数字摄影测量复习题

数字摄影测量复习题

一、 选择题

1. 在航空影像的透视变换中，地面上一组平行于摄影方向线直线上无空远点的构像是（ D ）。

A. 像主点

B. 像底点

C. 等角点

D. 主合点

2. 在航空影像的透视变换中，过像片上等角点的像水平线称为（ A ）。

A. 等比线

B. 主纵线

C. 迹线

D. 摄像方向线

3. 在倾斜的航空影像上，若地面没有起伏，则摄影比例尺不受像片倾斜影响等于水平像片摄影比例尺的点位于（ C ）上。

A. 真水平线

B. 主纵线

C. 等比线

D. 迹线

4. 航空影像的内方位元素包括镜头中心（镜头物方节点）到影像面的垂距，以及（ A ）相对于影像中心的位置

A. 像主点

x0、

y0。

B. 像底点

C. 等角点

D. 主合点

5. 在进行影像内定向时，若仅量测了3个框标的像点坐标，则可以使用的多项式变换公式是（ A ）。

A. 线性变换公式

B. 双线性变换公式 C. 仿射变换公式

D. 投影变换公式

6. 航空影像组成的立体像对，完成相对定向后，则（ B ）。

A. 消除了同名像点的左右视差

B. 像除了同名像点的上下视差

C. 消除了像点由于地表起伏引起的像差 D. 求出了影像的外方位元素 7. 在以下数字影像特征提取算法中，适合进行圆点定位的是（ A ）。

A. Wong-Trinder定位算子 C. Hough变换

B. Forstner算子

D. 高精度角点与直线定位算子

8. 在竖直航空摄影的情况下，导致几何畸变的主要原因是（ D ）。

A. 摄影机物镜透视畸变

C. 影像扫描数字化过程产生的畸变

B. 感觉材料变形 D. 地形高差产生的畸变

9. 在VirtuoZo数字影像处理前，必须进行哪些设置（ABCD）。

A.测区参数

B.模型参数

C.相机参数

D. 地面控制点

10. 数字摄影测量系统是由（ A ）代替人眼的立体量测与识别，完成影像几何与物理信息自动提取。

A. 计算机视觉

B. 机械导杆

C. 光学投影

D. 光学与机械导杆

11. 数字摄影测量的基本范畴还是确定被摄对象的（ A ）与（ C ），即量测与理解。

A. 几何特性

B. 微分特性

C. 物理属性

D. 辐射特性 D. 差平方和

12. 哪些是数字影像匹配的基本算法（ABCD）

；.

A.相关函数 B.协方差函数 C.相关系数

.

