數(shù)字攝影測量試卷 (2)

1、；一、 名詞解釋： 1 、影像匹配： 【答】通過一定的匹配算法在兩幅或多幅影像之間識別同名點，如二維影像匹配中通過比較目標區(qū)和搜索區(qū)中相同大小的窗口的相關(guān)系數(shù)，取搜索區(qū)中相關(guān)系數(shù)最大所對應(yīng)的窗口中心點作為同名點； 2、 金字塔影像： 【答】對二維影像進行低通濾波，并逐漸增大采樣間隔，形成的影像像素數(shù)依次減少的影像序列; 3、 立體正射影像對： 【答】由正射影像和通過該正射影像生成的立體匹配片兩者組成的立體相對； 4、 同名核線： 【答】 同一核面與左右影像相交形成的兩條核線，其中核面指物方點與攝影基線所確定的平面； 5、立體透視圖： 【答】運用透視原理和一定的數(shù)學模型（共線方程）將物方具有三維

2、信息的點轉(zhuǎn)換到指定的平面上，并通過消影處理獲得立體透視效果。 二、 簡答題： 1、 以圖1所示數(shù)字高程模型矩形格網(wǎng)為例,請說明圖1中所畫等高線的跟蹤過程.如果有特征線存在,應(yīng)該如何處理? 2、地形特征線的處理： 地形特征線是表示地貌形態(tài)、特征的重要結(jié)構(gòu)線，在等高線繪制過程中必須考慮地形特征線以正確表示地貌形態(tài)，在跟蹤等高線時應(yīng)注意： （1）、若在某一條格網(wǎng)邊上由地形特征線穿過，必須特征線與格網(wǎng)線的交點與相應(yīng)的格網(wǎng)點內(nèi)插等高線點，而不能直接用格網(wǎng)點內(nèi)插等高線； （2） 當?shù)雀呔€穿過山脊線（山谷線）時，還必須在山脊線（山谷線）上補插等高線點； （3）當?shù)雀呔€遇到斷裂線或邊界時，等高線必須斷在斷裂線

3、或邊界線上； 1、圖2是一幅SPOT影像，當影像的外方位元素和DEM已知時，如何制作正射影像，請說明其原理過程，并指出與框幅式的航空影像制作正射影像算法的相同和不同之處。 對于SPOT影像，當外方位元素和DEM已知識，可采用直接法和間接法結(jié)合的方法制作正射影像：由于SPOT影像是線陣掃描式影像，每一條影像的外方位元素都不同，在采用正解法或反解法制作正射影像時都存在迭代求解的過程，框幅式航空影像是點投影式影像，整幅影像的外方位元素唯一，制作正射影像采用反解法時無需迭代；另一方面SPOT影像可采用多項式糾正的方法來制作正射影像，而多項式糾正法則不適合于框幅式航空影像制作正射影像； 兩者在制作正射影

4、像時都存在通過原始影像內(nèi)插、重采樣來獲得每一個地面元所對應(yīng)的影像坐標及其灰度值，以構(gòu)成正射影像的過程； 3.“相關(guān)系數(shù)最大”影像匹配、基于物方的VLL法影像匹配和最小二乘法影像匹配的相同點及差別是什么？ “相關(guān)系數(shù)最大”影像匹配是指在左影像上以目標點為中心選取一定大小的區(qū)域作為目標區(qū)，將右片同名點可能存在的區(qū)域作為搜索區(qū)，比較目標窗口和搜索區(qū)內(nèi)同大小窗口的灰度相關(guān)系數(shù)，將相關(guān)系數(shù)最大所對應(yīng)的窗口的中心作為同名點。 基于物方的VLL法影像匹配是在待定點的地面平面坐標已知的情況下，通過共線方程和合理的高程設(shè)定值，解算其相應(yīng)的像點坐標，通過比較不同高程所對應(yīng)的像點的相關(guān)測度，取最大測度處的像點作為同

