河北司法警官職業(yè)學(xué)院《立體信息處理》2025學(xué)年第一學(xué)期期末試卷含答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.立體視覺系統(tǒng)中，基線長度與深度測量精度的關(guān)系是（）。A.基線越長，深度精度越低B.基線越短，深度精度越高C.基線越長，深度精度越高D.基線長度與深度精度無關(guān)答案：C2.以下哪種算法屬于全局立體匹配算法？（）A.SAD（絕對差之和）B.SGM（半全局匹配）C.SSD（平方差之和）D.NCC（歸一化互相關(guān)）答案：B3.結(jié)構(gòu)光三維重建技術(shù)的核心是（）。A.利用自然光獲取視差B.主動投射編碼圖案解算深度C.通過單目圖像估計(jì)深度D.基于多視圖幾何約束答案：B4.點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，“法線估計(jì)”的主要目的是（）。A.減少點(diǎn)云噪聲B.確定點(diǎn)的表面方向C.壓縮點(diǎn)云數(shù)據(jù)量D.提取點(diǎn)云特征點(diǎn)答案：B5.對極幾何中，基礎(chǔ)矩陣F的秩為（）。A.1B.2C.3D.4答案：B6.以下哪項(xiàng)不是被動式三維重建的特點(diǎn)？（）A.依賴環(huán)境光照B.適合動態(tài)場景C.設(shè)備成本較低D.需解決匹配歧義答案：B7.視差圖中，視差值d與實(shí)際深度Z的關(guān)系為（）（假設(shè)焦距f，基線B）。A.Z=fB/dB.Z=d/(fB)C.Z=f/dBD.Z=B/(fd)答案：A8.ICP（迭代最近點(diǎn)）算法的主要用途是（）。A.點(diǎn)云配準(zhǔn)B.點(diǎn)云分割C.點(diǎn)云濾波D.點(diǎn)云特征提取答案：A9.立體匹配中，“遮擋區(qū)域”的處理通常通過（）實(shí)現(xiàn)。A.代價聚合時忽略無效區(qū)域B.強(qiáng)制左右視圖視差一致性檢查C.增大匹配窗口尺寸D.降低視差搜索范圍答案：B10.多視圖三維重建中，“稀疏點(diǎn)云”到“稠密點(diǎn)云”的轉(zhuǎn)換通常采用（）。A.光束法平差B.立體匹配擴(kuò)展C.主成分分析D.隨機(jī)抽樣一致性答案：B二、填空題（每空2分，共20分）1.立體信息處理的核心任務(wù)是從多幅二維圖像中恢復(fù)場景的______信息。答案：三維2.雙目視覺系統(tǒng)的標(biāo)定參數(shù)包括______（內(nèi)參數(shù)）和______（外參數(shù)）。答案：相機(jī)內(nèi)部幾何與光學(xué)參數(shù)；兩臺相機(jī)之間的相對位置與姿態(tài)3.結(jié)構(gòu)光編碼方式主要有時間編碼和______編碼兩類。答案：空間4.點(diǎn)云數(shù)據(jù)的常見存儲格式有PLY、______和XYZ等。答案：PCD5.立體匹配的四個關(guān)鍵步驟是：匹配代價計(jì)算、______、視差計(jì)算、視差優(yōu)化。答案：代價聚合6.對極約束的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______（左像點(diǎn)p，右像點(diǎn)p’，基礎(chǔ)矩陣F）。答案：p’^TFp=07.深度圖像（DepthMap）轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云的公式為：X=(ucx)Z/f，Y=(vcy)Z/f，其中cx、cy是______。答案：相機(jī)主點(diǎn)像素坐標(biāo)8.點(diǎn)云配準(zhǔn)中，“粗配準(zhǔn)”常用算法是______，“精配準(zhǔn)”常用算法是ICP。答案：FGR（快速全局配準(zhǔn)）9.司法場景中，立體信息處理可用于______（列舉1例）的三維采集與分析。答案：犯罪現(xiàn)場物證（如工具痕跡、腳?。┤?、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述被動式雙目立體視覺的工作流程。答案：①標(biāo)定雙目相機(jī)，獲取內(nèi)參數(shù)（焦距、主點(diǎn)）和外參數(shù)（基線、旋轉(zhuǎn)平移矩陣）；②同步采集左右視圖；③立體匹配，通過像素相似性度量（如SAD、NCC）找到同名點(diǎn)，計(jì)算視差d；④利用視差公式Z=fB/d計(jì)算深度，提供深度圖；⑤結(jié)合像素坐標(biāo)與深度，轉(zhuǎn)換為三維點(diǎn)云。2.說明SGM（半全局匹配）算法相較于局部匹配算法的優(yōu)勢。答案：局部匹配僅利用鄰域信息，易受噪聲和遮擋影響；SGM通過構(gòu)建一維路徑代價（如8或16條方向路徑），在全局約束下聚合代價，平衡了全局算法的高精度與局部算法的效率，能更好處理紋理缺失、遮擋區(qū)域，提供更連續(xù)的視差圖。3.主動式三維重建（如結(jié)構(gòu)光）與被動式（如雙目視覺）的主要區(qū)別是什么？