1、u 3 v k “qv i M/ | “YZ 真 Fosterner算子流程图打开图像 输入窗口大 小和阈值 计算各点梯度，在一定窗口内计算协方差矩阵，计算各点兴趣值 w 和 q 以特征点十字范围内画上十字叉，标示特征点 结束 依次移动一个窗口大小，在窗口内去兴趣值最大的点最为特征点，保存其行列号和兴趣值到 tzd2 将该点作为候选点，保存其行列号及兴趣值到结构体数组 tzd1不做处理 假 qTq,wTw真 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
2、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 ;
3、 “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
4、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。 出卷人 潘励 教研室 负责人 年 月 日审核签字 共 1 页 第 1 页 武汉大学 20082009 学年下学期 数字摄影测量试卷（A） 学号
5、： 姓名： 院系： 专业： 得分 一、 判断题： （请判断下列概念或说法是否正确，对的在题后括号内打 “” ，错的打“” ，每小题1分，共10 分） 1、摄影测量与遥感是从非接触成像和其他传感器系统、通过记录、量测、分析与表达等处理、获取地球及其环境和其它物体可靠信息的工艺、科学与技术。 （ ） 2、数字摄影测量是将摄影测量的基本原理与计算机视觉相结合，从数字影像中自动（半自动）提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息。数字摄影测量也称为硬拷贝摄影测量。( ) 3、数字地面模型DTM是表示区域D上地形的三维向量有限序列V i=（X i，Y i，Z i） ，i=1，2，n，其中Z i是（X i
6、，Y i）对应的高程。 （ ） 4、所谓真正射影像，就是在数字微分纠正过程中，要以数字表面模型为基础来进行数字微分纠正。（ ） 5、图板定向的目的是建立空间坐标系（大地坐标系）与像片坐标系之间的变换关系。 （ ） 6、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， 称为选择采样。 ( ) 7、在一条核线上的任一点在另一幅影像上的同名像点必定位在其同名核线上。( ) 8、 随机信号的相关系数与其功率谱是一傅立叶变换对，即相关系数的傅立叶变换即功率谱，而功率谱的逆傅立叶变换即相关系数。 （ ） 9、坐标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）
7、的序号。 （ ） 10、所有图形必须绘在某一窗口之内，而不应超出窗口之外，称为窗外剪裁 。 （ ） 二、单项选择题： （从下列各题备选答案中选出一个正确答案，将其代号写在答题纸上。每小题1分，共10分） 1、通过摄影基线与任一物方点 A所作的平面称为通过点 A的 。A 倾斜面 B 摄影面 C 水平面 D 核面 2、传统内定向需要借助影像的 来完成。 A 主点 B 框标 C 焦距 D 摄影中心 3、 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 。 A 重采样 B 采样 C 离散化 D 量化 4、 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。 A 电子相关 B 光学相关
8、C 数字相关 D 核线相关 5、 当影像功率谱曲线较平缓，高频信息较丰富，此时相关函数曲线 ，相关精度高，但拉入范围较小。 A 较平缓 B 较陡峭 C 呈线性变化 D 不变 6、 多点最小二乘匹配是将 与 最小二乘匹配相结合，直接解求规则分布格网上的视差的整体影像匹配方法。 A 线性内插法 B 双三次卷积法 C 有限元内插法 D 移动曲面内插法 7、影像匹配的精度与信噪比有关，信噪比愈大则精度愈 。 A 差 B 高 C 不变 D 不确定 8、 算子是在四个主要方向上，选择具有最大最小灰度方差的点作为特征点。 A Forstner B Harris C Moravec D Roberts 梯度
9、9、由纠正后的像点坐标反求其在原始图像上的像点坐标 。 A 正解法 B 间接法 C 混合法 D 投影法 10、 IKONOS 卫星图像有理多项式系数（RPC）参数共有 个，其中包括有理多项式系数和规则化参数。它们一起构成了 IKONOS卫星图像的有理函数模型。 A 90 B 80 C 85 D 10 三. 简答题(50 分) 1. 简述真实景观图的制作原理 。 (10 分) 2. 简述基于不规则三角网绘制等高线的方法和过程。 （10 分） 3. 在某个连续光滑的区域内有 N 个分布不规则的数据点， 请叙述如何利用多面函数高程模型内插的方法内插规则矩形网点的高程，请给出算法过程。(10 分 )
10、4. 利用影像谱分析原理说明由粗到精的影像匹配策略的有哪些优点？（10 分） 5. 线性阵列扫描影像在利用反解法制作正射影像时会存在什么问题？并指出目前解决这类问题的一种方法，简要说明其原理。 （10） 四.综合题 （30分） 1. 结合课间编程实习内容，请叙述基于特征点采用相关系数进行同名点提取的算法流程，结合具体数据说明选择不同的计算窗口对寻找同名点数量和质量的影响，并分析原因。 （15 分） 2. 分析最小二乘法影像匹配和跨接法影像匹配这两种方法的特点，并指出它们的区别与联系。(15分) 出卷人 潘励 教研室 负责人 审核签字 年 月 日共 1 页 第 1 页 武汉大学 20082009