13. 在VirtuoZo中能够直接生成哪些产品（ABD）

A.DEM

B.正射影像

C.截面图

D. 等高线图

14. 以下哪一项不属于摄影测量主要发展阶段（ C ）

A. 解析摄影测量

B. 模拟摄影测量

C.机器摄影测量

D.数字摄影测量

15. 为求得不在采样点上的影像的灰度值时就需要进行内插，这个过程称为（ D ）

A. 采样

B. 量化

C. 离散化

D. 重采样

16. 以下各种影像匹配方法中，可以考虑辐射畸变和几何变形的算法是（ D ）。

A. 协方差函数测度匹配算法 C. 铅垂线轨迹法

B. 相关系数测度匹配算法 D. 最小二乘法影像匹配

17. 以下影像匹配方法中，可以直接确定物体表面点三维坐标的是（ ）。

A. 相关函数法

B. 相关系数法

C. 铅垂线轨迹法

D. 最小二乘影像匹配

18. 影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别（ C ）。

A．像主点

B. 特征点

C. 同名点

D. 差异点

19. 若两张影像的灰度强度平均相差一个常量，以下数字影像匹配基本算法中，匹配测度不受影响的是（ ）。

A. 相关函数

B. 协方差函数

C. 相关系数

D. 差平方和

20. 仅考虑辐射的线性畸变的最小二乘匹配是（ C ）。

A．相关函数

B. 协方差函数

B. 相关系数

D. 最小距离

21. 相关系数是（ D ）线性变换的不变量

A. 坐标

B. 焦距

C. 几何

D. 灰度

22. （ CD ）共同称为立体正射影像对。

A. 原始影像

B. 水平影像

C. 正射影像

D. 立体匹配片

23. 通过相关函数的谱分析可知，当信号高频成分较少时，相关函数（ A ），相关的（ B ）。

A．曲线较平缓

B. 拉入范围较大

C. 曲线陡峭

D. 拉入范围较小

24. 由粗到精的相关策略，也就是先通过（ A ）进行初相关，找到同名点的粗略位置，然后再利用高频信息进行（ B ）。

A．低通滤波

B. 精确相关

C. 高通滤波

D. 粗相关

25. 根据影像的外方位元素与（ D ），利用相应的（ C ），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，叫做数字微分纠正。

A. 立体模型

B. 外方位元素

C. 构像方程式

D. 数字地面模型

26. Forstner算子计算各像素的（ B ）和像素为中心的一个窗口的（ D ），在影像中寻找具有尽可能小而接近圆的误差椭圆的点作为特征点。

A. 灰度方差阵

B Robert’s 梯度 C. 二阶差分

D. 协方差矩阵

27. DEM的精度主要取决于（ BC ），对不同的内插算法，只要应用合理，所得DEM的精度相差并不大。

；.

A. 目标的高程 B. 地形的复杂程度 C. 采样间隔 D. 影像的质量

.

二、 填空题

1. 摄影测量与遥感要解决的是所获信息的“2W”问题，即 where(在哪儿) 和 what(是什么) 这两大问题。

2. 摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三种方法。

3. 同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称为航向重叠，一般在60%以上。相邻航线的重叠称为旁向重叠，重叠度要求在24%以上。

4. 摄影中心且垂直于像平面的直线叫做 主光线（轴） ，它与像平面的交点称为 像主点 。 5. 航空摄影像片为 中心投影 。

6. 摄影测量中常用的坐标系有 像平面坐标系、 像空间坐标系、 像空间辅助坐标系、 摄影测量坐标系、 地面测量坐标系和 地面摄影测量坐标系。

7. 像点a、摄影中心S和物点A在同一条直线上，这三点之间的数学关系式称为 共线条件方程式（或中心投影构像方程，万能公式） 。

8. 中心投影的共线条件方程表达了 摄影中心 、 像点 和 对应地物点 三点位于 同一直线的几何关系，利用其解求单张像片6个外方位元素的方法称为 单片空间后方交会。

9. 恢复相片对的外方位元素要经过两个步骤： 相对定向 和 绝对定向 。 10.

利用航摄像片上三个以上像点坐标和相应的地面点坐标，计算像片的外方位元素的工

作，称为 单张像片的空间后方交会 。

11. 恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据是 共面条件 方程。

12. .相对定向的目的是确定相邻像片之间的相对位置关系，最少需要 5 对 同名像点。 13. 摄影测量中，为了恢复立体像对两张像片之间的相互位置关系，可以根据左右像片上的 同名像点 位于 同一核面 的几何条件，采用 相对定向 方法来实现，最少需要量测 5 对同名像点。

14. 解求单张像片的外方位元素最少需要 3 个平高地面控制点。

15. 采用连续法对像对进行相对定位时，通常采用 左像片的像空间直角坐标系 作为描述两张像片相对位置的像空间辅助坐标系。

16. 单元模型的绝对定向最少需要 2 个平高和 1 个高程地面控制点。

17. 两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要 2 个平高和 1 个高程地面控制点。 18. 恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是 共面条件方程 。 19. 影像数字化包括 采样 和 量化 两项内容。 20. 用于影像匹配的特征分为 点特征 和 线特征 两种。

21. 数字影像匹配的基本匹配算法有： 相关函数法 、 协方差函数法 、 相关系数法 、 差平方和法 以及 差绝对值和法 。

22. 从航摄像片上量测的像点坐标可能带有 摄影材料变形 、 摄影机物镜畸变 、 大气折光误 和 地球曲率误差 四种系统误差。

；.

