遥感技术应用_07遥感图像处理.

——— 地图投影
将地球椭球面上的点投影到平面上的方法称为地图投影。 其实质是建立地球椭球面上的地理坐标 （经纬度）和平 面上直角坐标之间的函数关系。
• 基本思想：将地球看为透明，将光源（即 S 点）置于地球心， 光线（投影线）穿过地球球面上各个点，投影到地球外假想的 可展曲面上，如圆锥面、圆柱面或直接就是平面，然后将可展 曲面展开，并用理想中心投影的方法将其缩小，即制成不同比 例尺地图。
世界上广泛使用的是
1：298.3
6 378 140
1：298.257
WGS84
6 378 137
1:298.257 223 563
我国的高程系：
1956年黄海高程系 1985年国家高程基准
我国常用的地图投影配置与计算
1）我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25 万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000万） 除1：100万外均采用高斯-克吕格投影为地理基础；
◆ 最近邻法计算量最小，但处理后的图像的亮 度具有不连续性，线性地物易产生锯齿状。 ◆ 双线性内插法的精度和计算量适中，并带有 低通滤波（平滑）的效果，细节信息丢失， 边缘受到一定的平滑作用。 ◆ 三次卷积法内插精度高且带有边缘增强的效 果，缺点是运算量大。
几何校正实例
一幅遥感数据拿到手后，首先要做的常常是赋予遥 感图像的地理坐标系统。方法有地理校正和地理配准两种。 地理校正是在遥感图像上选取控制点，然后赋予控制点的 真实坐标达到校正图像和获取地理参考的目的。 地理配准是选取一个有相同覆盖范围的已有坐标系统和假 定没有变形的图像或图形为参考系，达到校正原始图像的 目的。第二种方法使用的最多。 图像校正后，由于关心的区域可能只是图像的一部 分获分布于几个图像，这时要对图像进行裁减和镶嵌。
（4）大气折射的影响
大气密度分布从下向 上越来越小，折射率 也不断变化，折射后 的辐射传播不再是直 线而变成了曲线，从 而引起像点的位移。
（5）地球自转的影响
卫星自北向南运行的同时， 地球自西向东自转，相对 运动使卫星的星下点位置 逐渐向西平移，最终使得 图像发生扭曲。
几何校正前影像
几何校正后影像
第1讲 遥感影像预处理
地图投影
地图投影原理
——— 大地坐标 大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。 地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示 大地经度 是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之 间的夹角 大地纬度 是通过该点的法线与赤道面的夹角 大地高 是地面点沿法线到参考椭球面的距离
中国地形图分幅与编号－旧标准（续3）
中国地形图分幅与编号－新标准
在100万的基础上划分，比例尺有明确的代号。
×—××－×－××× ×××
100万图幅行号 字符码 100万图幅列号 数字码 比例尺编号 行号数字码 列号数字码
ABCDEFGH,分别代表100万、50万、25万、 10万、5万、2.5万、1万、5000。
Hale Waihona Puke Baidu
1）6度带是从0o子午线起，自西向东每隔经差6为一投 影带，全球分为60带，带号用自然序数1，2， 3，…60表示。即以东经0-6为第1带，其中央经线 为3E，其余类推。 2） 3度带，是从东经1度30分的经线开始，每隔3度为 一带，全球划分为120个投影带。
中央经线与带号的关系
• 六度带当地中央经线经度 = 6°* 当地带号 - 3° 适用于1:5万，1:2.5万地形图 • 三度带当地中央经线经度 = 3°* 当地带号 适用于1:1万地形图
2）我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则 与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之 一地图投影保持一致；
3）我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多 采用Lambert投影（正轴等角割圆锥投影）和属于同一 投影系统的Albers投影；
4）Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离表现为 近于直线，这有利于空间分析和信息量度的正确实施。
1）X坐标值在赤道以北为正，以南为负；Y坐标值在中 央经线以东为正，以西为负。我国在北半球，X坐标 皆为正值。Y坐标在中央经线以西为负值，为此将各 带的坐标纵轴西移500公里，即将所有Y值都加500公 里。 2）由于采用了分带方法，各带的投影完全相同，某一 坐标值（x，y），在每一投影带中均有一个，在全球 则有60个同样的坐标值。 因此，在Y值前，需冠以带号，这样的坐标称为通用 坐标。
例如： J-50-E-013020
中国地形图分幅与编号－新标准（续）
7.4.4 新旧标准的转换
旧标准图幅的序号/（百万分幅该比例尺行向上 图幅数）
Row = 商＋1 Col ＝ 余数
7.4.4 新旧标准的转换(续)
例如
• 1:50万 的图幅 旧： J-50-C 新： J-50-B-002001 • 1:25万 的图幅 旧： J-50-(11) 新： J-50-C-003003 • 1：10万的图幅 旧： J-50-13 新： J-50-D-002001
1：50万
1：25万
地形图的分幅与编号
地形图的分幅与编号
4.2.3几何校正
思考 •为什么要进行图象的几何处理? •几何处理的内容是什么?
