立體觀察和立體觀測第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)

人眼的自然觀察在攝影測量中廣泛應(yīng)用立體觀察和立體量測，這不僅增強(qiáng)了辨認(rèn)像點的能力，而且提高了量測的精度。立體攝影測量儀器都是對像對進(jìn)行立體觀察的情況下作業(yè)的，儀器的觀察系統(tǒng)應(yīng)具備人眼自然觀察的相應(yīng)條件。眼是人們觀察外界景物的視覺器官。在注視有遠(yuǎn)近距離的物體時，隨著水晶體曲率半徑相應(yīng)的改變，總是在網(wǎng)膜窩上得到清晰的構(gòu)像。眼的這種凝視本能適應(yīng)于觀察遠(yuǎn)近不同的物體。正常眼的最適宜的視覺距離稱為明視距離，約為250mm。第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

人眼對自然界景物可以是單眼觀察或雙眼觀察。單眼觀察自然界景物不能夠直接獲得空間感視覺，而只能憑借間接因素來判斷景物的遠(yuǎn)近。用一對眼睛同時觀察景物稱為雙眼觀察。在雙眼觀察下能感覺出景物有遠(yuǎn)近凸凹的感覺，稱為立體視覺。在雙眼觀察(立體觀察)時，兩眼水晶體中心之間的距離稱為眼基線be。眼基線的平均長度約為65mm。第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)我們用雙眼注視某一物點M時(圖5-2)，需要轉(zhuǎn)動頭部，使注視點相對于兩眼處于對稱位置；同時，兩眼球也各依眼球中心轉(zhuǎn)動，使兩眼的視線即水晶體中心與網(wǎng)膜窩中心的連線，正好對準(zhǔn)注視點。兩眼視線總是相交于注視點上的。這種性能叫做眼的交向本能。在眼的交向過程中同時進(jìn)行著眼的凝視，使注視點同時在左右兩眼的網(wǎng)膜窩處得到清晰的影像m1和m2。這兩個影像經(jīng)過大腦的作用而融合為一，感覺到有一個空間點M的存在。此時兩眼視線的交會角稱為交向角γ。顯然注視點M到眼基線的距離L與交向角γ的關(guān)系可用下式表示：第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一在γ角為小值時： L=be/γ眼的最適宜的交向角相當(dāng)于L為明視距離下的情況，約在13°~15°左右。由于網(wǎng)膜窩的視場角有1°左右，在注視點M的視場內(nèi)設(shè)有另一點K，那么在兩眼的網(wǎng)膜窩處也將得到點K的影像k1和k2，于是在兩眼網(wǎng)膜窩處得到弧長和。設(shè)點K和M與眼基線在同一個平面內(nèi)，弧和之差稱為生理視差σ，即：第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一以注視點構(gòu)像m1和m2為準(zhǔn)，點k1和k2在注視點的左側(cè)時弧長取正號。若σ＞0，表示點K較注視點M近一些。為了解釋方便，設(shè)K和M在左眼網(wǎng)膜窩處的弧長為，在右眼網(wǎng)膜窩處的弧長=0，即兩影像合于一點，則令兩點的交向角之差為，即Δγ=γM

–γK，則：第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一這就是根據(jù)交向角差Δγ=γM

–γK或生理視差σ=－判斷點位深度位移ΔL=LM–LK的公式，其中fe為眼的主距約為17mm。取ΔL/LM作為判斷點位深度的相對誤差，要提高判斷能力，一是采取間接地增大眼基線be之值，這在很多量測距離的儀器上使用這個措施；其二使眼的生理視差σ的分辨力增大。當(dāng)物體是點狀時，相應(yīng)的σ最小≈0.002mm；當(dāng)物體為平行線狀時，σ最小≈0.001mm，這導(dǎo)致某些量測儀器上采用線狀測標(biāo)。如果通過有放大倍率的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行觀測，這相當(dāng)于縮短了實際的LM值，當(dāng)然對判斷深度有利。第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)人造立體效能自然界立體視覺是基于兩眼注視空間諸物點時，由于注視點眼基線的遠(yuǎn)近不同而形成交向角γ之間有差異Δγ。交向角差Δγ從幾何上反映了空間景物的遠(yuǎn)近；而另一方面它卻同時在雙眼內(nèi)產(chǎn)生了生理視差σ，經(jīng)大腦匯合作用形成一個物體空間的視覺反應(yīng)。由此自然界立體視覺的過程可概括為：

