第五章 遥感图像处理——几何校正

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。
图像边缘部分一定要选取控制点。
应尽可能满幅均匀选取。
像元灰度值重采样（Resample)
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。
X
x
P(X,Y) Y 纠正后影像 y
p(x,y)
纠正前影像
最近邻法(Nearest Neighbor )
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 感器自身性能所引起的几何位置偏差。 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。
引起遥感图像几何变形的因素
（一）传感器外方位元素变化的影响
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（ α ，ω ，κ ）。
大气折光差示图
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 测值与存在畸变的图像坐标之间的函数关系，从 而改正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种 地图投影或图形表达要求的新图像。
基本环节有两个：
一是建立纠正变换函数； 二是像元灰度值重采样。
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。
遥感图像的镶嵌（Mosaic）
数字影像镶嵌是将两幅或多幅数字影 像(它们有可能是在不同的摄影条件下获取 的)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 应用。
第五章 遥感图像处理—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
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
原始图像
俯仰变化
翻滚变化
偏航变化
（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。
高差引起的像点位移
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。
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的数据，且计算量大。
三种内插方法比较
方法 1 优点 简单易用，计算量小 缺点
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。
式中x，y为某像元的原始图像坐标；X，Y为纠正后同名
点的地面（或地图）坐标；ai，bi为多项式系（i=0,1,2…）
p(x,y)
P(X,Y)
求出多项式系数，一般选择最小控制点的数 量为：(n+1)(n+2)/2，n 为多项式次数。
控制点的选取原则
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
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 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， 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 面的影像。
遥感图像数字镶嵌
数字镶嵌在理论和方法上与几何校正类似，有
几点注意：
遥感平台运动位置和状态变化
遥感平台位置和运动状态变化的影响
旁向位移的影响 速度变化即航向位移的影响 高度变化的影响—地面分辨率不均匀 俯仰变化的影响 翻滚变化的影响 偏航变化的影响
平台运动状态引起的图像变形
速度变化
旁向位移变化
高度变化
(d α）
(dω )
(dκ )
俯仰变化
翻滚变化
偏航变化
动态扫描图像的变形
数字图像纠正的处理过程框图
准 备 工 作
输入原 始数字 图像
建立纠正 变换函数
百度文库
影像范围 确定输出
输出纠正 后的图像
像素亮度 值重采样
逐个像素 的几何位 置变换
建立纠正变换函数
——多项式纠正法（Polynomial Geometric Modal）
多项式纠正法的基本思想：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 项式纠正变换方程为：
（三）地球曲率
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 移类似于地形起伏引起的像点位移。Δh 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 的像点位移。
地球曲率的变形图示
Δh
（四）地球自转的影响
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。
—以距内插点最近的观测点的像元值为所求的像元值。
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±0.5象元
双线性内插法(Bilinear Interpolation)
取（ x ， y ）点周围的 4 邻点，在y方向（或x方向） 内插一次，再在x方向 （或 y 方向）内插一次， 得到（x，y）点的亮度值 f(x ， y ），该方法称双线 性内插法。
ye te
ye 为图像错动量；
te
扫描整景图像时间；
该纬度的地球自转
线速度； L 图幅地面长度；
R 地球平均半径

6378KM； 卫星运行平均角 速度；
（五）大气折射
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 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 点的位移，这种像点移位就是大气折光差 。
1、镶嵌要有足够宽的重叠区，最好不少于图像
的1/5。
2、相邻的图像色调或灰度值应一致；
3、最好依据地图投影方式先分幅校正，后镶嵌，
以保证较高的精度。
多图像几何配准
在实际应用过程经常需要将同一地区的不同类型 传感器获得的各种遥感数据“匹配”起来，以利
用各自优点，这种作法称为多图像几何配准。
x a0 (a1 X a2Y ) (a3 X 2 a1 XY a5Y 2 ) (a6 X 3 a7 X 2Y a8 XY 2 a9Y 3 )
y b0 (b1 X b2Y ) (b3 X 2 b4 XY b5Y 2 ) (b6 X 3 b7 X 2Y b8 XY 2 b9Y 3 )