摄影测量课件 双像_概念_立体及视差
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第四章 双像立体测图基础与立体测图
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问相似变换，其公式为：
X tp Y tp Z tp a1 = λ b1 c1 a2 b2 c2 a3 X P ∆X b3 Y P + ∆ Y c3 Z P ∆ Z , (a )
1 连续像对相对定向元素 连续像对相对定向是以左方像片为基准，求出右方像 片相对于左方像片的相对方位元素、选定像空间辅助 坐标系S1—X1Y1 Z1使得左像片在S1—X1Y1 Z1中的 相对方位元素均为已知值。为简便讨论，以左像片的 像空间坐标系作为像空间辅助坐标系．如下图。此时， 左、右像片的相对方位元素为： 左像片： X = 0 , Y = 0 , Z = 0 , ϕ = 0 , ω = 0 , k = 0 右像片： X = b , Y = b , Z = b , ϕ , ω , k 由于 b 只影响相对定向后建立的模型大小，而不影 响模型的建立，因此，相对定向需要解求的元素只有 5个，即 b , b , ϕ , ω , k 称为连续像对相对定向元素。
第二节 立体像对与双像立体测图
一 双像解析摄影测量的概念 摄影测量的最终目的是在已知像片上像点坐标的前提 下，推导出像点所对应实际地物点的坐标。 那么，利用单张像片的像点坐标能不能推导出实际地 物点的坐标？ 看中心投影的构像条件方程：
即使已知了单张像片的内外所有方位元素，也仍然无 法确定地物点的空间坐标，因为只有两个方程却需要 解三个未知数。
1 根据像片的放置方式可以产生三种立体效应分别是 正立体、反立体和零立体效应。 2 像片的立体观察需要借助于专门的仪器。 有两种：立体镜观测，叠映影像的立体观察：液晶闪 闭法 3 像对的立体量测 像对的立体量测量测的是像点在像平面坐标系中的 坐标，实际上就是内方位元素。早期量测像点坐标 有专门仪器叫做立体坐标量测仪。量测的成果有的 是左右像点各自的坐标值，有的是左像点的坐标值， 和同名像点的左右视差p和上下视差q。
双像立体测图基础与立体测图演示文稿
当前8页，共87页，星期二。
二、人造立体视觉
借助空间物体的构像信息 而在视觉上感受出空间物 体的存在，称为人造立体
视觉。
人造立体视觉的过程：
空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像 片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉。
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视模型：利用人造立体视 觉观察获得的景物立体景 像。
当前25页，共87页，星期二。
4.2 立体像对与双像立体测图
一、立体像对（stereo pair)
1.定义
从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对 像片。
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航空摄影获取的立体像对
当前27页，共87页，星期二。
地面摄影获取的立体像对
当前28页，共87页，星期二。
是立体像对吗？为什么？
核线：核面与像片平面的交线
核点：摄影基线与像片平面的交点
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二、立体摄影测量的基本原理
当前32页，共87页，星期二。
二、立体摄影测量的基本原理
保持内方位
元素以及相
对方位元素
不变，其中
一个沿基线
移动，仍然
保持成对相 交，但比例
尺变了；或 者两投影 器 整体旋转， 也不影响相 似性。
视模型随人眼位置的 不同而不同。
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人造立体视觉必须符合的条件：
1. 两张像片必须是在两个不同摄站对同一景 物摄取的立体像对；
2. 每只眼睛只能观察像对中的一张像片，这一 条件称之为分像条件；
3. 两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼 基线应大致平行；