空間物體→交向角差→生理視差→空間物體立體視覺第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

即空間物體立體視覺的形成主要在于雙眼網(wǎng)膜窩處生理視差的存在。現(xiàn)在自然界立體觀察物體M和K時，在兩眼的前面分別放置半透明的毛玻璃片P1和P2(圖5-3)，則點M和K將會在P1和P2上分別映出影像m1、k1和m2、k2。第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

如在P1和P2上標(biāo)志出影像m1、k1和m2、k2后，移去空間實物M和K。若我們的雙眼仍舊位于點S1和S2處，每一只眼分別觀察此一對玻璃片上的構(gòu)像。由于-=Δp≠0

，同樣會在眼的網(wǎng)膜窩處得到生理視差σ=-，那么經(jīng)過大腦的匯合作用，將會產(chǎn)生空間物體M和K的立體感覺，雖然此時已無實物存在。這個過程可概括成：

(空間物體)→空間物體構(gòu)像信息生理視差→立體感覺→視覺的空間物體的存在這種借用空間物體構(gòu)像信息而在視覺上感受出空間物體的存在，稱為人造立體效能。第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一對照航空攝影情形，相鄰兩像片航向重疊65%，地面上同一物體在相鄰兩像片上都有影像，真實地記錄了所攝物體相互關(guān)系的幾何信息，完全類同于上述兩個半透明玻璃片。我們利用相鄰像片組成的像對進(jìn)行雙眼觀察，同親也會獲得所攝地面的立體空間感覺。這種方法所感覺到的實物的視覺立體模型稱為視模型。根據(jù)實物在像對上所記錄的構(gòu)像信息建立人造立體效能，必須符合自然界立體觀察的條件：第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1）由兩個攝影站點攝取同一景物面組成立體像對；2）每只眼睛必須分別觀察像對的一張像片；3）兩條同名像點的視線與眼基線應(yīng)在一個平面內(nèi)。人造立體效能的應(yīng)用使攝影測量初期的單像量測，發(fā)展為雙像的立體量測，不僅提高了量測的精度和攝影測量的工作效率，更重要的是擴(kuò)大了攝影測量的應(yīng)用范圍，奠定了立體攝影測量的基礎(chǔ)。人造立體效能在使用中最常見的有兩種：正立體效能和反立體效能。第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一立體觀察像對所獲得的人造立體效能，亦即視立體模型，與實物的凸凹遠(yuǎn)近相同者稱為正立體效能。此時，左眼觀察左像片，右眼觀察右像片，保持了直接觀察實物時生理視差的原有符號。立體觀察像對所獲得的視模型與實物的凸凹遠(yuǎn)近正好相反者稱為反立體效能。為獲得反立體效能必須使由觀察像對所產(chǎn)生的生理視差與自然界觀察實物所產(chǎn)生的生理視差符號相反。可以把像對的左右像片對調(diào)，左眼觀察右像片，右眼觀察左像片，這樣就把像片對的ΔP改變了符號，導(dǎo)致生理視差也反號。第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

人造立體效能的條件之一是每只眼睛只應(yīng)觀察一張像片，這違反了人們?nèi)粘Ｓ^察自然界景物時眼的交會本能的習(xí)慣。其次在人造立體效能中觀察的是像片平面，凝視的條件要求不改變，面交向的地方是視模型，隨點位的遠(yuǎn)近而異，這又違反了眼的交向本能和凝視本能同時協(xié)調(diào)的習(xí)慣。因此就有必要采取某種措施來幫助完成人造立體效能應(yīng)具備的條件和改善眼的視覺本能的狀況。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)立體觀察方法一、立體鏡法實現(xiàn)人造立體效能的困難條件是兩只眼睛要分別觀察像對的左右像片。為達(dá)到一只眼睛只看一張像片的要求，最簡單的想法是在兩眧間放一塊隔板，機(jī)械地使兩眼分別觀察左右像片。這種方法雖能達(dá)到分像目的，但交向本能和凝視本能所產(chǎn)生的矛盾沒有解決，因為像片總是放在明視距離的地方，而交向是在視模型處，這就容易引起眼的疲倦，不能長時間地進(jìn)行立體觀察。第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一如果在兩眼的前面各放置一個凸透鏡，像片放在凸透鏡的焦面上，或約小于焦距，此時凸透鏡就具有投影中心的作用，凸透鏡到像片的垂距就是投影光束的主距，以fc表示。像片上構(gòu)像的投射光線經(jīng)凸透鏡后形成平行光線進(jìn)入眼內(nèi)，而兩眼的視線也幾乎平行。這就相當(dāng)于人們對自然界無窮遠(yuǎn)處進(jìn)行觀察，眼睛輕松舒適，凝視本能和交向本能得以協(xié)調(diào)。反光立體鏡是為立體觀察航攝像片對的工具，就是按照上述設(shè)想制作的。反光立體鏡有相同的左右兩組反光鏡系C1C1′和第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

