遥感图像的几何处理

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将误差超限的点去掉,重新迭代,直 到δ<ε
按规范的限差ε为(平面)
1:10万影像图 ε ≤±50m 1:5万影像图 ε ≤±25m 1:1万影像图 ε ≤± 5m
2 重采样
1 最邻近像元采样法 该法实质是取距离被采样点最近的已知像素元
素的(N)亮度IN作为采样亮度
采样法最简单,辐射保真度较好, 但它将造成像 点在一个像素范围内的位移,其几何精度较其他两 种方法差。
2 配准的过程分两步:
1 在多源图像上确定分布均匀,足够数量的图像同 名点; 2 通过所选择的图像同名点确定几何变换的多项 式系数,从而完成一幅图像对另一幅图像的几何纠 正。
多源图像间同名点的确定是图像配准的关键。 图像同名点的获取可以用目视判读方式和图像自动 配准方式。本节介绍自动获取图像同名点的方法— —通过图像相关的方法自动获取同名点。
第一是遥感图像的粗加工处理; 第二是遥感图像的精加工处理。
4 遥感图像的粗加工处理
遥感图像的粗加工处理也称为粗纠正, 它仅做系统误差改正。
辐射处理 粗加工处理 几何处理:测定参数改正影像的系统误差
分幅注记
2 遥感图像的精纠正处理
在粗加工处理的基础上,采用地面控制点的方法 进一步提高影像的几何精度
2 双线性内插法
该法的重采样函数是对辛克函数的更粗略近似,可以
用如图所示的一个三角形线性函数表达:
y1 yp y2 y
-1
x1 11
12
xp x2
Δx
Δy p
21
22
x
1-Δx
Δx
1-Δx
w
Δx
1
xc
当实施双线性内插时,需要有被采样点P周围4个已 知像素的亮度值参加计算
该法的计算较为简单,并具有一定的亮度采样
1 中心投影构像方程
X
X
x
Y = Y +λAt y
Zp
Zs
Fra Baidu bibliotek
-f
传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程
共线方程的几何意义: 地物点P、对应像点p和投影中心S位于同
一条直线上
则共线方程可以简写为 :
2 遥感图像的几何变形
遥感图像的几何变形: 是指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其在地
图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的差异。 变形误差可分为静态误差和动态误差 静态误差又可分为内部误差和外部误差两类 本节主要讨论外部误差对图像变形的影响。此外
y'p =f·tgθ
斜距投影的变形误差:
dy=yp-y'p=f·(secθ-tgθ)
侧视雷达图像的构像方程
侧视雷达具有斜距投影的性质
S
斜距变形的图形变形情况如图
y
x
2 传感器外方位元素变化的影响
外方位元素,是指传感器成像时的位置(Xs,Ys,Zs) 和姿态角(φ , ω ,κ)
竖直摄影条件下 φ = ω =κ≈0
图像总的行列数M和N由下式确定: M=(Y2-Y1 )/ΔY+1 N=(X2-X1 )/ΔX+1
行列号的取值范围可为:
2 直接法或间接法纠正 1 建立误差方程:
二次多项式间接法纠正变换公式为:
x i=a0+ a1XI + a2 YI+ a3 XIYI+ a4XI 2+ a5 YI 2 y i=b0+ b1XI + b2 YI+ b3 XIYI+ b4XI 2+ b5 YI 2
3 图像相关
利用两个信号的相关函数,评价它们的 相似性以确定同名点。
首先取出以待定点为中心的小区域中的 图像信号,然后取出其在另一图像中相应区 域的图像信号,计算两者的相关函数,以相 关函数最大值对应的相应区域中心点为同名 点,即以图像信号分布最相似的区域为同名 区域,其中心点为同名点。
误差方程为: V x i=a0 + a1XI + a2 YI+ a3 XIYI+ a4XI 2+ a5 YI 2 - x I V y i=b0 + b1XI + b2 YI+ b3 XIYI+ b4XI 2+ b5 YI 2 - y I
简化为:
V x i=AΔa-Lx V y i=AΔb-Ly
1 XI YI XIYI XI 2 YI 2 A= 1 X2 Y2 X2Y2 X2 2 Y2 2
精度,所以它是实践中常用的方法,但图像略变模 糊。
1 双三次卷积重采样法 该法用一个三次重采样函数来近似表示辛克函数
当利用三次函数对р点亮度重采样时,需要р点邻近的4*4个已知 像素的亮度值参加计算。
内插点р的亮度值为:
I11 I12 I13 I14

