遥感图像几何校正ppt课件
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遥感图像几何校正较易 ppt课件
地球自转的影响
2020/10/24
遥感图像几何校正较易
左图显示了地球 静止的图像(oncba) 与地球自转的图像 (oncba)在地面上 投影的情况。由图 可见，由于地球自 转的影响，产生了 图像底边中点的坐 标位移x和y，以 及平均航偏角。
19
第二部分 遥感图像的几何校正
一、几何校正的分类 二、几何校正的一般过程 三、几何校正的方案 四、几何校正的算法
图像、地图或数据中的相同地物元素精确地彼此匹配、叠加在 一起的过程。
2020/10/24
遥感图像几何校正较易
22
几何精校正
几何精校正是以基础数据集作为参照，选取控制点进行几何校 正。此校正不考虑引起畸变的原因。
3、利用遥感图像进行地形图测图或更新时，要求图像具有较高 的地理坐标精
21
一、几何校正的分类
几何校正一般在遥感信息提取之前进行。 几何校正就是校正成像过程中造成的各种几何畸变，分为2类： 1、 几何粗校正:针对引起遥感系统畸变的原因而进行的校正. 2、 几何精校正（几何配准）：把不同传感器具有几何精度的
斜距投影的变形误差为：
dyypy'pf(co1stg)
2020/10/24
遥感图像几何校正较易
斜距变形
12
无变形
全景变形
斜距变形
2、传感器外方位元素变化的影响
传感器成像时的位置和姿态角
航高
航速
俯仰
翻滚
航偏
3、地形起伏的影响
地形起伏对中心投影造成的像 点位移是远离原点向外变动， 在雷达影像上是向内变动的。
R
4、地球表面曲率的影响
R
5、大气折射的影响
大气对辐射的传播产生折射。由于大气的密度分布从下到上 越来越小，折射率不断变化，折射后的辐射传播不再是直线而是 一条曲线，从而导致传感器接收的像点发射位移。
遥感图像处理-几何校正PPT课件
L2
R T
S
ED
.
21
大气影响的定量分析
❖ 相当部分的散射光 向上通过大气直接进入传感器，这部分辐射称为程辐
射度，亮度为 L。p
.
22
大气影响的定量分析
可见，由于大气影响的存在，实际到达传感器的辐射 亮度是前面所分析的三项之和，即
L L1 L2 Lp
L
RT
S ( E0Tຫໍສະໝຸດ cosED ) SLp
的平均值M，即计算出来第 i 行的所有像元的灰值都相
等（也即等于某一常数时），说明第 i 行是一个条带，
需进行去条带处理。
(a) 原始图像
(b) . 纵向条带去除后结果图
8
辐射校正
❖ 太阳高度及地形等引起的畸变校正
视场角和太阳角的关系引起的亮度变化的校正：太阳光在地 表反射、扩散时，其边缘更亮的现象叫太阳光点（sun spot），太阳高度高时容易产生。太阳光点与边缘减光等都 可以用推算阴影曲面的方法进行校正。阴影曲面是指在图像 的明暗范围内，由太阳光点及边缘减光引起的畸变部分。
地形倾斜的影响校正：当地形倾斜时，经过地表扩散、反射 再入射到遥感器的太阳光的辐射亮度就会依倾斜度而变化。 可以采取用地表的法线矢量和太阳光入射矢量的夹角进行校 正的方法，以及对消除了光路辐射成分的图像数据采用波段 间的比值进行校正的方法等。
.
9
例：太阳高度角辐射误差校正
太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜时获取的 图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。太阳的高度角
.