5、名點，相應(yīng)的高程作為物點的高程； 最小二乘法影像匹配是指顧及影像的幾何和輻射畸變并引入相應(yīng)的變形蠶參數(shù)，同時按最小二乘的原則解求這些參數(shù)，將相關(guān)系數(shù)最大處的左片目標窗口采用坐標梯度加權(quán)平均作為目標點，右片同名點的位置由求得的幾何參數(shù)計算而得； 由上可知三種匹配算法的相同點：都是基于灰度的影像匹配，都用到了相關(guān)系數(shù)最大作為匹配的測度; 不同點：“相關(guān)系數(shù)最大”影像匹配是基于像方的，通過選定目標區(qū)窗口與搜索區(qū)中相應(yīng)大小的窗口中相關(guān)系數(shù)系數(shù)最大的窗口中心點作為同名點，匹配精度與窗口大小、影像信噪比有關(guān)； “基于物方的VLL法”影像匹配是基于物方的，而且能直接確定物方點的空間三維坐標，將不同高程處所對

6、應(yīng)左右影像中的像點作為可能的匹配點，取相關(guān)系數(shù)最大處作為同名像點，同時也獲得了物點的高程信息，匹配精度與步距dz、影像信噪比、匹配窗口大小有關(guān)； “最小二乘法”影像匹配是基于像方的，考慮了幾何畸變、輻射畸變等系統(tǒng)誤差，可靈活引入了各種參數(shù)和約束條件，匹配精度較高，可達子像素級，匹配點的位置左片通過窗口梯度加權(quán)平均而求得，右片由求得的幾何參數(shù)計算而得，匹配精度與信噪比、影像的紋理結(jié)構(gòu)有關(guān)。 1、什么是特征匹配？它與基于灰度的影像匹配有什么不同？結(jié)合課間編程實習內(nèi)容，請說明實現(xiàn)自動相對定向的方法原理和關(guān)鍵技術(shù) 【答】特征匹配是指通過分別提取左右片影像或多張影像的特征（點、線、面等特征），對特征進行

7、參數(shù)描述，然后運用所描述的參數(shù)來進行匹配的一種匹配算法； 特征匹配與灰度匹配的區(qū)別：灰度匹配是基于像素的，特征匹配則是基于區(qū)域的，特征匹配在考慮像素灰度的同時還考慮諸如空間整體特征、空間關(guān)系等因素； 自動相對定向的方法原理：用特征提取算子提取左影像上的特征點，根據(jù)一定的匹配算法找出左片上的特征點在右片上的同名點，采用粗差剔除法去掉誤差超限的同名點，留下5組以上的同名點對，根據(jù)相對定向原理有左右影像上的同名像點解算5個相對定向元素； 關(guān)鍵技術(shù)： （1）特征點的自動提?。嚎赏ㄟ^Moravec算子或Forstner算子進行特征點的自動提取； （2）特征點的自動匹配：依據(jù)影像的實際情況采用適當?shù)钠ヅ渌?/p>

8、法如采用最小二乘法影像匹配、跨接法影像匹配等，對于右片既可以通過特征提取挑選預(yù)測區(qū)內(nèi)的特征點作為可能的匹配點，也可以不進行特征提取將預(yù)測區(qū)內(nèi)的每一點作為可能的匹配點，或“爬山法”搜索動態(tài)地確定各選點； （3）粗差剔除：由于所選同名點較多，為保證相對定向元素的求解結(jié)果精度較高，在匹配后必須針對匹配結(jié)果剔除誤差過大的同名點，但必須保留至少5對同名點； （4）相對定向解算：定向元素與采用連續(xù)法還是獨立法相對定向有關(guān)； 2、除了所學過的影像匹配方法之外,你還知道哪幾種比較有效的匹配算法,請敘述其中一種方法的基本原理及特點 【答】其他類匹配算法：遺傳算法、動態(tài)規(guī)劃算法、附加空間相互關(guān)系約束的區(qū)域匹配算法

9、，以及綜合多種算法優(yōu)點的匹配算法。 附加空間相互關(guān)系約束的區(qū)域匹配算法的基本原理：在對圖像進行區(qū)域分割、特征提取的基礎(chǔ)上，附加與周圍地物的空間相互關(guān)系作為約束條件進行區(qū)域匹配，以提高匹配的精度和可靠性; 特點： 一、精度比單純依賴區(qū)域特征進行匹配有所提高； 二、在影像存在平移、縮放、旋轉(zhuǎn)的情況下，附加空間相互關(guān)系能顯著提高匹配的可靠性；三、對空間相互關(guān)系的描述和附加參數(shù)的設(shè)置比較復(fù)雜，還需進一步完善。 1. 簡述利用斜平行投影法制作立體正射影像對的原理。(10分) 答：如果要獲得立體效應(yīng)，就需要引入一個具有人工視差的匹配片。該人工視差的大小應(yīng)能反映實地的地形起伏情況。最簡單的方法是利用投射角為