.

23. 为了获得纠正影像格网的灰度值，有两种方案，分别称为 直接法 方案和 间接法 方案。

三、 名词解释：

1. 航空影像

在飞机上使用航空摄影机对地面摄影得到的影像。 2. 摄影比例尺

严格讲，摄影比例尺是指航摄像片上一线段为J与地向上相应线段的水干距L之比。由于影像片有倾角，地形有起伏，所以摄影比例尺在像片上处处不相等。一般指的摄影比例尺，是把摄影像片当作水平像片，地面取平均高程．这时像片上的一线段l与地面上相应线段的水平距L之比，称为摄影比例尺1／m。

3. 像片倾角

空中摄影采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，它偏离铅垂线的夹角应小于3D，夹角称为像片倾角。

4. 航向重叠

同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称为航向重叠，一般要求在60％以上。 5. 旁向重叠

相邻航线的重叠称为旁向重叠，重叠度要求在24％以上。 6. 立体像对

在两摄站点对同一地面景物摄取有一定影像重叠的两张像片。 7. 立体摄影测量

根据立体像对中的物像几何关系，以数学计算方法解求被摄目标空间坐标的理论方法。 8. 摄影基线

控制像片重叠度时，是将飞机视为匀速运动，每隔一定空间距离拍摄一张像片，摄站的间距称为空间摄影基线B。

9. 像平面坐标系

像平面坐标系用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系，x，y轴的选择按需要而定．在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像框标坐标系。

10. 像主点

相机主光轴与像平面的交点。 11. 主合点

地面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像。 12. 内方位元素

内方位元素是表示摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括三个参数。即摄影中心到像片的垂距(主距)f及像主点o在像框标坐标系中的坐标

；.

x0,y0。

.

13. 外方位元素

外方位元素是表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数,一张像片的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值；另外三个是角元素，用于表达像片面的空间姿态。

14. 空间后方交会

已知像片的内方位元素以及至少三个地面点坐标并量测出相应的像点坐标，则可根据共线方程列出至少六个方程式，解求出像片六个外方位元素，称为空间后方交会。

15. 同名核线

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； 16. 相对定向

利用立体像对中存在的同名光线共面的几何关系，以解析计算方法解求两张像片的相对方位元素的过程。

17. 绝对定向

确定相对定向所建立的几何模型的比例尺及模型空间方位的过程。 18. 中心投影变换

对于平坦地区(地面起伏引起的投影差小于规定限差)而言，要将中心投影的像片变为正射投影的地图，就要将具有倾角的像片变为水平的像片，这种变换称为中心投影的变换。

19. 像点位移

一个地面点在地面水平的水平像片上的构像与地面有起伏时或倾斜像片上构像的点位不同，这种点位的差异称为像点位移，它包括像片倾斜引起的位移和地形起伏引起的位移，其结果是使像片上的几何图形与地面上的几何图形产生变形以及像片上影像比例尺处处不等。

20. 人造立体视觉

空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的像片产生生理视差，重建空间景物的立体视觉．所看到的空间景物为立体影像．产牛的方体视觉称为人造立体视觉。

21. 相对定向元素

描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素。 22. 采样

影像上的像点是连续分布，在影像数字化过程中每隔一个间隔读一个点的灰度值，这个过程称为采样。

23. 量化

由于采样过程得到的每个点的灰度值不是整数，将各点的灰度值取为整数，这一过程称为影像灰度的量化。

24. 灰度

像素的明亮等级，在数字摄影测量中灰度值一般为0～255之间。 25. 像片纠正

若对原始的航摄像片进行处理，即用某些光学摄影的仪器进行投影变换，使变换后得到的影像相

；.

.

