图像的校正

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• 数目确定 控制点数目的最低限是按未知系数的多少来确定的。
求二次多项式有12个系数,需要12个方程(6个控制点)。
依次类推,三次多项式至少需要10个控制点,n次多项式, 控制点的最少数目为(n+1)(n+2)/2。 实际工作中,在条件允许的情况下,控制点数的选取 都要大于最低数很多。
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控制点的选择原则: 表征空间位置的可靠性,道路交叉点,标志物,水域 的边界,山顶,小岛中心,机场等。 • • • 同名控制点要在图像上均匀分布; 清楚辨认; 数量应当超过多项式系数的个数((n+1)*(n+2)/2)。当 控制点的个数超过多项式的系数个数时,采用最小2乘 法进行系数的确定,使得到的系数最佳。
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G2
G3
双线性插值效果
原始图像
纠正(双线性插值)
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三次卷积法:以实际位置临近的16个像元值,确定输出
像元的灰度值。公式为:
g(m , n)
pg
i i 1 16
16
i
p
i 1
i
式中,g(m,n)为输出像元 灰度值gi为邻近点i的灰度 值pi为邻近点对投影投影 点的权重(pi=1/di,di表示邻 近点到投影点的距离,最 近者权重最大)
三次样条函数
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三次卷积法处理效果
原始图像
几何纠正(三次卷积)
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几种采样方法的优缺点:
像点发生位移∆r.
大气折射影响
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5)地球自转的影响
卫星前进过程中,传感器对地面扫描获得图像时,地球自转影响 较大,会产生影像偏离。因为卫星自北向南运动,这时地球自西 向东自转。相对运动的结果,使卫星的星下位置逐渐产生偏离。 偏离方向如下图所示,所以卫星图像经过校正后成为图c的形态。
地球自转引起偏离
引起扫描行方向的变化,导致图像的倾 斜畸变
实际的成像过程中,航高、航速、俯仰、翻滚和偏航影响因素 很可能产生综合效应,使得实际图像几何畸变模式非常复杂。 对平台的控制精度要求较高。
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2)地形起伏的影响
当地形存在起伏时,会产生局
部像点的位移,使原本应是地面 点的信号被同一位置上某高点 的信号代替。由于高差的原因, 实际像点P距像幅中心的距离 相对于理想像点P0 。距像幅中 心的距离移动了∆r
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以MSS为例:
例如扫描形式成像的 MSS ,产生的 几何畸变主要是由于扫描镜的非线 性振动和其它一些偶然因素引起的。 在地面上影响可达395米。
全景畸变:
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全景畸变的图形变化情况
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(2)外部因素引起的畸变
遥感平台位置和运动状态变化的影响 地形起伏的影响 地球表面曲率的影响
大气折射的影响
地球自转的影响
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1)遥感平台位置和运动状态变化的影响
航高:当平台运动过程中受到力学因
素影响标,或者说卫星运行的轨道本
身就是椭圆的。航高始终发生变化,
而传感器的扫描视场角不变,从而导 致图像扫描行对应的地面长度发生变 化。航高越向高处偏离,图像对应的 地面越宽。
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航速:卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行
速度的不均匀,其他因素也可导致遥感平台航 速的变化。航速快时,扫描带超前,航速慢时, 扫描带滞后,由此可导致图像在卫星前进方向 上(图像上下方向)的位置错动。
高差引起的像点位移
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3)地球表面曲率的影响
地球是球体,严格说是椭 球体,因此地球表面是曲 面。这一曲面的影响主要 表现在两个方面,一是像 点位置的移动,二是像元 对应于地面宽度的不等。
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4)大气折射的影响
大气对辐射的传播产生折射。
由于大气的密度分布从下向
上越来越小,折射率不断变 化.因此折射后的辐射传播 不再是直线而是—条曲 线.从而导致传感器接收的
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(3)处理过程中引起的畸变
