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1、第四章 立体观察和立体量测,引言：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在对像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。,第一节 人眼立体视觉,人眼是一个天然的光学系统，结构复杂。,瞳孔角膜虹膜水晶体视网膜网膜窝视神经,当人眼注视某物点时，视轴会自动地转向该点，使该点成像在网膜窝中心，同时随着物体离人眼的远近自动改变水晶体的曲率，使物体在网膜上的构像清晰。眼睛的这种本能称为眼的调节。当双眼观察物体时，两眼会本能地使物体的成像落于左右两网膜窝中心，即视轴交会于所注视的物点上，这种本能称为眼的交会
2、。正常眼的最合适的视觉距离为明视距离，约为250mm。,人类对自然景物可以单眼观测或双眼观测。1、单眼观察 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，这些间接因素或者是近景掩蔽远景，或者感觉景物的大小，甚至是按常识的判断。,2、双眼观察 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景物由远景凹凸的视觉，称为立体视觉。在两眼观察时，两眼水晶体中心之间的距离称为眼基线be，平均长度为65mm。,当双眼注视某一物体时，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
3、。两眼视线总是相交与注视点上的性能叫做眼的交会本能。,两眼视线的交会角称为交向角。注视点M到眼基线的距离L与交向角之间的关系：,当角为小值时，上式可简化为：L=be/眼的最适宜的交向角相当于L为明视距离下的情况，为13度15度。,由于网膜窝的视场角为1度左右，在注视点M的视场范围内设有另一点K，那么在两眼的网膜窝处也将得到K的影像，k1,k2，于是在网膜窝处得到弧m1k1和m2k2,设点K和M于眼基线在同一个平面内，弧m1k1和m2k2之差称为生理视差，即=m1k1-m2k2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0，表示点K较注视点M近一些。,设点K和M在左眼
4、膜窝处的弧长为m1k1,在右眼膜窝处的弧长为m2k2，即两影响合与一点，则另两点的交向角之差：=m-K,即,或者说点K相对于注视点M的深度位移朝向观察者（LMLK）时取正号：,点深度位移,取L/LM作为判断点深度位移的相对误差，要提高判断能力：一是采取间接地增大眼基线二是使眼的生理视差的分辨率增大。,摄影测量中，正是根据人眼的立体视觉，对同一个地区要在两个不同摄站点上拍摄两张像片，构成一个立体像对，进行立体观察与量测。那么，人的双眼为什么能观察景物的远近呢？,由于两点在眼中构像存在着生理视差，此种由交会角不同而引起的生理视差，通过人的大脑就能作出物体远近的判断。,第二节 人造立体视觉,交向角从
5、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，经大脑汇合作用形成一个物体空间的视觉反映。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。,自然界中，当用两眼同时观察空间远近不同的A与B两个物点时，如图，由于远近不同而形成的交会角的差异，便在人的两眼中产生了生理视差，得到一个立体视觉，能分辨出物体远近。,根据这一原理，在P1与P2两个位置上，用摄影机摄得同一景物的两张像片，这两张像片称为立体像对。人造立体视觉：空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的像片产生生理视差；重建空间
6、景物的立体视觉，所看到的空间景物称为立体影像，产生的立体视觉称为人造立体视觉。按照立体视觉原理，我们只要在一基线的两端用摄影机获取同一地物的一个像对，观察中就能重现物体的空间景观，测绘物体的三维坐标。这是摄影测量进行三维坐标测量的理论基础。,观察人造立体的条件 摄影测量中，人造立体的观察必须满足形成人造立体视觉的条件。归纳如下：1、由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对。2、每只眼睛必须分别观察像对中的一张像片。（分像条件）3、两条同名像点的视线与眼基线应在一个平 面内，即同名射线对对相交。4、像片间的距离应与双眼的交会角相适应。（比例尺接近）,人造立体效能在使用中最常见的有两种：正立体效
7、能和反立体效能。立体观察像对所获得的人造立体效能，称为视立体模型，与实物的凹凸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凹凸远近正好相反者称为反立体效能。,第三节 像对的立体观察与量测,建立人造立体视觉时，要求观察立体像对的双眼分别只能观察其中的一张像片，俗称分像。观察时，一种是直接观察两张像片，构成立体视觉，是借用立体镜来达到分像。另一种是通过光学投影，将两张像片的影像重叠投影在一起，称为分像法的立体观察。,1、立体观测1.2 立体镜法 立体镜的主要作用是一只眼睛能清晰地只看一张像片的影像。反光立体
8、镜：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。像片上构像的投影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。这九相当于人们对自然界无穷远处的观察，眼睛轻松舒适，凝视本能和交向本能得以协调。,1.2互补色法 互补色法是利用互补色的特性达到分像视目的立体观察。最常用的互补色为绿、品红。互补色法分像可采用互补色加法和互补色减法。互补色加法 互补色加法分像用于投影影像的立体观察。,原理：光线照射透明的左右像片，并使其影像叠印在同一个承影面上，然后通过某种方式使得观察者左右眼分别只看
9、到一张像片的影像，从而得到立体效应。常用的方法有互补色法、关闸法、偏振光法，液晶闪闭法。,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。观测者左右眼戴上品红、绿互补色眼镜，在明室对立体图画进行观察。对于戴品红色眼镜的左眼而言，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红色图像；而用绿色印刷的图像，由于其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。右眼观察的视觉为绿色背景的黑色红像图像。这样便达到了分像的
10、目的，立体观察出了白色背景的黑色立体视模型。,1.3 偏振光法 在两张影像的投影光路中，放置两个偏振平面相互垂直的偏振器，在承影面上就能得到光波波动方向相互垂直的两组偏振光影像。偏振光可用于彩色影像的立体观察，获得彩色的立体模型。,2 像对立体观察的效果进行像对立体观察时，在满足上述条件的情况下，如果像片像对眼镜安放的位置不同，可以得到不同的立体效果。即可能产生正立体、反立体和零立体效应。2.1 正立体 正立体是指观察立体像对时形成的与实地景物起伏相一致的立体感觉。2.2 反立体 反立体是指观察立体像对时产生的与实地景物起伏相反的一种感觉。2.3 零立体 像对立体观察中形成的原景物起伏消失了的
11、一种效应，称为零立体效应。,3 像对的立体量测,双测标量测法 双测标量测法，是用两个刻有量测标记的测标放在两张像片上，或放置在左右像片的观察光路中，当立体观测像片对时，左右两个测标构成一个空间测标，当左、右测标分别在左右像片的同名地物点上时，就构成测标与该地物点相贴。此时，移动像片或观测系统的手轮可直接读出该点量测坐标系中的坐标x1、y1与x2、y2。或者以测标切到某一高程，用左右手轮运动，保证测标沿立体模型表明紧贴移动，即可带动测图设备绘出等高线。,单测标量测法 单测标法是用一个真实测标去量测立体模型，如图,作业题：1.人的双眼为什么能观察景物的远近2、人造立体视觉形成条件？3.像对立体观察的效果是什么？,
