第4章--双像立体测图基础与立体测图

第四章双像立体测图基础与立体测图双像立体测图：利用一个立体像对重建立体几何模型，量测该几何模型，绘制地形图立体像对：相邻两站对同一地物摄取的有一定重叠的两张像片同名像点：地面上一点在相邻两张像片上的构像4.1人眼的立体视觉原理与立体量测4.2立体像对与双像立体测图4.3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素4.4模拟法立体测图4.5解析法立体测图本章内容4.1人眼的立体视觉原理与立体量测一、双眼观察的天然立体视觉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，这种现象称为人眼的天然立体视觉。人眼的观察方式：1.单眼观察不能判断物体的远近1833年，惠斯通（英）证实，人眼分辨远近的本质是由于生理视差的存在。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2211ababBA人眼的观察方式：Lbtgr22近似式rbLfbLdbLdbdLrrr222交会角变化与距离变化及生理视差的关系：交会角扩大眼基线使眼的生理视差的分辨力增大利用放大系统观察，相当于缩小实际的L值mmmm100.0002.0minmin当物体为平行线状时，当物体是点状的，提高双眼分辨远近能力的方法：fbLdbLdbdLrrr222•人造立体视觉定义：空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像片产生生理视差，所产生的空间景物的立体视觉（也就是说，重建了景物间的立体视觉）。所看到的立体模型---------称为视模型二、人造立体视觉人造立体视觉必须符合的条件：1.两张像片必须是在两个不同摄站对同一景物摄取的立体像对；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；4.两像片的比例尺相近(差别15%)三、立体效应1.正立体效应2.反立体效应左右右或右左左右旋180度用光学仪器或肉眼对一定重叠度的像对进行观察，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。但是立体观察要求两眼进行分像观察，分像条件违背了人眼立体观察的本能，必须采取一定的措施达到。四、立体观察与立体量测1.立体观察方法立体观察方法的两类模式：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，从而达到分像的条件；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。1）立体镜观察法可以观察23—30cm边长的大像幅立体像对桥式立体镜：简单但观察的范围小2）双目镜观测光路的立体观察用两条分开的观测光路将来自左右像片的光线分别传送到观察者的左右眼睛中，每条观测光路由物镜、目镜和其他光学装置组成。采用的设备：模拟测图仪解析测图仪坐标量测仪3）互补色法光谱中两种颜色的光混合在一起会变成白色，这两种光称为互补色光。品红+绿白蓝+黄白光学混合光学混合左眼右眼4）同步闪闭法由液晶眼镜和红外发生器组成，使用时红外发生器的一端与通用的图形显卡相连，图像显示软件按照一定的频率交替显示左右图像，红外发生器则同步地发射红外线，控制液晶眼镜交替闪闭，从而达到左右眼睛各看一张像片的目的。5）偏振光法在一对像片的投影光路中，放置一对偏振平面相互垂直的偏振器，以两组横向光波波动成相互垂直的偏振光，将影像投影在特制的承影面上，观测者戴上偏振光眼镜，两镜片的偏振平面也相互垂直，从而达到分像的目的。在数字摄影测量系统中，在计算机屏幕上安装偏振屏，当计算机屏幕上分别交替显示左、右影像时，屏幕前的偏振光屏就会产生不同的偏振方向，观测者戴上偏振光眼镜，就能获得立体影像。1）单测标量测法用一个真实的测标量测测标与地面点相切时，测标的位置就代表空间点的位置。这样的测标称为浮游测标形状一般有点状和线状2.立体量测2）双测标量测法是利用放入光路中的两个单独的实测标分别切准立体像对上的同名像点进行立体量测。左右测标分别切准左右同名像点两单测标相当于同名像点，构成立体测标T测标T与立体模型表面M点重合同名像点：地面上一点在相邻两张像片上的构像一、立体像对（stereopair)1.定义从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对像片。立体摄影测量（双像测图）也就是以立体像对为测量单元的4.2立体像对与双像立体测图S2S1o1o2Aa1a21、立体像对的定义（StereoPair）由不同摄站获取的，具有一定影像重叠的两张像片。4.2立体像对与双像立体测图立体摄影测量（双像测图）也就是以立体像对为测量单元的航空摄影获取的立体像对航空摄影获取的彩色立体像对地面摄影获取的立体像对是立体像对吗？为什么？2.立体像对上的点、线、面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的平面主核面：包含像主点的核面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S2S1AP1a2a1P2BWAo1o2n1n2J2J12、立体像对的点、线、面同名像点(a1,a2)同名光线(AS1,AS2)摄影基线(S1S2)核面（垂核面、主核面）核点（核点是谁的合点？）核线（垂核线、主核线）二、立体摄影测量的基本原理立体摄影测量（又称双像立体测图），是利用一个立体像对，在恢复内外方位元素后，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。上图过程就是摄影测量的几何反转---也是摄影测量的基本原理S1S2ABCDS’2BBM1BB即：分别恢复两像片的内、外方位元素像对的相对定向和绝对定向双像立体测图实质：重建摄区立体模型，在立体模型上进行量测1、如何重建模型？也就是恢复像对的内、外方位元素=也就恢复了B、同名光线、同名像点与地面点的几何关系。