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1、第五章第五章 遥感图像处理遥感图像处理几何校正几何校正遥感图像的几何变形遥感图像的几何校正一、遥感图像的几何变形一、遥感图像的几何变形 遥感图像的几何变形 指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的差异。研究遥感图像几何变形的前提是必须确定一个图像投影的参照系统，即地图投影系统。遥感图像的几何变形有两层含义遥感图像的几何变形有两层含义 一是指平台在运行过程中，由于姿态、地球曲一是指平台在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差。感器自身性能所引起的几何位置偏
2、差。二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。应坐标之间的差异。 传感器的外方位元素，是指传感器成像时的位置（Xs，Ys，Zs）和姿态角（ ，）。 遥感平台运动位置和状态变化（一）传感器外方位元素变化的影响（一）传感器外方位元素变化的影响引起遥感图像几何变形的因素引起遥感图像几何变形的因素遥感平台位置和运动状态变化的影响遥感平台位置和运动状态变化的影响旁向位移的影响旁向位移的影响速度变化即航向位移的影响速度变化即航向位移的影响高度变化的影响高度变化的影响地面分辨率不均匀地面分辨率不均匀俯仰变化的影响俯仰变化的影响 翻滚变化的影响翻滚变化的
3、影响 偏航变化的影响偏航变化的影响 平台运动状态引起的图像变形平台运动状态引起的图像变形旁向位移变化旁向位移变化高度变化高度变化速度变化速度变化偏航变化偏航变化俯仰变化俯仰变化翻滚变化翻滚变化(d ） (d ) (d ) 动态扫描图像的变形动态扫描图像的变形原始图像翻滚变化翻滚变化俯仰变化俯仰变化偏航变化偏航变化高差引起的像点位移高差引起的像点位移（3）地球本身对遥感影像的影响（二）地形起伏的影响 当地形存在起伏时，会产生局部像点的位移，使原来本应是地面点的信号被同一位置上某高点的信号代替。由于高差的原因，实际像点P距像幅中心的距离相对于理想像点P0距像幅中心的距离移动了r。（三）地球曲率（三
4、）地球曲率地球是球体，严格说是椭球体，因此地地球是球体，严格说是椭球体，因此地球表面是曲面。地球曲率引起的像点位球表面是曲面。地球曲率引起的像点位移类似于地形起伏引起的像点位移。移类似于地形起伏引起的像点位移。h h看作是一种系统的地形起伏，就可以利看作是一种系统的地形起伏，就可以利用像点位移公式来估计地球曲率所引起用像点位移公式来估计地球曲率所引起的像点位移。的像点位移。地球曲率的变形图示地球曲率的变形图示h h 地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响，对地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响，对于扫描成像则造成图像平行错动。于扫描成像则造成图像平行错动。eety eyetLR为图像错动
5、量；为图像错动量；扫描整景图像时间；扫描整景图像时间；该纬度的地球自转该纬度的地球自转线速度；线速度；图幅地面长度；图幅地面长度；地球平均半径地球平均半径6378KM；卫星运行平均角卫星运行平均角速度；速度；（四）地球自转的影响（四）地球自转的影响（五）大气折射（五）大气折射 整个大气层不是一个均匀的介质，因整个大气层不是一个均匀的介质，因此电磁波在大气层中传播时的折射率也随此电磁波在大气层中传播时的折射率也随高度的变化而变化，使电磁波传播的路径高度的变化而变化，使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线，从而引起像不是一条直线而变成了曲线，从而引起像点的位移，这种像点移位就是大气折光差点的位
6、移，这种像点移位就是大气折光差 。大气折光差示图 二、遥感图像的几何校正二、遥感图像的几何校正(Geomatric Correction) 校正原理 利用实地测量的地物的真实坐标值，寻找实利用实地测量的地物的真实坐标值，寻找实测值与畸变之后的图像之间的函数关系，从而改测值与畸变之后的图像之间的函数关系，从而改正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种地图正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。投影或图形表达要求的新图像。 基本环节有两个：基本环节有两个： 一是建立纠正变换函数；一是建立纠正变换函数； 二是像元灰度值重采样。二是像元灰度值重采样。数字图像纠正的处理过程框