23
大气影响的定量分析
比较以下两个公式：
L'0
R
E0
S
cos
L
遥感图像的几何纠正PPT课件
15
6.3 遥感图像的几何纠正方法
遥感图象的几何粗处理和精处理。 遥感图像的几何纠正按照处理方式分为光学纠正
和数字纠正。 光学纠正主要用于早期的遥感图像的处理中，现
在的应用已经不多。除了对框幅式的航空照片 （中心投影）可以进行比较严密的纠正以外，对 于大多数动态获得的遥感影像只能进行近似的纠 正。 主要介绍数字图像的几何纠正。
10
地球自传引起的误差
11
地球曲率和地形起伏引起的误差
12
遥感器轨道位置和姿态引起的误差
中心投影
13
遥感器轨道位置和姿态引起的误差
多中心 投影 例如 MSS TM 等
14
6.2.3 处理过程中引起的畸变
遥感图像再处理过程中产生的误差，主 要是由于处理设备产生的噪声引起的。
传输、复制、 光学 数字
间接纠正法:6-3和 6-4是反解变换公式。从新图像中依次每个像元，根
据变换函数 f () 找到它在原始图像中的位置，并将图像的灰度值赋予新 图像的像元。
19
6.3.2 确定新的图像的边界
纠正后图像和原始图像的形状、大小、方向都不一样。 所以在纠正过程的实施之前，必须首先确定新图像的 大小范围。
16
6.3.1 坐标关系
数字图象几何纠正：通过计算机对离散结构的数 字图像中的每一个像元逐个进行纠正处理的方法。
这种方法能够精确地改正动态扫描图像的误差。 基本原理：利用图像坐标和地面坐标（另一图像 坐标、地图坐标等）之间的数学关系，即输入图像和 输出图像间的坐标转换关系实现。
17
6.3.1 坐标关系（续1）
根据公式6－1，6－2求出原始图像四个角点（a, b, c, d） 在纠正后图像中的对应点（a’, b’, c’, d’）的坐标 （Xa’,Ya’）(Xb’,Yb’) (Xc’,Yc’) (Xd’,Yd’)，
6.3 遥感图像的几何纠正方法
遥感图象的几何粗处理和精处理。 遥感图像的几何纠正按照处理方式分为光学纠正
和数字纠正。 光学纠正主要用于早期的遥感图像的处理中，现
在的应用已经不多。除了对框幅式的航空照片 （中心投影）可以进行比较严密的纠正以外，对 于大多数动态获得的遥感影像只能进行近似的纠 正。 主要介绍数字图像的几何纠正。
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地球自传引起的误差
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地球曲率和地形起伏引起的误差
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遥感器轨道位置和姿态引起的误差
中心投影
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遥感器轨道位置和姿态引起的误差
多中心 投影 例如 MSS TM 等
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6.2.3 处理过程中引起的畸变
遥感图像再处理过程中产生的误差，主 要是由于处理设备产生的噪声引起的。
传输、复制、 光学 数字
间接纠正法:6-3和 6-4是反解变换公式。从新图像中依次每个像元，根
据变换函数 f () 找到它在原始图像中的位置，并将图像的灰度值赋予新 图像的像元。
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6.3.2 确定新的图像的边界
纠正后图像和原始图像的形状、大小、方向都不一样。 所以在纠正过程的实施之前，必须首先确定新图像的 大小范围。
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6.3.1 坐标关系
数字图象几何纠正：通过计算机对离散结构的数 字图像中的每一个像元逐个进行纠正处理的方法。
这种方法能够精确地改正动态扫描图像的误差。 基本原理：利用图像坐标和地面坐标（另一图像 坐标、地图坐标等）之间的数学关系，即输入图像和 输出图像间的坐标转换关系实现。
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6.3.1 坐标关系（续1）
根据公式6－1，6－2求出原始图像四个角点（a, b, c, d） 在纠正后图像中的对应点（a’, b’, c’, d’）的坐标 （Xa’,Ya’）(Xb’,Yb’) (Xc’,Yc’) (Xd’,Yd’)，
遥感图像的几何校正56页PPT
如果同一地区的不同时间的影像，不能把它们归 纳到同一个坐标系中去，图像中还存在变形，这 样的图像是不能进行融合、镶嵌和比较的，是没 有用的
遥感图像的精加工处理
在粗加工处理的基础上，采用地面控制点（GCP） 的方法进一步提高影像的几何精度
几何处理的两个环节
1. 像素坐标的变换——解决位置问题 ➢ 多项式模型 2. 灰度重采样——解决亮度问题 ➢ 最邻近像元采样法 ➢ 双线性内插法 ➢ 双三次卷积重采样法
全景畸变
左图是中心投影方式得到的（比例尺基本一致） 右边是逐点扫描成像得到的影像。横轴是飞行方向，纵轴是