◆ 我们得到的图象一般是未经几何处理的图象，不能 直接应用，必须将其投影到需要的地理坐标系，对图象 进行几何纠正和我们所需要的坐标系一致。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。 ◆ 遥感图像成图时，由于各种因素的影响，图像本身的 几何形状与其对应的地物形状往往是不一致的。
（1）、卫星姿态引起的图像变形
位移变化
速度变化
高度变化
(dα)
侧翻变化
俯仰变化
(dω )
(dκ )
偏航变化
（2）、地形起伏的影响
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
（3）地球表面曲率的影响 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
中国地形图分幅与编号－旧标准（续1）
• 在1：100万图上，按经差3°纬差2°分成四幅1：50万地 形图，编为A、B、C、D，如 J-50-A • 按经差1°30′纬差1°分成16幅1：25万地形图，编为 [1]、...[16]，如 J-50-[1]。 • 按经差30′纬差20′分成144幅1：10万地形图，编为 1、...144，如 J-50-1。 • 这三种比例尺各自独立地与1：100万地图的图号联系。
中国使用的地球椭球体
1） 海福特椭球(1910) 我国52年以前基准椭球 a=6378388m
b=6356911.9461279m α=0.33670033670
2）克拉索夫斯基椭球(1940 Krassovsky) 北京54坐标系基 准椭球
a=6378245m b=6356863.018773m α=0.33523298692
中国地形图分幅与编号－旧标准（续2）
• 1：10万图的基础上 • 每经差15′纬差10′分成四幅1：5万地形图，编为A、B、 C、D，如 J-50-1-A • 1：5万图上每经差7′30″纬差5′分成四幅1：2.5万，编为 1、2、3、4，如 J-50-1-A-1 • 1：10万图上每经差3′45″纬差2′30″分成64幅1：1万地形 图，编为(1)、...(64)，如 J-50-1-(1) • 1：1万图上每经差1′52″纬差1′15″分成四幅1：5000地形 图，编为a、b、c、d，如 J-50-1-(1)-a
投影的椭球体
• 地球是一个表面很复杂的球体，人们以假想的平均静 止的海水面形成的“大地体”为参照，推求出近似的 椭球体，理论和实践证明，该椭球体近似一个以地球 短轴为轴的椭园而旋转的椭球面，这个椭球面可用数 学公式表达。 • 世界上应用的椭球体很多，其中在ENVI软件中提供了 35种的椭球体 • 由于不同的地方，变形规律的特点，因此根据自己国 家的具体位置和采用的投影选择适合自己的椭球体。 例如我国。
几何畸变校正
重采样的方法
1）最近邻法：距离实际位置最近的像元的灰度值作 为输出图像像元的灰度值
2）双线性内插：取采样点周围4个像元的值参与计算，先计算 X方向（或Y方向）上线性内插，所得到的两个内插值再进行Y 方向（X方向）上一次内插。
3）三次卷积内插：取采样点周围16个像元的值参与计算，先对 X方向上的像元值进行卷积运算，再对所得到的4个值进行Y方向 上的卷积运算。
地面点的坐标系统
高程系 大地坐标系/地理坐标系
首子午线
经线
地理坐标系 统示意图
——— 我国的大地坐标系 1954年北京坐标系 1980年国家大地坐标系（陕西泾阳县永乐镇为大地坐标原点）
