第五章 遙感圖像處理基礎(二)

1、第五章第五章 遙感數字圖像預處理遙感數字圖像預處理側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側視雷達圖像不同于其他遙感圖像，它是斜射側視雷達圖像不同于其他遙感圖像，它是斜射地表從而獲得影像，具有其固有的幾何特點。地表從而獲得影像，具有其固有的幾何特點。 屬于斜距投影，像點斜距算至地面距離為：屬于斜距投影，像點斜距算至地面距離為：側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側視雷達圖像的幾何特征：側視雷達圖像的幾何特征： 1 1、垂直飛行方向比例尺由小變大。、垂直飛行方向比例尺由小變大。側視雷達圖像幾何

2、校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側視雷達圖像的幾何特征：側視雷達圖像的幾何特征： 2 2、造成山體前傾，朝向傳感器的山坡影像被壓、造成山體前傾，朝向傳感器的山坡影像被壓縮，而背向傳感器的山坡被拉長，這與中心投影相縮，而背向傳感器的山坡被拉長，這與中心投影相反，還會出現不同地物點重影現象。反，還會出現不同地物點重影現象。側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側視雷達圖像的幾何特征：側視雷達圖像的幾何特征： 3 3、地形高差產生的投影與中心投影影像投影差、地形高差產生的投影與中心投影影像投影差位移的方向相

3、反，位移也不同。位移的方向相反，位移也不同。側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 合成孔徑雷達的構像方程：合成孔徑雷達的構像方程： SARSAR圖像成像方程的表達主要有兩種形式。一是圖像成像方程的表達主要有兩種形式。一是用距離條件和多普勒條件方程式來表達像點、目標用距離條件和多普勒條件方程式來表達像點、目標點和雷達天線中心三者之間的關系；二是用共線方點和雷達天線中心三者之間的關系；二是用共線方程來表達這種關系。程來表達這種關系。 1 1、距離條件和多普勒條件方程式、距離條件和多普勒條件方程式 因雷達側向掃描平臺恒垂直于遙感平臺運動的因雷達側向

4、掃描平臺恒垂直于遙感平臺運動的速度矢量，則有多普勒條件成立：速度矢量，則有多普勒條件成立：側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 式中：式中：側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 由上兩式可得到用坐標表示的多普勒條件方程：由上兩式可得到用坐標表示的多普勒條件方程： 距離條件是指：距離條件是指： 此為用此為用距離條件和多普勒條件距離條件和多普勒條件表示的表示的SARSAR圖像的圖像的成像方程式。成像方程式。側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正

5、2 2、共線條件方程式：、共線條件方程式： 設高程為設高程為 的地平面上任意一地面點的地平面上任意一地面點 在斜在斜距圖像上的像點為距圖像上的像點為 ，像點坐標為，像點坐標為 ，而，而 點點在以在以 為焦距的德中心投影的像點為為焦距的德中心投影的像點為 ，相應，相應的像點坐標為的像點坐標為 ，則：，則：側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 其中，其中， 為影像上的掃描延遲，為影像上的掃描延遲， 為等效焦為等效焦距。這時天線中心距。這時天線中心 、像點、像點 、地面點、地面點 嚴嚴格滿足貢獻關系，則：格滿足貢獻關系，則：側視雷達圖像幾何校正側視

6、雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 當地面并不平坦時：當地面并不平坦時：側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 對于任意一地面點：對于任意一地面點： 此即為共線方程表示的此即為共線方程表示的SARSAR圖像的成像方圖像的成像方程式。程式。側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側視雷達圖像的幾何校正：側視雷達圖像的幾何校正： 由側視雷達圖像幾何特性可知，如果有地形起由側視雷達圖

