4第四章遥感数字图像的几何处理

? 在讨论遥感图像几何变形的基础上，介绍 遥感数字图像几何纠正原理与方法。
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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 问题，对遥感图像进行几何纠正。
–1、重要性
? 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 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。
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? 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。
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? 2)、传感器外方位元素变化的影响
–传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时 的位置 (XS，YS，ZS)，(X，Y，Z)和姿态角(φ， ω，π)；对于侧视雷达而言，还包括其运行速 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。
–比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投影 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，如图这种投影差相反的 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，高出地面物体的雷达影像还可能带 有“阴影”，远景影像可能被近景影像的阴影所覆 盖．这也是与中心投影影像不同之处。
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–设(L)是一个等效的中心投影成像面，P点在(L)上的像点
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 心投影图像坐标之间的相互转换关系
–进而可推导出全景变形公式
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? I、全景投影变形
– 从右图可以看出红外机械扫 描仪的成像面不是一个平面， 而是一个圆柱面MON，相 当于全景摄影机的投影面， 称之为全景面。图中，地物 点P在全景面上的像点P具有 坐标yP，则 yP=f·θ/ρ （4.1）
– 式中：f是焦距; θ为成像角 (以度为单位)；ρ＝57．295 度／弧度。
? 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 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， 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
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–2、类型
第四章 图像校正
遥感数字图像的几何处理
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几何纠正
? 在利用遥感图像提取信息的过程中，要求 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，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。
? 当原始图像上各地物的几何位置、形状、 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。
? 在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄影的中心 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。
? 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
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。
? 光学纠正
–通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格 的纠正；
? 数字纠正
–是建立在严格的数学基础上，并可以远点(或远像素)地对 图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图 像进行严格的纠正；
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? 二、几何变形的影响因素
–遥感图像的几何变形误差类型
– 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
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? 影响因素：
–1)传感器成像几何形态带来的变形
? 传感器一般的几何成像方式包括
–中心投影
–全景投影 –斜距投影 –平行投影
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? 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
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? 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
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? II、斜距投影变形
–斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，S为雷 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：
–式中：ν为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；C 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。
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–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，并可以通过传感器的构像方程得 以解析。
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? 3)、地球起伏的影响
–地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。
–具有方向投影几何形态(中心投影、全景投影等)的传感 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；
? 静态误差——
–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 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 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、 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。
–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 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、 地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差等。
? 动态误差——
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? 几何校正
? 几何粗校正：针对畸变原因进行的