摄影测量

一、名词解释1、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，如三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、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。3、AreaBasedMatching:基于灰度的影像匹配；RegionBasedMatching：基于区域的影像匹配；VLL：基于物方的影像匹配；FeatureBasedMatching:基于特征的影像匹配。4、数字影像：它是一个灰度矩阵g,矩阵的每一个元素gij是一个灰度值,对应着实体或光学影像的一个微小区域，称为像元素。各像元素的灰度值代表其影像经采样和量化了的灰度级。5、DEM:表示区域D上地形的三维向量有限序列：{Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,……n}其中（Xi,Yi）∈D平面坐标，Zi是相应的高程。6、4D产品：DEMDigitalElevationModel（数字高程模型），DOMDigitalOrthophotoMop（数字正射影像），DLGDigitalLineGraph（数字线划图），DRGDigitalRasterGraph（数字矢量图）。7、金字塔影像：将原始影像按倍率缩小影像，构成具有不同分辨率的影响登记序列。或采用逐次低通滤波，并增大采样间隔方式得到一个像元总数逐渐变小的影像序列，若将这些不同的数字影像叠置起来，恰似一座金字塔，成为金字塔影像结构。8、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之间的边界线；“线”是指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。9、采样：将传统光学影像数字化的得到的数字影像，或直接获取的数字影像，不可能对理论上的每一个点都获取其灰度值，而只能将实际的灰度函数离散化对相隔一定间隔的“点”量测其灰度值，这种对实际连续函数模型离散化的量测过程就是采样。10、重采样：当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始资料函数g(x,y)的数值时就需要进行内插，此时称为重采样，即在原采样的基础上再次采样。二、简答题1、简述影像相关的基本原理。答：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＞m）,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。2、为什么最小二乘影像匹配能够达到很高的精度？它的缺点是什么？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∑vv=min，在影像匹配的同时解求这些参数。由于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，并使它的解得形式不仅仅局限于传统的左右位移。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。缺点: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。3、简述数字纠正的原理答：数字纠正是以像素为单元，通过数字影像变换完成像片纠正的过程。或根据已知参数及数字高程模型，利用构想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。4、简述从解析向数字摄影测量过渡阶段的计算机辅助测图与进入数字摄影测量时代后，该过程的区别？答：进入数字摄影测量时代后，该过程称为数字影像测图。它是利用计算机代替解析测图仪（或具有机助系统的模拟测图仪），用数字影像代替模拟像片、用数字光标代替光学光标，直接在计算机上进行数字化测图的作业方法。5、什么是数字影像？频域的作用？答：数字影像见名词解释；频域作用：数据可以压缩，能更有效的存储和传递；影像分解力的分析以及许多影像的处理过程在频域内可以更有利的进行。6、什么是线特征、点特征？有哪些梯度算子可用于线特征、点特征提取？答：1、点特征：主要指明显的点，如角点、原点等。提取方法：Moravec算子、Forstner算子、harris算子；2、线特征定义见名词解释。提取方法：梯度算子、Robert算子、Sobel算子、方向二阶差分算子、拉普拉斯算子、LOG算子7、最小二乘匹配为什么进行重采样？答：是由于换算所得的坐标(X2,Y2)一般不可能是右影像阵列中的整数行列号，因此重采样是必须的，有重采样获得g(X2,Y2)可采样双线性内插。8、什么是VLL，其优点？答：VLL:基于物方的影像匹配。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，通过比较不同的高程所对应的像点的相关测度，取最大测度出的像点作为同名点，相应的高程作为物点的高程。优点：“基于物方的影像匹配法”影像是基于物方的，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的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、影像信噪化、匹配窗口大小有关。9、航空影像正、反解法数字纠正的原理及优缺点答：正解法原理是从原始影像出发，将原始影像上逐个像元素用正解公式求得纠正后的像点坐标。