4. 两像片的比例尺相近(差别<15%)
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。
二、人造立体视觉
借助空间物体的构像信息 而在视觉上感受出空间物 体的存在，称为人造立体
视觉。
人造立体视觉的过程：
空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像 片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉。
当前9页，共87页，星期二。
视模型：利用人造立体视 觉观察获得的景物立体景 像。
当前25页，共87页，星期二。
4.2 立体像对与双像立体测图
一、立体像对（stereo pair)
1.定义
从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对 像片。
当前26页，共87页，星期二。
航空摄影获取的立体像对
当前27页，共87页，星期二。
地面摄影获取的立体像对
当前28页，共87页，星期二。
是立体像对吗？为什么？
核线：核面与像片平面的交线
核点：摄影基线与像片平面的交点
当前31页，共87页，星期二。
二、立体摄影测量的基本原理
当前32页，共87页，星期二。
二、立体摄影测量的基本原理
保持内方位
元素以及相
对方位元素
不变，其中
一个沿基线
移动，仍然
保持成对相 交，但比例
尺变了；或 者两投影 器 整体旋转， 也不影响相 似性。
视模型随人眼位置的 不同而不同。
当前10页，共87页，星期二。
人造立体视觉必须符合的条件：
1. 两张像片必须是在两个不同摄站对同一景 物摄取的立体像对；
2. 每只眼睛只能观察像对中的一张像片，这一 条件称之为分像条件；
3. 两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼 基线应大致平行；
4. 两像片的比例尺相近(差别<15%)
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。
双像解析摄影测量与空三概述21页PPT
双像解析摄影测量与空三概述
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
太原理工大学摄影测量学-第五章双像解析摄影测量1-3
§2.物点坐标的计算―空间前方交会
二、共线条件方程式法(严密解法)
x x0[a3( X X S ) b3(Y YS ) c3(Z ZS )] fa1(X X S ) b1(Y YS ) c1(Z ZS ) y y0[a3(X X S ) b3(Y YS ) c3(Z ZS )] fa2(X X S ) b2(Y YS ) c2(Z ZS )
像点各自像点坐标， 从方程个数来讲，有4 个方程，可以解算。
§1.双像解析摄影测量的方法
一、双像解析摄影测量概念
由于利用单张像片不能唯一确定被摄物体的空间位置。要确定被摄 物体的空间物置，必须利用具有一定重叠的两张像片，构成立体模型来 确定被摄物体的空间位置。 按立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式，通过计算机 解求被摄物体的三维空间坐标，称之为双像解析摄影测量，又称立体摄 影测量。
§2.物点坐标的计算―空间前方交会
立体像对前方交会的概念 只有利用立体像对上的同名像点，才能得到两条同名射线 在空间相交的点，即该地面点的空间位置。 空间前方交会:由立体像对中两张像片的内外方位元素和 像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法。
§2.物点坐标的计算―空间前方交会
z1
y1
x1 S1
§1.双像解析摄影测量的方法
三、双像解析处理立体像对的方法
根据摄得的立体像对的内在几何特性，按物点、摄站点与像点 构成的几何关系，用数字计算方式求解物点的三维空间坐标的 方法有三种： 用单张像片的空间后方与立体像对前方交会方式求解物点的三 维空间坐标。 用相对定向和绝对定向方法求解地面点的三维空间坐标。 采用光束法求解地面点三维坐标。
f f
Z Zs c1x c2 y c3 f
A
第四章_双像立体测图基础与立体测图
§4-1
人眼的立体视觉与立体观测
三、立体观测与立体量测