C2C2′(圖5-5)，反光鏡C1//C1′和C2//C2′，鏡面與桌面成45°。在反光鏡C1和C2下面桌子上分別安放像對的左右像片。兩眼在S1和S2處觀察。像片主點o1和o2的投影光線o1a1b1S1和o2a2b2S2延展伸直后得o1a1(S1)和o2a2(S2)，垂直于像片平面。數(shù)值o1(S1)=o2(S2)=fc稱為立體鏡主距。此外像片對還要繞像主點旋轉(zhuǎn)，使左、右同名像點在一條直線上，并與眼基線S1S2平行，這樣像片上任一對同名像點如點m1和m2就落在同一個眼基線平面內(nèi)，用立體鏡觀察同名像點就能得到視模型點M。當(dāng)立體鏡主距fc與像片主距f相等時，觀察感覺的第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一視模型與實地相似。一般立體鏡主距約為250mm。若像片主距為70或100mm，小于立體鏡主距時，視模型將要夸大實物的遠(yuǎn)近凸凹的深度，這種現(xiàn)象稱為視模型的扭曲變形。一般反光立體鏡兩反光鏡之間還設(shè)置一凸透鏡，此時立體鏡主距為透鏡到像片平面之間的距離。在很多立體測量儀器上采用雙筒望遠(yuǎn)鏡立體觀測系統(tǒng)，它是在像點的投射光路中有一系列透鏡，以增大構(gòu)像放大率，可以提高量測的精度，其立體觀察原理基本上與上述相同。第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一二、互補(bǔ)色法互補(bǔ)色法是利用互補(bǔ)色的特性達(dá)到分像目的的立體觀察。最常用的互補(bǔ)為綠－品紅。互補(bǔ)色法分像可采用互補(bǔ)色減法和互色加法兩種。第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1、互補(bǔ)色加法 互補(bǔ)色加法分像用于投影影像的立體觀察。將一對透明的像片分別置于儀器的左右兩投影器內(nèi)，在暗室內(nèi)用白光照明像片。在投影器物鏡前面分別放置品紅色濾光片和綠色濾光片，那么在共同的白色承影面上得到品紅色和綠色的一對混雜在一起的影像，而在投影像幅區(qū)域之外的是黑色背景。設(shè)投影在承影面上的同名像點a1（左紅）和a2（右綠）的連線已經(jīng)滿足平行于眼基線的條件（圖5－6），觀察者左右眼也戴上品紅－綠色的眼鏡，去觀察承影面上的彩色投影影像。由于右投影器的綠色投影影像不能透過觀察者左眼前的品紅色鏡片，對觀第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一察者左眼而言像點a2（右綠）成為黑色，融合于黑色背景中。這就是說，戴紅色鏡片的左眼看不見承影面上右像片的綠色投影影像。與此相反，左投影器的品紅色影像可以通過左眼紅色鏡片而為左眼所見，即看見了像點a1（左紅）。同樣的理由，左像片的紅色影像不能透過右眼前的綠鏡片，對右眼而言成為黑色，融合于黑色背景中，即右眼看不見承影面上左像片的紅色影像，卻只能看到右方的綠色影像。如此左眼觀看左投影器的投影影像，右眼觀看右投影器的投影影像，達(dá)到了分像的目的。在眼基線平行于同名影像連線時，兩條視線相交就獲得視模型點A′。第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一顯然如果觀察者兩眼位置變動，視模型點A′的位置也隨之而變。圖中S1a1與S2a2兩投影射線空中相交的A點，形成穩(wěn)定不變的幾何模型點。