扫描方向。在星下点的扫描线，分辨率最高，两边都在对称 的发生变化 直线在逐点扫描成像图中，变成曲线；圆形变成了椭圆形
不同成像方式引起的影像变形
中心投影方式
➢地形起伏引起的投影差
多中心投影方式
行于航线方向为a θ，垂直于 航线方向为a θ’
aHcosH asec
aasecasec2
逐点扫描成像——全景畸变
当观测视线垂直于地面或者倾斜 了θ角之后，地面分辨率的值发生 变化
随着扫描镜的转动，地面扫描范 围的直径在发生变化，这样的变 化对图像是有影响的，称为全景 畸变
全景畸变的原因：焦距是不变的， 物距在发生变化。导致分辨率发 生变化，也导致比例尺发生变化
地球曲率、大气折光和地形起伏引 起的误差
地球自传引起的变形
当卫星由北向南运行 的同时，地球表面也 在由西向东自转
由于卫星图像每条扫 描线的成像时间不同 ，因而造成扫描线在 地面上的投影依次向 西平移，最终使得图 像发生扭曲
遥感图像的几何变形
遥感图像通常包含严重的几何变形，一般 分为系统性和非系统性两大类
➢由于比例尺变化造成的全景畸变 ➢地形起伏引起的投影差
遥感图像的精加工处理
在粗加工处理的基础上，采用地面控制点（GCP） 的方法进一步提高影像的几何精度
几何处理的两个环节
1. 像素坐标的变换——解决位置问题 ➢ 多项式模型 2. 灰度重采样——解决亮度问题 ➢ 最邻近像元采样法 ➢ 双线性内插法 ➢ 双三次卷积重采样法
全景畸变
左图是中心投影方式得到的（比例尺基本一致） 右边是逐点扫描成像得到的影像。横轴是飞行方向，纵轴是
扫描方向。在星下点的扫描线，分辨率最高，两边都在对称 的发生变化 直线在逐点扫描成像图中，变成曲线；圆形变成了椭圆形
不同成像方式引起的影像变形
中心投影方式
➢地形起伏引起的投影差
多中心投影方式
行于航线方向为a θ，垂直于 航线方向为a θ’
aHcosH asec
aasecasec2
逐点扫描成像——全景畸变
当观测视线垂直于地面或者倾斜 了θ角之后，地面分辨率的值发生 变化
随着扫描镜的转动，地面扫描范 围的直径在发生变化，这样的变 化对图像是有影响的，称为全景 畸变
全景畸变的原因：焦距是不变的， 物距在发生变化。导致分辨率发 生变化，也导致比例尺发生变化
地球曲率、大气折光和地形起伏引 起的误差
地球自传引起的变形
当卫星由北向南运行 的同时，地球表面也 在由西向东自转
由于卫星图像每条扫 描线的成像时间不同 ，因而造成扫描线在 地面上的投影依次向 西平移，最终使得图 像发生扭曲
遥感图像的几何变形
遥感图像通常包含严重的几何变形，一般 分为系统性和非系统性两大类
➢由于比例尺变化造成的全景畸变 ➢地形起伏引起的投影差
遥感图像几何纠正ppt课件
3
1、遥感数字图像的几何畸变概述 1.1 遥感图像的常见成像方式
成像方式指摄影和扫描方式。影像遥感的常见 成像方式，主要包括中心投影、扫描式成像和推扫 式成像等。
4
1.1.1 纯中心投影：框幅式影像
Central perspective ： the sensing device does not actually move, relative to the object being sensed, during image formation so views all pixels from the same central position in a similar way to a photographic camera.
第四讲 遥感图像几何纠正
1
《遥感图像处理》课程内容
第一讲 概论（遥感数字图像基础） 第二讲 遥感图像辐射校正 第三讲 热红外遥感图像温度反演 第四讲 遥感图像几何纠正 第五讲 遥感数字图像增强 第六讲 遥感图像融合 第七讲 遥感图像模式识别与分类 第八讲 遥感图像变化检测
2
主要内容
1、遥感数字图像的几何畸变概述 2、几何纠正处理的通用流程 3、多项式纠正的原理和方法 4、纠正变换函数 通用构像方程 纯中心投影图像 多中心投影图像 合成孔径雷达图像 新型遥感卫星传感器几何模型-有理函数模型
遥感系统内外因素都会对遥感图像的 几何畸变产生影响： （1）遥感平台位置和运动状态变化 （2）地形起伏影响 （3）地球表面曲率的影响 （4）大气折射的影响 （5）地球自转的影响
……
15
1、遥感数字图像的几何畸变概述 1.2 遥感图像的几何畸变
5
1.1.2 多中心（等焦距圆柱）投影：全景影像 全景摄影图像是在物镜焦面上平行于飞机飞
1、遥感数字图像的几何畸变概述 1.1 遥感图像的常见成像方式
成像方式指摄影和扫描方式。影像遥感的常见 成像方式，主要包括中心投影、扫描式成像和推扫 式成像等。
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1.1.1 纯中心投影：框幅式影像
Central perspective ： the sensing device does not actually move, relative to the object being sensed, during image formation so views all pixels from the same central position in a similar way to a photographic camera.
