立体测图基础
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立体测图原理
立体测图原理
立体测图原理是指通过特定的方法和仪器，将三维物体的形状、大小、位置和相对位置等信息转化为二维平面上的具体图像或图表。
这样的测图方法是一种常用于地理测绘、建筑设计和工程制图等领域的技术手段。
立体测图的原理基于如下几个关键点：几何关系、投影关系和测量关系。
首先是几何关系。
在立体测图中，我们需要准确地捕捉被测物体在三维空间中的几何形状和位置。
为了实现这一点，我们需要采用一些几何方法和测量仪器，如全站仪、摄影测量仪、激光扫描仪等，来获取三维空间中物体的坐标信息和形状。
其次是投影关系。
立体测图中的关键问题是将三维空间中的物体信息转化为二维平面上的图像。
这就涉及到投影关系的应用。
通常采用的投影方法有平行投影和中心投影两种。
平行投影适用于正交或近似正交的物体，而中心投影适用于其他类型的物体。
最后是测量关系。
在立体测图中，我们需要对物体进行测量，获取其大小、距离和角度等信息。
测量关系是实现这一目标的基础。
通过几何测量和仪器测量，我们可以准确地获取物体的各种尺寸和几何属性。
综上所述，立体测图原理是基于几何关系、投影关系和测量关系的。
通过合理应用相关方法和仪器，我们可以将三维物体的
信息转化为二维平面上的具体图像或图表，实现对物体的几何形状和位置等信息的准确测量和记录。
立体测图
影像增强
特征提取
（
2）模式识别软件主要包括：
特征识别与定位，包括框标的 识别与定位， 影像匹配（同名点、线与面的 识别） 目标识别
（
3 ） 解析摄影测量软件主要包括：
定向参数计算; 空中三角测量解算
核线关系解算;坐标计算与变换
数值内插; 数字微分纠正
投影变换
3、Aerodata Int.Surveys公司（比利时）： 将激光扫描仪、航空相机、像片扫描仪集成起来， 完成航测。地面1m格网的高程精度0。2m。 4、OSAKA公司（日）： 推出SE-11X新型相机，特点：陶瓷材料真空板压 平；8个框标；专门电路抗噪；与GPS兼容；数据 记录上下个51位。可用于地面摄影和航空摄影。 5、WEHRLI公司（美）： 推出高精度像片扫描仪，特点：精度4 um；灰阶 4096（12bit)；光照稳定；WINDOWS NT环境； 基本分辨率10 um(2540dpi), 通过内插可有15、25、 30um分辨率。
2）类型： 解析测图仪： Opton C—100 ; Wild BC2 Zeiss：P系列， Kern：DSR系列 Wild &Prime：System-9 Jx-1,3系列解析测图仪 解析正射投影仪： Zeiss: Z-2, Wild : OR-1型， 为起伏地区制作正射影像图。
国际上具代表性的全数字摄影测量系统
1 、 Leica 公司的 Helava 扫描仪 DSW300 （量测分 辨 率 为 1um ， 扫 描 速 度 35mm/s ， 像 元 尺 寸 875um ） ， 工 作 站 DPW770 ； （ 全 色 SPOT ， Landsat） 2 、 Intergraph 公 司 的 扫 描 仪 AS1 与 工 作 站 Intergraphstation；（SPOT） 3、Zeiss 的扫描仪SCA1（分辨率1um，像元大小 7.5-120um, 扫描速度 1 兆像素 / 秒），工作站 PHODIS； 4 、 Vision International 公 司 的 工 作 站 Microsoft； 5、武测的VirtuoZo；（SPOT,近景影像） 6、Vaxel的扫描仪Vaxe400；
第四章 双向立体测图基础与立体测图
立体摄影测量（双向立体测图）是利用一个立体像片对，在恢复它们内外方位元素后，重建与地面相似的几何模型，并对该模型进行测量的一种摄影测量方法。
几何模型：根据摄影过程的几何反转原理，恢复了立体像对的内方位和相对方位后，所有同名光线成对相交，由无数同名光线相交交点构成的与实地相似的几何表面。
重建立体模型的过程：1恢复像片对的内方位元素。2恢复像片对的外方位元素。（1找出两张像片位置的数据，称这些数据为像片对的相对定向元素，形成几何模型；2找出恢复该模型大小与空间方位的的数据，即绝对定向元素。）
立体观察方法：1立体镜观察法2双目镜观测光法立体观察。
立体摄影测量也称双像测图，是由两个相邻摄站所摄取的具有一定重叠度的一对像片对为量测单元。立体相对的特殊点线面：两摄影中心连线称摄影基线，地面上任一点在左右像片上的构像称同名像点，通过摄影基线与地面上任一点所做的平面称为该点的核面，若同名射线都在核面内，则同名射线必然对对相交。过像底点的核面称为垂核面。核面与像片面的交线称为核线。基线的延长线与左右像片的交点成为核点。