7、像幾何特性可知，如果有地形起伏，則在圖像上存在透視收縮與頂底位移或雷達陰伏，則在圖像上存在透視收縮與頂底位移或雷達陰影的現象。校正就是要消除這些位移的過程。影的現象。校正就是要消除這些位移的過程。 需要指出的是，需要指出的是，SARSAR圖像由于地形起伏引起的圖像由于地形起伏引起的像點位移要比中心投影嚴重的多。因此不能用簡單像點位移要比中心投影嚴重的多。因此不能用簡單的多項式校正的方法。目前有兩種較為常用的方法：的多項式校正的方法。目前有兩種較為常用的方法： 側視雷達圖像幾何校正側視雷達圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 二是按照共線方程進行。二是按照共線方程進行。先

8、得到成像參數，對先得到成像參數，對某一地面點，利用共線方程式的第二式作為約束，某一地面點，利用共線方程式的第二式作為約束，計算其像點對應于起始時刻掃描線的影像縱坐標計算其像點對應于起始時刻掃描線的影像縱坐標y y，然后代入第一式求出等效的橫坐標，最后由多普勒然后代入第一式求出等效的橫坐標，最后由多普勒條件方程反算出正確的橫坐標。條件方程反算出正確的橫坐標。 一是按照距離和多普勒條件成像方程進行。一是按照距離和多普勒條件成像方程進行。要要么由地面控制點和成像參數建立校正變換公式；要么由地面控制點和成像參數建立校正變換公式；要么由數字高程模型與原始圖像進行匹配，建立么由數字高程模型與原始圖像進行匹

9、配，建立DEMDEM與原始圖像間的變換關系。與原始圖像間的變換關系。幾何配準和鑲嵌幾何配準和鑲嵌5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 幾何配準幾何配準是指將同一地區(qū)不同時刻的圖像或不是指將同一地區(qū)不同時刻的圖像或不同傳感器的圖像，同傳感器的圖像，“匹配匹配”起來，以便于利用各自起來，以便于利用各自的優(yōu)缺點。的優(yōu)缺點。 相對匹配相對匹配是指將多圖像通過幾何變換實現重疊；是指將多圖像通過幾何變換實現重疊； 絕對匹配絕對匹配是指將相對匹配后的圖像納入到某一是指將相對匹配后的圖像納入到某一統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)。統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)。 幾何校正是實現絕對匹配的有效途徑，多項式幾何校正是實現絕對匹配的有效

10、途徑，多項式和共線方程都可以實現多圖像的幾何匹配。和共線方程都可以實現多圖像的幾何匹配。幾何配準和鑲嵌幾何配準和鑲嵌5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 圖像鑲嵌圖像鑲嵌是指將不同的圖像文件拼合成一幅完是指將不同的圖像文件拼合成一幅完整的包含感興趣區(qū)域的圖像。整的包含感興趣區(qū)域的圖像。 參與鑲嵌的圖像可以是不同時間同一傳感器獲參與鑲嵌的圖像可以是不同時間同一傳感器獲取的，也可以是不同時間不同傳感器獲取的圖像，取的，也可以是不同時間不同傳感器獲取的圖像，但同時要求鑲嵌的圖像之間要有一定的重疊，并校但同時要求鑲嵌的圖像之間要有一定的重疊，并校正到同一地圖坐標系中。正到同一地圖坐標系中。

11、 圖像鑲嵌的關鍵有兩步：圖像鑲嵌的關鍵有兩步：一是通過幾何校正將一是通過幾何校正將多幅圖像拼接在一起；二是通過圖像處理手段保證多幅圖像拼接在一起；二是通過圖像處理手段保證拼接后的圖像反差一致，色調相近，沒有明顯的接拼接后的圖像反差一致，色調相近，沒有明顯的接縫?？p。實習內容：實習內容：a、圖像拼接、圖像拼接實習目的：實習目的：學會利用學會利用Dataprep模塊對遙感圖像進行拼模塊對遙感圖像進行拼 接處理。接處理。實習內容：實習內容：將空間區(qū)域相鄰的三幅將空間區(qū)域相鄰的三幅TM圖像進行拼接。圖像進行拼接。實習步驟：實習步驟：1、同時顯示和觀察多幅圖像、同時顯示和觀察多幅圖像 啟動軟件。在視窗啟

