遥感数字图像处理_图像校正

中心投影受平台高度（H）和焦距（f)的影响
中心投影
正射投影
航片 是中心投影，即摄影光线交于同一点 地图 是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面
遥感数字图像几何校正，即正射投影校正
几何纠正的目的：将中心投影影像 映射成正射投影影像
（2）传感器外方外元素的影响
▪ 传感器的外方位元素是指传感器成像时的 位 置(Xs，Ys，Zs)，(X，Y，Z)和姿态角(φ， ψ，к )，对于侧视雷达还包括其运行速度 (Vx，Vy，Vz)。
备
输入原始
建立纠正变
工
数字图像
换函数
作
输出纠正 后的图像
像素亮度 值重采样
影像范围 确定输出
逐个像素 的几何位 置变换
5.8 几何精校正
▪ 几何精校正又称为几何配准,是把不同传感器具 有几何精度的图像、地图或数据集中的相同地 物元素精确地彼此匹配、叠加在一起的过程。
▪ 图像精校正由用户进行。以基础数据集作为参 照，必须在遥感图像信息提取之前进行，包括： 系统几何纠正（数据接受部门）、投影变形纠 正（传感器研制部门）、几何精纠正（用户）。
学习目标
▪ 为什么要进行遥感数字图像几何校正？ ▪ 什么是遥感数字图像几何校正？ ▪ 怎样进行遥感数字图像几何校正？ ▪ 遥感数字图像几何校正有何用途？ ▪ 遥感数字图像几何校正算法局限性与如何
改进？
5.7 图像几何误差的主要来源
▪ 几何误差类型：静态误差和动态误差。
▪ 静态误差：成像过程中，传感器相对于地 球表面呈静止状态时产生的误差。又分为 内部误差和外部误差。
5.8.1 基本原理
▪ 回避成像空间的几何过程，直接利用地面 控制点数据对遥感图像的几何畸变本身进行数 学模拟，并且认为遥感图像的总体畸变可以看 作是挤压、扭曲、缩放、偏移以及更高层次的 基本变形的综合作用的结果。因此，校正前后 的图像相应点的坐标关系可以用一个适当的数 学模型表示。
5.8.2
几 何 精 校 正 的 步 骤
5.8.6 地图投影
▪ 地面控制点的地理坐标必须与投影要求一 致，否则会带来较大的误差。
5.8.7建立纠正变换函数
▪ 纠正变换函数是用以建立待校正影像的坐标与 地面地图或标准影像间的变换关系。
▪ 根据所采用数学模型的不同确定不同的纠正方 法。 如多项式法、共线方程法、随机场内的 插值法等。
▪ 纠正变换函数中有关的参数，可利用地面控制 点数据求取，也可以利用卫星轨道参数，传感 器姿态参数、航空影像的内方位元素求取。
几何校正
第5章 图像校正（3）
本次课内容
▪ 5.7 图像几何误差的主要来源 ▪ 5.8 几何精校正
▪ 几何粗校正是针对卫星运行和成像过程中 引起的几何畸变进行的校正，即卫星姿态 不稳、地球自转、地球曲率、地形起伏、 大气折射等因素引起的变形。
▪ 几何精校正：利用地面控制点进行的几何 校正称为几何精校正。
(1)传感器成像方式的影响
▪ 中心投影 ▪ 正射投影（平行投影） ▪ 全景投影 ▪ 斜距投影
中心投影
▪ 所谓中心投影，就是空间任意直线均通过一固 定点（投影中心）投射到一平面（投影平面） 上而形成的透视关系。
➢ 地物通过投影中心与其成像点共一直线 ➢ 投影中心到像平面的距离为物镜主焦距f ➢ 地面起伏使得各处影像比例尺不同 ➢ 地物由于成像平面倾斜其成像会发生变形 ➢ 具有高差的物体成像在相片上有投影差
➢ 内部误差：传感器自身的性能、技术指标偏离标准数值造成的。
➢ 外部误差：传感器本身正常工作，由传感器以外的各种因素造成 的。在获取图片后进行系统校正。
▪ 动态误差：成像过程中，地球旋转所造成 的误差。
遥感影像变形的原因
▪ 传感器成像方式的影响 ▪ 遥感平台位置和运动状态变化的影响 ▪ 地球起伏的影响 ▪ 地球曲率的影响 ▪ 大气折射的影响 ▪ 地球自转的影响
遥感图像的几何校正内容
▪ ຫໍສະໝຸດ Baidu统几何校正：由遥感数据接收部门进行； ▪ 投影变形校正：根据传感器的特征，选择
适当的传感器模型进行处理，一般由传感 器的研制部门提供；
▪ 几何精校正：根据不同的精度要求，将遥 感图像纠正到用户需要的地图投影，由用 户完成，是图像处理前的必须工作。
图像几何纠正流程图
准
▪ 当外方位元素偏离标准位置而出现变动时， 就会使遥感图像产生变形。
▪ 这种变形由地物点图像的坐标误差来表达， 通过传感器的构像方程解析。
（3）地形起伏的影响
像点位移也称 投影误差（投影差） 是指遥感像片上高 出或低于地面的地 物点在像片上的像 点位置，与 在地 平面上的位置比较 产生的位置移动。
几何精校正目的
只有在纠正后，才能对图像信息进行各种分析，做满 足测量和定位要求的各类遥感专题图；
在同一地域，应用不同传感器、不同光谱范围以及不 同成像时间的各种数据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，保证不同图像间的 几何一致性；
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度。
▪ 应均匀分布 ▪ 选择容易分辨、相对稳定、特征明显的位
置
▪ 在选择前可以先对图像锐化、降噪、彩色 合成等，以突出控制点信息。
5.8.5地面控制点坐标的确定
▪ 信息来源：大比例尺的地形图；现场实测。 ▪ 手持GPS坐标精度10-20m之间，可以用于
TM图像的几何校正；沿海信标GPS精度可 达亚米级，可用于SPOT图像的几何校正； 更高的校正精度要求可通过差分GPS来获取。
5.8.3 准备工作
▪ 影像数据 ▪ 地图资料 ▪ 大地测量成果 ▪ 航天器轨道参数 ▪ 传感器姿态参数 ▪ 地面控制点的选择和量测 ▪ 胶片影像扫描数字化
5.8.4 图像中控制点（GCP）
▪ K阶多项式控制点最少数目（k+1）(k+2)/2， 实际工作中使用最少数目的控制点来校正 图像，效果往往不好。控制点数的选取都 要大于最低数目很多（有时为6倍）。一般 而言，多选取20-30个控制点。
多项式纠正方程
▪ 多项式纠正法的基本思想是回避成像的空间几何过程而直接 对影像变形本身进行数学模拟。
▪ 遥感图像总体变形可以看作是平移、缩放、旋转 、仿射、偏 扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果，因而纠正 前后影像相应点之间坐标关系可以用一个适当的多项式来表 达。