立体观察和立体观测课件

第五章立体观察和立体量测

主要内容：人造立体效能、立体观察方法、像对的立体量测。

重点：人造立体效能、像对的立体量测难点：人造立体效能。学时安排：授课2，实验2。第一节

人眼的自然观察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。在γ角为小值时： L=be/γ眼的最适宜的交向角相当于L为明视距离下的情况，约在13°~15°左右。由于网膜窝的视场角有1°左右，在注视点M的视场内设有另一点K，那么在两眼的网膜窝处也将得到点K的影像k1和k2，于是在两眼网膜窝处得到弧长和。设点K和M与眼基线在同一个平面内，弧和之差称为生理视差σ，即：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：第二节人造立体效能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。1）由两个摄影站点摄取同一景物面组成立体像对；2）每只眼睛必须分别观察像对的一张像片；3）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。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。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。1、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′。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。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。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。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