I=
I21 I22 I23 I24 I31 I32 I33 I34
第7讲
课 题: 遥感图像的几何处理
目的要求:1. 了解图像几何误差的主要来源;2. 掌握几何精纠正的基本原理并掌握其操作步 骤
重 点:几何精纠正的过程 难 点:地面控制点的选择、重采样过程
教学课时:2课时 教学方法:授课为主、鼓励课堂交流
本次课涉及的学术前沿:外部误差对图像变形 的影响
1 遥感传感器的构像方程
设L是一个等效的中心投影成像面,P点在oy上 的像点p,其坐标 yp=f·tgθ 从而可以得到全景变形公式:
dy=y'p- yp =f*(θ/ ρ -tgθ)
y
x
(2)斜距投影变形
斜距投影图形上的影像坐标yp为
yp=λRP=λH/cosθ= f/cosθ= f secθ
而地面上P点在等效中心投影图像oy'上的像点p'的坐 标y'p
一次多项式4个以上点 二次多项式7个以上点 三次多项式11个以上点
获取方法 1 GPS或野外测量 2 地形图上读取
(2)两个环节: 1 像素坐标的变换,即将图像坐标
转变为地图或地面坐标 2 对坐标变换后的像素亮度值进行
重采样。
(3)遥感数字图像几何精纠正的步骤:
(1) 准备工作; (2)输入原始数字图像 (3)确定工作范围 (4)选择地面控制点 (5)选择地图投影 (6)匹配地面控制点和像素位置 (7)评估纠正精度 (8)坐标变换 (9)重采样 (10)输出纠正后图像 目前的纠正方法有多项式法,共线方程法和随机 场插值法等。
其中
5 大气折射引起的图像变形
大气层不是一个均匀的 介质,它的密度是随离地面 高度的增加而递减,因此电 磁波在大气层中传播时的折 射率也随高度而变化,使得 电磁波的传播路径不是一条 直线而变成了曲线,从而引 起像点的位移,这种像点位 移就是大气层折射的影响。
6 地球自转的影响
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
……………………………………….
1T X n Y n XnY n Xn 2 Yn 2
Lx=[ x1
x x ]T 2 …….. n
Ly=[ y1
y y ]T 2 …….. n
V x I Δa Lx
V y I =AΔb
Ly
2 建法方程: [A T A] Δa= A T Lx [A T A] Δb= A T Ly
是对任何类型传感器成像进行几何纠正和对某 些参量进行误差分析的基础
图像的地物点 (x,y)
构像方程
共 线 方 程
对应地面点 (X,Y,Z)

遥感图像通用构像方程
W z
主要的坐标系
S
f
传感器坐标系S-UVW
Vy U x
y 像空间平面坐标系s-xyz
Z
Op
X
像平面坐标系o-xy
Y P
O
X
地面坐标系O-XYZ
(1)控制点的要求和获取方法: 要求: 1 影像上的明显地物点 2 影像中均匀分布 3 要满足一定的数量要求
二次多项式间接法纠正变换公式为:
x i=a0+ a1XI + a2 YI+ a3 XIYI+ a4XI 2+ a5 YI 2 y i=b0+ b1XI + b2 YI+ b3 XIYI+ b4XI 2+ b5 YI 2
纠正后图像边界范围的确定过程如下:
1 把原始图像的四个角点a,b,c,d按纠正变换 函数投影到地图坐 标系统中去,得到8个坐标值:
(Xa′,Ya′),(Xb′,Yb′),
(Xc′,Yc′),(Xd′,Yd′) 2 对这8个坐标值按X和Y两个坐标组分别求其最小 值(X1,Y1)和最大值(X2,Y2)
地形起伏引起的像点位移为:
δxh=xh/H
δyh=yh/H
其中x、y为地面点对应的像点坐标,
δx 、δy 为由地形起伏引起的在x、y方向上的像点位移
h为地面点相对于基准面的高度 H为摄影中心S距离基准面的高度
4 地球曲率引起的图像变形
因为
可简化为:
对中心投影图像的影响 hx= -Δ hx= -Dx2/2R0 = -(Hx/f) 2/2R0 hY= -Δ hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0
只有dφ 、dω才使图像产生非线性变形
各单个外方位元素引起的图像变形
3 地形起伏引起的像点位移
投影误差
由地面起伏引起的像点 位移,当地形有起伏时,对 于高于或低于某一基准面的 地面点,其在像片上的像点 与其在基准面上垂直投影点 在像片上的构像点之间有直 线位移。
(1) 中心投影情形时
在垂直摄影的条件下, φ = ω =κ≈0 ,
❖ 纠正方案
1 直接法方案:是从原始图像阵列出发,按行列的 顺序依次对每个原始像素点位求其在地面坐标系 (也是输出图像坐标系)中的正确位置
X=Fx(x,y) Y=FY(x,y)
2 间接法方案:是从空白的输出图像阵列出发,亦 按行列的顺序依次对每个输出像素点位反求原始图 像坐标中的位置
x=Gx(X,Y) y=Gy(X,Y)
(4)遥感图像的多项式纠正
❖ 多项式纠正回避成像的空间几何过程,直接对图 像变形的本身进行数字模拟。用一个适当的多项式 来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。
❖ 本法对各种类型传感器图像的纠正是适用的。
❖ 利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐 标通过平差原理计算多项式中的系数,然后用该多 项式对图像进行纠正。
1 -κ -φ
At ≈ κ 1 -ω
φω1
可以得到外方位元素变化所产生的像点位移为:
dx= -(f/H)dXS-(x/H)dZS-[f(1+x2/f2)]dφ-(xy/f)dω+ydκ dy= -(f/H)dYS-(y/H)dZS -(xy/f)dφ -[f(1+x2/f2)] dω-xdκ
dXS、dYS、dZS和dκ对整幅图像的综合影 响是使其产生平移、缩放和旋转等线性变化
a