遥感图像再处理过程中产生的误差,主要是由于处 理设备产生的噪声引起的。 • 传输、复制 • 光学 • 数字
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3.卫星图像的几何校正方法
(1)基本概念
• 卫星图像的几何校正按照处理方式分为光学校正和数 字校正。 • 卫星图像的几何校正就是将含有畸变的图像纳入到某 种地图投影。对地面覆盖范围不大的单幅图像,一般 以正射投影方式使其改正到地球切平面上。
۞ 校正的最终目的是确定校正后图像的行列数值,然后找到
新图像中每一像元的亮度值。
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(2)校正过程
① 确定输入图像和输出图像的坐标变换 关系
② 确定新的图像的边界
③ 确定新图像的分辨率
④ 灰度的重采样
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① 确定输入图像和输出图像的坐标变换关系 表达形式:
1)直接校正:从原始图像阵列出发,按行列的顺序依
在这个方程组中有12个系数,需列12个方程才能解出,因 此需要6个已知的对应点,即这6个点的(u,v)与(x,y)均已 知,这些已知坐标的对应点称为控制点(GCP) 6个点只是解算方程组的理论最低数,实际工作中为提高 校正精度需大量增加控制点数,这时就有了多余条件,可采 用最小二乘法求解。
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控制点的选取
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图中(xp ,yp)(XP,YP)分别是任意一个像元在原始图像和纠 正后图像中的坐标。 间接法(反解):
xp fx( XP, YP )
yp fy ( XP, YP)
直接法(正解):
Xp FX ( xp, yp) Yp FY ( xp, yp )
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数字图像几何校正的变换多项式
利用有限的控制点的已知坐标,解求多项式的系数,确定变换函 数。然后将各个像元带入多项式进行计算,得到纠正后的坐标。
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实际计算时常采用二元二次多项式:
x a00 a10u a01v a11uv a20u 2 a02 v 2 y b00 b10u b01v b11uv b20u 2 b02 v 2
逐个像元进 行几何变化
灰度的 重采样
输出校正后 的图象
效果 评价
两个基本环节:
像元坐标变换和像元灰度值重采样
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两个基本环节:像元坐标变换和像元灰度值重采样

校正前的图像,由于某种几何畸
变,图像中像元点间所对应的地面
距离并不相等。 • 校正后的图像是由等间距的网格
点组成的,且以地面为标准,符合
某种投影的均匀分布,图像中格网 的交点可以看作是像元的中心;
原始图像
校正后图像(最邻近插值)
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双线性法:以实际位置临近的4个像元值,确定输出像
元的灰度值。公式为:
p1 g 1 p 2 g 2 p 3 g 3 p 4 g 4 p1 p 2 p 3 p 4
g(m , n)
pg
i i 1 4
4
i
p
i 1
i
G1 G4
式中,g(m,n)为输出像元灰度 值 gi为邻近点i的灰度值 pi为邻近点对投影点的权重 (pi=1/di,di表示邻近点到投影点 的距离,最近者权重最大
• 纠正后的新图像的每一个像元,根据变换函数,可 以得到它在原始图像上的位置。如果求得的位置为 整数,则该位置处的像元灰度就是新图像的灰度值。 如果位置不为整数,则有几种方法:

最近邻法
双线性内插法 三次卷积法
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最近邻法:距离实际位置最近的像元的灰度值作为输
出图像像元的灰度值;
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最邻近法校正效果
• 光学校正主要用于早期的遥感图像的处理中,现在的 应用已经不多。除了对框幅式的航空照片(中心投影) 可以进行比较严密的校正以外,对于大多数动态获得 的遥感影像只能进行近似的校正。
• 主要介绍数字图像的几何精校正。
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校正思ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(技术流程):
准备 工作 输入原 始图象 建立校 正函数 确定输出图象 的范围
直接校正
Xi Fx( xi, yi) c0 c1xi c2 yi c3xiyi c4 xi 2 c5 yi 2 ...
Yi Fy( xi, yi) d 0 d1xi d 2 yi d 3 xiyi d 4 xi 2 d 5 yi 2 ...