当于摄影仪物镜光轴在铅垂位置时摄取的水平像片，同时改化至图比例尺；或应用计算机按相应的数学关系式进行解算，从原始非正摄的数字影像获取数字正摄影像，这些作业过程均称为像片纠正。

26. 线特征

线特征是指影像的边缘与线，边缘可定义为影像局部区域特征不相同的那些区域间的分界线，而线则可定义为是具有很小宽度的，其中间区域具有相同的影像特征的边缘对，也就是距离很小的一对边缘构成一条线。 27. 影像匹配

通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点的过程，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。

28. 金字塔影像

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。

四、 简答题

1. 简述摄影测量的三个发展阶段及各自的特点?

摄影测量从诞生到现在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。 模拟摄影测量使用物理投影方式，使用纯光学、机械型的模拟测图装置，是完全的手工操作。 解析摄影测量使用的是数字投影方式，是由计算机控制的坐标量测系统，是计算机辅助的人工操作。

模拟摄影测量和解析摄影测量使用的都是传统的正片或负片，都需要人工操作。

数字摄影测量处理的原始信息是数字影像或数字化影像；它最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备；其产品是数字形式的，传统的产品只是该数字产品的模拟输出。

2. 航空摄影测量对摄影过程及航摄资料有哪些要求？

摄影过程航空摄影前要做出计划，在做好地面准备工作之后，选择晴朗无云的天气，利用带有航摄仪的飞机或其他空载工具对地面进行摄影。飞行完毕后，将感光的底片进行摄影处理，得到航摄底片，称为负片。

对摄影资料的基本要求 航摄像片的好坏，直接影响测图精度，基本要求包括：

（1）影像的色调（要求影像清晰，色调一致，反差适中，像片上不应有妨碍测图的阴影） （2）像片重叠（为了满足测图的需要，在同一条航线上，相邻两像片应有一定范围的影像重叠，称为航向重叠，相邻航线也应有足够的重叠，称为旁向重叠）

（3）像片倾角（在摄影瞬间摄影机轴发生了倾斜，摄影机轴与铅直方向的夹角称为像片的倾角，一般要求倾角不大于2°最大不超过3°）

（4）航向弯曲（一般要求航摄最大偏距与全航线长之比不大于百分之三）

；.

.

（5）像片旋角（相邻像片的主点连线与相幅沿航线方向两框标连线间的夹角称像片旋角 有像片旋角会使旋重叠度收到影响，一般要求其不超过6° 最大不超过8°）

3. 航空摄影中，为什么要求相邻像片之间以及相邻航线之间有一定的重叠？

答：为便于立体测图及航线间的接边，除航摄像片要覆盖整个测区外，还要求像片间有一定的重叠，航向重叠一般要求在60%以上，旁向重叠要求在24%以上。地面起伏大时，重叠度还要大，才能保持像片立体量测与拼接。

4. 航摄像片有哪几个内、外方位元素，各有何用？

答：内方位元素包括三个参数，即摄影中心S到像片的垂距(主距)f及像主点o在像框标坐标系中的坐标

x0,y0，用其来恢复摄影光束。确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称为外

方位元素，一张的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空问坐标值；另外三个是角元素，用于表达像片面的空间姿态。

5. 摄影测量中常用的坐标系有哪些？各有何用？ 答：

摄影测量中常用的坐标系有两大类。一类是用于描述像点的位置，称为像方空间坐标系；另——类是用于描述地面点的位置．称为物方空间坐标系。

（1）像方空间坐标系 ①像平面坐标系

像平面坐标系用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系，x,y轴的选择按需要而定．在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像框标坐标系。

②像空间坐标系

为了便于进行空间坐标的变换，需要建立起描述像点在像空间位置的坐标系，即像空间坐标系。以摄影中心S为坐标原点，x,y轴与像平面坐标系的x,y轴平行，z轴与主光轴重合，形成像空间右手直角坐标系Sxyz

③像空间辅助坐标系

像点的像空间坐标可直接以像平面坐标求得，但这种坐标的待点是每张像片的像空间坐标系不统一，这给计算带来困难。为此，需要建立一种相对统一的坐标系．称为像空间辅助坐标系，用SXYZ表示。此坐标系的原点仍选在摄影中心S坐标轴系的选择视需要而定。

（2）物方空间坐标系

①摄影测量坐标系 将像空间辅助坐标系SXYZ沿着Z轴反方向平移至地面点P，得到的坐标系

PXpYpZp称为摄影测量坐标系

；.