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。以基线坐标系为基础，将摄影基线固定水平（5个）
基线坐标系： 左摄站为原点，摄影基线为X0轴，左主核面为X0Z0面， Z0轴向上为正，Y0轴按右手法则来确定的坐标系
绝对方位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的元素
立体像对基本知识
空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的相片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉，这样的立体感觉称人造立体视觉，所看到的立体模型称立体视模型。
立体观察条件①两张像片必须是从不同摄影站摄取的。②两眼各看一张像片，即必须分像。③必须使同名像点的连线与眼基线平行，以保证两视线 在同一个视平面内。④比例尺基本一致（比例尺的差异小于比例尺的15%）
几何模型：根据摄影过程的几何反转原理，恢复了立体像对的内方位和相对方位后，所有同名光线成对相交，由无数同名光线相交交点构成的与实地相似的几何表面。
重建立体模型的过程：1恢复像片对的内方位元素。2恢复像片对的外方位元素。（1找出两张像片位置的数据，称这些数据为像片对的相对定向元素，形成几何模型；2找出恢复该模型大小与空间方位的的数据，即绝对定向元素。）
立体观察方法：1立体镜观察法2双目镜观测光法立体观察。
立体摄影测量也称双像测图，是由两个相邻摄站所摄取的具有一定重叠度的一对像片对为量测单元。立体相对的特殊点线面：两摄影中心连线称摄影基线，地面上任一点在左右像片上的构像称同名像点，通过摄影基线与地面上任一点所做的平面称为该点的核面，若同名射线都在核面内，则同名射线必然对对相交。过像底点的核面称为垂核面。核面与像片面的交线称为核线。基线的延长线与左右像片的交点成为核点。
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。以基线坐标系为基础，将摄影基线固定水平（5个）
基线坐标系： 左摄站为原点，摄影基线为X0轴，左主核面为X0Z0面， Z0轴向上为正，Y0轴按右手法则来确定的坐标系
绝对方位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的元素
立体像对基本知识
空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的相片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉，这样的立体感觉称人造立体视觉，所看到的立体模型称立体视模型。
立体观察条件①两张像片必须是从不同摄影站摄取的。②两眼各看一张像片，即必须分像。③必须使同名像点的连线与眼基线平行，以保证两视线 在同一个视平面内。④比例尺基本一致（比例尺的差异小于比例尺的15%）
第04章 双像立体测图基础与立体测图
2.恢复像对外方位元素，重建立体模型 X s ,Ys , Z s
, ,
途径二：相对定向 + 绝对定向
生理视差是产生天然立 体感觉的基本原因
双眼观察的天然立体视觉
双眼观察的天然立体视觉
双眼观察的天然立体视觉
人造立体视觉
人 造 立 体 视 觉 的 产 生
人造立体视觉
①两张像片必须是从不同摄 影站摄取的。 ②两眼各看一张像片，即必 须分像。 ③必须使同名像点的连线与 眼基线平行，以保证两视线 在同一个视平面内。 ④比例尺基本一致（比例尺 的差异小于比例尺的15%）
a3 f c3 f
S
Y
Ys
(Z
Zs)
b1x
b2
y
b3
f
c1x c2 y c3 f
x
y oax
恢复摄影时摄影基线、
同名光线、同名像点
ZT YT
A
与地面点之间的几何
关系，实现摄影过程 OT
XT
的几何反转
双像立体测图概述
定义: 根据摄影过程的 几何反转原理，恢复 了立体像对的内方位 和相对方位后，所有 同名光线对对相交。 由无数同名光线相交 交点构成的与实地相 似的几何表面。
量测的内容：像点坐标量测、左右视差量测、左右视差较 量测、上下视差量测。借助于有测量标志的量测工具或仪器进行。
测标
测标的作用 测标的种类
§4-2 立体像对与双像立体测图
➢ 立体像对的基本概念 ➢ 双像立体测图概述
立体像对的基本概念
航向重叠60％
立体像对的基本概念
由不同摄站获取的，具有一定影像 重叠的两张像片。
影像构成立体
相对，她是立
体摄影测量的
基本单位
, ,
途径二：相对定向 + 绝对定向
生理视差是产生天然立 体感觉的基本原因
双眼观察的天然立体视觉
双眼观察的天然立体视觉
双眼观察的天然立体视觉
人造立体视觉
人 造 立 体 视 觉 的 产 生
人造立体视觉