10、的平行光線法。 利用斜平行投影法從同一數(shù)字高程模型出發(fā)制作立體匹配片，必須包括以下幾個步驟。 第一步：按XY平面上一定間隔的方形格網(wǎng)，將它正射投影到數(shù)字高程模型上，獲得Xi、Yi、Zi坐標，再由共線方程求出對應(yīng)像點在左片上的坐標xi，yi，用此影像斷面數(shù)據(jù)可制作正射影像。 第二步：由XY平面上同樣的方格網(wǎng)，沿斜平行投影方向?qū)⒏窬W(wǎng)點平行投影到數(shù)字高程模型表面，該投影方向平行于XZ面。則該投影線與DEM表面交點坐標iiiZYX,可由下式求出：3. 請說明利用相關(guān)系數(shù)的影像匹配和最小二乘法影像匹配的異同點？(10分) 答：最小二乘影像匹配的基本思想是，在影像匹配中引入幾何和輻射變形參數(shù)，同時按最小二

11、乘的原則，在影像匹配的同時解求這些參數(shù)。 =minvv單純地利用相關(guān)系數(shù)測度進行影像匹配算法是，計算目標區(qū)域與搜索區(qū)域中相同大小影像的相關(guān)系數(shù)，選擇最大相關(guān)系數(shù)對應(yīng)窗口中的中心像元為同名點。 兩種算法相同點：相關(guān)系數(shù)是僅考慮輻射的線性畸變的最小二乘匹配。因為相關(guān)系數(shù)不受左右影像灰度線性畸變的影像，在最小二乘匹配影像匹配中，影像經(jīng)過幾何和輻射變形改正之后，評判它們的相似程度仍用相關(guān)系數(shù)。兩種算法本質(zhì)是相同的。 不同之處： （1）最小二乘影像匹配中把像素的灰度值視為觀測值，并充分考慮了影像的系統(tǒng)誤差改正，改善了影像匹配的精度。 （2）最小二乘影像匹配采用最小二乘法計算原則，有利于考慮觀測值（像素）

12、與觀測值或其他地面目標之間的關(guān)系，靈活應(yīng)用這些控制條件，使其的精度和可靠性有所提高，并使它的解的形式不僅僅局限與傳統(tǒng)的左右位移。 (3) 最小二乘影像匹配可以進行多張影像的匹配。并能夠與其他匹配算法相結(jié)合。 （4）在最小二乘影像匹配中，由于觀測誤差方程式是非線性函數(shù)，需要進行線性化，因此需要較為準確的初值。 2. 真實景觀圖與模擬景觀圖的區(qū)別是什么？請說明制作真實景觀圖的原理以及在Virozo作業(yè)流程。（15分） 答：景觀圖比地圖要形象、逼真，能夠很好地表現(xiàn)地面的真實情況，它在工程設(shè)計、農(nóng)林、水利、環(huán)境規(guī)劃以及旅游等方面都有很好的應(yīng)用。它分為真實景觀圖與模擬景觀圖，前者采用地面目標的真實紋理，

13、而后者是人工利用目標對光線的反射程度來模擬再地面目標的。 真實景觀圖的制作原理和模擬景觀圖相似，即在DEM透視圖的基礎(chǔ)上，對每一像素賦予一灰度值（或彩色），但此時的灰度值（或彩色）并不是由模擬計算得到的明暗度，而是取自對實地所攝影像的真實灰度值。1由DEM與原始影像制作景觀圖 （1）將每一DEM格網(wǎng)劃分為m×n個地面元，原則依然是使景觀圖上像素之間無縫隙并盡可能地大； （2）依次計算各地面元在景觀圖上的像素行列號（Il，Jl）； （3）進行消隱處理； （4）由地面元計算其對應(yīng)的原始影像像素行列號（Ip，Jp）； （5）由雙線性內(nèi)插計算（Ip，Jp）的灰度gp（Ip，Jp）； （6）將