7、图数字图像纠正的处理过程框图 准准备备工工作作输入原输入原始数字始数字图像图像建立纠正建立纠正变换函数变换函数影像范围影像范围确定输出确定输出逐个像素逐个像素的几何位的几何位置变换置变换像素亮度像素亮度值重采样值重采样输出纠正输出纠正后的图像后的图像多项式纠正法的基本思想：多项式纠正法的基本思想：回避成像的空间几何过程，而真回避成像的空间几何过程，而真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项式接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项式纠正变换方程为：纠正变换方程为：)()()(3928273625123210YaXYaYXaXaYaXYaXaYaXaax)()()(3928
8、273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbby式中式中x，y为某像元的原始图像坐标；为某像元的原始图像坐标；X，Y为纠正后同名为纠正后同名点的地面（或地图）坐标；点的地面（或地图）坐标；ai，bi为多项式系（为多项式系（i=0,1,2）建立纠正变换函数建立纠正变换函数多项式纠正法（多项式纠正法（Polynomial Geometric Modal）p(x,y)P(X,Y) 求出多项式系数，一般选择最小控制点的数求出多项式系数，一般选择最小控制点的数量为：量为：(n+1)(n+2)/2，n 为多项式次数。为多项式次数。控制点的选取原则控制点的选取原则控制点应选取图像上易分
9、辨且较精细的特征点，控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点，这很容易通过目视方法辨别，如道路交叉点、河这很容易通过目视方法辨别，如道路交叉点、河流弯曲或分叉处、湖泊边缘等。流弯曲或分叉处、湖泊边缘等。特征变化大的地区应多选些点。特征变化大的地区应多选些点。图像边缘部分一定要选取控制点。图像边缘部分一定要选取控制点。应尽可能满幅均匀选取。应尽可能满幅均匀选取。 校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。像元灰度值重采样（像元灰度值重采样（Resample)xXYyP(X,Y
10、)p(x,y)纠正后影像纠正前影像k=Integer(x+0.5)l=Integer(y+0.5)f(x,y)=f(k,l)几何位置上的精度为几何位置上的精度为0.5象元象元以距内插点最近的观测点的像元值为所求的像元值。最近邻法(Nearest Neighbor ) 双线性内插法双线性内插法(Bilinear Interpolation)(Bilinear Interpolation) 取（取（x x，y y）点周围的）点周围的4 4邻点，在邻点，在y y方向（或方向（或x x方向）方向）内插一次，再在内插一次，再在x x方向方向（或（或y y方向）内插一次，方向）内插一次，得到（得到（x x
11、，y y）点的亮度值）点的亮度值f(xf(x，y y），该方法称双线），该方法称双线性内插法。性内插法。双线性内插法双线性内插法: :破坏了原来的数据，但具有平均化的滤波效果。破坏了原来的数据，但具有平均化的滤波效果。三次卷积内插法（Cubic Convolution）取（x，y）周围相邻的16个邻点，与双向线性内插类似，可先在某一方向上内插，每4个值依次内插4次，求出f（x，j-1 ） ， f ( x , j ) ，(x,j+1),f(x,j+2)，再根据这四个计算结果在另一方向上内插，得到f(x，y）。三次卷积内插法：具有影像的均衡化和清晰化的效果，可得到较高的影像质量，但缺点是破坏了原来
12、的数据，且计算量大。方法优点缺点1简单易用，计算量小处理后的影像亮度具有不连续性，影响精确度2精度明显提高，特别是对亮度不连续现象或线状特征的块状 化现象有明显的改善。 计算量增加，且对影像起到平滑作用，从而使对比度明显的分界线变得模糊。 3更好的影像质量，细节表现更为清楚。 工作量很大。三种内插方法比较 遥感图像的镶嵌（Mosaic） 数字影像镶嵌是将两幅或多幅数字影数字影像镶嵌是将两幅或多幅数字影像像(它们有可能是在不同的摄影条件下获取它们有可能是在不同的摄影条件下获取的的)拼在一起，构成一幅整体图像的技术过拼在一起，构成一幅整体图像的技术过程。在遥感应用中，影像镶嵌有着重要的程。在遥感应
13、用中，影像镶嵌有着重要的应用。应用。 遥感数字影像镶嵌原理遥感数字影像镶嵌原理 影像镶嵌的原理是：如何将多幅影像从几何影像镶嵌的原理是：如何将多幅影像从几何上拼接起来，这一步通常是先对每幅图像进上拼接起来，这一步通常是先对每幅图像进行几何校正，将它们规划到统一的坐标系中，行几何校正，将它们规划到统一的坐标系中，然后对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再然后对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅面的影像。面的影像。 数字镶嵌在理论和方法上与几何校正类似，有数字镶嵌在理论和方法上与几何校正类似，有几点注意：几点注意： 1、镶嵌要有足够宽的重叠区，最好不少于图像、镶嵌要有足够宽的重叠区，最好不少于图像的的1/5。 2、相邻的图像色调或灰度值应一致；、相邻的图像色调或灰度值应一致； 3、最
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