.

②地面测量坐标系 地面测量坐标系通常指地图投影坐标系，也就是国家测图所采用的高斯—克吕格3带或6带投影的平面直角坐标系和高程系，两者组成的空间直角坐标系是左手系，用

TXtYtZt表示。

③地面摄影测量坐标系

由于摄影测量坐标系采用的是右手系，而地面测量坐标系采用的是左手系，这给由摄影测量坐标到地面测量坐标的转换带来了困难。为此，在摄影测量坐标系与地面测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标系，称为地面摄影测量坐标系，用

6. 摄影测量中，为什么要把像空间坐标变换为像空间辅助坐标？常用的坐标变换公式是什么？ 由于将像平面坐标求像点的像空间坐标时，每张相片的像空间坐标系不统一，给计算带来困难。因此建立相对统一的像空间辅助坐标系。像空间坐标系和像空间辅助坐标系坐标之间的变换关系为

DXtpYtpZtp表示，其坐标原点在测区内的其一地面点上。

xy

XXa1R1YRTYa2fZZa3b1b2b3c1XYc2c3Z

7. 什么是共线方程，它在摄影测量中有何应用？ 答：共线方程即中心投影的构像方程

a1(XAXS)b1(YAYS)c1(ZAZS)a3(XAXS)b3(YAYS)c3(ZAZS)

a2(XAXS)b2(YAYS)c2(ZAZS)yfa3(XAXS)b3(YAYS)c3(ZAZS)xf共线方程式包括十二个数据：以像主点为原点的像点坐标x,y，相应地面点坐标XA,YA,ZA，像片主距f及外方位元素XS,YS,ZS,,,。

共线条件方程在摄影测量中的主要应用如下： ①单片后方交会和立体模型的空间前方交会； ②求像底点的坐标；

③用作光束法平差中的基本方程； ④解析测图仪中的数字投影器； ⑤航空摄影模拟；

⑥利用DEM进行单张像片测图。

8. 空间后方交会的目的是什么?解求中有多少未知数?至少需要测求几个地面控制点?为什么? 答：利用一定数量的地面控制点，根据共线方程，反求像片的外方位元素，这种方法称为单张像片的空间后方交会。解求外方位元素时，有六个未知数，至少需要六个方程。由于每一对共轭点可列

；.

.

出两个方程，因此，若有三个已知地面坐标控制点，则可列出六个方程，解求六个外方位元素改正数

dXS,dYS,dZS,d,d,d．测量中为了提高精度，常有多余观测方程。在空间后方交会中，通常是在

像片的四个角上选取四个或更多的地面控制点，因而要用最小二乘法平差计算。

9. 试推导空间后方交会中误差方程式系数

a23Y? 10. 假设在航高 H 处利用主距为 f 的航摄仪拍得一张理想的航摄像片，试导出像片上的像点坐标与其对应物点坐标间的关系式，并说明式中各符号的物理意义。

【答】 下图示意了理想像片上像点与其对应物点坐标间的关系（以 x 坐标为例）。

由图中相似三角形可得到：

同理：

将上两式整理可得：

式中，（Xs，Ys）为投影中心在地面摄影测量坐标系中的平面坐标；（X，Y）为地面点 A 在地面摄影测量坐标系中的坐标；（x，y）为地面点 A 所对应的像点 a 在以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标；f 为摄影机主距；H 为摄影航高。

11. 设在航高 H 处利用主距为 f 的航摄仪对同一地物拍得一张理想的和一张倾斜的航摄像片，试推导某地物点在两张像片上构像的像平面坐标间的几何关系，并详细说明式中各符号的意义。 【答】 根据共线条件方程，倾斜像片上一像点的像平面坐标与其对应地面点的三维坐标具有如下关系：

；.

