遥感数字图像处理教程part08遥感数字图像的几何处理

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1、第5章遥感数字图像几何校正几何变形概念遥感影像几何变形原因几何校正方法中心投影构像的几何纠正一、遥感图像的几何变形几何变形：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。有两层含义（1）指卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差。（2）指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。遥感图像的几何校正（geometriccorrection）是指

2、从具有几何畸变的图像中消除畸变，从而建立图像上的像元坐标与目标物的地理坐标间的对应关系，并使其符合地图投影系统的过程。二、几何变形的影响因素遥感图像的几何变形误差可分为：静态误差：传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差；动态误差：动态误差主要是由于在成像过程中地球的旋转所造成的图像变形误差。也可分为：内部误差：由于传感器自身的性能、技术指标偏离标称数值所造成的。外部误差：指的是传感器本身处在正常工作的条件下，由传感器以外的各因素所造成的误差。传感器本身引起的畸变传感器本身引起的几何畸变与传感器的结构、特性和工作方式不同而异。如1）透镜的辐射方

3、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地球旋转地球曲率地形起伏大气折光传感器外方位元素变化……外部因素（一）传感器成像几何形态带来的变形遥感成像包括相机摄影成像、光机扫描成像、推帚式扫描成像、高光谱成像、雷达成像等多种类型，各种成像机理及成像特点各不相同。传感器一般的几何成像方式包括：中心投影全景投影斜距投影平行投影1）全景投影变形地物点P在全景面上的像点p的坐标yp等效的中心投影平面全景面在中

4、心投影平面上的坐标则全景变形公式为：2）斜距投影变形p在等效中心投影面oy’上的坐标为则斜距投影的变形误差为全景投影和斜距投影两种成像方式对同一地物摄影成像的变形结果：（二）传感器外方位元素变化的影响外方位元素：传感器成像时的位置（Xs、Ys、Zs）和姿态角（φ、ω、κ）。6个自由度其中任何一个发生变化，都会给遥感图像带来不同变形，这种畸变是成像瞬间的综合影响。不同类型的传感器，外方位元素变化带来的畸变可能不尽相同。框幅式成像时，单个外方位元素引起的图像变形（三）地形起伏的影响近似垂直摄影的画幅式图像上的投影差（四）地球曲率的影响（五）大气折光的影响中心投

5、影情况下侧视雷达图像是按斜距投影原理形成的。雷达电磁波在大气中传播时，其对图像的变形影响不是通过电磁波传播方向的改变，而是通过电磁波传播路径长度的改变，以及电磁波传播时间的改变来起作用的。（六）地球自传引起的误差地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响，对于扫描成像则造成图像平行错动。Δye:图像错动量；te：扫描整景图像时间te=L/Rω；vφ：纬度为φ时该点地球自转线速度；L：像幅地面长度；R：地球平均半径6378km；ω：卫星运行平均角速度。几何粗校正：这种校正是针对引起几何畸变的原因进行的，地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接

6、收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正。几何精校正：利用地面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（即控制点数据对）求得这个几何畸变模型，然后利用此模型进行几何畸变的校正。三、几何校正的一般方法遥感图像的几何精纠正按照处理方式分为光学纠正和数字纠正。光学纠正除了对框幅式的航空照片（中心投影）可以进行比较严密的纠正以外，对于卫星遥感图像，特别是动态获得的遥感影像只能进行近似的纠正。数字纠正利用计算机对数字影像通过图像变换来完成像片纠

7、正，属于高精度的逐点纠正。几何精纠正的具体过程1）收集资料；2）导入影像数据；3）选取地面控制点（GCP），确定其空间坐标；4）建立纠正变换函数；5）确定输出影像范围；6）插值和像元几何位置变换方法；7）像元的灰度重采样8）产生纠正后的数字影像几何精纠正的一般步骤两个基本环节：一是像素坐标变换，二是像素亮度值重采样几何精纠正流程GCP的选取原则在图像上要有明显的、清晰的地物特征标志，如道路交叉点、河流汇合口、建筑物边界、农田界限；地面控制点上的地物不随时间而变化，以保证当两幅不同时相的图像或地图几何纠正时，可以同时被识别出来；在没有做过地形纠正的图像上选取

8、控制点时，应尽量选择同高程的控制点。GCP选择途径从已经过几何配准