①两张像片必须是从不同摄 影站摄取的。 ②两眼各看一张像片，即必 须分像。 ③必须使同名像点的连线与 眼基线平行，以保证两视线 在同一个视平面内。 ④比例尺基本一致（比例尺 的差异小于比例尺的15%）
a3 f c3 f
S
Y
Ys
(Z
Zs)
b1x
b2
y
b3
f
c1x c2 y c3 f
x
y oax
恢复摄影时摄影基线、
同名光线、同名像点
ZT YT
A
与地面点之间的几何
关系，实现摄影过程 OT
XT
的几何反转
双像立体测图概述
定义: 根据摄影过程的 几何反转原理，恢复 了立体像对的内方位 和相对方位后，所有 同名光线对对相交。 由无数同名光线相交 交点构成的与实地相 似的几何表面。
量测的内容：像点坐标量测、左右视差量测、左右视差较 量测、上下视差量测。借助于有测量标志的量测工具或仪器进行。
测标
测标的作用 测标的种类
§4-2 立体像对与双像立体测图
➢ 立体像对的基本概念 ➢ 双像立体测图概述
立体像对的基本概念
航向重叠60％
立体像对的基本概念
由不同摄站获取的，具有一定影像 重叠的两张像片。
影像构成立体
相对，她是立
体摄影测量的
基本单位
第4章 双像立体测图基础与立体测图
1）立体镜观察法
桥式立体镜：简单但观察的范围小
在一个桥架上安置两个相同的简单透镜 透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距
反光立体镜
扩大眼基线，可对大像幅进行立体观察
①立体镜
竖直夸大
fc / f
fc： 像片距人眼的距离 f: 航摄像片的主距
竖直夸大有利于对高程差的判识，而对量测无影响。
2.立体量测
测标：一对光点 移动测标 固定测标
立体量测原理 量测的内容：
双测标量测法
像点坐标量测、左右视差量测、左右视差较量测、上下 视差量测。借助于有测量标志的量测工具或仪器进行。
测标的作用
测标的种类
4.2
立体像对与双像立体测图
1、立体像对的定义（Stereo Pair） 由不同摄站获取的，具有一定影像 重叠的两张像片。
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
（1）微动 bu 的影响
Hale Waihona Puke dbu SS’ Y
X
总位移
X方向位移
Y方向位移
一、立体像对的相对定向与相对定向元素 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
立体像对中，确定两像空系之间方位关系 所需的元素。
完成相对定向的唯一标准是两像片上同 名光线对对相交。
2、两种相对方位元素系统 • 以左像空系为基础的相对方位元素系统 • 以基线坐标系为基础的相对方位元素系统
2016-2017年立体测图案例（总结）
8.3.2分析要点立体测图的主要内容涉及资料准备、技术路线设定、定向建模、立体测图、接边、质量检查及数据提交等技术环节。
1数学基础（1）大地基准：该市地方独立坐标系。
（2）投影方式：高斯克吕格投影，按3°分带计算平面直角坐标，中央经线107°。
（3）高程基准：1985网家高程基准。
（4）成图比例尺：1：2000数字线划图。
（5）基本等高距：平地、丘陵地为1m，山地、高山地为2m。
2图幅分幅与编号1；2000数字线划图，采用50cm×50cm正方形分幅。
图幅编号采用图幅西南角坐标公里数取至整公里（如653-493）。
图廓间的公里数加注带号和百公里数。
@#3平面精度图上地物点相对最近野外控制点的平面位置中误差不得大于表8-3-1的规定。
@#4高程精度图上高程注记点相对于最近野外高程控制点的高程中误差不得大于表8-3-2的规定@#5像片控制点精度5像片控制点精度像片控制点相对于最近基础控制点的平面位置中误差，平地、丘陵地、山地、高山地不超过0.2m；而对高程中误差，平地、丘陵地不超过0.1m，山地、高山地不超过0.2m6技术路线及工艺流程本测区数字线划图采用“先内后外”的成图方法法进行生产。
即利用航片和基础控制成果，进行野外像片控制测量，根据外业像控成果进行空三加密，在全数字摄影测量系统中恢复立体模型，采集居民地、道路、水系、地貌等地形要素，以图幅为单位回放纸图，进行野外调绘与补测。
内业根据外业调绘成果和立体测图数据，对矢量数据进行编辑，保存分层建库数据，再进行数字地形图（制图数据）编辑，提交1：2000数字地形图成果。
立体测图生产流程如图8-3-1所示。
采用全数字摄影测量工作站进行立体测量，原则上采用空三导入的方法建立数字立体模型。
空三导入时，应对各种定向数据进行检查，以消除系统和人眼视差产生的误差，发现问题应及时找出原因，否则不能进入下一工序作业。
@#7矢量数据采集基本要求7矢量数据采集基本要求1：2000数字线划图数据采集以图幅为单位进行，按《基础地理信息要索分类与代码》（gb／t 13923-2006）要求，每个要素对应一个代码，每个代码为一层，以图幅为单元存放一个文件。