.

式中，x, y为像点的像平面坐标；f为航摄仪主距； XA,YA,ZA为地面点坐标；XS,YS,ZS

为像片外方位线元素； 表示由像片外方位角元素组成的正交变换矩阵。对于同

一摄站所拍摄的理想像片R为单位阵，当同一地面点在理想像片的构像为Xt,Yt时，有

将倾斜像片共线方程式代入上式得：

展开后整理得：

上式即为某地物点在两张像片上构像的像平面坐标间的几何关系。

12. 双像解析摄影测量测求地面点三维坐标的方法有哪三种？ 答：用解析的方法处理立体像对，常用的方法有三种：

①利用像片的空间后方交会与前方交会来解求地面目标的空司坐标。

②利用立体像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型，计算出模型点的空间坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放．把模型纳入到规定的地面坐标系之中．解求出地面目标的绝对空间坐标。

②利用光束法双像解析摄影测量来解求地面目标的空间坐标，这种方法将待求点与已知外业控制点同时列出误差方程式，统一进行平差解求。这种方法理论较为严密．它把前面两种方法的两种步骤合在一个整体内。

13. 立体像对前方交会的目的是什么?

答：应用单像空间后方交会求得像片的外方位元素后，欲由单张像片上的像点坐标反求相应地面点的空间坐标仍不可能，只能确定其空间方向，而使用同名像点就能得到两条同名射线在空间的方向，这两条射线一定相交其相交处必定是该地面点的空间位置，所以空间前方交会是为了确定相应地面点的地面坐标。

；.

.

14. 绝对定向的目的是什么?定向元素有哪些?如何解求绝对定向元素?解求中至少需要几个控制点?

绝对定向的目的就是将相对定向后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐标，七个参数

X，Y，Z，，，，。7个未知数至少需列7个方程，若将已知平面坐标(Xtp,Ytp)和高

程

Ztp的地面控制点称为平高控制点，仅已知高程的控制点称为高程控制点，至少需要两个平高控制

点和一个高程控制点，而且三个控制点不能在一条直线上。生产中，一般是在模型四角布设四个控制点，因此有多余观测值，按最小二乘法平差解求。

15. 解析相对定向的目的是什么?有哪两种方法?各种方法的定向元素是哪五个?

答：

用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素。用解析计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向。有连续像对相对定向和单独像对相对定向。

（1）连续像对相对定向

连续像对相对定向是以左方像片为基准，求出右方像片相对于左方像片的相对方位元素。选定像空间辅助坐标系S1X1Y1Z1，使得左像片在S1X1Y1Z1中的相对方位元素均为已知值。需要解求的元素只有5个，即by,bz,,,

（2）单独像对相对定向

单独像对相对定向是以摄影基线作为像空间辅助坐标系的X轴，以

左摄影中心S1为原点，左像片主光轴与摄影基线B组成的主核面(左主核面)为XZ平面，构成右手直角坐标系S1X1Y1Z1

单独像对相对定向元素为1,1,2,2,2

16. 什么是影像相关？它与影像匹配存在着什么样的关系？简述影像相关的基本原理。 答：

通过取出以待定点为中心的左影像的小区域的影像信号与右影像上相应区域的影像信号，计算它们的相关函数，相关函数最大值对应的右影像区域的中心即为待定点的同名点，这种求解同名点的过程就叫影像相关。影像相关只是影像匹配的一个方面，影像匹配包括影像相关，但涵盖的范围更广泛。影像相关的基本原理(以二维相关为例)：在左影像上取以待定点为中心的目标区，其大小为m*n,粗略估计其同名点在右影像上可能存在的区域，在右影像上取搜索区大小为k*l(k>m,l>n),依次取搜索区中与目标区大小相同的窗口，并计算其与目标区的相关系数，比较所有的相关系数,取其最大值或者最小值(依算法而定)对应的搜索区中所取区域的中心为待定点的同名点，这就是影像相关的基本原理。

；.

