遥感图像处理 第5章_遥感数字图像的几何处理2

几何校正
什么是几何校正 扫描得到的图像数据或遥感获得的影像数据由于
种种原因往往会有几何形状上的变形。通过一定数 学变换，消除这些畸变的工作就叫几何校正（几何 纠正）。
几何校正的几个概念
图像配准（Registration）：同一区域里一幅 图像（基准图像）对另一幅图像校准，以使两幅 图像中的同名像素配准。
第五章 遥感图像几何校正
本节主要内容
一、遥感图像的几何畸变 二、几何校正（地图配准） 三、应用实例：软件操作
遥感图像的畸变
图像几何畸变：遥感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，即说明遥感图像发生了几 何畸变。
遥感图像的总体变形是平移、缩放、旋转、偏 扭、弯曲及其他变形综合作用的结果。
解决比例尺、中心移动、歪斜等方面的几何畸变.
多项式模型
多项式变换法
当n≥2,,二元非线性多项式:
X Y
a1x b1x
a2 y b2 y
a3 x 2 b3 x 2
a4xy a5 y2 A b4xy b5 y2 B
其中A、B代表二次以上高次项之和。
此时有12个待定的系数，需要有6对以上控制点的坐标和理论值， 才能求出待定系数。
使得遥感图像产生像点位移，从而造成遥感影像的几何畸变。
几何畸变产生原因
2.扫描图像
扫描时地形图没被压紧、产生 斜置或扫描参数设置不当等， 使被扫入的图像产生形变。
扫描时受扫描仪幅面大小的影 响，有时需要将一幅图分成几 块扫描，这样会在拼接时难以 保证精度。
象元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等
遥感图像的畸变
引起图像畸变因素 • 系统误差
有规律的、可预测的。比如扫描畸变
• 非系统误差
无规律的 如传感器平台的高度、经纬度、速度和姿态的不稳，
地球曲率及空气折射，地形影响等
几何校正：纠正系统和非系统因素引起的几何畸 变。
几何畸变产生原因 1.遥感图像
空间任意一点均通过某一固定投影中心，被投射到一平 投影面上构成影像。(中心投影) 飞行器的姿态倾斜 地面地形起伏较大 地球自转
图像配准：基于两幅图像之间的同名点，利用几何校正模 型，构建图像与图像之间的几何关系完成几何校正，基准 图像不一定有地理坐标。
正射校正：结合传感器的姿态参数、地面控制点以及高精 度的DEM数据进行的几何校正，改正了因地形起伏和传感 器误差而引起的像点位移。
几何校正常见形式
几种常见几何校正形式：
几何校正常见方法
几何粗校正：校正系统误差，地面站完成
地理参照（Geo-referencing）：利用数据自带参数进 行几何校正。
几何精校正（常简称为几何校正）：基于地面控制点，利 用几何校正模型，构建图像与地面坐标/与图像之间的几 何关系完成几何校正，当控制点选择源是图像（有地理坐 标）时候，又属于图像配准范畴。
图像纠正（Rectification）：借助一组控制点， 对一幅图像进行地理坐标的校正。又叫地理参照 （Geo-referencing）
图像地理编码（Geo-coding）：特殊的图像纠 正方式，把图像矫正到一种统一标准的坐标系。
图像正射校正（Ortho-rectification）：借助 于地形高程模型（DEM），对图像中每个像元进 行地形的校正，使图像符合正射投影的要求。
选取什么样的像素点作为控制点 ？
• 选取图像上易分辨且较精细的特征点：
道路交叉点，河流弯曲或分叉处，海岸线弯 曲处，飞机场，城廓边缘等
• 特征变化大的地区需要多选 • 图像边缘部分一定要选取控制点 • 尽可能满幅均匀选取 • 地物不随时间而变化，以保证两幅不同
时相得影像都可以识别出来
控制点质量控制
误差计算 • RMSEerror=sqrt[(X-x)2+(Y-y)2）
多项式模型
X
i
aij xi y j
i0 j0
i
Y
i0
bij xi y j
j0
式中：
•(X,Y)：校正后图像的像元坐标；
•(x,y)：对应校正前像元坐标；
•aij、bij：多项式待定系数； •N：多项式的次数
机理：通过若干控制点，建立不同图像间的多项式 空间变换运算，实现图像的配准。
多项式模型
多项式变换法
X
i
aij xi y j
i0 j0
Y
i0
i
bij xi
j0
yj
多项式中N值的选择与几何畸变的复杂程度密切相关。
当N= 1, 二元一次多项式:
X
Y
a00 a10 x a01 y b00 b10 x b01 y
此时有6个待定的系数，需要有3对（x,y）与 （X,Y）坐标值，即3对控制点。
解决遥感器偏航、俯仰、滚动等因素引起的几何畸变。
控制点获取
地面控制点获取途径 • 基础数据
基础测绘数据 数字线画图（DLG） 数字栅格图（DRG）
• 影像数据
正射影像（DOM）
• 实地测量（GPS） 地面控制点实质：找到待校正图像上的点对应真
实的坐标值
控制点质量控制
图像选点原则（正射纠正不适用）
数量原则
选取几个控制点 ？
• 在图像边缘处，在地面特征变化大的地区，需要增加控 制点.
• 保证一定数量的控制点，不是控制点越多越好。如一景 TM的控制点数量在30-50左右；正射纠正控制点数量 在10个左右。
• 一般来说，采用多项式数学模型时，控制点个数与多项 式阶项n及地形情况有密切关系。控制点个数最少应2倍 于(n＋1)(n＋2)/2。当阶项n＝2或更高时，通常要 求每景控制点在25个以上，困难地区应适量增加控制点， 保证在30～50Fra Baidu bibliotek左右。
重采样方法
校正以后的图像由于几何变形，其像元与原始图 像像元已经不是一对一的对应关系，需要进行一个 像元（灰度值）的赋值处理。
重采样目前主要有三种方法：
最近邻法 双线性内插法 三次卷积法
• 卫星轨道参数（全自动） • 地面控制点（同名点）+校正模型（人机交互） • RPC文件+地面控制点+DEM（人机交互）
多项式模型
多项式模型 • X=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+… … • Y=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2+… …
最少控制点个数 • N=(n+1)*(n+2)/2