双像立体测图原理与立体测图
第 四 理章 与双 立像 体立 测体 图测 图 原
内 容 安 排
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目
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立同双
体一像
规 定 比 例 尺 的 地 形 图 或 建 立 数 字 地 面 模 型 等 。
几 何 模 型 ， 并 对 该 几 何 模 型 进 行 量 测 ， 直 接 给 出
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
我们知道，一个像对的两张像片有十二个外方位元素，相对 定向求得五个元素后，要恢复像对的绝对位置，还要解求七个 绝对定向元素，包括模型的旋转、平移和缩放。它需要地面控 制点来解求，这种坐标变换，在数学上为一个不同原点的三维 空间相似变换，其公式为：
Xtp
03
交会作用
05
空间影像的形成
07
视差理论
02
双眼观察特点
交会作用与调节作用
04
的一致性
06
能够估计景深
08
人眼的天然立体视觉
§4-1双像立体测图原理与立体测图
一、人眼的天然立体视觉
视差理论 生理视差：
视差角
生理视差是产生立体感 觉的生理基础。
4-1双像立体测图原理与立体测图
一．人造立体视觉
在摄影测量中规定摄影时保持 像片的重叠度在60%以上，是 为了获得同一地面景物在相邻 两张像片上都有影像。
核面（主核面） 核线（主核线） 核点
P1 a1o1
n1
J
1
B S1
o2 a2 n2
S2
P2 J2
WA A
§4-2立体像对与立体测图原理
内 容 安 排
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目
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立同双
体一像
规 定 比 例 尺 的 地 形 图 或 建 立 数 字 地 面 模 型 等 。
几 何 模 型 ， 并 对 该 几 何 模 型 进 行 量 测 ， 直 接 给 出
§4-3立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素
我们知道，一个像对的两张像片有十二个外方位元素，相对 定向求得五个元素后，要恢复像对的绝对位置，还要解求七个 绝对定向元素，包括模型的旋转、平移和缩放。它需要地面控 制点来解求，这种坐标变换，在数学上为一个不同原点的三维 空间相似变换，其公式为：
Xtp
03
交会作用
05
空间影像的形成
07
视差理论
02
双眼观察特点
交会作用与调节作用
04
的一致性
06
能够估计景深
08
人眼的天然立体视觉
§4-1双像立体测图原理与立体测图
一、人眼的天然立体视觉
视差理论 生理视差：
视差角
生理视差是产生立体感 觉的生理基础。
4-1双像立体测图原理与立体测图
一．人造立体视觉
在摄影测量中规定摄影时保持 像片的重叠度在60%以上，是 为了获得同一地面景物在相邻 两张像片上都有影像。
核面（主核面） 核线（主核线） 核点
P1 a1o1
n1
J
1
B S1
o2 a2 n2
S2
P2 J2
WA A
§4-2立体像对与立体测图原理
测量基础知识
（2）符号使用的一般规定 ① 符号的分类：有3种 a、依比例尺符号：地物依比例尺缩小后，其长 度和宽度能依比例尺表示的符号； b、半依比例尺符号：地物依比例尺缩小后，其 长度能依比例尺表示而宽度不能依比例尺表示的 符号； c、不依比例尺符号：地物依比例尺缩小后，其 长度和宽度均不能依比例尺表示的符号； ② 各类符号的尺寸，均以毫米（mm）为单位 ③ 定位符号的定位点和定位线：
（2）矩形或正方形分幅：分幅是按坐标格网进行的， 主要用于一定范围内大比例尺地形图的分幅。
3）、分幅
为了全球统一，1:1000000的地形图的分幅是按 国际上统一规定来进行的。其它各类比例尺的地形图 均在此基础上进行划分。 （1）1:1000000地形图的编号
以行和列表示，行为字母、列为数字形式
我国地处东半球、赤道以北图幅范围包括14行、 11列
（7）等高线的修改、移动不得大于0.3mm。 （8）等高线（标高）注记的字头应向地形高的方向； 一般应注记在曲线的直线部分，字头不允许向下。
（9）各类建筑物、构建物、与坎的关系。
（10）高程注记点的要求：
a、点位位置要求；
b、注记位置的要求；
c、分布要均匀、合理、整洁。
（11）湖泊或池塘水面高程应一致。 （12）高程注记点的位置要求：山头的最高点；鞍 部的最低点；地形变换处；道路交叉点（当路长 时一般要求5cm左右有一个高程注记点）；桥梁； 铁路路基和轨道上；沟底部；渠底部；沟口；有 方位意义的独立地物等。 （13）图幅之间接边不接时，应每幅图各改一半。
