第五章立体观察和立体观测.ppt

第五章　立体观察和立体量测第五章　立体观察和立体量测 v主要内容：人造立体效能、立体观察方主要内容：人造立体效能、立体观察方法、像对的立体量测法、像对的立体量测 v重点：人造立体效能、像对的立体量测重点：人造立体效能、像对的立体量测v难点：人造立体效能难点：人造立体效能v学时安排：授课学时安排：授课 2，实验，实验 2第一节 人眼的自然观察人眼的自然观察v在摄影测量中广泛应用立体观察和立体量测，这不仅增强了辨认像点的能力，而且提高了量测的精度立体摄影测量仪器都是对像对进行立体观察的情况下作业的，仪器的观察系统应具备人眼自然观察的相应条件 眼是人们观察外界景物的视觉器官在注视有远近距离的物体时，随着水晶体曲率半径相应的改变，总是在网膜窝上得到清晰的构像眼的这种凝视本能适应于观察远近不同的物体正常眼的最适宜的视觉距离称为明视距离，约为250mm 人眼对自然界景物可以是单眼观察或双眼观察单眼观察自然界景物不能够直接获得空间感视觉，而只能凭借间接因素来判断景物的远近用一对眼睛同时观察景物称为双眼观察在双眼观察下能感觉出景物有远近凸凹的感觉，称为立体视觉。

在双眼观察(立体观察)时，两眼水晶体中心之间的距离称为眼基线be眼基线的平均长度约为65mm 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： 在在γ角为小值时：角为小值时：L = be/γv眼的最适宜的交向角相当于眼的最适宜的交向角相当于L为明视距离下的情况，为明视距离下的情况，约在约在13°~15°左右v由于网膜窝的视场角有由于网膜窝的视场角有1°左右，在注视点左右，在注视点M的视场的视场内设有另一点内设有另一点K，那么在两眼的网膜窝处也将得到，那么在两眼的网膜窝处也将得到点点K的影像的影像k1和和k2，于是在两眼网膜窝处得到弧长和。

于是在两眼网膜窝处得到弧长和设点设点K和和M与眼基线在同一个平面内，弧和之差称与眼基线在同一个平面内，弧和之差称为生理视差为生理视差σ，即：，即：v 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：v这就是根据交向角差Δγ = γM – γK或生理视差σ = － 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第二节 人造立体效能人造立体效能v 自然界立体视觉是基于两眼注视空间诸物点时，由于注视点眼基线的远近不同而形成交向角γ之间有差异Δγ。

交向角差Δγ从几何上反映了空间景物的远近；而另一方面它却同时在双眼内产生了生理视差σ，经大脑汇合作用形成一个物体空间的视觉反应由此自然界立体视觉的过程可概括为： 空间物体→交向角差→生理视差→空间物体立体视觉 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 - =Δp≠0 ，同样会在眼的网膜窝处得到生理视差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。

 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： v1）由两个摄影站点摄取同一景物面组成立体像对；v2）每只眼睛必须分别观察像对的一张像片；v3）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 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 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第三节 立体观察方法立体观察方法v一、立体镜法一、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  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  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v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v二、互补色法二、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v1、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 v察者左眼而言像点a2（右绿）成为黑色，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′  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 v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v三、偏振光法三、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，获得彩色的立体视模型 四、同步闪闭法四、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。

第四节 像对的立体量测像对的立体量测v在摄影测量中为求得地形点的空间位置，首选要在一对像片上辨认出地形点的同名像点，这就比较困难；用相当于十字丝作用的测标去对准单张像片上没有明显特征的地形点影像，就很难准确因此摄影测量仪器都要采用像对的立体观察方法，以浮游测标切准视模型点作为量测的手段摄影测量仪器中为建立瞄准用的浮游测标，可使用双测标和单测标两种方法这里提出浮游测标是因为量测空间点位时测标需作三维运动v双测标法是用两个真实测标放在左右两像片上或左右像点的观察视线的光路中，在立体观察像片对时，左右两测标可当作一对同名像点看待，同样可以获得一个视觉的空间虚测标，就用这个虚测标去量测视模型设像对已定向好，满足了人造立体效能的条件，其上有一对同名像点a1和a2(图5-8)，在立体观察下能得到视模型点A现若像片上各有一个真实测标M1和M2，在立体观察下得虚测标M′虚测标M′并未照准模型点A将实测标M1，M2在像片上移动，就会看到虚测标在 空间运动，总能够把虚测标M′正好与视模型点A相重合，这就完成了瞄准工作这时真实测标M1和M2就分别落在同名像点a1和a2上根据测标M1和M2在像片上的位置就能辨认出一对像片上的同名像点。

两实测标相对于起始位置的运动量可由相应分划尺读出，这也就是像点在像片上的坐标值了现在的立体摄影测量仪器多数采用双筒光学系统的立体镜作为立体观察系统，所以也都是采取双测标法进行立体量测双测标法的测标有圆点、圆圈、T形、斜T形和直线等形状v单测标法是用一个真实测标去量测视模型在互补色法立体观察时，在大承影面E0上(图5-9)放置一个量测台，量测台上有一个小承影面e，其上有实测标M，多采用圆形亮点量测台可以在大承影面上作平面运动(YX)，而小承影面e相对于E0可作升降运动(Z)设小承影面位于e处，低于同名像点射线相交的几何模型点A，此时在小承影面上就会有两个同名射线的投影点a1和a2，在立体观察下得视模型点A′，不会与测标M相重合将小承影面连同其上的测标相对于大承影面E0向上升高，同名射线在e面上两投影点间的距离会逐渐缩短，视模型点看起来就向下降，向小承影面 靠拢当小承影面位于e′处，正好通过模型点A时，两投影点会合在一起，视模型点A′就正好与几何模型点A同高移动量测台把实测标M与点A重合，这就完成了立体瞄准和量测的工作这时测标在大承影面上的正射投影点M0和小承影面的高度确定了模型点A的空间位置。

按上述可知，观察的和量测的都是视模型，但量测的结果却正好是几何模型点的数值v作业：作业：v1.为什么使用立体像对双眼观察能够有空间物体的视感觉？v2.立体像对双眼观察下的立体感觉与原摄物体的形状有无区别；在什么条件下立体感觉与原物体形状是相似的？v3.在像对的立体量测时如何取得浮游测标？单测标法和双测标法各取得哪些成果？v4.什么是光学模型(视模型)，什么是几何模型？v5.人造立体观察的条件有哪些？v6.利用互补色加法或互补色减法，怎能达到立体观察的分像目的？ 。