1、立体观测方法
立体观测要求两眼各看一张像片，这与我们平时观看物体 的本能违背，必须借助于立体观测的不同仪器进行立体观察， 这样就有不同的立体观察方法
(1)立体镜观察法
(2)双目镜观测光路的立体观察
(3)互补色法立体观察
(4)同步闪闭法立体观察 (5)偏振光法立体观察
§4-1 人眼的立体视觉与立体观测
综上所述，人造立体效能必须符合自然界立体观 察的四个条件： 1、两张像片必须是在两个不同位置对同一景物 摄取的立体像对； 2、每只眼睛必须分别观察像对的一张像片。 3、两像片上相同景物（同名像点）的连线与 眼睛基线应大致平行 4、两像片的比例尺相近（差别小于15%）， 否则需要调节。
绝对方位元素的确定
X tp a1 a 2 a3 X X Ytp b1 b 2 b3 Y Y Z c1 c 2 c3 Z Z tp
§4-1
人眼的立体视觉与立体观测
立体镜观察法设备
袖珍立体镜
反光立体镜
§4-1
人眼的立体视觉与立体观测
互补色法立体观察设备
§4-1
人眼的立体视觉与立体观测
同步闪闭法立体观察设备
§4-1
人眼的立体视觉与立体观测
偏振光法立体观察设备
§4-1
人眼的立体视觉与立体观测
在数字摄影测量工作站中，需要在计算机屏 幕前安装偏振光屏，当计算机屏幕上分别交替显 示左右影像时，屏幕前的偏振光屏就会产生不同 的偏振方向，观测者只要戴一副偏振光眼镜，就 能获得立体影像。 目前，在数字摄影测量工作站中，常用的是 同步闪闭法及偏振光法。
第4章双像立体测图基础与立体测图
1、相对定向
zy
就是在立体像对中，
确定两像空系之间
方位关系所需的问元
素。
题
S
x
y
a
ox
提
A
出
确定两像空系之间方
位关系需有几个元素？
都哪些元素？
比例尺任意（基线长度任意）
确定基线的方向
第4章双像立体测图基础与立体测 图
一、立体像对的相对定向与相对定向元素
2、三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 =连续像对的相对定向 • 以基线坐标系为基础的相对方位元素系统 =单独像对相对定向
三、双像立体测图概述
双像立体测图实质：重建摄区立体模型，在 立体模型上进行量测
1、如何重建模型？ 也就是恢复像对的内、外方位元素=也就恢复了B、 同名光线、同名像点与地面点的几何关系。
即：
分别恢复两像片的内、外方位元素
像对的相对定向和绝对定向
第4章双像立体测图基础与立体测 图
2、双像立体测图步骤 内定向：恢复像片的内方位元素，建立与摄影光束
第4章双像立体测图基础与立体测 图
相对定向只能确定两张像片的相对位置
几何模型与实际地表之间关系?
相似关系：比例尺、方位不确定 第4章双像立体测图基础与立体测 图
立体像对
外方位元素
实际地面
相对方位元素
绝对方位元素
几何模型
相似模型 比例尺任意，方位任意
第4章双像立体测图基础与立体测 图
一、立体像对的相对定向与相对定向元素
dLbrdL2dL2
2 br
br f
第4章双像立体测图基础与立体测 图
提高双眼分辨远近能力的方法：
dLbrdL2dL2
第4章双像立体测图基础与立体测图
解析法立体测图 利用解析测图仪测图，光学像片，人工寻找同名 像点。核心是计算机。
影像数字化立体测图 利用数字摄影测量系统。数字影像或数字化影像， 利用数字相关技术，自动寻找同名像点并量测坐 标。采用解析计算方法，建立数字立体模型。
4.4 立体像对的相对定向元素
与模型的绝对定向元素 一、相对定向和绝对定向 恢复像片对的外方位元素要经过两步：
立体测图的关键：
重建与实地相似的几何模型 恢复摄影时的空间方位
恢复像片对的 内方位元素：摄影中心与像片之间相关位置
外方位元素：像片在摄影瞬间的空间位置和姿态
内方位元素：已知 同
外方位元素：未知
恢复两张像片的相对位置（相对定向）立体模型，
名射线就会对对相交形成与实地相似的几何模型， （模型的大小和空间位置是任意的）
（2）将立体镜放在像对上，使立体镜的观察 基线与像片基线平行，同时用左眼看左像，右 眼看右像。
3、用立体镜观察立体像对时应注意的事项
两眼视轴经常是与眼基线在一个平面上的，各 相应视线也同样与眼基线在一个平面上
二、像对的立体量测
对建立的立体模型进行量测
主要方法：双测标法；是用两个刻有量测标记 的测标进行量测。
x0,y0,p0,q0为立体坐标量测仪零位置的读数 x,y,p,q为测标总立体切准待量测点的读数
