大气校正,几何校正 简单教程

遥感图像几何精校正、辐射校正

实验名称：遥感图像的几何精校正。

实验目的：1.了解和熟悉envi软件的几何校正的原理

2.熟悉和掌握envi软件的几何校正的功能和使用方法；

3.对自己的图像先找到投影，再另存一幅图像，去掉投影，在其它软

件中旋转一

角度，用原先的图像作为参考对旋转后的图像进行几何校正，使得其

比较精确。

实验原理：几何校正，主要方法是采用多项式法，机理是通过若干控制点，建立不同图像间的多项式控件变换和像元插值运算，实现遥感图像与实际

地理图件间的配准，达到消减以及消除遥感图像的几何畸变。

多项式几何校正激励实现的两大步：

1. 图像坐标的空间变换：

有几何畸变的遥感图像与没有几何畸变的遥感图像，其对应的像元的

坐标是不一样的，如下图1右边为无几何畸变的图像像元分布图，像

元是均匀且不等距的分布。为了在有几何畸变的图像上获取无几何畸

变的像元坐标，需要进行两图像坐标系统的空间装换。

图1：图像几何校正示意图

在数学方法上,对于不同二维笛卡儿坐标系统间的空间转换,通常采

用的是二元n次多项式,表达式如下:

其中x, y为变换前图像坐标, u, v为变换后图像坐标, aij , bij为多项式

系数, n = 1, 2, 3, ⋯。

二元n次多项式将不同坐标系统下的对应点坐标联系起来, ( x, y )和( u,

v )分别应不同坐标系统中的像元坐标。这是一种多项式数字模拟坐标

变换的方法,一旦有了该多项式,就可以从一个坐标系统推算出另一个

坐标系统中的对应点坐标。

如何获取和建立二元n次多项式,即二元n次多项式系数中a和b的求

解,是几何校正成败的关键。数学上有一套完善的计算方法,核心是通

过已知若干存在于不同图像上的同名点坐标,建立求解n次多项式系

数的方程组,采用最小二乘法,得出二元n次多项式系数。

不同的二元n次多项式,反映了几何畸变的遥感图像与无几何畸变的遥

感图像间的像元坐标的对应关系, 其中哪种多项式是最佳的空间变

换模拟式,能达到图像间坐标的完全配准,是需要考虑和分析的。

在二元n次多项式数字模拟中,从提高几何校正精度的角度考虑,需要

兼顾的因素主要有引起几何畸变的原因和产生数学运算误差因素。归

纳起来有三个方面的考虑因素:

（1）是多项式中n值的选择, n值与几何畸变的复杂程度密切相关。

当n = 1,上述的坐标空间变换成为二元一次多项式,可以进行线性的

坐标变换,解决比例尺、中心移动、歪斜等方面的几何畸变, 实用于第

2级别以上的遥感数据。n值的不同选择,可以得到不同的空间变换式,

当n≥2,上述的坐标空间变换成为二元非线性多项式,解决遥感器偏

航、俯仰、滚动等因素引起的几何畸变。从理论上讲, n值越大,越能

校正复杂的几何畸变,但计算量也相对要大。实际应用中n值通常取

小于等于3。

（2）是控制点GCP (用于空间坐标变换的同名坐标点)的选择, GCP

的几何精度直接影响着多项式系数的求解误差大小。成熟的作法是:

通过目视,选择熟悉的、易分辩且精细较高的特征点(如小水塘边缘、

线状地物的交叉点、海岸线弯曲处等) ,且GCP分布在全图中要尽量

均匀,特征变化性大的地区选择多些,图像边缘部分选些控制点,使系

数的求解尽可能准确。控制点精度的衡量尺度为RMS(RootMean

Square)参数,意为均方根,以图像像素大小为单位,表达式为:

x, y为无几何畸变的图像控制点坐标, x′, y′为变换后图像控制点坐

标。在ERMAPPER7. 0或ENV I等遥感软件中,对于一次线性变换,

当采集到4个控制点以上时,软件系统就会自动推算控制点的变换值

和RMS,可以很好地辅助控制点的编辑。在实际应用中需要引起注意

的是:随着控制点数目的增减,多项式系数值也在变化,每个控制点的

RMS也在变化。当RMS值都小于等于1时,控制点的精度控制在一

个像素大小上,几何校正效果较好。

（3）最后是控制点GCP数目的确定,从数学运算上来说,一次多项式

变换,存在6个系数要计算,需要GCP的最少数目是3。二次多项式变

换,有12个系数需要计算, GCP最少数目是6。n次多项式, GCP的最

小数目为( n + 1) ( n + 2) /2。但在实际应用中,采用最小GCP数目,几

何校正效果往往不好。所以在条件允许的条件下, GCP数目要远远大

于最小数目,可以是其的6倍。

2. 图像像元灰度值重采样

经过上述图像像元坐标的空间变换,得到对应于实际地面或无几何畸

变的图像坐标,图像上每个像元都有了无几何畸变的坐标值。随后需

要做的是给每个像元赋亮度值。因为已知的图像数据是有几何畸变的

像元亮度值,并没有校正后的无几何畸变的像元亮度值。所以需要通

过数学上的重采样方法如最近邻法、双向线性内插法和三次卷积内插

法等计算出校正后像元位置的亮度值,形成无几何畸变的遥感数据。

在重采样方法中,三次卷积内插法计算量虽最大,但图像质量要好,细

节表现要清晰,是许多遥感软件的首选方法。

数据来源：国际科学数据服务平台，landsat数据，TM。

实验过程：

1. 打开参考影像（base）和待校正影像：分别设为display#1,display#2，

数据来源：在遥感实验室中老师做几何校正的资料数据图。具体信息

如图所示：

一、几何校正

实验步骤：

1）打开并显示图像文件

主菜中File—Open Image File将校正后和校正前的文件打开并将它们分别显示在Display 中。

2）启动几何校正模型

选择主菜单Map—Registration—Select Gcps:Image to image 进入界面如下图：

3）选择校正后的图作为base图形，选择校正前的warp图作为待改正的图点击OK进入采集地面控制点。