4第四章 遥感数字图像的几何处理

–考虑到Δh相对于2Ro是一个很小的数值，对上式简化后 考虑到Δh相对于2Ro是一个很小的数值， 考虑到Δh相对于2Ro-5-3
鲁东大学地理与规划学院
18
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
19
• 5)、大气折射的影响 5)、
–大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面的高 大气层是一个非均匀的介质， 大气层是一个非均匀的介质 度增加而递减的， 度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射率也 随高度而变， 随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条直线而 变成了曲线，进而引起了像点位移。 变成了曲线，进而引起了像点位移。 –大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一样。 大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一样。 大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一样 中心投影和全景投影等部属于方向投影， 中心投影和全景投影等部属于方向投影，其成像点的位 置取决于地物点入射光线的方向。如图所示。 置取决于地物点入射光线的方向。如图所示。 –在无大气折射影响时，地物点A通过直线光线 成像于 在无大气折射影响时， 在无大气折射影响时 地物点A a0点 当有大气折射影响时， a0点；当有大气折射影响时，A点通过曲线光线 成像 a1点 于a1点，因此而引起像点位移
20122012-5-3 鲁东大学地理与规划学院 15
• 3)、地球起伏的影响 3)、
–地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。 地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。 地球表面的高低变化 –具有方向投影几何形态(中心投影、全景投影等)的传感 具有方向投影几何形态( 具有方向投影几何形态 中心投影、全景投影等) 器与具有斜距投影几何形态(侧视雷达) 器与具有斜距投影几何形态(侧视雷达)的传感器将有不 同的地形起伏像点位移规律； 同的地形起伏像点位移规律； –比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投影 比如在高差同为正值的情况下， 比如在高差同为正值的情况下 影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的， 影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，而在 雷达影像上则是向内变动的， 雷达影像上则是向内变动的，如图这种投影差相反的 特点， 特点，将使得我们对雷达影像进行立体现测时看到的 是反立体。此外， 是反立体。此外，高出地面物体的雷达影像还可能带 阴影” 有“阴影”，远景影像可能被近景影像的阴影所覆 这也是与中心投影影像不同之处。 盖．这也是与中心投影影像不同之处。
–式中：ν为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；C 式中： 为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度； 式中 为雷达波在物方空间中的传播速度； 为传感器航高； 为雷达波在物方空间中的传播速度；H为传感器航高；f 为等效焦距。 为等效焦距。
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
10
20122012-5-3
–进而可推导出全景变形公式 进而可推导出全景变形公式
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
9
• II、斜距投影变形 II、
–斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，S为雷 斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图， 斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达 达天线中心。地物点P的图像坐标yP yP是雷达波束扫描方 达天线中心。地物点P的图像坐标yP是雷达波束扫描方 向的图像坐标，它取决于斜距RP以及成像比例尺λ RP以及成像比例尺 向的图像坐标，它取决于斜距RP以及成像比例尺λ：
第四章 图像校正
遥感数字图像的几何处理
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
1
几何纠正
• 在利用遥感图像提取信息的过程中，要求 在利用遥感图像提取信息的过程中， 把所提取的信息表达在某一个规定的图像 投影参照系统中， 投影参照系统中，以便进行图像的几何量 测、相互比较以及图像复合分析等处理。 相互比较以及图像复合分析等处理。 • 当原始图像上各地物的几何位置、形状、 当原始图像上各地物的几何位置、形状、 尺寸、 尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达 要求不一致时，就需要校正。 要求不一致时，就需要校正。 • 在讨论遥感图像几何变形的基础上，介绍 在讨论遥感图像几何变形的基础上， 遥感数字图像几何纠正原理与方法。 遥感数字图像几何纠正原理与方法。
• 动态误差—— 动态误差——
20122012-5-3 5
鲁东大学地理与规划学院
• 几何校正
• 几何粗校正：针对畸变原因进行的
– 传感器：扫描速率不均匀 – 地球：曲率不同、自转影像 – 卫星运行：高度不恒定、速度不均一等
• 几何精校正：利用控制点进行的，用畸变模型实施 校正
20122012-5-3
20122012-5-3 鲁东大学地理与规划学院 2
第一节 遥感数字图像几何处理概述
• 一、概述
–遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的 遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的 问题，对遥感图像进行几何纠正。 问题，对遥感图像进行几何纠正。 –1、重要性 1
• 第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息 第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后， 进行各种分析， 进行各种分析，制作满足量测和定位要求的各类地球资源及环 境的遥感专题图。 境的遥感专题图。 • 第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间 第二，当应用不同传感方式、 的各种同一地域复合图像数据来进行计算机自动分类、 的各种同一地域复合图像数据来进行计算机自动分类、地物特 征的变化监测或其他应用处理时，必须进行图像间的几何配准， 征的变化监测或其他应用处理时，必须进行图像间的几何配准， 保证各不同图像间的几何一致性。 保证各不同图像间的几何一致性。 • 第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新 第三，
