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1、摄影测量第四章第一节 人眼立体视觉人眼是一个天然的光学系统，结构复杂。瞳孔角膜虹膜视网膜网膜窝视神经n n当人眼注当人眼注视视某物点某物点时时，视轴视轴会自会自动动地地转转向向该该点，点，使使该该点成像在网膜点成像在网膜窝窝中心，同中心，同时时随着物体离人随着物体离人眼的眼的远远近自近自动动改改变变水晶体的曲率，使物体在网水晶体的曲率，使物体在网膜上的构像清晰。眼睛的膜上的构像清晰。眼睛的这这种本能称种本能称为为眼的眼的调调节节。n n当双眼当双眼观观察物体察物体时时，两眼会本能地使物体的成，两眼会本能地使物体的成像落于左右两网膜像落于左右两网膜窝窝中心，即中心，即视轴视轴交会于所注交会于所注
2、视视的物点上，的物点上，这这种本能称种本能称为为眼的交会。眼的交会。n n正常眼的最合适的正常眼的最合适的视觉视觉距离距离为为明明视视距离，距离，约为约为250mm250mm。 人人类对类对自然景物可以自然景物可以单单眼眼观测观测或双眼或双眼观测观测。1 1、单单眼眼观观察察 单单眼眼观观察自然界景物不能察自然界景物不能够够直接直接获获得空得空间间感感视觉视觉，而只能凭借，而只能凭借间间接因素来判断景物的接因素来判断景物的远远近，近，这这些些间间接因素或者是近景掩蔽接因素或者是近景掩蔽远远景，或景，或者感者感觉觉景物的大小，甚至是按常景物的大小，甚至是按常识识的判断。的判断。2 2、双眼、双眼
3、观观察察 用一用一对对眼睛同眼睛同时观时观察景物称察景物称为为双眼双眼观观察，在双察，在双眼眼观观察下能感察下能感觉觉景物由景物由远远景凹凸的景凹凸的视觉视觉，称，称为为立体立体视视觉觉。 在两眼在两眼观观察察时时，两眼水晶体中心之，两眼水晶体中心之间间的距离称的距离称为为眼基眼基线线b be e，平均，平均长长度度为为65mm65mm。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。两眼视线总是相交与注视点上的性能叫做眼的交会本能。n n两眼两眼视线视线的交会角称的交会角称为为交向
4、角。交向角。 注注视视点点MM到眼基到眼基线线的距离的距离L L与交向角与交向角之之间间的关系：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在左眼膜窝处的弧长为m1k1
5、,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 交向角从几何上反映了空间景物的远近
6、；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： 空空间物体物体-交向角差交向角差-生理生理视差差-空空间物体立体物体立体视觉，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。 根据根据这这一原理，在一原理，在P P1 1与与P P2 2两个位置上，用两个位置上，用摄摄影机影机摄摄得同一景物的两得同一景物的两张张像片，像片，这这两两张张像片称像片称
7、为为立体像立体像对对。 人造立体人造立体视觉视觉：空：空间间景物在感光材料上景物在感光材料上构像，再用人眼构像，再用人眼观观察构像的像片察构像的像片产产生生理生生理视视差；差；重建空重建空间间景物的立体景物的立体视觉视觉，所看到的空，所看到的空间间景物景物称称为为立体影像，立体影像，产产生的立体生的立体视觉视觉称称为为人造立体人造立体视觉视觉。 按照立体按照立体视觉视觉原理，我原理，我们们只要在一基只要在一基线线的两的两端用端用摄摄影机影机获获取同一地物的一个像取同一地物的一个像对对，观观察中察中就能重就能重现现物体的空物体的空间间景景观观，测绘测绘物体的三物体的三维维坐坐标标。这这是是摄摄影
8、影测测量量进进行三行三维维坐坐标测标测量的理量的理论论基基础础。观察人造立体的条件 摄摄影影测测量中，人造立体的量中，人造立体的观观察必察必须满须满足形成足形成人造立体人造立体视觉视觉的条件。的条件。归纳归纳如下：如下：1 1、由两个不同、由两个不同摄摄站点站点摄摄取同一景物的一个立体像取同一景物的一个立体像对对。2 2、每只眼睛必、每只眼睛必须须分分别观别观察像察像对对中的一中的一张张像片。（分像片。（分像条件）像条件）3 3、两条同名像点的、两条同名像点的视线视线与眼基与眼基线应线应在一个平在一个平 面内，即同名射面内，即同名射线对对线对对相交。相交。4 4、像片、像片间间的距离的距离应应
9、与双眼的交会角相适与双眼的交会角相适应应。 （比例尺接近）（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
