遙感圖像輻射校正及幾何校正

1、1第三章第三章 遙感圖像輻遙感圖像輻射校正與幾何校正射校正與幾何校正閆冬梅閆冬梅23.1 3.1 輻射校正輻射校正輻射誤差輻射誤差(rediometric error)(rediometric error)：利用傳感器觀測(cè)目標(biāo)的利用傳感器觀測(cè)目標(biāo)的反射與輻射能量時(shí)，傳感器所得到的測(cè)量值與目標(biāo)的反射與輻射能量時(shí)，傳感器所得到的測(cè)量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的。其光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的。其中包含了太陽位置條件、薄霧等大氣條件、或因傳感中包含了太陽位置條件、薄霧等大氣條件、或因傳感器的性能不完備等條件所引起的失真。器的性能不完備等條件所引起的失真。輻射校正

2、輻射校正(rediometric calibration)(rediometric calibration)：為了正確評(píng)價(jià)目為了正確評(píng)價(jià)目標(biāo)的反射和輻射特性，消除圖像中依附在輻射亮度中標(biāo)的反射和輻射特性，消除圖像中依附在輻射亮度中的各種失真過程。的各種失真過程。3輻射誤差產(chǎn)生的原因輻射誤差產(chǎn)生的原因v因傳感器的響應(yīng)特性引起的輻射誤差因傳感器的響應(yīng)特性引起的輻射誤差v光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差v光電掃描儀引起的輻射誤差光電掃描儀引起的輻射誤差v條帶噪聲、斑點(diǎn)噪聲條帶噪聲、斑點(diǎn)噪聲v因大氣影響的輻射誤差因大氣影響的輻射誤差v因太陽輻射引起的輻射誤差因太陽輻射引起的輻射誤差v太

3、陽位置引起的輻射誤差太陽位置引起的輻射誤差v地形起伏引起的輻射誤差地形起伏引起的輻射誤差4輻射校正輻射校正v由遙感器的靈敏度特性引起的畸變校正由遙感器的靈敏度特性引起的畸變校正由光學(xué)系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：在使用透鏡的光學(xué)系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：在使用透鏡的光學(xué)系統(tǒng)中，例如在攝像面中，存在著邊緣部分比中心部分發(fā)暗的現(xiàn)中，例如在攝像面中，存在著邊緣部分比中心部分發(fā)暗的現(xiàn)象（邊緣減光）。如果以光軸到攝象面邊緣的視場(chǎng)角為象（邊緣減光）。如果以光軸到攝象面邊緣的視場(chǎng)角為，則理想的光學(xué)系統(tǒng)中某點(diǎn)的光量與則理想的光學(xué)系統(tǒng)中某點(diǎn)的光量與coscosn n幾乎成正比，利用幾乎成正比，利用這一性質(zhì)

4、可以進(jìn)行校正（這一性質(zhì)可以進(jìn)行校正（coscosn n校正）。校正）。由光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：由于光電變換系統(tǒng)由光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：由于光電變換系統(tǒng)的靈敏度特性通常有很高的重復(fù)性，所以可以定期地在地面的靈敏度特性通常有很高的重復(fù)性，所以可以定期地在地面測(cè)定其特性，根據(jù)測(cè)定值進(jìn)行校正。測(cè)定其特性，根據(jù)測(cè)定值進(jìn)行校正。條帶噪聲和斑點(diǎn)噪聲條帶噪聲和斑點(diǎn)噪聲5例：例：LandsatLandsat衛(wèi)星光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)特性引起的輻射誤差校正衛(wèi)星光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)特性引起的輻射誤差校正minmaxminmaxRDRRVRmaxminRR和maxD其中：其中：分別是探測(cè)器的最小、最大輻射亮度；

5、分別是探測(cè)器的最小、最大輻射亮度；對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)MSS和和TM分別是分別是127和和255；R絕對(duì)輻射亮度；絕對(duì)輻射亮度；)sr(mW/cm2V數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)值。6波段波段1234567Rmin/Rmax-0.0099/1.004-0.0227/2.404-0.0083/1.410-0.0194/2.660-0.00799/0.5873-0.00375/0.35950.1534/1.896波段寬度波段寬度0.0660.0810.0690.1290.2160.2501.239TM的最小、最大輻射亮度的最小、最大輻射亮度MSS的最小、最大輻射亮度的最小、最大輻射亮度波段波段Landsat2Landsat3

6、Landsat4Landsat540.08/2.630.04/2.500.04/2.380.04/2.3850.06/1.760.03/2.000.04/1.640.04/1.6460.06/1.520.03/1.650.05/1.420.05/1.4270.11/3.910.03/4.500.12/3.490.12/3.497例：條帶噪聲去除例：條帶噪聲去除 成像時(shí)，由于檢測(cè)系統(tǒng)某一掃描線上故障造成掃描線成像時(shí)，由于檢測(cè)系統(tǒng)某一掃描線上故障造成掃描線脫落。這時(shí)往往沒有任何信息，在圖像只顯示一條黑線，有脫落。這時(shí)往往沒有任何信息，在圖像只顯示一條黑線，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)分段黑線，這些均稱條帶噪聲。時(shí)

7、也會(huì)出現(xiàn)分段黑線，這些均稱條帶噪聲。 對(duì)于遙感圖像可以直接在圖像上目視觀察條帶是否存在，對(duì)于遙感圖像可以直接在圖像上目視觀察條帶是否存在，但一般來說，則要設(shè)法讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)查找條帶了。采用公式但一般來說，則要設(shè)法讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)查找條帶了。采用公式 )(iijiijmgDdMG式中：式中：gij：某一像元被計(jì)算前的輸入灰度值；某一像元被計(jì)算前的輸入灰度值；M：整個(gè)圖：整個(gè)圖像所有像元灰值的平均值；像所有像元灰值的平均值；D：整個(gè)圖像所有像元數(shù)灰度：整個(gè)圖像所有像元數(shù)灰度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；mi：每條掃描線上像元灰度平均值；：每條掃描線上像元灰度平均值；di：每條掃描線上像元灰度的標(biāo)準(zhǔn)偏差每條

8、掃描線上像元灰度的標(biāo)準(zhǔn)偏差8 按照上面查找條帶公式。如果第按照上面查找條帶公式。如果第i i行是一個(gè)條帶，由行是一個(gè)條帶，由于條帶上所有像元都是零級(jí)灰值，故于條帶上所有像元都是零級(jí)灰值，故m mi i和和d di i計(jì)算出來也計(jì)算出來也為零值，最后計(jì)算的為零值，最后計(jì)算的G Gijij的灰度值應(yīng)該等于整個(gè)像幅灰度的灰度值應(yīng)該等于整個(gè)像幅灰度值的平均值值的平均值M M，即計(jì)算出來第，即計(jì)算出來第 i i 行的所有像元的灰值都行的所有像元的灰值都相等（也即等于某一常數(shù)時(shí)），說明第相等（也即等于某一常數(shù)時(shí)），說明第 i i 行是一個(gè)條帶，行是一個(gè)條帶，需進(jìn)行去條帶處理。需進(jìn)行去條帶處理。 (a) 原