13
• 全景投影和斜距投影两种成像方式对同一地物摄 影成像的变形结果见图。
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
14
• 2)、传感器外方位元素变化的影响 2)、
–传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时 传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时 的位置(X (X， Z)和姿态角(φ， 和姿态角(φ 的位置(XS，YS，ZS)，(X，Y，Z)和姿态角(φ， π)；对于侧视雷达而言， ω，π)；对于侧视雷达而言，还包括其运行速 (vx，vy，vz)。 度(vx，vy，vz)。当外方位元素偏离标准位置 而出现变动时，就会使图像产生变形。 而出现变动时，就会使图像产生变形。 –这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误 这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误 差来表达的， 差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得 以解析。 以解析。
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
8
–设(L)是一个等效的中心投影成像面，P点在(L)上的像点 设(L)是一个等效的中心投影成像面， 点在(L)上的像点 是一个等效的中心投影成像面 (L) P’具有坐标 具有坐标y (4． P’具有坐标y´p，则y´p = f·tanθ (4．2) –从式(4．1)和式(4．2)可以得到全景图像坐标与等效中 从式(4．1)和式(4．2)可以得到全景图像坐标与等效中 从式(4 和式(4 心投影图像坐标之间的相互转换关系
鲁东大学地理与规划学院
11
• 由于有 • 于是 • 此外，地面点P在等效的中心投影图像oy´上的成 像点P´的坐标y´f可表达为
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
12
• 可推导雷达图像坐标和等效中心投影图像坐标间 的转换关系，即
• 则斜距投影的变形误差为
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
16
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
17
• 4)、地球曲率的影响 4)、
–地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位移。 地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位移。 地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位移 如图设地面点到传感器铅垂线SO的投影距离为D SO的投影距离为 如图设地面点到传感器铅垂线SO的投影距离为D，地球 的半径为R 的半径为R0，则根据因直径与弦线交割线段间的固定数 学关系可得
鲁东大学地理与规划学院
6
• 影响因素： 影响因素：
–1)传感器成像几何形态带来的变形 1)传感器成像几何形态带来的变形 1)
• 传感器一般的几何成像方式包括
–中心投影 中心投影 –全景投影 全景投影 –斜距投影 斜距投影 –平行投影 平行投影 • 在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄影的中心 在这几种不同的类型中，其中， 投影和竖直情况下的平行投影是没有几何形态变形的， 投影和竖直情况下的平行投影是没有几何形态变形的，因为 中心投影图像本身与地面景物保持相似的关系。 中心投影图像本身与地面景物保持相似的关系。 • 全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。 全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。 • 通常把竖直摄影的中心投影和平行投影(正射投影)的图像视 通常把竖直摄影的中心投影和平行投影(正射投影) 为基准图像， 为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规律可以通过与中 心投影或正射投影的影像相比较而获得。 心投影或正射投影的影像相比较而获得。
20122012-5-3
鲁东大学地理与规划学院
4
• 二、几何变形的影响因素 几何变形的影响因素
–遥感图像的几何变形误差类型 遥感图像的几何变形误差类型
• 静态误差—— 静态误差——
–分为内部误差和外部误差两类变形误差。 分为内部误差和外部误差两类变形误差。 分为内部误差和外部误差两类变形误差 –内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标称数值 内部误差主要是由于传感器自身的性能、 内部误差主要是由于传感器自身的性能 所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，不做讨论。 所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，不做讨论。 • 例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、像主点偏 例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、 镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫描仪(MSS) (MSS)， 移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫描仪(MSS)，有扫 描线首末点成像时间差、不同波段相同扫描线的成像时间差、 描线首末点成像时间差、不同波段相同扫描线的成像时间差、 扫描镜旋转速度不均匀、扫描线的非直线性和非平行性、 扫描镜旋转速度不均匀、扫描线的非直线性和非平行性、光 电检测器的非对中等误差。 电检测器的非对中等误差。 –外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，由传感 外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下， 外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下 器以外的各因素所造成的误差。 器以外的各因素所造成的误差。 • 例如传感器的外方位(位置、姿态)变化、传感介质的不均匀、 例如传感器的外方位(位置、姿态)变化、传感介质的不均匀、 地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差等。 地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差等。