第四讲 遥感图像几何纠正
1
《遥感图像处理》课程内容
第一讲 概论（遥感数字图像基础） 第二讲 遥感图像辐射校正 第三讲 热红外遥感图像温度反演 第四讲 遥感图像几何纠正 第五讲 遥感数字图像增强 第六讲 遥感图像融合 第七讲 遥感图像模式识别与分类 第八讲 遥感图像变化检测
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主要内容
1、遥感数字图像的几何畸变概述 2、几何纠正处理的通用流程 3、多项式纠正的原理和方法 4、纠正变换函数 通用构像方程 纯中心投影图像 多中心投影图像 合成孔径雷达图像 新型遥感卫星传感器几何模型-有理函数模型
遥感系统内外因素都会对遥感图像的 几何畸变产生影响： （1）遥感平台位置和运动状态变化 （2）地形起伏影响 （3）地球表面曲率的影响 （4）大气折射的影响 （5）地球自转的影响
……
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1、遥感数字图像的几何畸变概述 1.2 遥感图像的几何畸变
5
1.1.2 多中心（等焦距圆柱）投影：全景影像 全景摄影图像是在物镜焦面上平行于飞机飞
遥感图像校正ppt课件
数字高程模型，对图像进行地形变形的校正，使 图像符合正射投影的要求。
地理参考（Geo-referencing）：将地理坐标系
统赋予图像数据的过程。
29 29
遥感图像几何精校正的一般过程
1)选取地面控制点（GCP），确定其空间坐 标； 2)利用控制点数据对图像进行空间变换
多项式近似法
合理选择校正方程的次数:2-3次。
10 10
回归分析法
用长波数据来校正短波数据
作法：在不受大气影响的波段（如TM5）和待校正的
某一波段（如TM1）图像中，选择由最亮至最暗的
一系列目标，将每一目标的两个待比较的波段灰
度值提取出来进行回归分析。
例如：
Y a1 b1 X
式中，X 为TM5波段的亮度均值； Y 为TM1亮度均值；
11 11
镶嵌与制图
28 28
图像配准（registration）：图像对图像的校准，
以使两幅图像中的同名像元配准。
图像精校正（rectification）：借助于一组地面
控制点（Ground Control Point，GCP），对 一幅图像进行地理坐标的校正，又称为georeferencing。
正射影像纠正（ortho-rectification）：借助于
控制点的地理坐标与地图投影的要求必须一致。
32 32
二次多项式间接法纠正变换公式为：
x fx (u, v) a00 a10u a01v a11uv a20u2 a02v2 y f y (u, v) b00 b10u b01v b11uv b20u2 b02v2
遥感图像校正
11
主要内容
辐射畸变
1、为什么要进行校正？ 2、怎样校正？
地理参考（Geo-referencing）：将地理坐标系
统赋予图像数据的过程。
29 29
遥感图像几何精校正的一般过程
1)选取地面控制点（GCP），确定其空间坐 标； 2)利用控制点数据对图像进行空间变换
多项式近似法
合理选择校正方程的次数:2-3次。
10 10
回归分析法
用长波数据来校正短波数据
作法：在不受大气影响的波段（如TM5）和待校正的
某一波段（如TM1）图像中，选择由最亮至最暗的
一系列目标，将每一目标的两个待比较的波段灰
度值提取出来进行回归分析。
例如：
Y a1 b1 X
式中，X 为TM5波段的亮度均值； Y 为TM1亮度均值；
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镶嵌与制图
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图像配准（registration）：图像对图像的校准，
以使两幅图像中的同名像元配准。
图像精校正（rectification）：借助于一组地面
控制点（Ground Control Point，GCP），对 一幅图像进行地理坐标的校正，又称为georeferencing。
正射影像纠正（ortho-rectification）：借助于
控制点的地理坐标与地图投影的要求必须一致。
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二次多项式间接法纠正变换公式为：
x fx (u, v) a00 a10u a01v a11uv a20u2 a02v2 y f y (u, v) b00 b10u b01v b11uv b20u2 b02v2
遥感图像校正
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主要内容
辐射畸变
1、为什么要进行校正？ 2、怎样校正？
遥感图像的几何校正50页PPT
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
遥感图像的几何校正
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
ห้องสมุดไป่ตู้
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
遥感图像的几何校正
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、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
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窗
以
寄
傲
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审
容
膝
之
易
安
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ห้องสมุดไป่ตู้
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
遥感图像几何校正 ppt课件
但此法需要高程信息，且在一幅图像中，受传感器位置和姿态 的影响，其外方位元素的变化规律只能近似表达，因此有一定 的局限性，使其在理论上的严密性难以严格保证，所以相对于 多项式法，其精度提高并不明显，而且计算量较大。
X Y
FX FY (
(x, y x, y)
)
直接法：由x,y求出X,Y
ppt课件
33
但用直接法（正解法）得到的纠正图像上的像点不 是规则排列，有的可能重复，有的可能无像点，难 以获取规则排列的数字图像，所以常采用间接法 （反解法）纠正图像。
ppt课件
34
（二）间接校正法
从校正后图像出发，按一定换算关系反求算出原始图像上像点坐标.
TM数据（30米），GPS精度应在10－20米之间； SPOT数据（5－10米）， GPS精度应在亚米级； 更高的校正精度要求，宜用差分GPS来获取坐标。
但使用GPS测量要注意投影问题。GPS使用的是WGS84经纬 度投影，在使用前可能要进行投影转换。
地面控制点的地理坐标必须与投影要求一致，否则会带来较 大误差。
设任意像元在原始图像和纠正后图像中的坐标分别为(x,y)和 (X,Y),即(x,y)为原始坐标，(X,Y)为纠正后坐标:
x Gx ( X ,Y ) y Gy ( X ,Y )
间接法:由X,Y求出x,y
ppt课件
35
灰度内插：
不管是直接法还是间接法，求出新的像点位置后，都要通过 灰度内插法求出该位置的灰度值。
值时，就需要由采样点（已知像素）内插，称为重采样。 其附近像素（采样点）的灰度值对被采样点的影响的大小可
以用重采样函数来表达。 常用的方法有四种：（下面具体介绍）
X Y
FX FY (
(x, y x, y)
)
直接法：由x,y求出X,Y
ppt课件
33
但用直接法（正解法）得到的纠正图像上的像点不 是规则排列，有的可能重复，有的可能无像点，难 以获取规则排列的数字图像，所以常采用间接法 （反解法）纠正图像。
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34
（二）间接校正法
从校正后图像出发，按一定换算关系反求算出原始图像上像点坐标.