我国常用坐标系如表：
椭球体描述 大地坐标系 赤道半径（米） 6 378 245 椭圆扁率
1954年北京坐标系 1980年国家大地坐 标系
• 大地投影制图的种类 1）以投影面划分为：圆锥投影、圆柱投影、方位投影（投 影面是平面） 2）以投影面与地球的关系划分为：正切，横切，斜切，正 割，横割，斜割等 各国投影制图种类选择取决于该国地理的具体位置以及 幅员大小，形状特点等，以制图投影误差最小为原则。
正轴切圆锥投影
正轴割圆锥投影
横轴切圆锥投影
二者之间仅存在着很少的差别；从几何意义看， UTM投影属于等角横轴割圆柱投影，圆柱割地球 于两条等高圈(对球而言)上，投影后两条割线 上没有变形。 UTM的应用 美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星象 片
中国地形图分幅与编号－旧标准
• 我国基本比例尺地形图分幅与编号，以1：100万地形 图为基础，延伸出1：50万、1：25万、1：10万; • 再以1：10万为基础，延伸出1：5万、1:2.5万、1：1万 三种比例尺； • 1：100万从赤道起向两极每纬差4°为一行，至88°，南 北半球各分为22横列，依次编号A、B、... V； • 由经度180°西向东每6°一列，全球60列，以1-60表示， 如北京所在1：100万图在第10行，第50列，其编号为 J-50
中国使用的地球椭球体
3）1975年I.U.G.G推荐椭球(国际大地测量协会1975) 西安80坐标系基准椭球
a=6378140m b=6356755.2881575m α=0.0033528131778
4）WGS-84椭球(GPS全球定位系统椭球、17届国际大地测 量协会) WGS-84 GPS 基准椭球 a=6378137m b=6356752.3142451m α=0.00335281006247
1、遥感影像变形的原因
1）遥感平台位置和运动状态变化的影响： 航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。 • 由于传感器自身的性能技术指标偏移标称数值 所造成的。 2）地形起伏的影响：产生像点位移。 3）地球表面曲率的影响：像点位置的移动 4）大气折射的影响：产生像点位移。 5）地球自转的影响：产生影像偏离。
高斯—克吕格投影
高斯投影是一种横轴等角切椭圆柱投影，其条件为： 1）中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对 称轴； 2）等角投影； 3）中央经线上没有长度变形。
通用横轴墨卡托投影(Universal Transverse Mercator
Projection)
UTM投影与高斯—克吕格投影的异同，
横轴割圆锥投影
斜轴切圆锥投影
正轴切圆柱投影
正轴割圆柱投影
斜轴切圆柱投影
横轴切圆柱投影
横方位投影
正方位投影
斜方位投影
• 大地投影误差讨论 1）误差的类别： 距离误差，即图上两点距离与实地两点距离的差别。 方位误差，即图上两点的指向与实地两点指向的差别。 面积误差，即图上图斑量测的面积与实地量测面积的差别。 2）不同投影下的误差分析 任何地图总存在两种或三种误差，不存在任何误差的图件 是没有的， 地图投影为某种特殊需要，采取复杂的数学变换，往往是 以牺牲某种误差增大为代价，而换取减弱甚至消除某一种误差， 如等积投影，等角投影变换。 在制图比例尺大于 1：10 万情况下，可以不考虑投影方式 带来的误差差异。