14、原始影像灰度gp賦予景觀圖像素（Il，Jl） gl（Il，Jl）=gp（Ip，Jp） 以上過程實際上是將透視圖的繪制與正射影像圖的制作結(jié)合起來進行的過程。 2由DEM與正射影像制作景觀圖 如果已經(jīng)有了正射影像圖，則不需利用原始影像，而可以直接利用正射影像制作景觀圖，這樣可以大大地節(jié)省計算工作量。其處理過程的前（1）（2）（3）步與利用原始影像時完全相同，所不同的步驟為： （1）由地面元計算其對應(yīng)的正射影像像素行列號，此時是簡單的平移與縮放，而不需利用共線方程來計算； （2）將正射影像相應(yīng)像素的灰度值g0取出賦予景觀圖像素（Il，Jl） 一、填空（每個空1分，共20分） 1、 相關(guān)系數(shù)是 灰度

15、線性變換的不變量。 2、 跨接法影像匹配與最小二乘法影像匹配處理方式不同，它先作 幾何改正 ，后作 影像匹配 。 3、 正射影像 和 相應(yīng)的立體匹配片 共同稱為立體正射影像對。 4、 所有圖形必須繪在某一窗口之內(nèi)，而不應(yīng)超出窗口之外，稱為 窗口外裁剪 。 5、 特征匹配可分為三步： 特征提取 ； 特征描述 ； 利用參數(shù)進行特征匹配。6、 當欲知不在采樣點上的影像的灰度值時就需進行內(nèi)插，此時稱為 重采樣 。 7、 影像匹配實質(zhì)上是在兩幅（或多幅）影像之間識別 同名點 。 8、 僅考慮輻射的線性畸變的最小二乘匹配是 相關(guān)系數(shù) 。 9、 從粗到精的相關(guān)策略。即先通過 低通濾波 ，進行初相關(guān)，找到同名

16、點的粗略位置，然后利用高頻信息進行 精確相關(guān) 。 10、 先按預(yù)定的比較稀疏的間隔進行采樣，獲得一個較稀疏的格網(wǎng)，然后分析是否需要對格網(wǎng)加密，稱為 漸進采樣 。 11、 數(shù)字攝影測量系統(tǒng)是由 計算機視覺 代替人的立體量測與識別，完成影像幾何與物理信息的自動提取。 12、 屏幕檢索表 是根據(jù)光標在屏幕上的位置，檢索出光標所指物體（或點、線）的序號。 13、 圖板定向的目的是建立空間坐標系（大地坐標系）與 繪圖坐標系 之間的變換關(guān)系。 14、 通過相關(guān)函數(shù)的譜分析可知，當信號中高頻成分較少時，相關(guān)函數(shù) 曲線陡峭 ，但相關(guān)的 拉入范圍較大 ； 15、 數(shù)字相關(guān) 是利用計算機對數(shù)字影像進行數(shù)值計算的方

17、式完成影像的相關(guān)。 3. 分析基于特征點匹配中備選點三種不同選擇方式的優(yōu)缺點？(10分) 【答】（1）對右影像也進行相應(yīng)的特征提取，挑選預(yù)測區(qū)內(nèi)的特征點作為可能的匹配點； （2）右影像不進行特征提取，將預(yù)測區(qū)內(nèi)的每一點都作為可能的匹配點； （3）右影像不進行特征提取，但也不將所有的點作為可能的匹配點，而用“爬山法”搜索，動態(tài)地確定各選點。爬山法主要用于二維匹配。對一維匹配僅用于在搜索區(qū)邊沿取得匹配測度最大的情況。 三種方法比較之下，右影像也提取特征點策略下的影像匹配在一定程度上減少了錯誤匹配的可能性，相比于右影像不提取特征點策略下的影像匹配得到的同名點的準確性高；但另一方面右影像不提取特征點策

18、略下的影像匹配得到的同名點對數(shù)多一些，因為其拉入范圍較大，無法找到同名點的可能性相對較小。在二維匹配中，利用爬山法搜索匹配法考慮了特征的方向進行動態(tài)選擇，在一定程度上減少了搜索的盲目性，有助于提高效率。但其缺點是在方向錯誤的情況下便難以再找到正確的點，即可靠性不如前兩種方法高。2. 試說明基于灰度差平方最小、單點最小二乘法與多點最小二乘法影像匹配這三種算法的區(qū)別與聯(lián)系。(15分) “灰度差平方最小” 通過比較日標區(qū)和搜索區(qū)中相同大小的窗口的灰度差的平方和，取搜索區(qū)中灰度差平方和最小時所對應(yīng)的窗口中心點作為同名點;最小二乘法影像匹配是指顧及影像的幾何和輻射畸變并引入相應(yīng)的變形參數(shù)，同時按最小二乘

