辅助坐标系作为像对的像空间辅助坐标系，当取用第一张和第二张像片建立立体模型时，可以取第一张像片的像空间辅助坐标系作为立体像对的像空间辅助坐标系。当取用第二张和第三张像片建立立体模型时，这时第二张像片的像空间辅助坐标系与第一张是不重合的，但作为一条航线整体来讲，始终要取统一的像空间辅助坐标系，要把第一个模型的左像空间辅助做标系移到第二个模型的左片中去

14、（第二个模型的左片相当于第二个模型的右片，他的外方位元素是已知的），这样确定 相对定向元素的方法称为连续法相对定向，因为前后模型间存在传递性。2、单独法相对定向元素2单独法相对定向元素单独法相对定向元素： 1 ， 1 ，2，2，21u1x1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2B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221像空间辅助坐标系-S-UVW 五个相对定向元素-两个左片角元素 +三个右片角元素三、模型的绝对定向元素 确定相对定向所建立的几何模型的比例尺和模型空间方位的元素。（借助地面控制点，对模型进行平移、旋转和缩放）

15、S-UVW D-XYZ（是不同原点的三维空间相似变换） 共有七个参数（6个外方位元素和一个模型缩放比例因子）。（x,y,z)为模型点的地面摄影测量坐标（u,v,w)为同一模型点在像空间辅助坐标系的坐标 为模型缩放比例因子（a1,a2,.c3）为两个坐标轴系三个转角按（）计算的方向余旋（Xs,Ys,Zs）为坐标原点的平移量NoImage一、模拟法立体测图原理用光学投影或机械投影的方法实现摄影过程的几何反转，建立与实地相似的几何模型。立体测图的基本单元： 立体像对利用电子计算机，通过严格的数学解算方法保证像点坐标和模型点坐标之间满足共线关系，建立被摄目标的数字立体模型，同样可以完成对被摄目标的立体量测。一、解析测图仪的主要组成精密立体坐标量测仪：立体观察和立体量测。电子计算机：核心部件，实现解析测图仪的实时计算与摄影测量作业的计算。数控绘图桌：在计算机控制下，绘出地形图及各种图件。接口设备：电子计算机与立体坐标量测仪及数控绘图桌连接与信息沟通。包括l 编码器：进行模/数转换（A/D），使仪器的机械位移量转化为计算机能接受的数字量。l 伺服系统：进行数/模转换（D/A），将计算机给出的数字信息转化成仪器的机械位移量，驱动部件至应有的位置。像点坐标量测在摄影测量中，一个立体像对的同名像点在各自的像平面坐