（5）水涯线与陡坎重合时，可以陡坎边线代替水涯线； 当水涯线与斜坡脚重合时，坡脚与水涯线均应完整表 示。
（6）双线道路与房屋、围墙等高出地面的建筑边线重
合时，以建筑物边线代替道路边线，两者相接处间隔
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测绘与城市空间信息系
方
光闸同步的光闸眼镜
法
光闸起闭频率>10Hz
测绘与城市空间信息系
二、像对的立体观察
➢ 叠映影像立体观察
像
对 的
偏振光法
立
体
在两投影光路中安装两块偏振
观
平面互成90°的起偏镜
察 方
观测者带上一副检偏镜 镜片与起偏镜相同
法
左右偏振平面相互垂直
测绘与城市空间信息系
二、像对的立体观察
➢ 双目镜观测光路的立体观察
Xtp
Ytp
Ztp
Xp
RYp
Zp
X0 ZY00
Ztp M
Ytp Z0 X0 Y0
Xtp
绝对测定绘向与元城市素空：间信，息X系0 ， Y0 ， Z0 ，， ，
四、像点坐标的获取S1Fra bibliotekS2立
体 量
a
a’
测
原
理
A’
A A”
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
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。
• 地球曲率引起像点在坐标向的变形
x x r
y y r
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正
• 内定向并经系统误差预改正后的像点坐标
xxxdxx yyydyy
内定向
镜头畸变
大气折光
测绘与城市空间信息系
地球曲率
实验与讨论
1 像对立体观察产生立体感觉的原因是什么？ 2 看一张航空像片能否看出立体？ 3 像对立体观察的条件是什么？ 4 如何实现正立体—>反立体,正立体—>零立 体，其原因是什么？
A
B
B
立体模型与实物相反
(正立体效应基础上左右像片旋转180°)
零立体：起伏的视模测绘型与变城平市(正空立间体信效应息基系础上左右像片旋转90°)
二、像对的立体观察
像 ➢ 立体镜观察
对
的
立
桥式立体镜
体
观 察
在一个桥架上安置两个相同的简单透镜
方
法
透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距
测绘与城市空间信息系
像
对
的
立
体
观
通过双筒望远镜观察
察
每个望远镜像面有一固定的测标
方
像片可在两个相互垂直方向共同移动，也可一张像片相对于另一张
法
像片移动
可大以倍分率别可对调左节测右绘像片与进城行市调空焦间、亮信度息调系节及必要旋转，观测系统放
二、像对的立体观察
像 对 的 立 体 观 察 方 法
测绘与城市空间信息系
三、 立体像对的相对定向
人 眼 立 体 视 觉
生理视 ＝ a差 b ab
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
交会角 r
人 眼
眼基线
br
视距 L
生理视差 σ
的 观
眼主距
fr
察 当人眼观察50m处景物时，设双眼观察的 能 分辨力为30〞，人眼基线长65mm,人眼 力 主距17mm,则dL=5.6m
人眼分辨远近物点的极限距离
tan( ) b r 2 2L
r为畸变差
• 摄影机鉴定时提供各向径物镜畸变差值
r ( r2 r ) r1 ( r1 r ) r2 r2 r1
x r x r
y r y r
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正（大气折光差改正）
• 大气折光引起像点在径向的变形
r
(
f
r2 f
)rf
其中，
rf
n0 nH n0 nH
系
➢ 大气折光误差
统
➢ 地球曲率的影响
误
➢ 摄影处理与底片复制中的系统误差 差
➢ 观测系统误差
源
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正（摄影材料变形）
• 四个框标位于像片的四个角隅时 可用仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
• 四个框标位于像片的中央时可用 比例缩放
x x Lx lx
体 观
两像片上相同景物（同名像点）的连线
察
与眼基线应大致平行
的 条
两像片的比例尺应相近（差别<15％）
件
测绘与城市空间信息系
立体效应
正立体
S1
S2
b1 P1
a1 b2
a2 P2
反立体
S1
S2
b2 P2
a2 b1 a1 P1
反立体
S1
S2
a1 b1 a2 P1