10、，称为分像法的立体观察。1、立体观测1.2 1.2 立体立体镜镜法法 立体立体镜镜的主要作用是一只眼睛能清晰地的主要作用是一只眼睛能清晰地只看一只看一张张像片的影像。像片的影像。 反光立体反光立体镜镜：在两眼的前面各放置一个：在两眼的前面各放置一个凸透凸透镜镜，像片放在凸透，像片放在凸透镜镜的焦面上，或的焦面上，或约约小于小于焦距，此焦距，此时时凸透凸透镜镜就具有投影中心的作用，凸就具有投影中心的作用，凸透透镜镜到像片的垂距就是投影光束的主距，以到像片的垂距就是投影光束的主距，以f fc c表示。像片上构像的投影光表示。像片上构像的投影光线经线经凸透凸透镜镜后形成后形成平行光平行光线进线进入眼
11、内，而两眼的入眼内，而两眼的视线视线也几乎平行。也几乎平行。这这九相当于人九相当于人们对们对自然界无自然界无穷远处穷远处的的观观察，眼察，眼睛睛轻轻松舒适，凝松舒适，凝视视本能和交向本能得以本能和交向本能得以协调协调。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：原理：原理：原理：光光光光线线照射透明的左右像照射透明的左右像照射透明的左右像照射透明的左右像片，并使其影像叠印在片，并使其影像叠印在片，并使其影像叠印在片，并使其影像叠印在同一个承影面上，然
12、后同一个承影面上，然后同一个承影面上，然后同一个承影面上，然后通通通通过过某种方式使得某种方式使得某种方式使得某种方式使得观观察察察察者左右眼分者左右眼分者左右眼分者左右眼分别别只看到一只看到一只看到一只看到一张张像片的影像，从而得像片的影像，从而得像片的影像，从而得像片的影像，从而得到立体效到立体效到立体效到立体效应应。常用的方法有互常用的方法有互常用的方法有互常用的方法有互补补色法、色法、色法、色法、关关关关闸闸法、偏振光法，液法、偏振光法，液法、偏振光法，液法、偏振光法，液晶晶晶晶闪闭闪闭法。法。法。法。互互补补色减法色减法 互互补补色减法分像用于互色减法分像用于互补补色印刷品的立体色印
13、刷品的立体观观察。察。 在同一在同一张张白白纸纸上分上分别别用品用品红红、绿绿互互补补色印刷一色印刷一对对像片，得到一像片，得到一张张互互补补色构像交色构像交错错在一起的彩色立体在一起的彩色立体图图画。画。观测观测者左右眼戴上品者左右眼戴上品红红、绿绿互互补补色眼色眼镜镜，在明室，在明室对对立体立体图图画画进进行行观观察。察。对对于戴品于戴品红红色眼色眼镜镜的左眼而言，的左眼而言，把白色把白色图纸图纸的背景看出品的背景看出品红红色，致使立体色，致使立体图图画中用品画中用品红红色印刷的色印刷的图图像与背景融合在一起，左眼无法再分辨像与背景融合在一起，左眼无法再分辨出品出品红红色色图图像；而用像；
14、而用绿绿色印刷的色印刷的图图像，由于其不能透像，由于其不能透过过左眼前左眼前红红色色镜镜片而看成黑色。如此，左眼片而看成黑色。如此，左眼观观察的察的视视觉觉是是为为品品红红色背景的黑色色背景的黑色绿绿像像图图形。右眼形。右眼观观察的察的视觉视觉为绿为绿色背景的黑色色背景的黑色红红像像图图像。像。这样这样便达到了分像的目便达到了分像的目的，立体的，立体观观察出了白色背景的黑色立体察出了白色背景的黑色立体视视模型。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
15、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一种效应，称为零立体效应。3 像对的立体量测n n双测标量测法 双双测标测标量量测测法，是用两个刻法，是用两个刻有量有量测标记测标记的的测标测标放在两放在两张张像像片上，或放置在左右像片的片上，或放置在左右像片的观观察光路中，
16、当立体察光路中，当立体观测观测像片像片对对时时，左右两个，左右两个测标测标构成一个空构成一个空间测标间测标，当左、右，当左、右测标测标分分别别在在左右像片的同名地物点上左右像片的同名地物点上时时，就构成就构成测标测标与与该该地物点相地物点相贴贴。此此时时，移，移动动像片或像片或观测观测系系统统的的手手轮轮可直接可直接读读出出该该点量点量测测坐坐标标系中的坐系中的坐标标x x1 1、y y1 1与与x x2 2、y y2 2。或。或者以者以测标测标切到某一高程，用左切到某一高程，用左右手右手轮轮运运动动，保，保证测标证测标沿立体沿立体模型表明模型表明紧贴紧贴移移动动，即可，即可带动带动测图设备绘测图设备绘出等高出等高线线。n n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？