次对每个原始图像像元点位用变换函数 F ( x,y )
(正解变换公式)求得它在新图像中的位置,并将该 像元灰度值移置到新图像的对应位置上。 2)间接校正:从空白的新图像阵列出发,按行列的顺 序依次对新图像中每个像元点位用变换函数 f (X,Y)
(反解变换公式) 求其在原始图像中的位置,然后
把算得的原始图像点位上的灰度值赋予空白新图像相 应的像元。
定义: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(相对于地面真实形态而言)是平 移、缩放、旋转、偏扭、弯曲及其他变形综合作用的结 果。
按照畸变的性质包括: 系统性畸变和随机性畸变。
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卫星图像 几何畸变
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③ 确定新图像的分辨率
• 目的是确定新图像宽度和高度; • 根据精度要求,在新图像的范围内,划分网格, 每个网格点就是一个像元。
• 新图像的行数 M=(Y2-Y1)/△Y+1; • 新图像的列数 N=(X2-X1)/△X+1; • 新图像的任意一个像元的坐标由它的行列号唯一 确定。
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④ 灰度的重采样
一、 几何校正
•卫星图象几何畸变 •卫星图象几何校正方法
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为什么要进行几何校正?
几何误差的存在 卫星图像分析结果: 一般是要求能满足量测和定位要求的各类图像。 利用多源数据进行计算机自动分类、地物特征的变化 监 测等应用处理时,必须保证不同图像间的几何一致性。
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1.卫星图像几何畸变的概述
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② 确定新的图像的边界
• 纠正后图像和原始图像的形状、大小、方向都不一样。 所以在纠正过程的实施之前,必须首先确定新图像的 大小范围。
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X1
= min (Xa’, Xb’, Xc’, Xd’) X2 = max (Xa’, Xb’, Xc’, Xd’) Y1 = min (Ya’, Yb’, Yc’, YXd’) Y2 = max (Ya’, Yb’,Yc’, Yd’)
系统畸变 随机畸变
•系统性畸变是指遥感系统造成的畸变,这种畸变一般有 一定的规律性,并且大小事先能够预测,例如扫描镜的 结构方式和扫描速度等造成的畸变。
•随机性畸变是指大小不能事先预测、其出现带有随机 性质的畸变,例如地形起伏造成的随地而异的几何偏 差。
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遥感图像 几何畸变
系统畸变
随机畸变
几何粗校正
俯仰:遥感平台的俯仰变化能引起图像上下 方向的变化,即星下点俯时后移,仰时前移, 发生行间位置错动.
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翻滚:遥感平台姿态翻滚是指以前进方向 为轴旋转了一个角度。可导致星下点在扫
描线方向偏移,使整个图像的行向翻滚角 引起偏离的方向错动。
偏航:指遥感平台在前进过程中,相对 于原前进航向偏转了一个小角度,从而
几何精校正
•几何校正就是要校正成像过程所造成的各种几何畸变。
几何校正分为两种:几何粗校正和几何精校正。
•几何粗校正是针对引起畸变原因而进行的校正,这种畸变按照比较简单 和相对固定的几何关系分布在图像中的,校正时只需将传感器原校准数 据、遥感平台的位置以及卫星运行姿态等一系列测量数据代入理论校正 公式即可。几何粗校正主要校正系统畸变。 •几何精校正是利用控制点进行的几何校正,它是用一种数学模型来近似 描述遥感图像的几何畸变过程,并利用畸变的遥感图像与标准地图之间的 一些对应点(即控制点(GCP))求得这个几何畸变模型,然后利用此模 型进行几何畸变校正,这种校正不考虑畸变的具体形成原因,而只考虑如 何利用畸变模型来校正遥感图像。
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2.遥感图像几何畸变的分类
根据畸变的来源:
遥感器引起的畸变 几何畸变 外部因素引起的畸变
处理过程中引起的畸变
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(1)传感器引起的畸变
传感器本身引起的几何畸变与遥感器的结构、特性和工 作方式不同而异。这些因素主要包括: 1) 透镜的辐射方向畸变像差; 2) 透镜的切线方向畸变像差;
3) 透镜的焦距误差; 4) 透镜的光轴与投影面不正交; 5) 图像的投影面非平面; 6) 探测元件排列不整齐; 7) 采样速率的变化; 8) 采样时刻的偏差; 9) 扫描镜的扫描速度变化 。
图像的变性规律可以看作是平移、缩放、旋转、仿射、 偏扭、弯曲等形变的合成。一般的公式为: 间接校正
xi fx( Xi, Yi) c0 c1 Xi c2Yi c3 XiYi c4 Xi 2 c5Yi 2 ... yi fy( Xi, Yi) d 0 d1 Xi d 2Yi d 3 XiYi d 4 Xi 2 d 5Yi 2 ...
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