TM数据（30米），GPS精度应在10－20米之间； SPOT数据（5－10米）， GPS精度应在亚米级； 更高的校正精度要求，宜用差分GPS来获取坐标。
但使用GPS测量要注意投影问题。GPS使用的是WGS84经纬 度投影，在使用前可能要进行投影转换。
地面控制点的地理坐标必须与投影要求一致，否则会带来较 大误差。
设任意像元在原始图像和纠正后图像中的坐标分别为(x,y)和 (X,Y),即(x,y)为原始坐标，(X,Y)为纠正后坐标:
x Gx ( X ,Y ) y Gy ( X ,Y )
间接法:由X,Y求出x,y
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灰度内插：
不管是直接法还是间接法，求出新的像点位置后，都要通过 灰度内插法求出该位置的灰度值。
值时，就需要由采样点（已知像素）内插，称为重采样。 其附近像素（采样点）的灰度值对被采样点的影响的大小可
以用重采样函数来表达。 常用的方法有四种：（下面具体介绍）
第四章 遥感图像处理――几何校正PPT课件
22
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
精度明显提高，特别是对亮度 计算量增加，且对影像起到
2
不连续现象或线状特征的块状 平滑作用，从而使对比度明
化现象有明显的改善。
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。
23
18
像元灰度值重采样
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
p(x,y) y
纠正前影像
19
最近邻法
—以距内插点最近的观测点的像元值为所求的像元值。
影像中两相邻点的距离为1，即 行间距△x＝1，列间距△y=1，取与 所计算点(x,y)周围相邻的4个点，比 较它们与被计算点的距离，哪个点距 离最近，就取哪个的亮度值作为 （x,y）点的亮度值f（x，y）。设该 最近邻点的坐标为（k,l）,则
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。
3
引起遥感图像几何变形的因素
一、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
21
三次卷积内插法
取与计算点（x，y）周 围 相 邻 的 16 个 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 ） ， f(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
精度明显提高，特别是对亮度 计算量增加，且对影像起到
2
不连续现象或线状特征的块状 平滑作用，从而使对比度明
化现象有明显的改善。
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。
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18
像元灰度值重采样
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
p(x,y) y
纠正前影像
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最近邻法
—以距内插点最近的观测点的像元值为所求的像元值。
影像中两相邻点的距离为1，即 行间距△x＝1，列间距△y=1，取与 所计算点(x,y)周围相邻的4个点，比 较它们与被计算点的距离，哪个点距 离最近，就取哪个的亮度值作为 （x,y）点的亮度值f（x，y）。设该 最近邻点的坐标为（k,l）,则
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。
3
引起遥感图像几何变形的因素
一、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
21
三次卷积内插法
取与计算点（x，y）周 围 相 邻 的 16 个 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 ） ， f(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）。
遥感技术与应用-04遥感图像校正ppt课件
遥感技术与应 用-04遥感图 像校正
第四章 遥感图像校正
2018/11/26
2
内容简介
遥感图像的辐射畸变 (Radiometric Distortion)
遥感图像的辐射校正 (Correction of Radiometric Distortion)
遥感图像的几何畸变 (Geometric Distortion)
般很难得到这些数据。
波谱测试回归分析法：需要到野外进行与陆地卫星 同步的一致测试。
2018/11/26
8
辐射校正
波段对照法:直方图最小值去除法和回归分析法
直方图最小值去除法