9、始圖像 (b) 縱向條帶去除后結(jié)果圖9輻射校正輻射校正v太陽高度及地形等引起的畸變校正太陽高度及地形等引起的畸變校正 視場(chǎng)角和太陽角的關(guān)系引起的亮度變化的校正：太陽光在地視場(chǎng)角和太陽角的關(guān)系引起的亮度變化的校正：太陽光在地表反射、擴(kuò)散時(shí)，其邊緣更亮的現(xiàn)象叫太陽光點(diǎn)（表反射、擴(kuò)散時(shí)，其邊緣更亮的現(xiàn)象叫太陽光點(diǎn)（sun sun spotspot），太陽高度高時(shí)容易產(chǎn)生。太陽光點(diǎn)與邊緣減光等都），太陽高度高時(shí)容易產(chǎn)生。太陽光點(diǎn)與邊緣減光等都可以用推算陰影曲面的方法進(jìn)行校正。陰影曲面是指在圖像可以用推算陰影曲面的方法進(jìn)行校正。陰影曲面是指在圖像的明暗范圍內(nèi)，由太陽光點(diǎn)及邊緣減光引起的畸變部分。的明暗范

10、圍內(nèi)，由太陽光點(diǎn)及邊緣減光引起的畸變部分。 地形傾斜的影響校正：當(dāng)?shù)匦蝺A斜時(shí)，經(jīng)過地表擴(kuò)散、反射地形傾斜的影響校正：當(dāng)?shù)匦蝺A斜時(shí)，經(jīng)過地表擴(kuò)散、反射再入射到遙感器的太陽光的輻射亮度就會(huì)依傾斜度而變化。再入射到遙感器的太陽光的輻射亮度就會(huì)依傾斜度而變化。可以采取用地表的法線矢量和太陽光入射矢量的夾角進(jìn)行?？梢圆扇∮玫乇淼姆ň€矢量和太陽光入射矢量的夾角進(jìn)行校正的方法，以及對(duì)消除了光路輻射成分的圖像數(shù)據(jù)采用波段正的方法，以及對(duì)消除了光路輻射成分的圖像數(shù)據(jù)采用波段間的比值進(jìn)行校正的方法等。間的比值進(jìn)行校正的方法等。10例：太陽高度角輻射誤差校正例：太陽高度角輻射誤差校正 太陽高度角引起的畸變校正是將太

11、陽光線傾斜時(shí)獲取的太陽高度角引起的畸變校正是將太陽光線傾斜時(shí)獲取的圖像校正為太陽光線垂直照射時(shí)獲取的圖像。太陽的高度角圖像校正為太陽光線垂直照射時(shí)獲取的圖像。太陽的高度角可根據(jù)成像時(shí)刻的時(shí)間、季節(jié)和地理位置來確定：可根據(jù)成像時(shí)刻的時(shí)間、季節(jié)和地理位置來確定： tcoscoscossinsinsint式中，式中，為圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的地理緯度，為圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的地理緯度，為太陽赤緯（成像為太陽赤緯（成像時(shí)太陽直射點(diǎn)的地理緯度），時(shí)太陽直射點(diǎn)的地理緯度），為時(shí)角（地區(qū)經(jīng)度與成像時(shí)太陽直射點(diǎn)地區(qū)經(jīng)度的為時(shí)角（地區(qū)經(jīng)度與成像時(shí)太陽直射點(diǎn)地區(qū)經(jīng)度的經(jīng)差）。經(jīng)差）。 11),(yxg),(yxf 太陽高度角的校正

12、是通過調(diào)整一幅圖像內(nèi)的平均太陽高度角的校正是通過調(diào)整一幅圖像內(nèi)的平均灰度來實(shí)現(xiàn)的，在太陽高度求出后，太陽以高度角灰度來實(shí)現(xiàn)的，在太陽高度求出后，太陽以高度角斜射時(shí)得到的圖像斜射時(shí)得到的圖像與直射時(shí)得到的圖像與直射時(shí)得到的圖像有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： sin),(),(yxgyxf 如果不考慮天空光的影響，各波段圖像可采用如果不考慮天空光的影響，各波段圖像可采用相同的相同的角進(jìn)行校正。角進(jìn)行校正。 太陽方位角的變化也會(huì)改變光照條件，它也隨成像太陽方位角的變化也會(huì)改變光照條件，它也隨成像季節(jié)、地理緯度的變化而變化。太陽方位角引起的圖季節(jié)、地理緯度的變化而變化。太陽方位角引起的圖像輻射值誤差通常只對(duì)

13、圖像細(xì)部特征產(chǎn)生影響，它可像輻射值誤差通常只對(duì)圖像細(xì)部特征產(chǎn)生影響，它可以采用與太陽高度角校正相類似的方法進(jìn)行處理。以采用與太陽高度角校正相類似的方法進(jìn)行處理。12 (a) 原始影像 (b) 太陽高度角輻射校正后影像 利用衛(wèi)星影像頭文件中提供的太陽高度角參數(shù)進(jìn)利用衛(wèi)星影像頭文件中提供的太陽高度角參數(shù)進(jìn)行輻射校正。輸出文件為行輻射校正。輸出文件為32位浮點(diǎn)影像數(shù)據(jù)。位浮點(diǎn)影像數(shù)據(jù)。 13例：地形坡度引起的輻射誤差校正例：地形坡度引起的輻射誤差校正 oIaI 太陽光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽光的輻太陽光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽光的輻射亮度和地面傾斜度有關(guān)。如果光線垂直入射時(shí)水

14、平地表射亮度和地面傾斜度有關(guān)。如果光線垂直入射時(shí)水平地表受到的光照強(qiáng)度為受到的光照強(qiáng)度為，則光線垂直入射時(shí)傾斜角為，則光線垂直入射時(shí)傾斜角為的坡面上入射點(diǎn)處的光強(qiáng)度的坡面上入射點(diǎn)處的光強(qiáng)度為：為：aIIocos a),(yxg),(yxfayxgyxfcos),(),(因此若處在坡度為因此若處在坡度為的傾斜面上的地物影像為的傾斜面上的地物影像為則校正后的圖像則校正后的圖像為為 14 由上式看出，地形地坡度引起的輻射校正方法需要有由上式看出，地形地坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)。另外，此項(xiàng)校正也可采用比數(shù)據(jù)。另外，此項(xiàng)校正也可采用比值圖像來消除地形坡度所產(chǎn)生的

15、輻射量誤差。值圖像來消除地形坡度所產(chǎn)生的輻射量誤差。 利用同地區(qū)同分辨率利用同地區(qū)同分辨率DEM數(shù)據(jù)，建立影像區(qū)地形坡數(shù)據(jù)，建立影像區(qū)地形坡度模型；而后利用像點(diǎn)地形坡度角進(jìn)行影像輻射校正。度模型；而后利用像點(diǎn)地形坡度角進(jìn)行影像輻射校正。 (a) 原始影像 （b）同分辨DEM數(shù)據(jù) (c)地形坡度角影像輻 射校正結(jié)果影像 15輻射校正輻射校正 由遙感器引起的誤差或由太陽高度引起的誤差，一由遙感器引起的誤差或由太陽高度引起的誤差，一般在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中由生產(chǎn)單位根據(jù)遙感器參數(shù)進(jìn)行校般在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中由生產(chǎn)單位根據(jù)遙感器參數(shù)進(jìn)行校正，而不需要用戶進(jìn)行自行處理。用戶應(yīng)該考慮大氣影正，而不需要用戶進(jìn)行自行處

16、理。用戶應(yīng)該考慮大氣影響引起的輻射畸變。響引起的輻射畸變。16大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析 進(jìn)入大氣的太陽輻射會(huì)發(fā)生反射、折射、吸收、散射進(jìn)入大氣的太陽輻射會(huì)發(fā)生反射、折射、吸收、散射和透射。其中對(duì)傳感器接收影響較大的是吸收和散射。和透射。其中對(duì)傳感器接收影響較大的是吸收和散射。 17大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析v無大氣：無大氣： 在沒有大氣存在時(shí)，傳感器在沒有大氣存在時(shí)，傳感器接收的輻照度，只與太陽輻射到接收的輻照度，只與太陽輻射到地面的輻照度和地物反射率有關(guān)。地面的輻照度和地物反射率有關(guān)。 設(shè)設(shè)E0為波長(zhǎng)為波長(zhǎng)的入射輻照度，的入射輻照度，為入射方向的天頂角，當(dāng)無大為入射方向