立体像对观测实验
P1
P2
x0,y0,p0,q0为立体坐标量测仪零位置的读数 x,y,p,q为测标总立体切准待量测点时所记下
大的读数
4.3 立体像对与双像立体测图
双像立体测图是以一个立体像对为量测单元。
一、立体像对 1、定义 从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对像片 2、立体像对上的点、线、面
影像数字化立体测图 利用数字摄影测量系统。数字影像或数字化影像， 利用数字相关技术，自动寻找同名像点并量测坐 标。采用解析计算方法，建立数字立体模型。
4.4 立体像对的相对定向元素
与模型的绝对定向元素 一、相对定向和绝对定向 恢复像片对的外方位元素要经过两步：
立体测图的关键：
重建与实地相似的几何模型 恢复摄影时的空间方位
恢复像片对的 内方位元素：摄影中心与像片之间相关位置
外方位元素：像片在摄影瞬间的空间位置和姿态
内方位元素：已知 同
外方位元素：未知
恢复两张像片的相对位置（相对定向）立体模型，
名射线就会对对相交形成与实地相似的几何模型， （模型的大小和空间位置是任意的）
（2）将立体镜放在像对上，使立体镜的观察 基线与像片基线平行，同时用左眼看左像，右 眼看右像。
3、用立体镜观察立体像对时应注意的事项
两眼视轴经常是与眼基线在一个平面上的，各 相应视线也同样与眼基线在一个平面上
二、像对的立体量测
对建立的立体模型进行量测
主要方法：双测标法；是用两个刻有量测标记 的测标进行量测。
x0,y0,p0,q0为立体坐标量测仪零位置的读数 x,y,p,q为测标总立体切准待量测点的读数
立体像对观测实验
P1
P2
x0,y0,p0,q0为立体坐标量测仪零位置的读数 x,y,p,q为测标总立体切准待量测点时所记下
大的读数
4.3 立体像对与双像立体测图
双像立体测图是以一个立体像对为量测单元。
一、立体像对 1、定义 从不同摄站摄取的具有重叠影像的一对像片 2、立体像对上的点、线、面
摄影测量学5双向解析摄影测量
φ 2、ω 2 、κ 2
y1
x1
O1
X
y2
κ2
O2 x2
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13
1.连续法相对定向元素
在上述元素中，bz与模型的比例尺有关，是绝 对定向元素，与两片的相对关系无关，其余5个 非零元素by、bz、φ 2、ω 2 、κ 2可确定两像片的 相对位置，作为连续法相对定向的相对定向元素。
该系统的特点是以左片为基础，通过右像片相 对于左片作平移和旋转，来确定两片间的相对位 置。可以连续建立一条航线的立体模型。
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10
§3 立体像对的方位元素
利用立体像对摄影时同名光线成对相交 的几何关系，通过量测的像点坐标，解 求两像片的相对方位元素值的过程，称 为解析相对定向。确定相邻两像片相对 位置的参数，称为相对定向元素。相对 定向的目的是建立一个与被摄物体（地 面）相似的几何模型，解算相对定向元 素，以确定模型点的坐标。
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20
Z1
定向公式
由于
bbYZ
bX tg bX (bX cos ) bX
S1
共面方程可写为
Y1 b
bx
S2
bz
by X1
bX bX bX
1
F X1 Y1 Z1 bX X1 Y1 Z1 0
X 2 Y2 Z2
X 2 Y2 Z2
上式为非线性函数，将函数F按泰勒级数展开,取 至一次项,得未知数(相对定向元素)的线性方程式
解算时，把Q作为观测值， 列出如下误差方程式：
VQ
bx d
Y2 Z2
bx d
X 2Y2 Z2
N 2 d
(Z2
Y22 Z2
) N 2 d
y1
x1
O1
X
y2
κ2
O2 x2
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1.连续法相对定向元素
在上述元素中，bz与模型的比例尺有关，是绝 对定向元素，与两片的相对关系无关，其余5个 非零元素by、bz、φ 2、ω 2 、κ 2可确定两像片的 相对位置，作为连续法相对定向的相对定向元素。
该系统的特点是以左片为基础，通过右像片相 对于左片作平移和旋转，来确定两片间的相对位 置。可以连续建立一条航线的立体模型。