11、 学年下学期 数字摄影测量试卷（A）评分标准 一、 判断题： （请判断下列概念或说法是否正确，对的在题后括号内打 “” ，错的打“” ，每小题 1 分，共 10 分） 答： 1、； 2、； 3、； 4、； 5、； 6、； 7、； 8、； 9、； 10、； 二、单项选择题： （从下列各题备选答案中选出一个正确答案，将其代号写在答题纸上。每小题 1 分，共 10 分） 答: 1、D; 2、B; 3、 A; 4、 C; 5、 B; 6、 C; 7、 B; 8、 C; 9、 B; 10 A; 三. 简答题(50 分) 1. 简述真实景观图的制作原理。(10 分) 答：真实景观图的制作原理和模拟景观图相
12、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 mn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
13、） 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） 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。
14、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Z i,(i=1,2,n)进行比较，若Z i=z；则将Z i加上（或减）一个微小正数 0(如 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
15、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
16、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Q 1，并内插该等高线点坐标。 （4）搜索以Q 1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。 3. 在某个连续光滑的区域内有 N 个分布不规则的数据点，请叙述如何利用多面函数高程模型内插的方法内插规则矩形网点的高程，请给出算法过程。(10 分 ) 答：多面函数（MQ）法内插（或称多面函数最小二乘推估法）是从几何观点出发，解决根据数据点形成一个平差的数学曲面问题。其理论根据是：“任何一个圆滑的数学表面总
17、是可以用一系列有规则的数学表面的总和，以任意的精度进行逼近。 ” M个数据点可列出误差方程，其中 Nmn)为 ZQQQQaQZTTTkTkk1)(=若将全部数据点取为核函数的中心，即 m=n，则 ZQa1=ZQQZTKK1=展开得 =nmnmmnknkkKzzzqqqqqqqqqqqqZMLMMMMLLL211212122211121121 按照上述两种方案可以解求区域中每个格网点上的高程坐标，从而建立数字高程模型。 4. 利用影像谱分析原理说明由粗到精的影像匹配策略的有哪些优点？（10 分） 答： 通过相关函数的谱分析可知，当信号中高频成分较少时，相关函数曲线较平缓，但相关的拉入范围较大；反
18、之，当高频成分较多时，相关函数曲线较陡，相关精度较高，但相关拉入范围较小。此外，当信号中存在高频窄带随机噪声或信号中存在较强的高频信号时，相关函数出现多峰值，因此会出现错误匹配。综合考虑相关结果的正确性（或称为可靠性）与精度（准确性），得出目前广泛应用的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。通常，先对原始信号进行低通滤波，进行粗相关，将其结果作为预测值，逐渐加入较高的频率成分，在逐渐变小的搜索区中进行相关，最后用原始信号，以得到最好的精度。由粗到精的相关策略可以提高影像匹配的可靠性以及速度。 5. 线性阵列扫描影像在利用反解法制作
19、 正射影像时会存在什么问题？并指出目前解决这类问题的一种方法，简要说明其原理。（10） 答：由若干条线性阵列扫描影像可以构成像幅。例如法国的 SPOT卫星影像，它由 6000条扫描线组成一幅影像，影像坐标系的原点设在每幅影像的中央，即第 3000条扫描线的第 3000个像元上。第 3000 条扫描线可作为影像坐标系的 x 轴，则各扫描线上第 3000 个像元的连线就是 y 轴，在时刻t的构像方程为： = )()()()()()()()()()()()(10333222111tZZtYYtXXtctbtatctbtatctbtafxSSS（ t）表明各参数是随时间而变化的。 根据反解法制作正射影像的特点，首先要确定每个像素的外方位元素，才能建立像素与其对应的物方点的空间关系。但是针对线性阵列扫描影像在像素位置没有确定的情况下无法知道其外方位元素，因此利用反解法纠正线性阵列扫描影像时需要迭代。为了解决这个问题有人提出直接法与间接法相结合的纠正方案。 对于线性阵列传感器影像的纠正，由于利用间接法也需要迭代求解，而直接法本来就需要迭代求解，因而可以将两种方法结合起来。首先在影像上确定一个规则格网，其所有格网点的行、列坐