17、的天頂角，當(dāng)無大氣存在時(shí)，地面上單位面積的輻氣存在時(shí)，地面上單位面積的輻照度為：照度為： cos0EE 18大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析v假定地表面是朗伯體，假定地表面是朗伯體， 其表面為漫反射，則某方向物體的亮度為：其表面為漫反射，則某方向物體的亮度為： 是地物反射率；是地物反射率； 是球面度（半球反射是球面度（半球反射） cos00ERERLR19大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析v傳感器接收信號(hào)時(shí)傳感器接收信號(hào)時(shí) 受儀器的影響還有一個(gè)系統(tǒng)增益因子受儀器的影響還有一個(gè)系統(tǒng)增益因子 ，這時(shí)進(jìn)入傳，這時(shí)進(jìn)入傳感器的亮度值為：感器的亮度值為：Scos00SERL20 大氣影響的定量分析

18、大氣影響的定量分析v由于大氣的存在，輻射經(jīng)過大氣吸收和散射，透過率小于由于大氣的存在，輻射經(jīng)過大氣吸收和散射，透過率小于1 1，從而減弱，從而減弱了原信號(hào)的強(qiáng)度。同時(shí)大氣的散射光也有一部分直接或經(jīng)過地物反射進(jìn)了原信號(hào)的強(qiáng)度。同時(shí)大氣的散射光也有一部分直接或經(jīng)過地物反射進(jìn)入到傳感器，這兩部分輻射又增強(qiáng)了信號(hào)，但卻不是有用的。在入射方入到傳感器，這兩部分輻射又增強(qiáng)了信號(hào)，但卻不是有用的。在入射方向有與入射天頂角向有與入射天頂角和波長(zhǎng)和波長(zhǎng)有關(guān)的透過率有關(guān)的透過率T T；反射后，在反射方向；反射后，在反射方向上有與反射大頂角上有與反射大頂角和波長(zhǎng)和波長(zhǎng)又有關(guān)的透過率又有關(guān)的透過率T T。因此進(jìn)入傳感

19、器的。因此進(jìn)入傳感器的亮度值為亮度值為 cos01STETRL21大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析v 大氣對(duì)輻射散射后，大氣對(duì)輻射散射后， 來自各個(gè)方向的散射又重新以漫入射的形式照射地來自各個(gè)方向的散射又重新以漫入射的形式照射地物，其輻照度為物，其輻照度為E ED D，經(jīng)過地物的反射及反射路徑上大氣，經(jīng)過地物的反射及反射路徑上大氣的吸收進(jìn)入傳感器，其亮度值為（此值通常很小，有人的吸收進(jìn)入傳感器，其亮度值為（此值通常很小，有人主張忽略不計(jì)）主張忽略不計(jì)）DESTRL222 大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析v相當(dāng)部分的散射光相當(dāng)部分的散射光 向上通過大氣直接進(jìn)入傳感器，這部分輻射稱為程輻向

20、上通過大氣直接進(jìn)入傳感器，這部分輻射稱為程輻射度，亮度為射度，亮度為 。pL23大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析 可見，由于大氣影響的存在，實(shí)際到達(dá)傳感器的輻可見，由于大氣影響的存在，實(shí)際到達(dá)傳感器的輻射亮度是前面所分析的三項(xiàng)之和，即射亮度是前面所分析的三項(xiàng)之和，即pLLLL21pDSLETESRTL)cos(024大氣影響的定量分析大氣影響的定量分析比較以下兩個(gè)公式：比較以下兩個(gè)公式： 大氣的主要影響是減少了圖像的對(duì)比度，使大氣的主要影響是減少了圖像的對(duì)比度，使原始信號(hào)和背景信號(hào)都增加了因子。原始信號(hào)和背景信號(hào)都增加了因子。 pDSLETESRTL)cos(0cos00SERL25大氣影

21、響的定量分析大氣影響的定量分析 無大氣時(shí)（無大氣時(shí)（a)a)白處亮度值為白處亮度值為5050，黑處亮度值為，黑處亮度值為0 0，則亮，則亮度對(duì)比度對(duì)比C C1 1 = =（50500 0）50501 1。當(dāng)有大氣影響時(shí)。當(dāng)有大氣影響時(shí)(b)(b)，乘，乘上透過率后假定減少上透過率后假定減少1010，亮度值減少到，亮度值減少到4545，而由于，而由于L L2 2和和 L Lp p 存在，黑白處亮度均增加存在，黑白處亮度均增加 1010，這樣亮度對(duì)比變成，這樣亮度對(duì)比變成 C C2 2 = =（55-10)/5555-10)/559/119/11?？梢姡瑢?duì)比度可見，對(duì)比度減小，圖像質(zhì)減小，圖像質(zhì)量

22、下降了量下降了 26大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正 嚴(yán)格地說，去除大氣影響是將公式嚴(yán)格地說，去除大氣影響是將公式 中的附加項(xiàng)和附加因子求出，最終求出地物反射率中的附加項(xiàng)和附加因子求出，最終求出地物反射率R R，從而恢復(fù)遙感影像中地面目標(biāo)的真實(shí)面目。當(dāng)大氣從而恢復(fù)遙感影像中地面目標(biāo)的真實(shí)面目。當(dāng)大氣透過率變化不大時(shí)，有時(shí)只要去掉含透過率變化不大時(shí)，有時(shí)只要去掉含E ED D和和L Lp p的數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)就可修正圖像的亮度，使圖像中像元之間的亮度變就可修正圖像的亮度，使圖像中像元之間的亮度變化真正反映不同像元地物反射率之間的變化關(guān)系。化真正反映不同像元地物反射率之間的變化關(guān)系。這種對(duì)大氣影

23、響的糾正是通過糾正輻射亮度的辦法這種對(duì)大氣影響的糾正是通過糾正輻射亮度的辦法實(shí)現(xiàn)的，因此也稱作輻射校正。實(shí)現(xiàn)的，因此也稱作輻射校正。 pDSLETESRTL)cos(027大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正 精確的校正公式需要找出每個(gè)波段像元亮度值與精確的校正公式需要找出每個(gè)波段像元亮度值與地物反射率的關(guān)系。為此需得到衛(wèi)星飛行時(shí)的大氣參地物反射率的關(guān)系。為此需得到衛(wèi)星飛行時(shí)的大氣參數(shù)，以求出透過率數(shù)，以求出透過率T T、T T等因子。如果不通過特別的等因子。如果不通過特別的觀測(cè)，一般很難得到這些數(shù)據(jù)，所以，常常采用一些觀測(cè)，一般很難得到這些數(shù)據(jù)，所以，常常采用一些簡(jiǎn)化的處理方法，只去掉主要的

24、大氣影響，使圖像質(zhì)簡(jiǎn)化的處理方法，只去掉主要的大氣影響，使圖像質(zhì)量滿足基本要求。量滿足基本要求。 28大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正 粗略校正指通過比較簡(jiǎn)便的方法去掉式粗略校正指通過比較簡(jiǎn)便的方法去掉式 中的中的L Lp p，即程輻射度，從而改善圖像質(zhì)量。式中還有，即程輻射度，從而改善圖像質(zhì)量。式中還有漫入射因子漫入射因子E ED D及其他如透過率等影響，這些因子都作及其他如透過率等影響，這些因子都作為地物反射率的因子出現(xiàn)，直接相減不易去除，常用為地物反射率的因子出現(xiàn)，直接相減不易去除，常用比值法或其他校正方法去除。嚴(yán)格地說，程輻射度的比值法或其他校正方法去除。嚴(yán)格地說，程輻射度的大小與

