第二讲 遥感图像处理影像几何纠正

2.1 遥感影像几何校正
• 遥感影像几何精纠正完成后，要进行纠正 精度检查。图像几何纠正精度采用随机读 点法进行检验，即在校正后的图像上均匀 选择4-5个特征点，读出其坐标值，然后与 地形图上对应点的坐标或GPS实测值进行 比较，判断是否满足《土地利用动态遥感 监测规程》的要求。
2.2 遥感影像配准
a1 ( X i X si ) b1 (Yi Ysi ) c1 (Z i Z si ) xi f a3 ( X i X si ) b3 (Yi Ys i ) c3 (Z i Z si )
yi f a2 ( X i X si ) b2 (Yi Ysi ) c2 ( Z i Z si ) a3 ( X i X si ) b3 (Yi Ys i ) c3 (Z i Z si )
2.3 遥感影像的镶嵌
当一景图像不能覆盖整个监测区时，尽量选取时相接近的 卫星图像进行镶嵌。根据工作区的具体情况镶嵌的方法采用先 镶嵌后校正或先校正后镶嵌。
2.3 遥感影像的镶嵌
• 先镶嵌后校正。采用图像对图像配准技术，以其中一景图 像为基准，从相邻图像重叠区选择控制点，将相邻的图像 进行相对配准，然后将两景图像镶嵌起来，以此类推将工 作区所有图像镶嵌到一起。再利用地形图对镶嵌好的图像 统一选取控制点进行几何精校正，最终得到具有地理坐标 的镶嵌图。该方法优点是快速、省力，一般适合于相邻图 像重叠较大、像元间相对几何精度较高、以平原区为主的 遥感图像的镶嵌。 • 先校正后镶嵌。采用先对各景遥感图像分别进行几何精校 正，然后在统一的地理坐标下镶嵌。该方法优点是对相邻 图像的重叠度要求不是很高，一定程度上避免局部地区精 度不高对整体精度造成的不利影响。特别是对涉及山区的 SPOT数据的镶嵌基本上采用了该方法。
土地利用动态遥感监测概念
• 土地利用动态遥感监测是应用遥感技术，监测土 地利用及其动态变化的一种方法。指以遥感手段 为技术依托，对土地资源和土地利用实施宏观动 态监测，及时发现实地发生的变化，并作出相应 的分析。
土地利用动态遥感监方法
（1）对多时相、多源遥感数据进行分析并作纠正配 准融合等预处理，然后利用处理结果进行计算机 自动分类和人工判断目视解译，得到各时相的土 地分类结果，比较分类结果便发现土地利用变化 情况。 （2）直接利用多时相、多源数据来寻求变化，通过 图像处理和影像判读来确定变化属性及进行统计 分析，这样就大大减少了对无变化区域作业分类 时作业人员的工作量，有效提高了监测精度。
遥感监测实施技术流程
影像融合
遥感监测实施技术流程
4. 变化信息提取及变化类型确定
• 变化信息发现
• • • • 光谱特征变异法 差值法 多波段主成份变换 主成份差异法
• 变化类型的确定
• 目视解译法 • 计算机自动解译分类法 • 人机交互解译法
遥感监测实施技术流程
5. 外业调查与复核
• • • • • 实地检查确认遥感内业判读的变化图斑； 实地调查影像上识别或定位不准的小图斑边界线； 实地量测影像上量测精度不足的线状地物宽度； 对影像上有云影遮盖的范围做补充调查； 实地收集监测区内与真正Fra Baidu bibliotek化图斑相对应的土地变更 调查资料，为变化信息分类后处理及精度评定提供依 据。
2.1 遥感影像几何校正
• 遥感影像数据的几何校正遥感信息处理过程中的 一个基本环节。数字影像校正的目的，是改正原 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。它的基本环节有两个： 一是像素坐标变换；二是像素亮度重采样。遥感 数字影像校正的主要处理过程如下图所示。 • 遥感影像纠正过程中像素坐标转换除采用多项式 法外还可以采用小样条（Thin Plate Spline）或 格网方法，亮度值重采样一般采用双三次褶积采 样法。
其中，f为等效焦距；Xi,Yi,Zi为地面点i的地面坐标；xi,yi为其图像坐标；Xsi,Ysi,Zsi 为li行上传感器的地面坐标；aj,bj,cj为li行的外方位元素Фi，Ωi，κi所确定的旋转矩 阵中的9个元素。
2.1 遥感影像几何校正
• 多项式纠正－线 性 变 换
对于地形起伏 不大的地区，我们 可以忽略DEM的影 响，采用多项式纠 正方式，多项式纠 正是常用的遥感影 像纠正方法。
2.2 遥感影像配准
遥感影像配准及配准精度检查
2.3 遥感影像的镶嵌
• 影像镶嵌是将两幅或多幅影像拼在一起，构成一 幅整体影像的技术过程。 • 由于影像纠正过程中，控制点的误差、DEM 的误差、计算过程中重采样的误差等，造成了同 一地面特征在不同影像上有不同的地面测量坐标； 同时由于成像时太阳高度角及大气环境的不同以 及成像时间的差别，使相邻影像呈现出不同的辐 射特征，因此，影像镶嵌时除了要满足在拼接线 上相邻影像的细节在几何上一一对接外，还要求 相邻影像的色调保持一致。现在大部分遥感软件 （ERDAS、PCI）都具备了用户自定义拼接线， 自动调节色调功能。
第二节
土地利用动态遥感监测
土地利用动态监测常用方法
• 土地变更调查技术 • 土地利用动态遥感监测技术 • 实地调查和统计技术 • 土地信息系统技术
遥感