2、互補(bǔ)色減法 互補(bǔ)色減法分像用于互補(bǔ)色印刷品的立體觀察。在同一張白紙上分別用品紅－綠互補(bǔ)色印刷一對像片，得到一張互補(bǔ)色構(gòu)像交錯在一起的彩色立體圖畫（圖5－7）。觀察者左右眼戴上品紅－綠互補(bǔ)色眼鏡，在明室對立體圖畫進(jìn)行觀察。對戴品紅色鏡片的左眼而言，把白色圖紙的背景看出品紅色，致使立體圖畫中用品紅色印刷的圖像與背景融合在一起，左眼無法再分辨出品第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一紅色圖像，或者說看不見品紅色圖像；而用綠色印刷的圖像，由于不能透過左眼前紅色鏡片而看成黑色。如此，左眼觀察的視覺是為品紅色背景的黑色綠像圖形。同樣理由，右眼觀察的視覺為綠色背景的黑色紅像圖形。這樣就達(dá)到了分像的目的，立體觀察出白色背景的黑色立體視模型。第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一三、偏振光法光線通過偏振器分解出偏振光。在一對像片的投影光路中旋轉(zhuǎn)一個偏振平面相互垂直的偏振器，將影像投影到特制的共同承影面上。觀察者戴上偏振光眼鏡，兩鏡片的偏振平面也相互垂直，且分別與投射光路中偏振器偏振平面相平行或垂直。這樣雙眼觀察承影面上一對混雜在一起的投影影像時，就能達(dá)到分像的目的，從而得到人造立體效能。偏振光法可用于彩色影像的立體觀察，獲得彩色的立體視模型。第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

四、同步閃閉法利用液晶的特性，利用電流的改變使液晶鏡片一瞬間透光、一瞬間不透光，通過一個控制盒由電腦控制液晶鏡片的透光與否，當(dāng)電腦上顯示左片時，控制左邊的鏡片透光，而右邊的鏡片不透光；在下一瞬間，電腦上顯示右片時，控制右邊的鏡片透光，而左邊的鏡片不透光。這樣每一瞬間只有一個眼睛能看到它那張航片，由于閃閉頻率較高(100Hz)，雖然此時只看到一張航片，但另一張航片的視覺殘留仍在大腦中，大腦就會將另一張航片的視覺殘留與目前所看到航片視覺融合起來，通過左右航片的交替出現(xiàn)來實現(xiàn)分像。第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)像對的立體量測在攝影測量中為求得地形點的空間位置，首選要在一對像片上辨認(rèn)出地形點的同名像點，這就比較困難；用相當(dāng)于十字絲作用的測標(biāo)去對準(zhǔn)單張像片上沒有明顯特征的地形點影像，就很難準(zhǔn)確。因此攝影測量儀器都要采用像對的立體觀察方法，以浮游測標(biāo)切準(zhǔn)視模型點作為量測的手段。攝影測量儀器中為建立瞄準(zhǔn)用的浮游測標(biāo)，可使用雙測標(biāo)和單測標(biāo)兩種方法。這里提出浮游測標(biāo)是因為量測空間點位時測標(biāo)需作三維運(yùn)動。第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一雙測標(biāo)法是用兩個真實測標(biāo)放在左右兩像片上或左右像點的觀察視線的光路中，在立體觀察像片對時，左右兩測標(biāo)可當(dāng)作一對同名像點看待，同樣可以獲得一個視覺的空間虛測標(biāo)，就用這個虛測標(biāo)去量測視模型。設(shè)像對已定向好，滿足了人造立體效能的條件，其上有一對同名像點a1和a2(圖5-8)，在立體觀察下能得到視模型點A。現(xiàn)若像片上各有一個真實測標(biāo)M1和M2，在立體觀察下得虛測標(biāo)M′。虛測標(biāo)M′并未照準(zhǔn)模型點A。將實測標(biāo)M1，M2在像片上移動，就會看到虛測標(biāo)在第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一空間運(yùn)動，總能夠把虛測標(biāo)M′正好與視模型點A相重合，這就完成了瞄準(zhǔn)工作。這時真實測標(biāo)M1和M2就分別落在同名像點a1和a2上。根據(jù)測標(biāo)M1和M2在像片上的位置就能辨認(rèn)出一對像片上的同名像點。兩實測標(biāo)相對于起始位置的運(yùn)動量可由相應(yīng)分劃尺讀出，這也就是像點在像片上的坐標(biāo)值了。現(xiàn)在的立體攝影測量儀器多數(shù)采用雙筒光學(xué)系統(tǒng)的立體鏡作為立體觀察系統(tǒng)，所以也都是采取雙測標(biāo)法進(jìn)行立體量測。雙測標(biāo)法的測標(biāo)有圓點、圓圈、T形、斜T形和直線等形狀。第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一單測標(biāo)法是用一個真實測標(biāo)去量測視模型。在互補(bǔ)色法立體觀察時，在