12、動軟件。在視窗view#1中點擊中點擊 圖標，在打開圖標，在打開的對話框中選擇的對話框中選擇“Raster Option”欄，如下圖所示：欄，如下圖所示： 不選擇不選擇“Clear Dispay”, ,勾選勾選“Background Transparent”。然后。然后點擊點擊File，選擇第一幅，選擇第一幅TM圖像，圖像，shixishuju2124036zuhe. tif，點擊點擊OK打開。如下圖所示：打開。如下圖所示： 繼續(xù)重復上面的步驟，注意每次都不選擇繼續(xù)重復上面的步驟，注意每次都不選擇“Clear Dispay”和和勾選勾選“Back ground Transparent”。分別在

13、同一視窗中打開。分別在同一視窗中打開shi xishuju2124037zuhe. tif和和125036.tif。結果如下圖所示：。結果如下圖所示： 124037124036125036 不難看出，不難看出，三景遙感圖像三景遙感圖像存在明顯的重存在明顯的重疊區(qū)域。疊區(qū)域。 在針對重疊在針對重疊區(qū)域進行研究區(qū)域進行研究時，就需要進時，就需要進行圖像拼接處行圖像拼接處理。理。2、啟動圖像拼接工具、啟動圖像拼接工具 在在ERDAS圖標面板工具條中，點擊圖標面板工具條中，點擊 圖標，在下拉圖標，在下拉菜單中選擇菜單中選擇Mosaic ImagesMosaic tool，出現如下對話，出現如下對話框。

14、框。選擇選擇EditAdd Images，出現右側對話框，分別選擇，出現右側對話框，分別選擇12036zuhe. tif、12037zuhe.tif和和125036.tif，依次加載三幅，依次加載三幅TM圖像。結果如圖像。結果如下圖所示：下圖所示： 3、拼接參數設置、拼接參數設置 在左圖中選擇在左圖中選擇EditColor Corrections（右上），出現對話（右上），出現對話框（右下），勾選框（右下），勾選Use Histogram Matching并點擊并點擊Set，分別選，分別選擇擇Overlap Areas和和Band by Band，點擊，點擊OK，回到下圖：，回到下圖： 在左圖

15、中選擇在左圖中選擇EditSet Overlap Function（中），出現對話框（中），出現對話框（右），勾選（右），勾選Average并點擊并點擊Apply和和Close，再次回到下圖：，再次回到下圖： 在左圖中選擇在左圖中選擇EditOutput Options （中），出現對話框（右），選擇（中），出現對話框（右），選擇Union of All Inputs并設置并設置X為為50，Y為為50，點，點 擊擊ok，又一次回到下圖。，又一次回到下圖。4、輸出拼接圖像、輸出拼接圖像 在左圖中選擇在左圖中選擇ProcessRun Mosaic（右上），出現對話框（右上），出現對話框（右下），確

16、定輸出文件的格式（右下），確定輸出文件的格式（tif）、路徑和名稱（）、路徑和名稱（pinjie），），點擊點擊ok，輸出圖像（需要約，輸出圖像（需要約3分鐘）。拼接后的圖像如下所示：分鐘）。拼接后的圖像如下所示：概述概述5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 利用傳感器成像時，所得到的測量值與目標物利用傳感器成像時，所得到的測量值與目標物體的反射或發(fā)射正常值不一致，從而造成測量值失體的反射或發(fā)射正常值不一致，從而造成測量值失真，導致圖像模糊、分辨率和對比度下降，這些都真，導致圖像模糊、分辨率和對比度下降，這些都需要進行輻射校正。需要進行輻射校正。 一般購買到的圖像都是經過輻射校正的