b2 P2
B A
立体模型与实物相似
A
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
BC2解析测图仪
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
数字摄影测量工作站
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
光学框标
机械框标
测绘与城市空间信息系
解析内定向
• 利用平 面相似 变换， 将像片 架坐标 变换为 以像主 点为原 点的像 平面坐 标
正形变换
x a0 a1xa2y y b0 a2xa1y
片，使测标保持在x轴上移动
像点量测：移动X，Y，p，q手轮，使测标立体切准量测像
点，并记下相应读数鼓上的读数 x，y，p，q
坐标计算： xa=x-x0, ya=y-y0; xa’=xa-(p-p0), ya’=ya-(q-q0 )
测绘与城市空间信息系
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
PSK-2精密立体坐标量测仪
6.5×10测6绘个与锥城状市细空间胞信，息直系径2~8mm
一、立体视觉原理
人 眼 来自物体的光刺激视网膜的杆状和锥状细胞（物 感 理过程）使其感光（生理过程），通过视神经纤 知 维传至后大脑视觉中心，经记忆加入已有的概念 过 与经验（心理过程），从而形成感知 程
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
y x Ly ly
Lx,Ly为框标距的理论值 lx,ly为框标距的量测值 x’,y’为像点坐标的量测值 x,y 为像点坐标的改正值
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正（摄影机物镜畸变差）
• 摄影机鉴定时提供物镜畸变差参数
xx(k0 k1r2 k2r4) yy(k0 k1r2 k2r4)
k0、k1、k2、k3为物镜畸变差改正系数
立体测图基础
测绘与城市空间信息系
内容安排
一、立体视觉原理 二、像对的立体观察 三、立体像对的相对定向与模型的绝对定向 四、像点的坐标获取
测绘与城市空间信息系
立体测试游戏
游戏方法：
在作业本上画出一个半径在0.5cm左右的圆圈，平 放作业本在自己面前，保持双眼与圆圈间的直线距离在 15cm~20cm处，右手执笔做如下运动：
单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力
人
用单眼所能观察出两点间的最小距离称第一分辨力
眼
用单眼所能观察出两平行线间的最小距离称第二分辨力
分
第 一 分 辨 ＝ 力0.0 0 35 45
辨
17
力
第二分辨 2力 0
双眼观察精度比单眼提高 2 倍
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
人用双眼观察景物可判断其远近，得到景物的立体效应， 这种现象称为人眼的立体视觉
Y手轮
上下视差环
Steko 1测81绘8与型城立市体空坐间信标息量系测仪
立体坐标量测步骤
仪器归零：各个手轮应放在零读数(x0，y0，p0，q0)位置上，
左、右测标分别对准左、右像片盘的中心即仪器坐标系与像片 坐标系重合
像片定向：移动X手轮，单眼观察测标的移动看是否沿像片
上的x轴向运动，若测标不在x轴向上，则需要用k螺旋旋转像
br L
d br dL L2
Lm＝ axbm r i n3 6测0 52绘0与7 城649 市5m 2空0 间信息系
d L b rd r L 2 σ
2
br fr
一、立体视觉原理
A
人
造
B
立
体
视
Pa b
a’ b’ P’
觉
的
产
左眼
右眼
生
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
人 立体像对 造 立 分像条件
仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
双线性变换
xa0a1xa2ya3xy yb0b1xb2yb3xy
测绘与城市空间信息系
y
y’ x’
x
内定向计算过程
1、获取框标点的理论坐标 2、选用合适的变换模型 3、建立误差方程
v＝ A xl
4、建立法方程并解算
x＝A(TA)1(ATl)
5、由变换参数计算像点坐标
测绘与城市空间信息系
像点坐标计算
正形变换
x a0 a1xa2y y b0 a2xa1y
仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
双线性变换
xa0a1xa2ya3xy yb0b1xb2yb3xy
测绘与城市空间信息系
y
y’ x’