25、像元位置有關(guān)，隨大氣條件、太陽照射方向和大小與像元位置有關(guān)，隨大氣條件、太陽照射方向和時(shí)間變化而變化，但因其變化量微小而忽略。可以認(rèn)時(shí)間變化而變化，但因其變化量微小而忽略?？梢哉J(rèn)為，程輻射度在同一幅圖像的有限面積內(nèi)是一個(gè)常數(shù)，為，程輻射度在同一幅圖像的有限面積內(nèi)是一個(gè)常數(shù)，其值的大小只與波段有關(guān)。其值的大小只與波段有關(guān)。 pDSLETESRTL)cos(029大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v直方圖最小值去除法直方圖最小值去除法 30大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v直方圖最小值去除法直方圖最小值去除法 基本思想在于一幅圖像中總可以找到某種或某基本思想在于一幅圖像中總可以找到某種或某幾

26、種地物，其輻射亮度或反射率接近幾種地物，其輻射亮度或反射率接近0 0，例如，地，例如，地形起伏地區(qū)山的陰影處，反射率極低的深海水體處形起伏地區(qū)山的陰影處，反射率極低的深海水體處等，這時(shí)在圖像中對(duì)應(yīng)位置的像元亮度值應(yīng)為等，這時(shí)在圖像中對(duì)應(yīng)位置的像元亮度值應(yīng)為0 0。實(shí)測(cè)表明，這些位置上的像元亮度不為零。這個(gè)值實(shí)測(cè)表明，這些位置上的像元亮度不為零。這個(gè)值就應(yīng)該是大氣散射導(dǎo)致的程輻射度值。就應(yīng)該是大氣散射導(dǎo)致的程輻射度值。 31大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v直方圖最小值去除法直方圖最小值去除法 一般來說由于程一般來說由于程輻射度主要來自米氏輻射度主要來自米氏散射，其散射強(qiáng)度隨散射，其散射強(qiáng)度

27、隨波長(zhǎng)的增大而減小，波長(zhǎng)的增大而減小，到紅外波段也有可能到紅外波段也有可能接近于零。接近于零。 32大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v直方圖最小值去除法直方圖最小值去除法 具體校正方法十分簡(jiǎn)單，首先確定條件滿足，即具體校正方法十分簡(jiǎn)單，首先確定條件滿足，即該圖像上確有輻射亮度或反射亮度應(yīng)為零的地區(qū)，則該圖像上確有輻射亮度或反射亮度應(yīng)為零的地區(qū)，則亮度最小值必定是這一地區(qū)大氣影響的程輻射度增值。亮度最小值必定是這一地區(qū)大氣影響的程輻射度增值。校正時(shí)，將每一波段中每個(gè)像元的亮度值都減去本波校正時(shí)，將每一波段中每個(gè)像元的亮度值都減去本波段的最小值。使圖像亮度動(dòng)態(tài)范圍得到改善，對(duì)比度段的最小值。使

28、圖像亮度動(dòng)態(tài)范圍得到改善，對(duì)比度增強(qiáng)，從而提高了圖像質(zhì)量。增強(qiáng)，從而提高了圖像質(zhì)量。 33例：例：直方圖最小值去除法直方圖最小值去除法 MSS-7MSS-4G 大氣影響校正后的灰度直方圖MSS-7MSS-4G 大氣影響的灰度直方圖 原始影像 直方圖法大氣校正結(jié)果影像 34大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v回歸分析法回歸分析法 假定某紅外波段，存在程輻射為主的大氣影響，假定某紅外波段，存在程輻射為主的大氣影響，且亮度增值最小，接近于零，設(shè)為波段且亮度增值最小，接近于零，設(shè)為波段a a?，F(xiàn)需要找到?，F(xiàn)需要找到其他波段相應(yīng)的最小值，這個(gè)值一定比其他波段相應(yīng)的最小值，這個(gè)值一定比a a波段的最小值

29、波段的最小值大一些，設(shè)為波段大一些，設(shè)為波段b b，分別以，分別以a a，b b波段的像元亮度值為波段的像元亮度值為坐標(biāo)，作二維光譜空間，兩個(gè)波段中對(duì)應(yīng)像元在坐標(biāo)坐標(biāo)，作二維光譜空間，兩個(gè)波段中對(duì)應(yīng)像元在坐標(biāo)系內(nèi)用一個(gè)點(diǎn)表示。由于波段之間的相關(guān)性，通過回系內(nèi)用一個(gè)點(diǎn)表示。由于波段之間的相關(guān)性，通過回歸分析在眾多點(diǎn)中一定能找到一條直線與波段歸分析在眾多點(diǎn)中一定能找到一條直線與波段b b的亮度的亮度L Lb b軸相交，且軸相交，且 abLL35大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v回歸分析法回歸分析法 abLL36大氣影響的粗略糾正大氣影響的粗略糾正v回歸分析法回歸分析法 是斜率：是斜率： 和和

30、分別為分別為a a、b b波段亮度的平均值。波段亮度的平均值。 是波是波段段a a中的亮度為中的亮度為0 0處波段處波段b b中所具有的亮度?？梢哉J(rèn)中所具有的亮度。可以認(rèn)為為 就是波段就是波段b b的程輻射度。校正的方法是將波段的程輻射度。校正的方法是將波段b b中每個(gè)像元的亮度值減去中每個(gè)像元的亮度值減去 ，來改善圖像，去掉，來改善圖像，去掉程輻射。程輻射。同理依次完成其他波段的校正。同理依次完成其他波段的校正。 2_)()(aabbaaLLLLLL_aL_bLabLL37 例題：例題：111222333333555777紅外波段紅外波段可見光波段可見光波段2)()(2_aabbaaLLLL

31、LL1abLL2_aL5_bL輻射校正后輻射校正后：222444666可見光波段可見光波段38例：基于回歸分析法的大氣校正例：基于回歸分析法的大氣校正 (a) 原始影像 (b) 基于參考波段的大氣校正結(jié)果影像 393.2 3.2 幾何校正幾何校正 在利用遙感圖像取信息的過程中，要求把所提取的在利用遙感圖像取信息的過程中，要求把所提取的信息表達(dá)在某一個(gè)規(guī)定的圖像投影參照系統(tǒng)中，以便進(jìn)行信息表達(dá)在某一個(gè)規(guī)定的圖像投影參照系統(tǒng)中，以便進(jìn)行圖像的幾何量測(cè)、相互比較以及圖像復(fù)合分析等處理。當(dāng)圖像的幾何量測(cè)、相互比較以及圖像復(fù)合分析等處理。當(dāng)原始圖像上各地物的幾何位置、形狀、尺寸、方位等特征原始圖像上各地

32、物的幾何位置、形狀、尺寸、方位等特征與在參照系統(tǒng)中表達(dá)要求不一致時(shí)，就產(chǎn)生了圖像幾何變與在參照系統(tǒng)中表達(dá)要求不一致時(shí)，就產(chǎn)生了圖像幾何變形問題。形問題。40幾何校正的必要性：幾何校正的必要性： 遙感圖像的幾何處理就是解決遙感圖像的幾何變形的問題，對(duì)遙感遙感圖像的幾何處理就是解決遙感圖像的幾何變形的問題，對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何糾正。其重要性主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：圖像進(jìn)行幾何糾正。其重要性主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： 第一，對(duì)遙感原始圖行幾何變形改正后，才能對(duì)圖像信息進(jìn)行各種第一，對(duì)遙感原始圖行幾何變形改正后，才能對(duì)圖像信息進(jìn)行各種分析，制作滿足量測(cè)和定位要求的各類地球資源及環(huán)境的遙感專題圖。分析，制作