• “遥感”( Remote Sensing，简称RS )，广义地说， 是指在不直接接触的情况下，对目标物或自然现 象远距离感知的一种探测技术。狭义而言，是指 在高空或外层空间的各种平台，运用各种传感器 （如摄影仪、扫描仪和雷达等）获取地表的信息， 通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体 的形状、大小、位置、性质及其环境相互关系的 一门现代化应用技术科学。通常所说的遥感指的 是狭义上的航天遥感。
• 影像配准就是将同一地区的不同特性的相关影像 (如不同传感器，不同日期，不同波段或传感器在 不同位置获取的同一地区地物)在几何上互相匹配， 即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率 上 的 统 一 。 配准方式可分为相对配准和绝对配准。相对配 准是以某一图像为基准，经过坐标变换和插值， 使其它图像与之配准。绝对配准是将所有的图像 校 正 到 统 一 的 坐 标 系 。 在实际作业中针对不同监测地区和遥感数据的 情况，采用不同的配准模式，概括起来有以下3种：
遥感监测实施技术流程
1. 遥感数据获取
• • • • 数据及资料来源连续、稳定； 能满足监测的精度要求； 价格适中、易于获取； 目前采用的主要数据源有卫星遥感影像和数字 航空影像。
遥感监测实施技术流程
2. 数据预处理
• 校正和配准 目的就是统一到同一地图坐标系下。 • 影像镶嵌
遥感监测实施技术流程
纠正过程中应选择至少9个控制点，采取上、中、下三排均匀分布；图像坐标尽可能读 到子像素；加入的DEM应能满足高程精度要求。
2.1 遥感影像几何校正
多项式纠正－非线性变换
2.1 遥感影像几何校正
• 当一景影像不同区域的几何畸变各不相同时，可 以按地形起伏，将该景影像按地面高度不同分成 数个不同的条带或块进行分块多项式纠正。每个 区域均采用多项式纠正。当采用分区纠正后，不 同区域的变形都将得到处理，全局的精度得以保 证。
3. 多源多时相遥感数据的融合
数据融合目的是通过将监测区内两个或多个 时相的数据融合，提高影像数据的空间分辨率和 光谱分辨率，增强影像判断的准确性。 同时两个时段影像的交叉融合又会突出变异， 有助于检测出变化信息。
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数据融合的关键技术：
• 充分考虑不同遥感数据之间波谱信息的相关性而 引起的有用信息的增加和噪声误差的增加，对多 源遥感数据作出合理的选择； • 解决遥感影像的几何畸变问题，使各种影像在空 间位置上能精确配准起来； • 选择合适的融合算法，最大限度地利用多种遥感 数据中的有用信息。
• 影像配准时同名点的选取可以采用人工选取的方 法，或通过相关运算自动获得，采用的纠正方法 是多项式纠正法。图像配准中误差一般地区不大 于0.5个像元，平原地区严格控制在0.5个像元以 内，山区适当放宽。影像配准采用以下方法进行 精度检查：融合检查—对配准后数据，目视检查 融合图像是否有重影现象。当配准精度不能满足 要求时，应在有重影的地区加密控制点，重新进 行纠正配准，直到精度符合要求。
多源数据的获取及分析
流程图
地形图 DRG DEM
旧时相 影像
新时相 影像
土地利用 图DRG
影像纠正、配 准、镶嵌、融合
影像纠正、配 准、镶嵌、融合
变化发展 土地利用变化识别与分类信息提取 土地利用变化图斑 与土地变更抽样 调查资料比较 GPS支持野 外抽样检测 影像判断 样本库
错误修正
精度与正确度评价 动态检测结果 成果应用
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6. 变化信息后处理
• • • • • 外业资料整理与分析 变化小图斑归并； 图斑范围、边界、类型确定； 选择特征图斑，为建立影像特征库提供典型影像资料； 统计变化面积并作变化分析。
7. 提交成果汇总
2. 遥 感 图 像 处 理
2.1 遥感影像几何校正
几何校正可分为两种：粗校正和精校正，前者常常在卫星资料处理中心完成， 校正是粗略的，精度难以满足用户的要求，因此，粗纠正后的产品还要求用户做进 一步处理，使图像的几何位置符合某种地理坐标系统，与地图配准，并调整亮度值， 这就是精校正。
2.1 遥感影像几何校正
准 备 工 作
输 入 原 始 数 据
建 立 纠 正 变 换 函 数
输确 出定 范数 围据
逐 个 像 变 素 换 的 几 何 位 置
像 素 亮 度 值 重 采 样
输 出 校 正 后 数 据
2.1 遥感影像几何校正
•构像方程纠正－共线方程
• 对于地形起伏较大，或卫星侧视角较大的影像，可 利用DEM(数字高程模型)进行数字微分纠正，通过 对图像上像点位移的逐点改正，得到高精度的正射 影像。采用的方程为：
2.2 遥感影像配准
• 首先对某一时相的高分辨率影像进行几何精纠正， 然后将其他影像与精纠正后的影像进行图像配准； • 首先对某一时相的低分辨率影像进行几何精纠正， 然后将其他影像与精纠正后的影像进行图像配准； • 分别对所有影像进行纠正，分别几何校正到统一 地图坐标系下，完成校正、配准工作。
2.2 遥感影像配准
遥感监测实施技术流程
融合前处理：
• 全色影像：增强局部灰度反差，突出纹理细节、 加强纹理能量和通过滤波来尽可能减少噪音。 • 光谱影像：多光谱数据的贡献就是它的光谱信息， 融合前主要以色彩增强为主，调整亮度、色度、 饱和度，拉开不同地类之间的色彩反差，对局部 纹理要求不高，有时为了保证光谱色彩，还允许 削弱纹理信息来确保融合图的效果。