19、的原則解求這些參數(shù)，將相關(guān)系數(shù)最大處的左片目標窗口采用坐標梯度加權(quán)平均作為目標點，右影像同名點的位置由求得的幾何參數(shù)計算而得;多點最小二乘影像匹配是將有限元內(nèi)插法與最小二乘影像匹配相結(jié)合，直接解求規(guī)則分布格網(wǎng)上的視差(或高程)的整體影像匹配方法。 三種匹配算法的相同點在于都是基于像方、基于灰度的影像匹配。 不同點: “灰度差平方最小”影像匹配是基于單點的，僅考慮左右影像灰度差，以其平方和的值作為求解同名點的依據(jù)，匹配精度與窗口大小、影像信噪比有關(guān); “單點最小二乘法”影像匹配也是基于單點的，把像素的灰度值視為觀測值，并充分考慮了影像的幾何畸變、輻射畸變等系統(tǒng)誤差改正，改善了影像匹配的精度；它采

20、用最小二乘法計算原則，有利于考慮觀測值（像素）與觀測值或其他地面目標之間的關(guān)系，靈活應(yīng)用這些控制條件，使其的精度和可靠性有所提高，可達子像素級，并使它的解的形式不僅僅局限與傳統(tǒng)的左右位移；匹配點的位置在左片中是通過窗口梯度加權(quán)平均而求得，右影像由求得的幾何參數(shù)計算而得，匹配精度與信噪比、影像的紋理結(jié)構(gòu)有關(guān)；最小二乘影像匹配可以進行多張影像的匹配，并能夠與其他匹配算法相結(jié)合；在最小二乘影像匹配中，由于觀測誤差方程式是非線性函數(shù)，需要進行線性化，因此需要較為準確的初值且需要迭代求解 “多點最小二乘法”影像匹配則是基于整體的影像匹配。以上兩種基于單點的影像匹配方法中結(jié)果的正確與否與周圍的點并無聯(lián)系或

21、只有很弱的聯(lián)系，而多點最小二乘影像匹配則考慮了相容性、一致性、整體協(xié)調(diào)性，可以糾正或避免錯誤的結(jié)果，從而提高影像匹配的可靠性；多點最小二乘匹配不僅可以基于像方，也可以基于物方，還可以在匹配過程中同時確定地形特征線，其求解的結(jié)果影像整體規(guī)則分布格網(wǎng)上的視差(或高程)。多點最小二乘法的缺點在于收斂速度很慢。 2. 簡述基于不規(guī)則三角網(wǎng)繪制等高線的方法和過程。（10分） 答：同一高程的等高線只穿過一個三角形最多一次，因而程序設(shè)計較簡單。但是，由于TIN的存貯結(jié)構(gòu)不同，因而等高線的跟蹤也有所不同。 1）基于三角形搜索的等高線繪制 對于記錄了三角形表的TIN，按記錄的三角形順序搜索。其基本過程如下： （

22、1）對給定的等高線高程z，與所有網(wǎng)點高程Zi,(i=1,2,n)進行比較，若Zi=z；則將Zi加上（或減）一個微小正數(shù)0(如 10-4),以使程序設(shè)計簡單而又不影響等高線的精度。 （2）設(shè)立三角形標志數(shù)組，其初始值為零，每一元素與一個三角形對應(yīng)，凡處理過的三角形將標志置為1，以后不再處理，直至等高線高程改變。 （3）按順序判斷每一個三角形的三邊中的兩條邊是否有等高線穿過。 （4）搜索該等高線在該三角形的離去邊，也是相鄰三角形的進入邊，并內(nèi)插其平面坐標。搜索與內(nèi)插方法與上面的搜索起點相同，不同的只是僅對該三角形的另兩邊作處理。 （5）進入相鄰三角形，重復(fù)第（4）步，直至離去邊沒有相鄰三角形（此時等高線為開曲線）或相鄰三角形即搜索起點所在的三角形（此時等高線為閉曲線）時為止。 2）基于格網(wǎng)點搜索的等高線繪制 對于僅記錄了網(wǎng)點鄰接關(guān)系