33、滿足量測(cè)和定位要求的各類地球資源及環(huán)境的遙感專題圖。 第二，當(dāng)應(yīng)用不同傳感方式、不同光譜范圍以及不同成像時(shí)間的各第二，當(dāng)應(yīng)用不同傳感方式、不同光譜范圍以及不同成像時(shí)間的各種同一地域復(fù)合圖像數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類、地物特征的變化臨測(cè)種同一地域復(fù)合圖像數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類、地物特征的變化臨測(cè)或其他應(yīng)用處理時(shí)，必須進(jìn)行圖像間的幾何配準(zhǔn)，保證各不同圖像間的或其他應(yīng)用處理時(shí)，必須進(jìn)行圖像間的幾何配準(zhǔn)，保證各不同圖像間的幾何一致性。幾何一致性。 第三，利用遙感圖像進(jìn)行地形圖測(cè)圖或更新對(duì)遙感圖像的幾何糾正第三，利用遙感圖像進(jìn)行地形圖測(cè)圖或更新對(duì)遙感圖像的幾何糾正提出了更嚴(yán)格的要求。提出了更嚴(yán)格的要求。

34、41遙感圖像的幾何變形誤差的影響因素遙感圖像的幾何變形誤差的影響因素v遙感圖像的幾何變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類。遙感圖像的幾何變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類。靜態(tài)誤差是指在成像過程中，傳感器相對(duì)于地球表面呈靜止?fàn)铎o態(tài)誤差是指在成像過程中，傳感器相對(duì)于地球表面呈靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所具有的各種變形誤差；動(dòng)態(tài)誤差則主要是由于在成像過態(tài)時(shí)所具有的各種變形誤差；動(dòng)態(tài)誤差則主要是由于在成像過程中地球的旋轉(zhuǎn)所造成的圖像變形誤差。程中地球的旋轉(zhuǎn)所造成的圖像變形誤差。v靜態(tài)誤差又可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類變形誤差。內(nèi)部誤靜態(tài)誤差又可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類變形誤差。內(nèi)部誤差主要是由于傳感器自身的

35、性能、技術(shù)指標(biāo)偏離標(biāo)稱數(shù)值所造差主要是由于傳感器自身的性能、技術(shù)指標(biāo)偏離標(biāo)稱數(shù)值所造成的，它隨傳感器的結(jié)構(gòu)不同而異，誤差較小，課堂內(nèi)容不涉成的，它隨傳感器的結(jié)構(gòu)不同而異，誤差較小，課堂內(nèi)容不涉及。外部變形誤差指的是傳感器本身處在正常工作的條件下，及。外部變形誤差指的是傳感器本身處在正常工作的條件下，由傳感器以外的各因素所造成的誤差。例如傳感器的外方位由傳感器以外的各因素所造成的誤差。例如傳感器的外方位（位置、姿態(tài)）變化、傳感介質(zhì)的有均勻、地球曲率、地形起（位置、姿態(tài)）變化、傳感介質(zhì)的有均勻、地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素所引起的變形誤差等。伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素所引起的變形誤差等。 42(1)

36、.(1).傳感器成像幾何形態(tài)帶來的變形傳感器成像幾何形態(tài)帶來的變形 傳感器一般的幾何成像方式包括中心投影、全景投影、斜距傳感器一般的幾何成像方式包括中心投影、全景投影、斜距投影以及平行投影等，在這幾種不同的類型中，其中，平坦地區(qū)投影以及平行投影等，在這幾種不同的類型中，其中，平坦地區(qū)的豎直攝影的中心投影和豎直情況下的平行投影是沒有幾何形態(tài)的豎直攝影的中心投影和豎直情況下的平行投影是沒有幾何形態(tài)變形的，因?yàn)橹行耐队皥D像本身與地面景物保持相似的關(guān)系，而變形的，因?yàn)橹行耐队皥D像本身與地面景物保持相似的關(guān)系，而全景投影和斜距投影的結(jié)果，則產(chǎn)生圖像變形。通常把豎直攝影全景投影和斜距投影的結(jié)果，則產(chǎn)生圖像

37、變形。通常把豎直攝影的中心投影和平行投影（正射投影）的圖像視為基準(zhǔn)圖像，而全的中心投影和平行投影（正射投影）的圖像視為基準(zhǔn)圖像，而全景投影和斜距投影變形規(guī)律可以通過與中心投影或正射投影的影景投影和斜距投影變形規(guī)律可以通過與中心投影或正射投影的影像相比較而獲得。像相比較而獲得。43 (2) (2) 傳感器外方位元素變化的影響傳感器外方位元素變化的影響 傳感器的外方位元素通常指的是傳感器成像時(shí)的位置和姿態(tài)角，傳感器的外方位元素通常指的是傳感器成像時(shí)的位置和姿態(tài)角，對(duì)于側(cè)視雷達(dá)而言，還包括其運(yùn)行速度。當(dāng)外方位元素偏離標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于側(cè)視雷達(dá)而言，還包括其運(yùn)行速度。當(dāng)外方位元素偏離標(biāo)準(zhǔn)位置而出現(xiàn)變動(dòng)進(jìn)，就會(huì)使

38、圖像產(chǎn)生變形。這種變形的影響一般位置而出現(xiàn)變動(dòng)進(jìn)，就會(huì)使圖像產(chǎn)生變形。這種變形的影響一般是由地物點(diǎn)影像的坐標(biāo)誤差來表達(dá)的，并可以通過傳感器的構(gòu)像是由地物點(diǎn)影像的坐標(biāo)誤差來表達(dá)的，并可以通過傳感器的構(gòu)像方程得以解析。方程得以解析。 (3) (3) 地球起伏的影響地球起伏的影響 地球表面的高低變化，將使影像點(diǎn)產(chǎn)生位移。不過，具有方地球表面的高低變化，將使影像點(diǎn)產(chǎn)生位移。不過，具有方向投影幾何形態(tài)（中心投影、全景投影等）的傳感器與具有斜距向投影幾何形態(tài)（中心投影、全景投影等）的傳感器與具有斜距投影幾何形態(tài)（側(cè)視雷達(dá)）的傳感器將有不同的地形起伏像點(diǎn)位投影幾何形態(tài)（側(cè)視雷達(dá)）的傳感器將有不同的地形起伏像

39、點(diǎn)位移規(guī)律，比如在高差同為正值的情況下，地形起伏在中心投影影移規(guī)律，比如在高差同為正值的情況下，地形起伏在中心投影影像上造成的像點(diǎn)位移是遠(yuǎn)離原點(diǎn)向外移動(dòng)的，而在雷達(dá)影像上則像上造成的像點(diǎn)位移是遠(yuǎn)離原點(diǎn)向外移動(dòng)的，而在雷達(dá)影像上則是向內(nèi)變動(dòng)的。是向內(nèi)變動(dòng)的。44 (4) (4) 地球曲率的影響地球曲率的影響 地球曲率引起的像點(diǎn)位移類似地形起伏引起的像點(diǎn)位移。地球曲率引起的像點(diǎn)位移類似地形起伏引起的像點(diǎn)位移。 (5) (5) 大氣折射的影響大氣折射的影響 大氣層是一個(gè)非均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面大氣層是一個(gè)非均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面的高度增加而遞減的，所以電磁波在大氣中傳播的折射的高度增