.

17. 比较有名的点特征提取算子有哪几种？试述其中一种提取算子的原理。 答：算子种类：moravec算子forsther算子

moravec算子原理：（利用灰度方差提取点特征的算子）。 步骤：

①计算个像元的兴趣值IV在以像素（c，r），为中心的wkw的影象窗口中计算四个方向相邻像素灰度差的平方和，取最小者作为该像素（c，r）的兴趣值：IVcr=min{V1V2V3V4};

②.给定一经验阈值的点作为候选点；

③，选取候选点中的极值点作为特征点。此步骤称为“抑制局部非最大”。

综合，moravec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。 18. 差分算子的缺点是什么？为什么LOG算子能避免差分算子的缺点？

答：差分算子对噪声较敏感，提取的特征并非真正的特征，LOG算子在提取边缘时，利用高斯函数先进行低通滤波，然后再利用拉普拉斯算子进行高通滤波并提取零交叉点，因而避免了差分算子的缺点。

19. Hough变换的作用是什么？是否直接用于特征提取？试述Hough变换的过程。 答：

（1）作用：将影像空间中的曲线交换到参数空间中，通过检测参数空间中的极值点，确定出该曲线的描述参数，从而提取影像中的规则曲线。

（2）不能。由于存在噪声及特征点的位置误差，参数空间中的所映射曲线并不严格通过一点， （3）过程：

①对影像进行预处理，提取特征并计算其梯度方向，②将（Q， ）参数平面量化，设置二维累计矩阵H（Qi， ）③边缘细化，剔除非极值点，④计算 值，并给相应的累计矩阵元素增加一个单位值，⑤对累计矩阵进行阈值检测，将大于阈值的点作为备选点，⑥取累计矩阵中备选点中的极大值点为所需的峰值点，这些点所对应的参数空间的坐标即所检测直线的参数。

20. 说明金字塔影像的概念及其建立的必要性和重要性。

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，即为金字塔影像。它采用由粗到精的策略，即先利用低频信息进行粗相关，概略找出同名点的位置，然后利用高频信息进行精相关找到同名点。其必要性与重要性：由于根据相关函数谱分析，相关函数越陡峭，则高频信息越丰富，相关精度也越高，但拉入范围(即可靠性)小；而相关函数越平缓，低频信息越丰富，相关精度也低，但拉入范围大，可靠性高。鉴于这种问题，通过金字塔影像的建立，应用由粗到精的策略，这样既可以保证相关结果的精度，还能保证其可靠性，因此金字塔影像的建立非常重要。

21. “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

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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。