17、，但一般購買到的圖像都是經過輻射校正的，但有些圖像仍然存在輻射失真，在實際問題中要根有些圖像仍然存在輻射失真，在實際問題中要根據問題進行具體分析。據問題進行具體分析。系統(tǒng)輻射校正系統(tǒng)輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 系統(tǒng)輻射畸變系統(tǒng)輻射畸變主要由于傳感器本身產生。由于主要由于傳感器本身產生。由于儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就導致了接受圖像不均勻，產生條紋和導致了接受圖像不均勻，產生條紋和“噪聲噪聲”。 包括：包括：1 1、由光學系統(tǒng)引起的畸變；、由光學系統(tǒng)引起的畸變； 2 2、由光電轉換引起的畸變；、由光電轉換引

18、起的畸變； 一般這些畸變在數據生產過程中都已經由生產一般這些畸變在數據生產過程中都已經由生產單位做了輻射校正，不需要用戶自行校正。故而此單位做了輻射校正，不需要用戶自行校正。故而此處從略。處從略。 系統(tǒng)輻射校正系統(tǒng)輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 系統(tǒng)輻射畸變系統(tǒng)輻射畸變主要由于傳感器本身產生。由于主要由于傳感器本身產生。由于儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就導致了接受圖像不均勻，產生條紋和導致了接受圖像不均勻，產生條紋和“噪聲噪聲”。 包括：包括：1 1、由光學系統(tǒng)引起的畸變；、由光學系統(tǒng)引起的畸變； 2 2、由光

19、電轉換引起的畸變；、由光電轉換引起的畸變； 3 3、太陽位置引起的畸變；、太陽位置引起的畸變； 4 4、地形起伏引起的畸變；、地形起伏引起的畸變； 一般這些畸變在數據生產過程中都已經由生產一般這些畸變在數據生產過程中都已經由生產單位做了輻射校正，不需要用戶自行校正。故而此單位做了輻射校正，不需要用戶自行校正。故而此處從略。處從略。 大氣輻射校正大氣輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 進入大氣的太陽輻射會發(fā)生反射、折射、吸收進入大氣的太陽輻射會發(fā)生反射、折射、吸收散射、透射等現象，其中對傳感器影響最大的是吸散射、透射等現象，其中對傳感器影響最大的是吸收和散射。收和散射。 其

20、中，相當部分的大氣散射光未經地物反射，其中，相當部分的大氣散射光未經地物反射，通過大氣吸收后，直接進入傳感器的輻射，通過大氣吸收后，直接進入傳感器的輻射，稱作程稱作程輻射，輻射，這種輻射進入傳感器的輻射能量影響較大。這種輻射進入傳感器的輻射能量影響較大。 主要有兩種方法進行校正：主要有兩種方法進行校正： 1 1、基于地面場數據或輔助數據校正、基于地面場數據或輔助數據校正 在成像同時，同步獲取成像目標的反射率，或在成像同時，同步獲取成像目標的反射率，或通過預先設置已知發(fā)射率的目標，把實況數據與圖通過預先設置已知發(fā)射率的目標，把實況數據與圖像數據進行比較，來消除影響。像數據進行比較，來消除影響。

21、大氣輻射校正大氣輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 假定實況數據與圖像數據之間為線性關系：假定實況數據與圖像數據之間為線性關系： 即圖像中每一像元灰度都減去即圖像中每一像元灰度都減去a a，從而獲得校，從而獲得校正后的圖像。此方法僅適用于具有地面實況數據的正后的圖像。此方法僅適用于具有地面實況數據的情形。情形。 大氣輻射校正大氣輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 2 2、利用波段特征進行校正、利用波段特征進行校正 程輻射程度主要與米氏散射有關，即散射主要程輻射程度主要與米氏散射有關，即散射主要發(fā)生在短波波長，其散射強度隨波長的增大而減小，發(fā)生在短波波長，其散射強度隨波長的增大而減小，到紅外波段基本已經接近于零。到紅外波段基本已經接近于零。 根據這個原理，可以把紅外波段作為無散射影根據這個原理，可以把紅外波段作為無散射影響的標準圖像，通過對不同波段圖像的對比分析來響的標準圖像，通過對不同波段圖像的對