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§3 立体像对的方位元素
利用立体像对摄影时同名光线成对相交 的几何关系，通过量测的像点坐标，解 求两像片的相对方位元素值的过程，称 为解析相对定向。确定相邻两像片相对 位置的参数，称为相对定向元素。相对 定向的目的是建立一个与被摄物体（地 面）相似的几何模型，解算相对定向元 素，以确定模型点的坐标。
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Z1
定向公式
由于
bbYZ
bX tg bX (bX cos ) bX
S1
共面方程可写为
Y1 b
bx
S2
bz
by X1
bX bX bX
1
F X1 Y1 Z1 bX X1 Y1 Z1 0
X 2 Y2 Z2
X 2 Y2 Z2
上式为非线性函数，将函数F按泰勒级数展开,取 至一次项,得未知数(相对定向元素)的线性方程式
解算时，把Q作为观测值， 列出如下误差方程式：
VQ
bx d
Y2 Z2
bx d
X 2Y2 Z2
N 2 d
(Z2
Y22 Z2
) N 2 d
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Elementary photogrammetry
双像解析摄影测量
立体观察（视差（空间前方交会方法（5©Copyright Reserved A
S 1
S 2
p 1
p 2
l 1
l 2
同名光线：同一地面点发出的两条光线
同名像点:同名光线在左右像片上的构像
同名核线：核面与左右像片面的交线
核面:摄影基线与某一地面点组成的平面
摄影基线:相邻两摄站的连线
a 1a 2
6
地面点的同名像点总对于同名点的搜索可
9
©Copyright Reserved
三维立体画人眼是视觉成像系统，与相机类似单眼（单像）不能感知远近双眼形成立体
视网膜上有感光细胞,感光后，通过视神经纤维传至大脑视觉中心，经记忆加入已有的概念与经验（心理过程），从而形成感知
γ
γ
空间景物在底片上构像人眼观察相片产生生理视差重建空间景物的立体视觉为什么要求像片有60%从不同位置获取目标的立体像对
16
©Copyright Reserved 三维立体画
17©Copyright Reserved 三维立体画18
©Copyright Reserved 三维立体画
在一个桥架上安置两个相同的简单透镜
20左右像片的影像叠映在同一个承影面上，
21
可以分别对左右像片进行调焦、亮度调节及必要旋转，观
像片可在两个相互垂直方向共同移动，也可一张像片相对
立体量测原理
定测标动测标26
模拟摄影测量
解析摄影测量
接口Æ计算机
数字摄影测量
左右像片同名像点的坐标量测值为(x a ,y a )左右视差p ＝x a –x a ’上下视差q = Steko 1818 型立体坐标量测仪
手轮
Y 手轮
上下视差环
上下视差（q ）读数鼓
左右视差（Copyright Reserved
PSK-2精密立体坐标量测仪
Copyright Reserved
BC2解析测图仪
数字摄影测量工作站
32
©Copyright Reserved
34
Parallax
=40-(-30)=70mm =42-(-32)=74mm
Intersection
（立体像对的前方交会）
Intersection
双像解析摄影测量
如何用数学的方法，建立地面的立体模型，获得地面点的空间坐标
a 1(x
1
,y
1
)
A(X,Y,Z)a
2
(x
2
,y
2
)
S
2
f p
B Z f p B Z Z y p B
Y y p B Y Y x p B
B X x p B X X S S A S S A S S A −=−=+=+=++=+=212
1112
11100121212=−==−==−=s s Z s s Y s s X Z Z B Y Y B B X X B p
B N N =
=21212
1=−==y y q y y ⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡f y x Z Y X f y x Z Y X 2222211111,
双像解析摄影测量
解析法处理立体像对的三种方法：
Summary
双像解析摄影测量
立体观察（视差（空间前方交会方法（。