三、双像立体测图概述2、双像立体测图步骤内定向：恢复像片的内方位元素，建立与摄影光束相似的投影光束（已知的）。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（没有完全恢复外方位元素-大小、空间方位是任意的）。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（恢复模型的大小和空间方位）。立体测图：用量测工具量测立体模型，测制地形图。（不同的测量工具有不同的立体测图方法）3.双像立体测图的方法模拟法立体测图利用模拟测图仪，像片，人工寻找同名像点。3.双像立体测图的方法解析法立体测图利用解析测图仪测图，像片，人工寻找同名像点。核心是计算机。3.双像立体测图的方法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。4.3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素一、立体像对的相对定向与相对定向元素1、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。相对定向只能确定两张像片的相对位置几何模型与实际地表之间关系?相似关系：比例尺、方位不确定外方位元素相对方位元素绝对方位元素立体像对实际地面几何模型相似模型比例尺任意，方位任意1、相对定向就是在立体像对中，确定两像空系之间方位关系所需的元素。SoaxyxyxyzSoxyxyxyzaA问题提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）确定基线的方向一、立体像对的相对定向与相对定向元素•以基线坐标系为基础的相对方位元素系统=单独像对相对定向•以左像空系为基础的相对方位元素系统=连续像对的相对定向2、三种相对方位元素系统•以地面摄影测量坐标系为基础的相对方位元素系统（了解）一、立体像对的相对定向与相对定向元素•建立像空间辅助坐标系方法：将左片置平，以左片的像空间坐标系作为像对的像空间辅助坐标系。也就是以左方像片为基准，或者说左像片的外方位元素已知。1.连续像对的相对定向元素一、立体像对的相对定向与相对定向元素S1S2u1v1w1u2v2w2bbubvbw222,,,,wvbb连续法相对定向元素：1.连续像对的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2线元素决定了摄影基线的方向，三个角元素决定了右光束对于左光束的旋转方位S1S2u1v1w1u2v2w2bbubvbw1.连续像对的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。•建立像空间辅助坐标系方法：将摄影基线置平，像空间辅助坐标系的原点为S1，基线B为u轴，垂直于左核面的轴为v轴，右手法则建立平面直角坐标系S1-U1V1W1。2.单独法相对定向元素2.单独法相对定向元素2单独法相对定向元素：1，1，2，2，21u1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2B在以左摄影中心为原点、左主核面为XZ平面、摄影基线为X轴的右手空间直角坐标系中，左右像片的相对方位元素221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。21u1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2B2212.单独法相对定向元素外方位元素相对方位元素绝对方位元素立体像对实际地面几何模型相似模型比例尺任意，方位任意5个？AXYZD1x1z1y1S问题提出1、定义确定几何模型的比例尺和它在地面坐标系中空间方位的元素。确定几何模型的比例尺和它在地面坐标系中空间方位需要哪些元素？0X0Z0Y1S二、模型的绝对定向和绝对定向元素关系式：共有七个参数三个平移量、三个旋转角、一个比例尺系数小结：1）第四章的内容，虽然有点凌乱，但却是本门课程的总领。2）学习本章，我们除了要掌握双像解析的点、线和面、相对定向元素、绝对定向元素外，主要要理解和掌握摄影测量的整个基本流程与技术发展路线。3）本章中有关模拟摄影测量的内容，虽然不是我们学习的重点，却是我们理解摄影测量基本原理的关键。§4－4模拟法立体测图§4－5解析法立体测图这两节要求大家一定要详细看。认真研读理解摄影测量的基本原理，对学好这门课程具有十分重要的意义。在阅读的同时，理解以下两个问题：1.为什么说模拟摄影测量是一门“利用光学和机械原理，避免了复杂计算”的学问？2.模拟摄影测量与解析摄影测量到底有什么不同？结合数字摄影测量的概念，把握摄影测量学的技术进展的脉络，使知识前后融会贯通。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。需要在模拟型立体测图仪上完成。BbM模型14.5模拟法立体测图方法：内定向、相对定向、绝对定向模拟测图仪上的内定向是人工在测图仪上安置有关数据，如安置摄影机主距，并且使像片主点与测图仪像片盘主点重合。多倍仪上的投影器二、模拟法相对定向1.基本思路通过微动投影器的定向螺旋，消除承影面上同名点的上下视差来完成相对定向。有左右视差所有同名光线对对相交，即同名点的上下视差为零时，则相对定向完成。2.投影器的微小运动对承影面上投影点位的影响投影器距承影面的高度为H。假设像片近似水平，选取像片上的九个像点来考察投影点位的变化规律。点位分布如下：像主点总位移X方向位移Y方向位移0dYdbdXu位移分量：（1）微动bu的影响XYdbuSS’（2）微动bv的影响总位移X方向位移Y方向位移vdbdYdX0位移分量：XYdbvSS’（3）微动bw的影响S’S位移分量：wwzdbHYdYdbHXdXHdbYdYXdXHdbw（4）微动的影响位移分量：dHXYdYdHXHdX221总位移X方向位移Y方向位移（5）微动的影响dHYHdYdHXYdX221位移分量：（6）微动的影响位移分量：XddYYddX总位移X方向位移Y方向位移把以上各种位移分量相加得到