正解法缺点是在纠正后的图像上，所得的像点是非规则排列的，有的像元素内可能出现空白，而有的像元素可能重复出现，因此很难实现灰度内插并获得规则排列的数字影像。反解法是由纠正后的像点坐标出发反求其在原始图像的像点坐标。步骤是计算地面点坐标、计算像点坐标、灰度内插、灰度赋值。10、试述Moravec算子及Forstner算子点特征提取的原理答：Moravec算子点特征提取原理：利用灰度方差提取点特征的算子。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。步骤：①计算各像元的兴趣值IV(InterestValue)；②给定一经验阀值的点作为候选点；③选取候选点中的极值点作为特征点。Forstner算子点特征提取原理：通过计算各像素的Robert梯度和以像素(c,r)为中心的一个窗口的灰度协方差矩阵,在影像中寻找具有尽可能小而且接近圆的误差椭圆的点作为特征点,它通过计算各影像点的兴趣值并采用抑制局部极小点的方法提取特征点。步骤：①计算各像素的Robert梯度；②计算l×l窗口中灰度的协方差矩阵；③计算兴趣值q与w；④确定待选点；⑤选取极值点。11、生成核线影像方式答：基于数字纠正的核线影像生成。该方法的基本思路是，将左右片倾斜影像同名核线投影到与摄影基线平行的平面上。以左片为例，作为倾斜影像的左片与平行基线的平面，其几何关系类比于像空间坐标系与物空间坐标系。通过类似的旋转矩阵可求得倾斜相片上的点与纠正水平相片上的点的坐标关系。由于以平行于基线的平面作为了纠正平面，左右影像同名核线在该平面上的投影核线是同一条直线。即y坐标相等。反过来，对于投影到平行平面的左右2张核线影像，每一条水平线都对应左右影像的同名核线。在这样的一条水平核线上按照一定间隔取点，利用坐标关系可以反算到原始影像上。利用重采样可以得到核线影像灰度坐标。这样就得到了核线影像。12、数字摄影测量采样定理：shannon采样定理：采样间隔△X=1/2f1，即当采样间隔能使在函数g(x)中存在的最高频率中每周期取两个样本时，则根据采样数据可以完全恢复函数g(x),此时f1为截止频率。三、综合题1、简述Hough变换提取直线的原理，绘出程序框图。答：在标准参数化方式下平面直角坐标系中的l表达为;20,0;sinxcosy①，其中为l相对于原点的距离，为与x轴夹角。根据①式，直线l上不同的点在参数空间中被变换为一族相交于P点的正弦曲线。显然，若能确定参数空间中的p点（局部最大值），就实现了直线检测。（1）将参数空间量化成m*n(m为的等分数；n为的等分数)个单元，并设置累加器Qm*n；（2）给参数空间中的每个单元分配一个累加器Q（i,j），并把累加器的初始值设置为零；（3）取出指教坐标系中的点（Xi，Yi）（i=1,2,3,……s为直角坐标系中的已知点数）代入式①，并以此量化后的值计算出；（4）在参数空间中，找到和所对应的单元，并将该单元的累加器加1，即Q（i，j）=Q（i，j）+1;（4）当直角坐标系中的点都经过（3）、（4）两步遍历后，检验参数空间中每个累加器的值，累加器值最大的单元所对应的和即为直角坐标系中直线方程式①的参数。2、数字高程模型与数字地面模型的区别联系，说明DEM的几种常用表示形式和特点。DTM是定义在某一个区域D上的n维向量有限序列{VI,i=1，2……,n},其中某一个m维向量Vi={Vi1，Vi2，Vi3，……,Vim}表示地形、资源、环境、土地、人口等多种信息的定性或定量的描述；数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）是DTM的一个地形分量，它能比较准确地表示地形表面的形态，它表示区域D上地形的三维向量有限序列：{Vi=（Xi，Yi，Zi），Xi，YiD，i=1，2，…,n}其中，Xi,Yi表示平面位置，Zi是相应的高程，当平面位置呈现规则排列时，则（X,Y）可以省略，因此，DEM可简化为一维向量序列{Vi=Zi，i=1，2，……,n}。在实际应用中，习惯将DEM称为DTM,它们是不相同的。DEM的形式：规则矩形、不规则三角网及Grid-TIN混合网。特点：1、规则格网DEM值存储了高程Zi，存储量小，数据结构简单，易于管理。但其缺点是：有事不能准确地表示地表结构与细部特征；2、格网过大会损失精度。TIN能充分利用地貌的特征点、线，较好地表示复杂地形；可根据不同地形选取合适的采样点数；进行地形分析和绘制立体图也很方便。其缺点是：存储量大，数据结构复杂，不便于规则化管理，难以与矢量和栅格数据进行联合分析。3、Grid-TIN结合了前面两种形式的特点。5、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？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Σvv=min，在影像匹配的同时解求这些参数。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。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。因此，可以说两种算法本身是相同的。不同点：（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。6、基于摄影测量学的数字影像测图数据采集的主要过程。7、数字摄影测量系统的主要产品有哪些？绘出数字摄影测量工作站的工作流程图。DEMdigitalelevationmodelDOMdigitalorthophotomapDLGdigitallinegraphDRGdigitalrastergraph内定向相对定向绝对定向输入参数输入属性地物量测联机编辑结束准备工作：参数