数字摄影测量考试.docx

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数字摄影测量考试

数字摄影测量考试

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一、名词解释：

1、影像匹配：

【答】

通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点，如二维影像匹配中通过比较目标区和搜索区中相同大小的窗口的相关系数，取搜索区中相关系数最大所对应的

窗口中心点作为同名点；

2、金字塔影像：

【答】对二维影像进行低通滤波，并逐渐增大采样间隔，形成的影像像素数依次减少的影像序列;

3、立体正射影像对：

【答】由正射影像和通过该正射影像生成的立体匹配片两者组成的立体相对；

4、同名核线：

【答】同一核面与左右影像相交形成的两条核线，其中核面指物方点与摄影基线所确

定的平面；

5、立体透视图：

【答】运用透视原理和一定的数学模型（共线方程）将物方具有三维信息的点转换到指定的平面上，并通过消影处理获得立体透视效果。

二、简答题：

1、以图1所示数字高程模型矩形格网为例,请说明图1中所画等高线的跟踪

过程.如果有特征线存在,应该如何处理?

2、地形特征线的处理：

地形特征线是表示地貌形态、特征的重要结构线，在等高线绘制过程中必须考虑地形特征线以正确表示地貌形态，在跟踪等高线时应注意：

（1）、若在某一条格网边上由地形特征线穿过，必须特征线与格网线的交点与相应的格网点内插等高线点，而不能直接用格网点内插等高线；

（2）当等高线穿过山脊线（山谷线）时，还必须在山脊线（山谷线）上补插等高线点；（3）当等高线遇到断裂线或边界时，等高线必须断在断裂线或边界线上；

1、图2是一幅SPOT影像，当影像的外方位元素和DEM已知时，如何制作正

射影像，请说明其原理过程，并指出与框幅式的航空影像制作正射影像算法的相同和不同之处。

对于SPOT影像，当外方位元素和DEM已知识，可采用直接法和间接法结合

的方法制作正射影像：

由于SPOT影像是线阵扫描式影像，每一条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时都存在迭代求解的过程，框幅式航空影像是点投影式影像，整幅影像的外方位元素唯一，制作正射影像采用反解法时无需迭代；另一方面SPOT影像可采用多项式纠正的方法来制作正射影像，而多项式纠正法则不适合于框幅式航空影像制作正射影像；

两者在制作正射影像时都存在通过原始影像内插、重采样来获得每一个地面元所对应的影像坐标及其灰度值，以构成正射影像的过程；

3.“相关系数最大”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点及差别是什么？

“相关系数最大”影像匹配是指在左影像上以目标点为中心选取一定大小的区域作为目标区，将右片同名点可能存在的区域作为搜索区，比较目标窗口和搜索区内同大

小窗口的灰度相关系数，将相关系数最大所对应的窗口的中心作为同名点。

基于物方的VLL法影像匹配是在待定点的地面平面坐标已知的情况下，通过共线方程和合理的高程设定值，解算其相应的像点坐标，通过比较不同高程所对应的像点的相关测度，取最大测度处的像点作为同名点，相应的高程作为物点的高程；

最小二乘法影像匹配是指顾及影像的几何和辐射畸变并引入相应的变形蚕参数，同时按最小二乘的原则解求这些参数，将相关系数最大处的左片目标窗口采用坐标梯度加权平均作为目标点，右片同名点的位置由求得的几何参数计算而得；

由上可知三种匹配算法的相同点：

都是基于灰度的影像匹配，都用到了相关系数最大作为匹配的测度;

不同点：

“相关系数最大”影像匹配是基于像方的，通过选定目标区窗口与搜索区中相应大小的窗口中相关系数系数最大的窗口中心点作为同名点，匹配精度与窗口大小、影像信噪比有关；

“基于物方的VLL法”影像匹配是基于物方的，而且能直接确定物方点的空间三维坐标，将不同高程处所对应左右影像中的像点作为可能的匹配点，取相关系数最大处作为同名像点，同时也获得了物点的高程信息，匹配精度与步距dz、影像信噪比、匹配窗口大小有关；

“最小二乘法”影像匹配是基于像方的，考虑了几何畸变、辐射畸变等系统误差，可灵活引入了各种参数和约束条件，匹配精度较高，可达子像素级，匹配点的位置左片通过窗口梯度加权平均而求得，右片由求得的几何参数计算而得，匹配精度与信噪比、影像的纹理结构有关。