x
像片误差源
➢ 摄影机的系统误差
像
➢ 底片变形
片
➢ 航摄飞机带来的系统误差
r f
r 为像点误差改正数 r 为向径 rf 为折光差角
• 大气折光引起像点在坐标向的变形
dx x r r
A
dy y r r
测绘与城市空间信息系
a a’ s
像片系统误差预改正（地球曲率）
• 地球曲率引起像点在径向的变形
方
光闸同步的光闸眼镜
法
光闸起闭频率>10Hz
测绘与城市空间信息系
二、像对的立体观察
➢ 叠映影像立体观察
像
对 的
偏振光法
立
体
在两投影光路中安装两块偏振
观
平面互成90°的起偏镜
察 方
观测者带上一副检偏镜 镜片与起偏镜相同
法
左右偏振平面相互垂直
测绘与城市空间信息系
二、像对的立体观察
➢ 双目镜观测光路的立体观察
Xtp
Ytp
Ztp
Xp
RYp
Zp
X0 ZY00
Ztp M
Ytp Z0 X0 Y0
Xtp
绝对测定绘向与元城市素空：间信，息X系0 ， Y0 ， Z0 ，， ，
四、像点坐标的获取S1Fra bibliotekS2立
体 量
a
a’
测
原
理
A’
A A”
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
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。
• 地球曲率引起像点在坐标向的变形
x x r
y y r
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正
• 内定向并经系统误差预改正后的像点坐标
xxxdxx yyydyy
内定向
镜头畸变
大气折光
测绘与城市空间信息系
地球曲率
实验与讨论
1 像对立体观察产生立体感觉的原因是什么？ 2 看一张航空像片能否看出立体？ 3 像对立体观察的条件是什么？ 4 如何实现正立体—>反立体,正立体—>零立 体，其原因是什么？
A
B
B
立体模型与实物相反
(正立体效应基础上左右像片旋转180°)
零立体：起伏的视模测绘型与变城平市(正空立间体信效应息基系础上左右像片旋转90°)
二、像对的立体观察
像 ➢ 立体镜观察
对
的
立
桥式立体镜
体
观 察
在一个桥架上安置两个相同的简单透镜
方
法
透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距
测绘与城市空间信息系
像
对
的
立
体
观
通过双筒望远镜观察
察
每个望远镜像面有一固定的测标
方
像片可在两个相互垂直方向共同移动，也可一张像片相对于另一张
法
像片移动
可大以倍分率别可对调左节测右绘像片与进城行市调空焦间、亮信度息调系节及必要旋转，观测系统放
二、像对的立体观察
像 对 的 立 体 观 察 方 法
测绘与城市空间信息系
三、 立体像对的相对定向
人 眼 立 体 视 觉
生理视 ＝ a差 b ab
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
交会角 r
人 眼
眼基线
br
视距 L
生理视差 σ
的 观
眼主距
fr
察 当人眼观察50m处景物时，设双眼观察的 能 分辨力为30〞，人眼基线长65mm,人眼 力 主距17mm,则dL=5.6m
人眼分辨远近物点的极限距离
tan( ) b r 2 2L
r为畸变差
• 摄影机鉴定时提供各向径物镜畸变差值
r ( r2 r ) r1 ( r1 r ) r2 r2 r1
x r x r
y r y r
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正（大气折光差改正）
• 大气折光引起像点在径向的变形
r
(
f
r2 f
)rf
其中，
rf
n0 nH n0 nH
系
➢ 大气折光误差
统
➢ 地球曲率的影响
误
➢ 摄影处理与底片复制中的系统误差 差
➢ 观测系统误差
源
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正（摄影材料变形）
• 四个框标位于像片的四个角隅时 可用仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
• 四个框标位于像片的中央时可用 比例缩放
x x Lx lx
体 观
两像片上相同景物（同名像点）的连线
察
与眼基线应大致平行
的 条
两像片的比例尺应相近（差别<15％）
件
测绘与城市空间信息系
立体效应
正立体
S1
S2
b1 P1
a1 b2
a2 P2
反立体
S1
S2
b2 P2
a2 b1 a1 P1
反立体
S1
S2
a1 b1 a2 P1
b2 P2
B A
立体模型与实物相似
A
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
