图像视差和立体观测 教学课件.PPT

图像视差和立体观测 一、图像视差的产生原因和像点位移 空中照片是地面的中心投影。根据中心投影的原理，无论是带有起伏状态的地形，或是高出地面的任何物体，反映到空中照片上的像点与其平面位置相比，一般都会产生位置的移动，这种像点位置的移动，叫做像点位移。 主要由像片倾斜、地面点相对于基准面的高差和物理因素（如摄影材料变形、压平误差、摄影物镜畸变、大气折光和地球曲率等等）产生。 1、地形起伏引起的像点位移 由于地面总是有起伏的，地面点高于或低于基准面，投影在像片上的像点产生的直线移位，称为投影差，用δh表示，投影差δh与地形起伏和像片倾斜都有关系。 为测图或资源调查的航空摄影像片的倾角总是很小的，一般都控制在3°以内，因此，在竖直摄影的像片上投影差主要是高差的影响。 图5-10中，地面点A距基准面有高差h,它在相片上的构像为a；地面点A在基准面上的投影为A0，A0在相片上的构像为 aa0，aa0即为因地形起伏引起的像点位移，用δh表示，将具有位移的像点a投影在基准面上为Aˊ，A0Aˊ则称为地面上投影差，用δh表示。 根据相似三角形原理，可得: ? ? 上式就是像片上因地形起伏引起的像点位移的计算公式，式中，r为a点以像底点n为中心的像距，H为摄影航高 根据上式可以看出因地形起伏引起像点位移的规律 (1)当r =0时， δh =0，即水平像片的像主点处没有投影误差。 (2)像点的位移量δh与r成正比，即水平像片上距离像主点越远，投影误差越大。 (3)像点的位移量δh与h成正比，相对高差越大，投影误差越大，在地形平坦区的像片没有投影误差，地形起伏越大地区的像片投影误差越大，即影像畸变越大。像点位移方向在像点与像主点连线上，高于基准面的点，像点背离像主点方向位移，低于基准面的点，向像主点方向位移。 (4)像点位移量与航高成反比，也就是说像片比例尺越大，像点位移量大，即畸变就越大。 在航空像片上由地形起伏引起的投影误差是不可忽略的，在解译过程中，尤其定量解译时应考虑到这种畸变规律。 2.根据像点位移值测量目标的高度 由于高出地面的物体，反映到空中照片上的影像，不仅能反映出它的侧面形状，而且还能根据目标顶部和底部的影像，直接测量出它的位移大小。因此，把测得的位移值带入公式: 可得目标高度。 例如，一张航空照片，已知照相高度为400米，在空中照片上量出目标顶点至像主点的距离为2.8厘米，目标的像点位移值为0.15厘米，则目标高度为 h=400米*0.15米/2 .8米=21.43米 注意：这种测量方法只适用垂直空中照片，而且被测量目标的影像的顶部和底部都应该是清晰的，才容易测量出目标位移的全长。 ?二、 航空像片的立体观察 （一）航空像片立体观察的原理 人眼是一个天然的光学系统，结构复杂。人眼能自动调焦，在观察不同远近的物体时，网膜上都能得到清晰的构像。瞳孔如同光圈，网膜如同底片，接受物体的影像信息。用单眼观察物体时，人们感觉到的仅是景物的透视像，好像一张像片一样，只能分辨出物体的平面形状，不易分辨出物体的远近和立体形态。只有用双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应。因此，航空摄影中需要拍摄同一地面不同摄站的两张像片（一个立体像对）才能构成立体模型。 人眼能观察景物的远近是由眼睛的生理视差所决定的。眼睛是观察物体的器官，形状近似圆球（如图眼睛构造）前面是水晶体，其作用与照相机镜头相似；后面是网膜，其作用与感光片相似。射到眼睛的光线经水晶体的折射，便在网膜上构成影像。 水晶体距网膜的距离是不变的，只是水晶体受四周韧带的伸缩作用，而改变它的曲率，从而改变它的焦距，因此在观察远近不同的物体时，水晶体的焦距能自动调节，使影像落在网膜上得到清晰的影像。 用双眼观察物体时，观察者能自动调节和转动双眼，使两眼的视轴交会于某一观察点上，也就是使该点的影像落于网膜窝中心内。此时两眼视轴所形成的交角叫做交会角。交会角的大小决定于两眼的距离（称为眼基线）和物体的远近。一般成年人的眼基线平均为64毫米。所以，物体离眼睛的远近不同，就具有不同的交会角。距离愈远，交会角愈小；距离愈近，交会角愈大。同时人们是从眼基线的两个端点来观察物体的（右眼从右边观察物体，左眼从左边观察物体），因此两眼的观察角度就不同，在两眼网膜上所产生的物体影像也就有差别，即形成了生理视差。图5-12说明了人们在用双眼观察物体时，两眼所产生的生理视差。 图5-12 生理视差 图中o1、o2为两眼的水晶体，A、B、F为三个被观察点，若将视线调节在F点时远点B和近点A在两眼网膜上的影像分别为b1、b2和a1、a2