22. 什么是特征匹配？它与基于灰度的影像匹配有什么不同？请说明实现自动相对定向的方法原理和关键技术。

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； 23. 作图说明航摄像片的外方位元素

确定摄影瞬间摄影机或像片的空间位置，亦即摄影光束空间位置的数据，称为像片的外方位元素

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（5分）

24. 简述影像重采样理论及相关主要方法

当欲知不位于矩阵(采样)点上的原始函数 的数值时就需进行内插，此时称为重采样(resampling)，意即在原采样的基础上再一次采样。

主要方法为双线性插值法、双三次样条曲线内差法、最邻近像元法 25. 详述前方交会的计算步骤

（1）由已知外方位角元素和像坐标，求出像点的左右像空间辅助坐标 （2）由已知外方位线元素，求出（BX,BY,BZ） （3）求出投影系数

（4）求出地面点在S-XYZ像空间辅助坐标系中的坐标 （5）地面点在物方坐标系中坐标 26. 航摄像片与地图有什么不同？

答：航摄像片是地面景物的中心投影构像，地图在小范围内可认为是地面景物的正射投影，这两种投影的性质不同。

（1）航摄像片与地形图比例尺的差异

①航摄像片的比例尺与地形图比例尺的定义是相同的，是线段在像平面上的构像与其在地面上的实地距离之比。

②对一幅地形图来说，图上各处比例尺都是相同的，即等于常数；

③而对于中心投影的航摄像片来说，不但因航高的变化会使各片的比例尺不一样，而且就同一张航片而言，由于像片倾斜和地形起伏产生的像点位移也会使各处比例尺不一致。

（2）航摄像片与地形图投影方法的差异

①地形图的投影属于正射投影（也称垂直投影），因此地形图上的地物地貌形状与实地完全相似，相关方位保持不变，各处比例尺相同。

②航摄像片是地面的中心投影，由于同时存在由于像片倾斜和地形起伏而引起的像点位移，致使航摄像片上的影像变形，不但同一张像片上各处比例尺不一致，而且相关方位也发生变化。

；.

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（3）航摄像片与地形图表示方法的差异

①在表示方法上，地形图上的地物、地貌要素是按成图比例尺规定的符号和等高线来表示的，而航摄像片只能用影像的大小、形状和色调反映地物、地貌。

②在表示内容上，地形图上除用相应的符号外还有必要的文字、数字注记等（如居民地名称，道路等级等），这些在航摄像片是表示不出来的。

③在地形图上要依据成图比例尺，对地物地貌要素进行综合取舍，只表示那些重要或有方位意义的地物；而在航摄像片上，所有地物都有其影像。

27. 数字微分纠正有哪两种方案？分别进行说明。

答：数字微分纠正是根据已知参数及数字高程模型，利用构像方程式或一定的数学模型由控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获得正射影像，对影像很小的区域逐一进行数字纠正的过程为数字微分纠正。

数字微分纠正包括直接法数字微分纠正和间接法数字微分纠正：

①直接法数字微分纠正 从原始影像出发，按行列的顺序依次对每个原始像元素点位求其在输出影像(纠正影像)中的正确位置：

XFx(x,y)

YFy(x,y)

式中，x,y为原始影像上像元素坐标，X，Y为纠正影像上相应像元坐标，

Fx、

Fy为直接纠正变换函数。

②间接法数字微分纠正 从空白的纠正影像出发，按行列的顺序依次以每个像素点位反求其在原始影像中的位置：

式中，

Gx,GyxGx(X,Y)yGy(X,Y)

为间接纠正变换函数。

28. 简述反解法数字微分纠正的计算步骤，并说明正解法数字微分纠正的缺点（P213—P215）。

29. 简述一种框幅式航空影像制作其核影像的方法

答：利用基于影像几何纠正的核线解析关系方法寻找核线，首先将影像上的核线投影到一对平行于摄影基线的影像对上后，则核线互相平行，该倾斜影像上的坐标系为x, y；“水平”影像上的坐标为u,v，则：

显然，在“水平”影像上，v＝某常数即表示某一核线，将v＝c代入上式，整理可得

；.

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若以等间隔取一系列的u值k ，k1，k2……，即解求得一系列的像点坐标，x0,y0，

x1,y1……。这些像点就位于倾斜影像的核线上，若将这些像点经重采样后的灰度gx0,y0，

gx1,y1……直接赋给“水平”影像上相应的像点，即

就能获得“水平”影像上之核线。

由于在“水平”影像对上，同名核线的v坐标值相等，因此将同样的vc代入右影像共线方程：

即能获得右影像上的同名核线。

由以上分析可知，该方法实质是一个数字纠正，将倾斜影像上的核线投影（纠正）到“水平”影像对上，求得“水平”影像对上的同名核线。

五、 计算题

gi,j102,gi1,j112,gi,j1118,gi1,j1126,ki,lj,441. 为采样

间隔，用双线性插值计算

gk。

；.