直方图：以统计图的形式表示图像亮度值与像素数之间的关系。在 二维坐标系中，横坐标代表图像中像素的亮度纵坐标代表每一亮度
扫描角越大时，光线路径越长，大气衰减越严重。星（机）下 点位置的地物辐射信息的光线路径最短，大气衰减所产生的影
响也最小。因此辐射量失真最小。
光电变换系统的特性引起的畸变：传感器的光谱响应特性和传 感器的输出有直接的关系。在扫描方式的传感器中，传感器接
收系统收集到的电磁波信号需经光电转换系统变成电信号记录
遥感图像的几何校正 (Correction of Geometric Distortion)
遥感图像配准 (Image Registration)
2018/11/26
3
遥感图像的辐射畸变
辐射畸变：图像数据中各种辐射亮度的失真；
引起辐射畸变的因素
大气层对辐射的影响：进入大气的太阳辐射会发生
反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接
或亮度间隔的像素数占总像素数的百分比。
第四章 遥感图像校正
2018/11/26
2
内容简介
遥感图像的辐射畸变 (Radiometric Distortion)
遥感图像的辐射校正 (Correction of Radiometric Distortion)
遥感图像的几何畸变 (Geometric Distortion)
般很难得到这些数据。
波谱测试回归分析法：需要到野外进行与陆地卫星 同步的一致测试。
2018/11/26
8
辐射校正
波段对照法:直方图最小值去除法和回归分析法
直方图最小值去除法
直方图：以统计图的形式表示图像亮度值与像素数之间的关系。在 二维坐标系中，横坐标代表图像中像素的亮度纵坐标代表每一亮度
扫描角越大时，光线路径越长，大气衰减越严重。星（机）下 点位置的地物辐射信息的光线路径最短，大气衰减所产生的影
响也最小。因此辐射量失真最小。
光电变换系统的特性引起的畸变：传感器的光谱响应特性和传 感器的输出有直接的关系。在扫描方式的传感器中，传感器接
收系统收集到的电磁波信号需经光电转换系统变成电信号记录
遥感图像的几何校正 (Correction of Geometric Distortion)
遥感图像配准 (Image Registration)
2018/11/26
3
遥感图像的辐射畸变
辐射畸变：图像数据中各种辐射亮度的失真；
引起辐射畸变的因素
大气层对辐射的影响：进入大气的太阳辐射会发生
反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接
或亮度间隔的像素数占总像素数的百分比。
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• 传感器有中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投
影等几种成像方式。地形平坦地区的中心投影和垂直 投影没有几何畸变，但对全景投影和斜距投影则产生 图像变形。
• 常把中心投影和平行投影（正射投影）的图像视为基
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。因此，1航0
R1
斜向 的电
a a0
磁波
R2
经历
的是
R3
一条
弯曲
R4
的传 输路
线
a a0
17
6、地球自转的影响
地球始终在自转，而且在不同的纬度，地球转动的线速度不 同。地球资源卫星完成一景图像的扫描，在此期间，地球已经转 过一定的角度，所以，图像记录的并非一个正方形的地面区域， 而是一个存在扭曲的四边形区域。
18
• 几何精校正是以基础数据集作为参照，选取控制点进
行几何校正。此校正不考虑引起畸变的原因。
• 若基础数据集是图像，该过程叫相对校正，即以一景
图像作为基础，，是图像－－图像校正；
• 若以地图为基础校正其他图像，则叫绝对校正，是图
像－－地图校正，常用于GIS中。
• 一般地,来自与相同平台位置和传感器的多光谱图像容
第二节 遥感数字图像的几何校 正
• 第一部分 遥感图像的几何畸变 • 第二部分 遥感图像的几何校正
1
本章教学要求及教学重点
• 教学要求： • 1、掌握遥感数字图像几何畸变的原因 • 2、掌握遥感图像几何校正的过程
• 教学重点：
• 遥感图像几何校正过程
2
图像退化与复原
• 遥感是通过对反映地物电磁波信息的处理分析与解译来
称为退化（degradetion）。对一个退化的图像进行处 理，使它恢复到原始目标的状态称为图像复原 (Restoration)，它是处理由于一个或多个质量降级原 因而记录下来的影像，使处理后的图像能更好地接近原 始景物。
• 在遥感数字图像处理中，为了取得良好的处理效果，所
处理的图像必须经过几何校正（几何粗校正和几何精校 正）、辐射校正以及噪声抑制等处理后，才能根据实际
标系中的坐标之间的差异。
• 按照图像畸变的性质划分，几何畸变可分为系统性
畸变和随机性畸变。
• 系统性畸变（内部）是指遥感系统造成的畸变，这
种畸变一般有一定的规律性，并且其大小事先能够 预测，例如扫描镜的结构方式和扫描速度等造成的畸变。
• 随机性畸变（外部）是指大小不能预测，其出现带