40、加而遞減的，所以電磁波在大氣中傳播的折射率也隨高度而變，從而使電磁波傳播的路徑不是一條直率也隨高度而變，從而使電磁波傳播的路徑不是一條直線而變成了曲線，進(jìn)而引起了像點(diǎn)位移。線而變成了曲線，進(jìn)而引起了像點(diǎn)位移。45 (6) (6) 地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)的影響 在靜態(tài)傳感器（常規(guī)框幅式攝影機(jī)）成像的情況下，在靜態(tài)傳感器（常規(guī)框幅式攝影機(jī)）成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會(huì)引起圖像變形，因?yàn)槠鋷缀握鶊D像是在瞬地球自轉(zhuǎn)不會(huì)引起圖像變形，因?yàn)槠鋷缀握鶊D像是在瞬間一次曝光成像的。地球自轉(zhuǎn)主要地對(duì)動(dòng)態(tài)傳感器的圖像間一次曝光成像的。地球自轉(zhuǎn)主要地對(duì)動(dòng)態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對(duì)衛(wèi)星遙感圖像。以陸地資源衛(wèi)

41、星產(chǎn)生變形影響，特別是對(duì)衛(wèi)星遙感圖像。以陸地資源衛(wèi)星多光譜掃描儀為例，當(dāng)衛(wèi)星由北向南運(yùn)行的同時(shí)，地球表多光譜掃描儀為例，當(dāng)衛(wèi)星由北向南運(yùn)行的同時(shí)，地球表面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星圖像每條掃描線的成像時(shí)面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星圖像每條掃描線的成像時(shí)間不同，因而造成掃描線在地面上的投影依次向西平移，間不同，因而造成掃描線在地面上的投影依次向西平移，最終使得圖像發(fā)生扭曲。最終使得圖像發(fā)生扭曲。463.1.2 3.1.2 遙感數(shù)字影像幾何糾正的一般過程遙感數(shù)字影像幾何糾正的一般過程 遙感數(shù)字影像的幾何糾正的目的就是改正原始影像遙感數(shù)字影像的幾何糾正的目的就是改正原始影像的幾何變形，生成一幅符合某

42、種地圖投影或圖形表達(dá)要的幾何變形，生成一幅符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新圖像。求的新圖像。 從具有幾何畸變的圖像中消除畸變的過程。也可以從具有幾何畸變的圖像中消除畸變的過程。也可以說是定量地確定圖像上的像元坐標(biāo)（圖像坐標(biāo)）與目標(biāo)說是定量地確定圖像上的像元坐標(biāo)（圖像坐標(biāo)）與目標(biāo)物的地理坐標(biāo)（地圖坐標(biāo)等）的對(duì)應(yīng)關(guān)系（坐標(biāo)變換物的地理坐標(biāo)（地圖坐標(biāo)等）的對(duì)應(yīng)關(guān)系（坐標(biāo)變換式）。式）。47幾何畸變校正方法幾何畸變校正方法v系統(tǒng)性校正：當(dāng)知道了消除圖像幾何畸變的理論校正公式系統(tǒng)性校正：當(dāng)知道了消除圖像幾何畸變的理論校正公式時(shí)，可把該式中所含的與遙感器構(gòu)造有關(guān)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（焦時(shí)，可把該式中所含的與遙感器

43、構(gòu)造有關(guān)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（焦距等）及遙感器的位置、姿態(tài)等的測(cè)量值代入到理論校正距等）及遙感器的位置、姿態(tài)等的測(cè)量值代入到理論校正式中進(jìn)行幾何校正。該方法對(duì)遙感器的內(nèi)部畸變大多是有式中進(jìn)行幾何校正。該方法對(duì)遙感器的內(nèi)部畸變大多是有效的?？墒窃诤芏嗲闆r下，遙感器的位置及姿態(tài)的測(cè)量值效的?？墒窃诤芏嗲闆r下，遙感器的位置及姿態(tài)的測(cè)量值精度不高，所以外部畸變的校正精度也不高。精度不高，所以外部畸變的校正精度也不高。 48幾何畸變校正方法幾何畸變校正方法v基于控制點(diǎn)的幾何精校正：利用控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和地圖基于控制點(diǎn)的幾何精校正：利用控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和地圖坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，近似地確定所給的圖像坐標(biāo)系和應(yīng)輸出坐標(biāo)的對(duì)

44、應(yīng)關(guān)系，近似地確定所給的圖像坐標(biāo)系和應(yīng)輸出的地圖坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換式。坐標(biāo)變換式經(jīng)常采用的地圖坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換式。坐標(biāo)變換式經(jīng)常采用1 1次、次、2 2次等角變換式，次等角變換式，2 2次、次、3 3次投影變換式或高次多項(xiàng)式。次投影變換式或高次多項(xiàng)式。坐標(biāo)變換式的系數(shù)可從控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)值和地圖坐標(biāo)值坐標(biāo)變換式的系數(shù)可從控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)值和地圖坐標(biāo)值中根據(jù)最小二乘法求出。中根據(jù)最小二乘法求出。 49幾何畸變校正方法幾何畸變校正方法v復(fù)合校正：把理論校正式與利用控制點(diǎn)確定的校正式組合復(fù)合校正：把理論校正式與利用控制點(diǎn)確定的校正式組合起來進(jìn)行校正。起來進(jìn)行校正。 分階段校正的方法，即首先根據(jù)

45、理論分階段校正的方法，即首先根據(jù)理論校正式消除幾何畸變（如內(nèi)部畸變等），然后利用少數(shù)控校正式消除幾何畸變（如內(nèi)部畸變等），然后利用少數(shù)控制點(diǎn)，根據(jù)所確定的低次校正式消除殘余的畸變（外部畸制點(diǎn)，根據(jù)所確定的低次校正式消除殘余的畸變（外部畸變等）；變等）； 提高幾何校正精度的方法，即利用控制點(diǎn)以提高幾何校正精度的方法，即利用控制點(diǎn)以較高的精度推算理論校正式中所含的遙感器參數(shù)、遙感器較高的精度推算理論校正式中所含的遙感器參數(shù)、遙感器的位置及姿態(tài)參數(shù)。的位置及姿態(tài)參數(shù)。 50幾何精校正幾何精校正 精校正方法，適合于在地面平坦，不需考慮高程信精校正方法，適合于在地面平坦，不需考慮高程信息，或地面起伏較大

46、而無高程信息，以及傳感器的位置息，或地面起伏較大而無高程信息，以及傳感器的位置和姿態(tài)參數(shù)無法獲取的情況時(shí)應(yīng)用。有時(shí)根據(jù)遙感平臺(tái)和姿態(tài)參數(shù)無法獲取的情況時(shí)應(yīng)用。有時(shí)根據(jù)遙感平臺(tái)的各種參數(shù)已做過一次校正，但仍不能滿足要求，就可的各種參數(shù)已做過一次校正，但仍不能滿足要求，就可以用該方法作遙感影像相對(duì)于地面坐標(biāo)的配準(zhǔn)校正，遙以用該方法作遙感影像相對(duì)于地面坐標(biāo)的配準(zhǔn)校正，遙感影像相對(duì)于地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)的配準(zhǔn)校正，以及不同感影像相對(duì)于地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)的配準(zhǔn)校正，以及不同類型或不同時(shí)相的遙感影像之間的幾何配準(zhǔn)和復(fù)合分析，類型或不同時(shí)相的遙感影像之間的幾何配準(zhǔn)和復(fù)合分析，以得到比較精確的結(jié)果以得到比較精確的結(jié)

