遥感原理与应用-第5章.pdf

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1、第五章遥感图像的几何处理1内容提纲•遥感传感器的构像方程•遥感图像的几何变形•遥感图像的几何处理•图像间的自动配准和数字镶嵌215.1遥感传感器的构像方程•遥感图像通用构像方程•中心投影构像方程•全景摄影机的构像方程•推扫式传感器的构像方程•扫描式传感器的构像方程•侧视雷达图像的构像方程•基于多项式的传感器模型•基于有理函数的传感器模型315.1.1遥感图像通用构像方程•遥感图像的构像方程是指地物点在图像上的图像坐标(x，y)和其在地面对应点的大地坐标(X，Y，Z)之间的数学关系。根据摄影测量原理，这两个对应点和传感器成像中心成共线关系，可以用共线方程来表示。•这个数

2、学关系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。41构像方程中的坐标系传感器坐标系S－UVW图像(像点)坐标系o－xy地面坐标系O－XYZ地图坐标系Om－XmY51m通用构像方程•在地面坐标系与传感器坐标系之间建立的转换关系称为通用构像方程615.1.2中心投影构像方程λ为成像比例尺分母pf为摄影机主距71旋转矩阵81中心投影构像方程正算公式反算公式91共线方程的意义•当地物点P、对应像点p和投影中心S位于同一条直线上时，正算公式和反算公式成立。1015.1.3全景摄影机的构像方程•全景摄影机影像是由一条曝光缝隙沿旁向扫描而成，对于每条缝隙图像

3、的形成，其几何关系等效于中心投影沿旁向倾斜一个扫描角θ后，以中心线成像的情况，此时像点坐标为（x，0，－f）。111(a)倾斜角为0时的成像瞬间(b)倾斜角不为0时的成像瞬间全景摄影机成像瞬间的几何关系1215.1.3全景摄影机的构像方程ωθ=100xxx/cosθ0cosθ−sinθ0=fsinθ=ftanθ⋅cosθ0sinθcosθ−f−fcosθ−f(x)、(y)为等效的θ=yf/中心投影影像坐标p1315.1.4推扫式传感器的构像方程•行扫描动态传感器。在垂直成像的情况下，每一条

4、线的成像属于中心投影，在时刻t时像点p的坐标为（0、y、-f）1415.1.4推扫式传感器的构像方程•推扫式传感器的构成方程为：1515.1.4推扫式传感器的构像方程•为获取立体像对，推扫式传感器要进行前后视倾斜θ扫描•当推扫式传感器沿旁向倾斜固定角θ时航旁向向倾倾斜斜沿旁向倾斜固定角θωθ=010000yfyfcosθθθθ+−sinsincos0cosθθ−sinyyf=+=cosθθsin−f⋅yfsinθθ−−cosf0sinθθcos−−fyfsinθθcos−f171前后视

5、倾斜θ扫描ϕθ=cosθ0−sinθ0fsinθftanθ010y=y=ysecθ⋅cosθsinθ0cosθ−f−fcosθ−f1815.1.5扫描式传感器的构像方程•扫描式传感器获得的图像属于多中心投影，每个像元都有自己的投影中心，随着扫描镜的旋转和平台的前进来实现整幅图像的成像。•由于扫描式传感器的光学聚焦系统有一个固定的焦距，因此地面上任意一条线的图像是一条圆弧，整幅图像是一个等效的圆柱面，所以该类传感器成像亦具有全景投影成象的特点。•任意一个像元的构像，等效于中心投影朝旁向旋转了

6、扫描角θ后，以像幅中心（x＝0，y＝0）成像的几何关系。1915.1.5扫描式传感器的构像方程2015.1.5扫描式传感器的构像方程ωθ=1000000cosθ−sinθ0=fsinθ=ftanθ⋅cosθ0sinθcosθ−f−fcosθ−f2115.1.6侧视雷达图像的构像方程•雷达往返脉冲与铅垂线之间的夹角为θ，oy’为等效的中心投影图像，f为等效焦距。侧视雷达图像成像转换为旋转了θ角的中心投影，此时像点坐标为x=0，y’=rsinθ，等效焦距f=rcosθ2215.1.6侧视雷达图

7、像的构像方程2315.1.7基于多项式的传感器模型思想：回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟。遥感图像的几何变形由多种因素引起，其变化规律十分复杂。为此，把遥感图像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果，难以用一个严格的数学表达式来描述，而是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式。2415.1.7基于多项式的构像方程mnijx=∑∑aXYijij=00=二维形式mnijy=∑∑bXYijij=00=mnpijkx=∑∑∑aXYZijkijk=000==三维形式mnpijk