7
8
9
二、引起遥感图像几何变形的影响 • 因1、素传感器成像投影方式带来的变形
器轨道参数和传感器姿态参数，所需控制点的选择和量 测等。
• 2、原始数字影像输入。
• 按规定的格式将遥感数字影像用专门的程序读入计算机。
• 3、确定工作范围并裁剪
• 一般裁剪范围要大于工作范围。
• 4、选择地面控制点（直接影响图像最后的校正精度）
• 根据图像特征和地区情况，结合野外调查和地形图选择
4
图像复原的特点：
• （1）图像的退化是对整幅图像描述的，因而求解也是
对整幅图像而言。
• （2）为构造的模型求算一个最佳结果，数学上要求比
较严谨。
• （3）通过对原始目标比较来评价复原的结果。
5
第一部分 遥感图像的几何畸变
• 一、引言 • 二、引起遥感图像几何变形的影响
因素
6
一、引言
• 几何畸变：图像像元在图像中的坐标与其在地图坐
tg )
斜距变形
12
无变形
全景变形
斜距变形
13
2、传感器外方位元素变化的影响
传感器成像时的位置和姿态角
航高
航速
俯仰
翻滚
航偏
14
3、地形起伏的影响
地形起伏对中心投影造成的像 点位移是远离原点向外变动， 在雷达影像上是向内变动的。
R
15
4、地球表面曲率的影响
R
16
5、大气折射的影响
大气对辐射的传播产生折射。由于大气的密度分布从下到上 越来越小，折射率不断变化，折射后的辐射传播不再是直线而是 一条曲线，从而导致传感器接收的像点发射位移。
（1）全景投影（线中心投影） 变形
由于全景相机的像距保持不变， 而物距随扫描角的增大而增大， 因此出现两侧影像变形较大的 现象，使整个影像产生全景畸 变。
比例尺？
11
（2）斜距投影变形
侧视雷达采用斜距投影，它与摄像机中心投影方式完全不同。
斜距投影的变形误差为：
dy
yp
பைடு நூலகம்
y
' p
f
(1
cos
地球自转的影响
左图显示了地球 静止的图像(oncba) 与地球自转的图像 (oncba)在地面上 投影的情况。由图 可见，由于地球自 转的影响，产生了 图像底边中点的坐 标位移x和y，以 及平均航偏角。
19
第二部分 遥感图像的几何校正
• 一、几何校正的分类 • 二、几何校正的一般过程 • 三、几何校正的方案 • 四、几何校正的算法
21
一、几何校正的分类
• 几何校正一般在遥感信息提取之前进行。 • 几何校正就是校正成像过程中造成的各种几何畸变，
分为2类：
• 1、 几何粗校正:针对引起遥感系统畸变的原因而进行
的校正.
• 2、 几何精校正（几何配准）：把不同传感器具有几
何精度的图像、地图或数据中的相同地物元素精确地22
几何精校正
易校正。
23
二、几何校正的一般过程
遥感数字影像几何校正的一般过程
输 入确 原定 始工 数作 字范 影围 像
匹
配
选 择 地 面 控 制 点
选 择 地 图 投 影
地 面 控 制 点 与 像 元
位
置
选 择 校
像
输 出
正 元纠
函 灰正
数 和 相 关
度 重 采
数 字 影
参 样像
数
24
• 1、准备工作。
• 收集和分析影像数据、地图资料、大地测量成果、航天
20
几何校正的重要性：
• 为了解决遥感图像与地图投影的匹配问题，其重要性
如下：
• 1、只有进行校正后，才能对图像信息进行分析，制作
满足测量和定位要求的各类遥感专题图。
• 2、在同一地域，应用不同传感器、不同光谱范围及不
同成像时间的各种图像数据进行计算机自动分类、地 物特征的变化监测或其它应用处理时，必须进行图像 间的空间配准，保证不同图像间的几何一致性；
进行地物识别和专题研究的。
• 理想的遥感图像是：能如实、不扭曲地反映地物的辐射
能量分布和几何特征的图像。而实际上，这种情况是不 存在的。
• 在实际工作中，我们所得到的图像都在不同程度上与地
物的辐射能量或亮度分布有差异，即存在着畸变和降3 质，
图像退化与复原
• 通常将造成图像质量下降的这类问题称为图像畸变，或
影等几种成像方式。地形平坦地区的中心投影和垂直 投影没有几何畸变，但对全景投影和斜距投影则产生 图像变形。
• 常把中心投影和平行投影（正射投影）的图像视为基
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。因此，1航0
R1
斜向 的电
a a0
磁波
R2
经历
的是
R3
一条
弯曲
R4
的传 输路
线
a a0
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6、地球自转的影响
地球始终在自转，而且在不同的纬度，地球转动的线速度不 同。地球资源卫星完成一景图像的扫描，在此期间，地球已经转 过一定的角度，所以，图像记录的并非一个正方形的地面区域， 而是一个存在扭曲的四边形区域。
18
• 几何精校正是以基础数据集作为参照，选取控制点进
行几何校正。此校正不考虑引起畸变的原因。
• 若基础数据集是图像，该过程叫相对校正，即以一景
图像作为基础，，是图像－－图像校正；
• 若以地图为基础校正其他图像，则叫绝对校正，是图
像－－地图校正，常用于GIS中。
• 一般地,来自与相同平台位置和传感器的多光谱图像容
第二节 遥感数字图像的几何校 正