47、果。51幾何精校正的基本思路幾何精校正的基本思路v校正前的圖像看起來是由校正前的圖像看起來是由 行列整齊的等間距像元點(diǎn)行列整齊的等間距像元點(diǎn) 組成的，但實(shí)際上，由于組成的，但實(shí)際上，由于 某種幾何畸變，圖像中像元點(diǎn)間所對(duì)應(yīng)的地面距離并某種幾何畸變，圖像中像元點(diǎn)間所對(duì)應(yīng)的地面距離并不相等（圖不相等（圖a a）。校正后的圖像亦是由等間距的網(wǎng)格點(diǎn)）。校正后的圖像亦是由等間距的網(wǎng)格點(diǎn)組成的，且以地面為標(biāo)準(zhǔn)，符合某種投影的均勻分布組成的，且以地面為標(biāo)準(zhǔn)，符合某種投影的均勻分布（圖（圖b b），圖像中格網(wǎng)的交點(diǎn)可以看作是像元的中心。），圖像中格網(wǎng)的交點(diǎn)可以看作是像元的中心。校正的最終目的是確定校正后圖像的

48、行列數(shù)值，然后校正的最終目的是確定校正后圖像的行列數(shù)值，然后找到新圖像中每一像元的亮度值。找到新圖像中每一像元的亮度值。 52幾何精校正的一般步驟幾何精校正的一般步驟準(zhǔn)準(zhǔn)備備工工作作輸入輸入原始原始數(shù)字?jǐn)?shù)字影像影像建立建立糾正糾正變換變換函數(shù)函數(shù)確定確定輸出輸出影像影像范圍范圍像元像元幾何幾何位置位置變換變換像元像元的灰的灰度重度重采樣采樣輸出輸出糾正糾正數(shù)字?jǐn)?shù)字影像影像 利用控制點(diǎn)間的映利用控制點(diǎn)間的映射關(guān)系，建立最小二乘射關(guān)系，建立最小二乘下的變換函數(shù)下的變換函數(shù)53幾何精校正重采樣方法幾何精校正重采樣方法 找到一種數(shù)學(xué)關(guān)系，建立變換前圖像坐標(biāo)（找到一種數(shù)學(xué)關(guān)系，建立變換前圖像坐標(biāo)（x x

49、，y y）與）與變換后圖像坐標(biāo)（變換后圖像坐標(biāo)（u u，v v）的關(guān)系，通過每一個(gè)變換后圖像）的關(guān)系，通過每一個(gè)變換后圖像像元的中心位置（像元的中心位置（u u代表行數(shù)，代表行數(shù)，v v代表列數(shù)，均為整數(shù)）計(jì)代表列數(shù)，均為整數(shù)）計(jì)算出變換前對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)點(diǎn)（算出變換前對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)點(diǎn)（x x，y y）。分析得知，整數(shù)）。分析得知，整數(shù)（u u，v v）的像元點(diǎn)在原圖像坐標(biāo)系中一般不在整數(shù)（）的像元點(diǎn)在原圖像坐標(biāo)系中一般不在整數(shù)（x x，y y）點(diǎn)上，即不在原圖像像元的中心。點(diǎn)上，即不在原圖像像元的中心。 計(jì)算校正后圖像中的每一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)原圖中的位置（計(jì)算校正后圖像中的每一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)原圖中的位置（x

50、 x，y y）。計(jì)算時(shí)按行逐點(diǎn)計(jì)算，每行結(jié)束后進(jìn)入下一行計(jì)算，）。計(jì)算時(shí)按行逐點(diǎn)計(jì)算，每行結(jié)束后進(jìn)入下一行計(jì)算，直到全圖結(jié)束直到全圖結(jié)束。54幾何精校正重采樣方法幾何精校正重采樣方法v重采樣的兩種方法重采樣的兩種方法 （1 1）對(duì)輸入圖像的各個(gè)象元在變換后的輸出圖像坐標(biāo)系）對(duì)輸入圖像的各個(gè)象元在變換后的輸出圖像坐標(biāo)系上的相應(yīng)位置進(jìn)行計(jì)算，把各個(gè)象元的數(shù)據(jù)投影到該位上的相應(yīng)位置進(jìn)行計(jì)算，把各個(gè)象元的數(shù)據(jù)投影到該位置上。置上。 （2 2）對(duì)輸出圖像的各個(gè)象元在輸入圖像坐標(biāo)系的相應(yīng)位）對(duì)輸出圖像的各個(gè)象元在輸入圖像坐標(biāo)系的相應(yīng)位置進(jìn)行逆運(yùn)算，求出該位置上的象元數(shù)據(jù)。該方法是經(jīng)置進(jìn)行逆運(yùn)算，求出該位置

51、上的象元數(shù)據(jù)。該方法是經(jīng)常采用的方法。常采用的方法。55幾何精校正重采樣方法幾何精校正重采樣方法重采樣的方法重采樣的方法56幾何精校正計(jì)算方法幾何精校正計(jì)算方法多項(xiàng)式幾何精糾正多項(xiàng)式幾何精糾正v建立兩圖像像元點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立兩圖像像元點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 （u,v) (x,y)u,v) (x,y)，需求出，需求出1212個(gè)系數(shù)，至少要找到個(gè)系數(shù)，至少要找到6 6個(gè)已知的個(gè)已知的對(duì)應(yīng)點(diǎn)（控制點(diǎn)）對(duì)應(yīng)點(diǎn)（控制點(diǎn)） 如果要提高精度，必須大大增加控制點(diǎn)的數(shù)目，用最小如果要提高精度，必須大大增加控制點(diǎn)的數(shù)目，用最小二乘法進(jìn)行曲面擬合求系數(shù)。二乘法進(jìn)行曲面擬合求系數(shù)。n0ii -n0jijyn0ii -n

52、0jijxbv)(u,fyav)(u,fxjijvuvui2022201101100020222011011000vbubuvbvbubbvauauvavauaayx2元2次2元n次57幾何精校正重采樣內(nèi)插計(jì)算幾何精校正重采樣內(nèi)插計(jì)算v 計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。由于計(jì)算后的（計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。由于計(jì)算后的（x x，y y）多）多數(shù)不在原圖的像元中心處，因此必須重新計(jì)算新位置數(shù)不在原圖的像元中心處，因此必須重新計(jì)算新位置的亮度值。一般來說，新點(diǎn)的亮度值介于鄰點(diǎn)亮度值的亮度值。一般來說，新點(diǎn)的亮度值介于鄰點(diǎn)亮度值之間，所以常用內(nèi)插法計(jì)算。之間，所以常用內(nèi)插法計(jì)算。 通常有三種方法：通常有三種方法：最

53、近鄰法最近鄰法雙向線性內(nèi)插法雙向線性內(nèi)插法三次卷積內(nèi)插法。三次卷積內(nèi)插法。 58內(nèi)插計(jì)算內(nèi)插計(jì)算- -最近鄰法最近鄰法 圖像中兩相鄰點(diǎn)的距離為圖像中兩相鄰點(diǎn)的距離為1 1，即行間距即行間距x x1 1，列間距，列間距y=1y=1，取與所計(jì)算點(diǎn)取與所計(jì)算點(diǎn)(x,y)(x,y)周圍相鄰的周圍相鄰的4 4個(gè)點(diǎn)，比較它們與被計(jì)算點(diǎn)的個(gè)點(diǎn)，比較它們與被計(jì)算點(diǎn)的距離，哪個(gè)點(diǎn)距離最近，就取距離，哪個(gè)點(diǎn)距離最近，就取哪個(gè)的亮度值作為（哪個(gè)的亮度值作為（x,yx,y）點(diǎn)的）點(diǎn)的亮度值亮度值f f（x x，y y）。設(shè)該最近鄰）。設(shè)該最近鄰點(diǎn)的坐標(biāo)為（點(diǎn)的坐標(biāo)為（k,lk,l）, ,則則k=Integer(x+0