答案：①光源：主動式主動投射結(jié)構(gòu)光，被動式依賴環(huán)境光；②適用場景：主動式不受光照限制，適合弱光/無紋理場景，但動態(tài)物體易模糊；被動式適合動態(tài)場景，但需場景有足夠紋理；③設(shè)備成本：主動式需投影裝置，成本較高；被動式僅需相機(jī)，成本低；④精度：主動式通常精度更高（亞像素級），被動式受匹配精度限制。4.點(diǎn)云去噪的常用方法有哪些？各適用于什么場景？答案：①統(tǒng)計(jì)濾波（StatisticalOutlierRemoval）：基于點(diǎn)的鄰域點(diǎn)距離分布，剔除離群點(diǎn)，適用于均勻噪聲場景；②半徑濾波（RadiusOutlierRemoval）：設(shè)定半徑內(nèi)鄰域點(diǎn)數(shù)閾值，剔除稀疏點(diǎn)，適用于孤立噪聲；③雙邊濾波：同時考慮空間距離和強(qiáng)度相似性，保留邊緣的同時去噪，適用于含邊緣的點(diǎn)云；④高斯濾波：通過鄰域加權(quán)平均平滑點(diǎn)云，適用于高斯噪聲場景。5.在司法物證鑒定中，三維點(diǎn)云相比二維圖像有何優(yōu)勢？答案：①幾何信息完整：可精確測量物證的三維尺寸（如工具痕跡的深度、腳印的壓力分布）；②空間關(guān)系保留：還原物證與現(xiàn)場的相對位置（如窗臺撬壓痕跡的三維方位）；③可重復(fù)性：三維數(shù)據(jù)可長期存儲，支持不同時間、不同專家的復(fù)檢；④量化分析：通過點(diǎn)云配準(zhǔn)、差異檢測（如比對嫌疑工具與現(xiàn)場痕跡的三維特征），提供客觀量化證據(jù)；⑤可視化增強(qiáng)：通過三維模型直觀展示物證細(xì)節(jié)，輔助法官、陪審團(tuán)理解。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某雙目相機(jī)系統(tǒng)基線B=80mm，焦距f=250像素，像元尺寸為0.01mm/像素（即1像素=0.01mm）。左圖像中像素點(diǎn)u=320，右圖像中對應(yīng)點(diǎn)u’=280（v坐標(biāo)相同），計(jì)算該點(diǎn)的三維坐標(biāo)（以左相機(jī)光心為原點(diǎn)，Z軸為光軸方向）。答案：①計(jì)算視差d=uu’=320280=40像素；②計(jì)算深度Z：Z=fB/d=250像素×80mm/40像素=500mm；③計(jì)算X坐標(biāo)（水平方向）：X=(ucx)×(Z×像元尺寸)/f假設(shè)主點(diǎn)cx=320（圖像中心），則X=(320320)×(500mm×0.01mm/像素)/250像素=0mm；④計(jì)算Y坐標(biāo)（垂直方向）：同理，v=v’=240（假設(shè)主點(diǎn)cy=240），則Y=(240240)×(500×0.01)/250=0mm；最終三維坐標(biāo)：(0mm,0mm,500mm)。五、綜合應(yīng)用題（20分）某盜竊案現(xiàn)場窗戶上發(fā)現(xiàn)一處撬壓痕跡（長約5cm，深約2mm），需通過立體信息處理技術(shù)進(jìn)行三維建模。請?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集方案（設(shè)備選擇、參數(shù)設(shè)置）、處理流程（含關(guān)鍵步驟），并說明如何利用三維模型輔助破案。答案：數(shù)據(jù)采集方案：①設(shè)備選擇：采用高精度結(jié)構(gòu)光掃描儀（如ArtecSpaceSpider，精度0.05mm），因痕跡尺寸小、深度淺，需高分辨率；或雙目視覺系統(tǒng)（如ZED2i，搭配近攝鏡頭），但結(jié)構(gòu)光更適合無紋理金屬表面。②參數(shù)設(shè)置：掃描距離3050cm（確保覆蓋痕跡及周圍10cm范圍）；分辨率設(shè)置為0.1mm（滿足2mm深度測量需求）；掃描重疊率≥40%（保證點(diǎn)云拼接精度）；環(huán)境光照需均勻（避免反光，可使用漫反射板輔助）。處理流程：①預(yù)處理：去除點(diǎn)云中的環(huán)境干擾（如窗戶框架外的點(diǎn)），使用統(tǒng)計(jì)濾波（設(shè)置鄰域點(diǎn)數(shù)50，標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)2）去除噪聲；②特征提?。和ㄟ^邊緣檢測提取撬壓痕跡的輪廓特征，標(biāo)記痕跡起點(diǎn)、終點(diǎn)、最深點(diǎn)；③三維重建：利用多視掃描數(shù)據(jù)，通過ICP算法配準(zhǔn)點(diǎn)云，提供完整痕跡點(diǎn)云；④后處理：進(jìn)行點(diǎn)云網(wǎng)格化（Poisson重建），提供三角網(wǎng)格模型，并計(jì)算表面曲率（突出痕跡的凹陷特征）；⑤測量分析：在三維模型中測量痕跡長度（5.2cm）、最大深度（2.3mm）、寬度（1.8cm），提取痕跡的截面輪廓曲線。輔助破案應(yīng)用：①工具比對：將痕跡三維模型與嫌疑工具（如撬棍）的三維模型