1、什么是特征匹配？

它与基于灰度的影像匹配有什么不同？

结合课间编程实习内容，请说明实现自动相对定向的方法原理和关键技术

【答】特征匹配是指通过分别提取左右片影像或多张影像的特征（点、线、面等特征），对特征进行参数描述，然后运用所描述的参数来进行匹配的一种匹配算法；

特征匹配与灰度匹配的区别：

灰度匹配是基于像素的，特征匹配则是基于区域的，特征匹配在考虑像素灰度的同时还考虑诸如空间整体特征、空间关系等因素；

自动相对定向的方法原理：

用特征提取算子提取左影像上的特征点，根据一定的匹配算法找出左片上的特征点在右片上的同名点，采用粗差剔除法去掉误差超限的同名点，留下5组以上的同名点对，根据相对定向原理有左右影像上的同名像点解算5个相对定向元素；

关键技术：

（1）．特征点的自动提取：

可通过Moravec算子或Forstner算子进行特征点的自动提取；

（2）．特征点的自动匹配：

依据影像的实际情况采用适当的匹配算法如采用最小二乘法影像匹配、跨接法影像匹配等，对于右片既可以通过特征提取挑选预测区内的特征点作为可能的匹配点，也可以不进行特征提取将预测区内的每一点作为可能的匹配点，或“爬山法”搜索动态地确定各选点；（3）．粗差剔除：

由于所选同名点较多，为保证相对定向元素的求解结果精度较高，在匹配后必须针对匹配结果剔除误差过大的同名点，但必须保留至少5对同名点；（4）．相对定向解算：

定向元素与采用连续法还是独立法相对定向有关；

2、除了所学过的影像匹配方法之外,你还知道哪几种比较有效的匹配算法,请叙述其中一种方法的基本原理及特点

【答】其他类匹配算法：

遗传算法、动态规划算法、附加空间相互关系约束的区域匹配算

法，以及综合多种算法优点的匹配算法。

附加空间相互关系约束的区域匹配算法的基本原理：

在对图像进行区域分割、特征提取的基础上，附加与周围地物的空间相互关系作为约束条件进行区域匹配，以提高匹配的精度和可靠性;

特点：

一、精度比单纯依赖区域特征进行匹配有所提高；

二、在影像存在平移、缩放、旋转的情况下，附加空间相互关系能显著提高匹配的可靠性；三、对空间相互关系的描述和附加参数的设置比较复杂，还需进一步完善。

1.简述利用斜平行投影法制作立体正射影像对的原理。

（10分）

答：

如果要获得立体效应，就需要引入一个具有人工视差的匹配片。

该人工视差的大小应能反映实地的地形起伏情况。

最简单的方法是利用投射角为α的平行光线法。

利用斜平行投影法从同一数字高程模型出发制作立体匹配片，必须包括以下几个步骤。

第一步：

按XY平面上一定间隔的方形格网，将它正射投影到数字高程模型上，获得Xi、Yi、Zi坐标，再由共线方程求出对应像点在左片上的坐标xi，yi，用此影像断面数据可制作正射影像。

第二步：

由XY平面上同样的方格网，沿斜平行投影方向将格网点平行投影到数字高程模型表面，该投影方向平行于XZ面。

则该投影线与DEM表面交点坐标iiiZYX,,可由下式求出：

3.请说明利用相关系数的影像匹配和最小二乘法影像匹配的异同点？

（10分）答：

最小二乘影像匹配的基本思想是，在影像匹配中引入几何和辐射变形参数，同时按最小二乘的原则∑，在影像匹配的同时解求这些参数。

=minvv单纯地利用相关系数测度进行影像匹配算法是，计算目标区域与搜索区域中相同大小影像的相关系数，选择最大相关系数对应窗口中的中心像元为同名点。

两种算法相同点：

相关系数是仅考虑辐射的线性畸变的最小二乘匹配。

因为相关系数不受左右影像灰度线性畸变的影像，在最小二乘匹配影像匹配中，影像经过几何和辐射变形改正之后，评判它们的相似程度仍用相关系数。

两种算法本质是相同的。

不同之处：

（1）最小二乘影像匹配中把像素的灰度值视为观测值，并充分考虑了影像的系统误差改正，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计算原则，有利于考虑观测值（像素）与观测值或其他地面目标之间的关系，灵活应用这些控制条件，使其的精度和可靠性有所提高，并使它的解的形式不仅仅局限与传统的左右位移。

（3）最小二乘影像匹配可以进行多张影像的匹配。

并能够与其他匹配算法相结合。

（4）在最小二乘影像匹配中，由于观测误差方程式是非线性函数，需要进行线性化，因此需要较为准确的初值。

2.真实景观图与模拟景观图的区别是什么？

请说明制作真实景观图的原理以及

在Virozo作业流程。

（15分）

答：

景观图比地图要形象、逼真，能够很好地表现地面的真实情况，它在工程设计、农林、水利、环境规划以及旅游等方面都有很好的应用。

它分为真实景观图与模拟景观图，前者采用地面目标的真实纹理，而后者是人工利用目标对光线的反射程度来模拟再地面目标的。

真实景观图的制作原理和模拟景观图相似，即在DEM透视图的基础上，对每一像素赋予一灰度值（或彩色），但此时的灰度值（或彩色）并不是由模拟计算得到的明暗度，而是取自对实地所摄影像的真实灰度值。