54、.5)l=Integer(y+0.5) )f(x,y)=f(k,l)幾何位置上的精度為幾何位置上的精度為0.5象元象元最鄰近內(nèi)插法以距內(nèi)插點(diǎn)最近的最鄰近內(nèi)插法以距內(nèi)插點(diǎn)最近的觀測(cè)點(diǎn)的像元值為所求的像元值。觀測(cè)點(diǎn)的像元值為所求的像元值。該方法最大可產(chǎn)生該方法最大可產(chǎn)生0.50.5個(gè)像元的位個(gè)像元的位置誤差，優(yōu)點(diǎn)是不破壞原來的像置誤差，優(yōu)點(diǎn)是不破壞原來的像元值，處理速度快。元值，處理速度快。59內(nèi)插計(jì)算內(nèi)插計(jì)算- -雙線性內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法 ?。ㄈ。▁ x，y y）點(diǎn)周圍的）點(diǎn)周圍的4 4鄰點(diǎn)，在鄰點(diǎn)，在y y方向（或方向（或x x方向）內(nèi)插二次，再在方向）內(nèi)插二次，再在x x方方向（或向（或y

55、y方向）內(nèi)插一次，得到（方向）內(nèi)插一次，得到（x x，y y）點(diǎn)的亮度值點(diǎn)的亮度值f(xf(x，y y），該方法稱雙線），該方法稱雙線性 內(nèi) 插 法 。 設(shè)性 內(nèi) 插 法 。 設(shè) 4 4 個(gè) 鄰 點(diǎn) 分 別 為個(gè) 鄰 點(diǎn) 分 別 為(i,j),(i,j+1),(i+1,j),(i+1,j+1), ,(i,j),(i,j+1),(i+1,j),(i+1,j+1), ,過過(x,y)(x,y)作直線與作直線與x x軸平行，與軸平行，與4 4鄰點(diǎn)組鄰點(diǎn)組成的邊相交于點(diǎn)（成的邊相交于點(diǎn)（i,y)i,y)和和(i+1,y)(i+1,y)。先。先在在y y方向內(nèi)插方向內(nèi)插, ,由由f(i,j+1)f(i,

56、j+1)和和f(i,j)f(i,j)計(jì)計(jì)算交點(diǎn)的亮度算交點(diǎn)的亮度f f（i,y)i,y)；由；由f(i+1,j+1)f(i+1,j+1)和和f(i+1,j)f(i+1,j)計(jì)算交點(diǎn)的亮度計(jì)算交點(diǎn)的亮度f(i+1,y)f(i+1,y)。然后計(jì)算然后計(jì)算x x方向，以方向，以f(i,y)f(i,y)和和f(i+1,y)f(i+1,y)來內(nèi)插來內(nèi)插f(x,y)f(x,y)值。值。 雙線性內(nèi)插法使用內(nèi)插點(diǎn)周圍雙線性內(nèi)插法使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的的4 4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的像元值，對(duì)所個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的像元值，對(duì)所求的像元值進(jìn)行線性內(nèi)插。缺求的像元值進(jìn)行線性內(nèi)插。缺點(diǎn)是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具點(diǎn)是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具有平均化的濾

57、波效果。有平均化的濾波效果。60內(nèi)插計(jì)算內(nèi)插計(jì)算三次卷積內(nèi)插法三次卷積內(nèi)插法v增加鄰點(diǎn)來獲得最佳插值函數(shù)。取增加鄰點(diǎn)來獲得最佳插值函數(shù)。取與計(jì)算點(diǎn)（與計(jì)算點(diǎn)（x x，y y）周圍相鄰的）周圍相鄰的1616個(gè)個(gè)點(diǎn)，與雙向線性內(nèi)插類似，可先在點(diǎn)，與雙向線性內(nèi)插類似，可先在某一方向上內(nèi)插，每某一方向上內(nèi)插，每4 4個(gè)值依次內(nèi)插個(gè)值依次內(nèi)插4 4次，求出次，求出f f（x x，j-1j-1），），f(x,j)f(x,j)，f(x,j+1),f(x,j+2)f(x,j+1),f(x,j+2)，再根據(jù)這四個(gè)，再根據(jù)這四個(gè)計(jì)算結(jié)果在另一方向上內(nèi)插，得到計(jì)算結(jié)果在另一方向上內(nèi)插，得到f(xf(x，y y）。）

58、。 因這種三次多項(xiàng)式內(nèi)插過程實(shí)際上因這種三次多項(xiàng)式內(nèi)插過程實(shí)際上是一種卷積，故稱三次卷積內(nèi)插。是一種卷積，故稱三次卷積內(nèi)插。3 3 次卷積內(nèi)插法使用內(nèi)插點(diǎn)周圍次卷積內(nèi)插法使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的的1616個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的像元值，用個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的像元值，用3 3次卷次卷積函數(shù)對(duì)所求像元值進(jìn)行內(nèi)插。積函數(shù)對(duì)所求像元值進(jìn)行內(nèi)插。缺點(diǎn)是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具缺點(diǎn)是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具有圖像的均衡化和清晰化的效果，有圖像的均衡化和清晰化的效果，可得到較高的圖像質(zhì)量?？傻玫捷^高的圖像質(zhì)量。61三種內(nèi)插計(jì)算方法比較三種內(nèi)插計(jì)算方法比較方法方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)提醒提醒1簡(jiǎn)單易用，計(jì)算量小簡(jiǎn)單易用，計(jì)算量小處理后的圖像亮度具處

59、理后的圖像亮度具有不連續(xù)性，影響精有不連續(xù)性，影響精確度確度2精度明顯提高，特別是精度明顯提高，特別是對(duì)亮對(duì)亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線度不連續(xù)現(xiàn)象或線狀特征的塊狀化現(xiàn)象有狀特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。明顯的改善。 計(jì)算量增加，且對(duì)圖計(jì)算量增加，且對(duì)圖像起到平滑作用，像起到平滑作用，從從而使對(duì)比度明顯的分而使對(duì)比度明顯的分界線變得模糊。界線變得模糊。 鑒于該方法的計(jì)算量和精度鑒于該方法的計(jì)算量和精度適中，只要不影響應(yīng)用所需適中，只要不影響應(yīng)用所需的精度，作為可取的方法而的精度，作為可取的方法而常被采用。常被采用。 3更好的圖像質(zhì)量，細(xì)節(jié)更好的圖像質(zhì)量，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚。表現(xiàn)更為清楚。 工作量很大。工作

60、量很大。欲以三次卷積內(nèi)插獲得好的欲以三次卷積內(nèi)插獲得好的圖像效圖像效果，就要求位置校正果，就要求位置校正過程更準(zhǔn)確，即對(duì)控制點(diǎn)選過程更準(zhǔn)確，即對(duì)控制點(diǎn)選取的均勻性要求更高。取的均勻性要求更高。 62幾何精校正控制點(diǎn)的選取幾何精校正控制點(diǎn)的選取控制點(diǎn)數(shù)目的確定控制點(diǎn)數(shù)目的確定v其最低限是按未知系數(shù)的多少來確定的。一次多項(xiàng)式其最低限是按未知系數(shù)的多少來確定的。一次多項(xiàng)式有有6 6個(gè)系數(shù)，就需要有個(gè)系數(shù)，就需要有6 6個(gè)方程來求解，需個(gè)方程來求解，需3 3個(gè)控制點(diǎn)的個(gè)控制點(diǎn)的3 3對(duì)坐標(biāo)值，即對(duì)坐標(biāo)值，即6 6個(gè)坐標(biāo)數(shù)。個(gè)坐標(biāo)數(shù)。 2 2次多項(xiàng)式有次多項(xiàng)式有 1212個(gè)系數(shù)，個(gè)系數(shù)，需要需要 121