d
x
b
y

间接法 Y
G(X,Y)
a′
c
直接法 F(x,y)
d′ •

b′
c′
X
直接法和间接法纠正方案
(5)纠正具体步骤:
1 纠正后数字图像的边界范围的确定
❖ 纠正后图像的边界范围,指的是在计算机存贮器中为输出图像所开出的 贮存空间大小,以及该空间边界(首行,首列,末行和末列)的地图 (或地面)坐标定义值。
X1=min(Xa′,Xb′,Xc′,Xd′)
X2=max(Xa′,Xb′,Xc′,Xd′) Y1=min(Ya′,Yb′, Yc′,Yd′)
Y2=max(Ya′,Yb′, Yc′,Yd′)
并令X1,Y1,X2,Y2为纠正后图像范围四条边界的地图坐标 值。
(33 根据精度要求定义输出像素的地面尺寸△X和△Y
3 遥感图像的几何处理
1几何处理的重要性: 1 各种专题图的生产,要求改正影像的几何
变形
2 处理、分析和综合利用多尺度的遥感数 据、多源遥感信息的表示、融合及混合像元 的分解时,必须保证各不同数据源之间几何 的一致性
3 利用遥感数据进行地图测图或更新
2 手段 1 光学纠正 2 数学纠正
3 遥感图像的几何处理包括两个层次
I41 I42 I43 I44
4 图像间的自动配准和数字镶嵌
1 图像间的自动配准 图像配准的实质就是前述的遥感图像的几何纠
正,根据图像的几何畸变特点,采用一种几何变换 将图像归化到统一的坐标系中。 图像之间的配准一般有两种方式: 1 图像间的匹配,即以多源图像中的一幅图像为参 考图像,其他图像与之配准,其坐标系是任意的; 2 绝对配准,即选择某个地图坐标系,将多源图像 变换到这个地图坐标系以后来实现坐标系的统一。
3 解待定系数: Δa= [A T A] -1 A T Lx Δb= [A T A] -1 A T Ly
4 精度分析:
δx= ([V x T V x ]/n-f)1/2 δy= ([V y T V y ]/n-f)1/2
n----控制点数 f-----多项式系数个数
若δ>ε 说明有粗差
原因:看错同名点; 量测坐标有误。
把某些传感器特殊的成象方式所引起的图像变形, 如全景变形、斜距变形等也加以讨论
1 传感器成像方式引起的图像变形
(1)全景投影变形 全景投影的影像面不是
一个平面,而是一个圆柱面 地物点P在全景面上的像
点为p,则p 在扫描线方向 上的坐标y'p
y'p=fθ/ρ
其中:f是焦距 θ是以度为单位的成像角
ρ =57.2957°/rad
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