• 第一部分 遥感图像的几何畸变 • 第二部分 遥感图像的几何校正
1
本章教学要求及教学重点
• 教学要求： • 1、掌握遥感数字图像几何畸变的原因 • 2、掌握遥感图像几何校正的过程
• 教学重点：
• 遥感图像几何校正过程
2
图像退化与复原
• 遥感是通过对反映地物电磁波信息的处理分析与解译来
称为退化（degradetion）。对一个退化的图像进行处 理，使它恢复到原始目标的状态称为图像复原 (Restoration)，它是处理由于一个或多个质量降级原 因而记录下来的影像，使处理后的图像能更好地接近原 始景物。
• 在遥感数字图像处理中，为了取得良好的处理效果，所
处理的图像必须经过几何校正（几何粗校正和几何精校 正）、辐射校正以及噪声抑制等处理后，才能根据实际
标系中的坐标之间的差异。
• 按照图像畸变的性质划分，几何畸变可分为系统性
畸变和随机性畸变。
• 系统性畸变（内部）是指遥感系统造成的畸变，这
种畸变一般有一定的规律性，并且其大小事先能够 预测，例如扫描镜的结构方式和扫描速度等造成的畸变。
• 随机性畸变（外部）是指大小不能预测，其出现带
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二、引起遥感图像几何变形的影响 • 因1、素传感器成像投影方式带来的变形
器轨道参数和传感器姿态参数，所需控制点的选择和量 测等。
• 2、原始数字影像输入。
• 按规定的格式将遥感数字影像用专门的程序读入计算机。
• 3、确定工作范围并裁剪
• 一般裁剪范围要大于工作范围。
• 4、选择地面控制点（直接影响图像最后的校正精度）
• 根据图像特征和地区情况，结合野外调查和地形图选择
4
图像复原的特点：
• （1）图像的退化是对整幅图像描述的，因而求解也是
对整幅图像而言。
• （2）为构造的模型求算一个最佳结果，数学上要求比
较严谨。
• （3）通过对原始目标比较来评价复原的结果。
5
第一部分 遥感图像的几何畸变
• 一、引言 • 二、引起遥感图像几何变形的影响
因素
6
一、引言
• 几何畸变：图像像元在图像中的坐标与其在地图坐
tg )
斜距变形
12
无变形
全景变形
斜距变形
13
2、传感器外方位元素变化的影响
传感器成像时的位置和姿态角
航高
航速
俯仰
翻滚
航偏
14
3、地形起伏的影响
地形起伏对中心投影造成的像 点位移是远离原点向外变动， 在雷达影像上是向内变动的。
R
15
4、地球表面曲率的影响
R
16
5、大气折射的影响
大气对辐射的传播产生折射。由于大气的密度分布从下到上 越来越小，折射率不断变化，折射后的辐射传播不再是直线而是 一条曲线，从而导致传感器接收的像点发射位移。
（1）全景投影（线中心投影） 变形
由于全景相机的像距保持不变， 而物距随扫描角的增大而增大， 因此出现两侧影像变形较大的 现象，使整个影像产生全景畸 变。
比例尺？
11
（2）斜距投影变形
侧视雷达采用斜距投影，它与摄像机中心投影方式完全不同。
斜距投影的变形误差为：
dy
yp
பைடு நூலகம்
y
' p
f
(1
cos
地球自转的影响
左图显示了地球 静止的图像(oncba) 与地球自转的图像 (oncba)在地面上 投影的情况。由图 可见，由于地球自 转的影响，产生了 图像底边中点的坐 标位移x和y，以 及平均航偏角。
19
第二部分 遥感图像的几何校正
• 一、几何校正的分类 • 二、几何校正的一般过程 • 三、几何校正的方案 • 四、几何校正的算法
21
一、几何校正的分类
• 几何校正一般在遥感信息提取之前进行。 • 几何校正就是校正成像过程中造成的各种几何畸变，
分为2类：
• 1、 几何粗校正:针对引起遥感系统畸变的原因而进行
的校正.
• 2、 几何精校正（几何配准）：把不同传感器具有几
何精度的图像、地图或数据中的相同地物元素精确地22
几何精校正
易校正。
23
二、几何校正的一般过程
遥感数字影像几何校正的一般过程
输 入确 原定 始工 数作 字范 影围 像
匹
配
选 择 地 面 控 制 点
选 择 地 图 投 影
地 面 控 制 点 与 像 元
位
置
选 择 校
像
输 出
正 元纠
函 灰正
数 和 相 关
度 重 采
数 字 影
参 样像
数
24
• 1、准备工作。
• 收集和分析影像数据、地图资料、大地测量成果、航天
20
几何校正的重要性：
• 为了解决遥感图像与地图投影的匹配问题，其重要性
如下：
• 1、只有进行校正后，才能对图像信息进行分析，制作
满足测量和定位要求的各类遥感专题图。
• 2、在同一地域，应用不同传感器、不同光谱范围及不
同成像时间的各种图像数据进行计算机自动分类、地 物特征的变化监测或其它应用处理时，必须进行图像 间的空间配准，保证不同图像间的几何一致性；
进行地物识别和专题研究的。
• 理想的遥感图像是：能如实、不扭曲地反映地物的辐射
能量分布和几何特征的图像。而实际上，这种情况是不 存在的。
• 在实际工作中，我们所得到的图像都在不同程度上与地
物的辐射能量或亮度分布有差异，即存在着畸变和降3 质，
图像退化与复原
• 通常将造成图像质量下降的这类问题称为图像畸变，或