BC2解析测图仪
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
数字摄影测量工作站
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
光学框标
机械框标
测绘与城市空间信息系
解析内定向
• 利用平 面相似 变换， 将像片 架坐标 变换为 以像主 点为原 点的像 平面坐 标
正形变换
x a0 a1xa2y y b0 a2xa1y
片，使测标保持在x轴上移动
像点量测：移动X，Y，p，q手轮，使测标立体切准量测像
点，并记下相应读数鼓上的读数 x，y，p，q
坐标计算： xa=x-x0, ya=y-y0; xa’=xa-(p-p0), ya’=ya-(q-q0 )
测绘与城市空间信息系
测绘与城市空间信息系
四、像点坐标的获取
PSK-2精密立体坐标量测仪
6.5×10测6绘个与锥城状市细空间胞信，息直系径2~8mm
一、立体视觉原理
人 眼 来自物体的光刺激视网膜的杆状和锥状细胞（物 感 理过程）使其感光（生理过程），通过视神经纤 知 维传至后大脑视觉中心，经记忆加入已有的概念 过 与经验（心理过程），从而形成感知 程
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
y x Ly ly
Lx,Ly为框标距的理论值 lx,ly为框标距的量测值 x’,y’为像点坐标的量测值 x,y 为像点坐标的改正值
测绘与城市空间信息系
像片系统误差预改正（摄影机物镜畸变差）
• 摄影机鉴定时提供物镜畸变差参数
xx(k0 k1r2 k2r4) yy(k0 k1r2 k2r4)
k0、k1、k2、k3为物镜畸变差改正系数
立体测图基础
测绘与城市空间信息系
内容安排
一、立体视觉原理 二、像对的立体观察 三、立体像对的相对定向与模型的绝对定向 四、像点的坐标获取
测绘与城市空间信息系
立体测试游戏
游戏方法：
在作业本上画出一个半径在0.5cm左右的圆圈，平 放作业本在自己面前，保持双眼与圆圈间的直线距离在 15cm~20cm处，右手执笔做如下运动：
单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力
人
用单眼所能观察出两点间的最小距离称第一分辨力
眼
用单眼所能观察出两平行线间的最小距离称第二分辨力
分
第 一 分 辨 ＝ 力0.0 0 35 45
辨
17
力
第二分辨 2力 0
双眼观察精度比单眼提高 2 倍
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
人用双眼观察景物可判断其远近，得到景物的立体效应， 这种现象称为人眼的立体视觉
Y手轮
上下视差环
Steko 1测81绘8与型城立市体空坐间信标息量系测仪
立体坐标量测步骤
仪器归零：各个手轮应放在零读数(x0，y0，p0，q0)位置上，
左、右测标分别对准左、右像片盘的中心即仪器坐标系与像片 坐标系重合
像片定向：移动X手轮，单眼观察测标的移动看是否沿像片
上的x轴向运动，若测标不在x轴向上，则需要用k螺旋旋转像
br L
d br dL L2
Lm＝ axbm r i n3 6测0 52绘0与7 城649 市5m 2空0 间信息系
d L b rd r L 2 σ
2
br fr
一、立体视觉原理
A
人
造
B
立
体
视
Pa b
a’ b’ P’
觉
的
产
左眼
右眼
生
测绘与城市空间信息系
一、立体视觉原理
人 立体像对 造 立 分像条件
仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
双线性变换
xa0a1xa2ya3xy yb0b1xb2yb3xy
测绘与城市空间信息系
y
y’ x’
x
内定向计算过程
1、获取框标点的理论坐标 2、选用合适的变换模型 3、建立误差方程
v＝ A xl
4、建立法方程并解算
x＝A(TA)1(ATl)
5、由变换参数计算像点坐标
测绘与城市空间信息系
像点坐标计算
正形变换
x a0 a1xa2y y b0 a2xa1y
仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
双线性变换
xa0a1xa2ya3xy yb0b1xb2yb3xy
测绘与城市空间信息系
y
y’ x’
x
像片误差源
➢ 摄影机的系统误差
像
➢ 底片变形
片
➢ 航摄飞机带来的系统误差
r f
r 为像点误差改正数 r 为向径 rf 为折光差角
• 大气折光引起像点在坐标向的变形
dx x r r
A
dy y r r
测绘与城市空间信息系
a a’ s
像片系统误差预改正（地球曲率）
• 地球曲率引起像点在径向的变形