1．由DEM与原始影像制作景观图

（1）将每一DEM格网划分为m×n个地面元，原则依然是使景观图上像素之间无缝隙并尽可能地大；

（2）依次计算各地面元在景观图上的像素行列号（Il，Jl）；（3）进行消隐处理；

（4）由地面元计算其对应的原始影像像素行列号（Ip，Jp）；（5）由双线性内插计算（Ip，Jp）的灰度gp（Ip，Jp）；（6）将原始影像灰度gp赋予景观图像素（Il，Jl）

gl（Il，Jl）=gp（Ip，Jp）

以上过程实际上是将透视图的绘制与正射影像图的制作结合起来进行的过程。

2．由DEM与正射影像制作景观图

如果已经有了正射影像图，则不需利用原始影像，而可以直接利用正射影像制作景观图，这样可以大大地节省计算工作量。

其处理过程的前

（1）

（2）（3）步与利用原始影像时完全相同，所不同的步骤为：

（1）由地面元计算其对应的正射影像像素行列号，此时是简单的平移与缩放，而不需利用共线方程来计算；

（2）将正射影像相应像素的灰度值g0取出赋予景观图像素（Il，Jl）

一、填空（每个空1分，共20分）

1、相关系数是灰度线性变换的不变量。

2、跨接法影像匹配与最小二乘法影像匹配处理方式不同，它先作几何改正，后作影像匹配。

3、正射影像和相应的立体匹配片共同称为立体正射影像对。

4、所有图形必须绘在某一窗口之内，而不应超出窗口之外，称为窗口外裁剪。

5、特征匹配可分为三步：

①特征提取；②特征描述；③利用参数进行特征匹配。

6、当欲知不在采样点上的影像的灰度值时就需进行内插，此时称为重采样。

7、影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点。

8、仅考虑辐射的线性畸变的最小二乘匹配是相关系数。

9、从粗到精的相关策略。

即先通过低通滤波，进行初相关，找到同名点的粗略位置，然后利用高频信息进行精确相关。

10、先按预定的比较稀疏的间隔进行采样，获得一个较稀疏的格网，然后分析是否需要对格网加密，称为渐进采样。

11、数字摄影测量系统是由计算机视觉代替人的立体量测与识别，完成影像几何与物理信息的自动提取。

12、屏幕检索表是根据光标在屏幕上的位置，检索出光标所指物体（或点、线）的序号。

13、图板定向的目的是建立空间坐标系（大地坐标系）与绘图坐标系之间的变换关系。

14、通过相关函数的谱分析可知，当信号中高频成分较少时，相关函数曲线陡峭，但相关的拉入范围较大；

15、数字相关是利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关。

3.分析基于特征点匹配中备选点三种不同选择方式的优缺点？

（10分）

【答】

（1）对右影像也进行相应的特征提取，挑选预测区内的特征点作为可能的匹配点；

（2）右影像不进行特征提取，将预测区内的每一点都作为可能的匹配点；

（3）右影像不进行特征提取，但也不将所有的点作为可能的匹配点，而用“爬山法”搜索，动态地确定各选点。

爬山法主要用于二维匹配。

对一维匹配仅用于在搜索区边沿取得匹配测度最大的情况。

三种方法比较之下，右影像也提取特征点策略下的影像匹配在一定程度上减少了错误匹配的可能性，相比于右影像不提取特征点策略下的影像匹配得到的同名点的准确性高；但另一方面右影像不提取特征点策略下的影像匹配得到的同名点对数多一些，因为其拉入范围较大，无法找到同名点的可能性相对较小。

在二维匹配中，利用爬山法搜索匹配法考虑了特征的方向进行动态选择，在一定程度上减少了搜索的盲目性，有助于提高效率。

但其缺点是在方向错误的情况下便难以再找到正确的点，即可靠性不如前两种方法高。

2.试说明基于灰度差平方最小、单点最小二乘法与多点最小二乘法影像匹配这三种算法的区别与联系。

（15分）

“灰度差平方最小”通过比较日标区和搜索区中相同大小的窗口的灰度差的平方和，取搜索区中灰度差平方和最小时所对应的窗口中心点作为同名点;

最小二乘法影像匹配是指顾及影像的几何和辐射畸变并引入相应的变形参数，同时按最小二乘的原则解求这些参数，将相关系数最大处的左片目标窗口采用坐标梯度加权平均作为目标点，右影像同名点的位置由求得的几何参数计算而得;

多点最小二乘影像匹配是将有限元内插法与最小二乘影像匹配相结合，直接解求规则分布格网上的视差（或高程）的整体影像匹配方法。

三种匹配算法的相同点在于都是基于像方、基于灰度的影像匹配。

●不同点:

“灰度差平方最小”影像匹配是基于单点的，仅考虑左右影像灰度差，以其平方和的值作为求解同名点的依据，匹配精度与窗口大小、影像信噪比有关;

“单点最小二乘法”影像匹配也是基于单点的，把像素的灰度值视为观测值，并充分考虑了影像的几何畸变、辐射畸变等系统误差改正，改善了影像匹配的精度；它采用最小二乘法计算原则，有利于考虑观测值（像素）与观测值或其他地面目标之间的关系，灵活应用这些控制条件，使其的精度和可靠性有所提高，可达子像素级，并使它的解的形式不仅仅局限与传统的左右位移；匹配点的位置在左片中是通过窗口梯度加权平均而求得，右影像由求得的几何参数计算而得，匹配精度与信噪比、影像的纹理结构有关；最小二乘影像匹配可以进行多张影像的匹配，并能够与其他匹配算法相结合；在最小二乘影像匹配中，由于观测误差方程式是非线性函数，需要进行线性化，因此需要较为准确的初值且需要迭代求解

“多点最小二乘法”影像匹配则是基于整体的影像匹配。

以上两种基于单点的影像匹配方法中结果的正确与否与周围的点并无联系或只有很弱的联系，而多点最小二乘影像匹配则考虑了相容性、一致性、整体协调性，可以纠正或避免错误的结果，从而提高影像匹配的可靠性；多点最小二乘匹配不仅可以基于像方，也可以基于物方，还可以在匹配过程中同时确定地形特征线，其求解的结果影像整体规则分布格网上的视差（或高程）。

多点最小二乘法的缺点在于收敛速度很慢。

2.简述基于不规则三角网绘制等高线的方法和过程。

（10分）

答：

同一高程的等高线只穿过一个三角形最多一次，因而程序设计较简单。

但是，由于TIN的存贮结构不同，因而等高线的跟踪也有所不同。

1）基于三角形搜索的等高线绘制

对于记录了三角形表的TIN，按记录的三角形顺序搜索。

其基本过程如下：

（1）对给定的等高线高程z，与所有网点高程Zi,（i=1,2,…,n）进行比较，若Zi=z；则将Zi加上

（或减）一个微小正数ε＞0（如ε＝10-4

）,以使程序设计简单而又不影响等高线的精度。

（2）设立三角形标志数组，其初始值为零，每一元素与一个三角形对应，凡处理过的三角形将标志置为1，以后不再处理，直至等高线高程改变。

（3）按顺序判断每一个三角形的三边中的两条边是否有等高线穿过。

（4）搜索该等高线在该三角形的离去边，也是相邻三角形的进入边，并内插其平面坐标。

搜索与内插方法与上面的搜索起点相同，不同的只是仅对该三角形的另两边作处理。

（5）进入相邻三角形，重复第（4）步，直至离去边没有相邻三角形（此时等高线为开曲线）或相邻三角形即搜索起点所在的三角形（此时等高线为闭曲线）时为止。

2）基于格网点搜索的等高线绘制

对于仅记录了网点邻接关系的TIN，只能按参考点的顺序，逐条格网边进行搜索。

（1）由于网点邻接关系中对每条格网边描述了两次，为了避免重复搜索，建立一个与邻接关系对应的标志数组，初值为零。

每当一个边被处理后，与该边对应的标志数组两个单元均置1。

则以后检测两个单元中的任意一个，均知道该边已处理过而不再重复处理。

设标志数组为Flag（），

（2）按格网点的顺序进行搜索。

（3）对每一格网点，按所记录的与该点形成格网边的另一端点的顺序搜索，直至搜索到第一个有等高线穿过的边的端点Q1，并内插该等高线点坐标。

（4）搜索以Q1为端点的该格网边的相邻边，若有等高线通过，内插该点平面坐标。

1、Forstner定位算子对角点定位分最佳窗口选择与

特征定位两步。

2、数字摄影测量的基本范畴还是确定被摄对象的几何位置与物理含义，即量测与理解。

3、有理函数模型是将像点坐标表示为以相应物方坐标为自变量的多项式的比值。

4、正射影像的精度检查主要是指检查，正射影像的影像质量主要是指

5、DEM数据压缩的方法很多，常用的方法有整型化压缩、差分映射以及压缩编码。

6、立体透视图的制作主要分为透视变化和消隐处理两大部分。

7、三角网数字高程模型的存储方式有三种：

直接表示网点邻接关系的结构、和。

8、“深度优先”。

对最上一层影像提取到一个特征点，即对其影像匹配。

然后将结果化算到下一层影像进行匹配，直至原始影像。

9、根据有关的参数与数字地面模型，利用相应的构像方程，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行，且使用的是数字方式处理，故叫做数字微分纠正或数字纠正。