圖像幾何校正與輻射校正

1、1 遙感數(shù)字圖像校正與增強(qiáng)2本章主要內(nèi)容1. 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2. 圖像輻射校正3. 幾何校正原理與方法4. 圖像增強(qiáng)處理38.3 幾何校正 遙感圖象幾何畸變遙感圖象幾何畸變遙感圖象幾何糾正方法遙感圖象幾何糾正方法4 為什么要進(jìn)行幾何糾正為什么要進(jìn)行幾何糾正遙感調(diào)查分析結(jié)果遙感調(diào)查分析結(jié)果：一般是要求能滿足量測(cè)和定位 要求的各類專題地圖。利用多源數(shù)據(jù)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類、地物特征的變化 監(jiān)測(cè)等應(yīng)用處理時(shí)，必須保證不同圖像間的幾何一致 性。幾何誤差的存在幾何誤差的存在5v定義：遙感圖像上各地物的幾何位置、形狀、尺寸、方位等特征與在參照系統(tǒng)中的表達(dá)要求不一致時(shí)，即說(shuō)明遙感圖像發(fā)生了幾何畸變。v遙

2、感圖像的總體變形（相對(duì)于地面真實(shí)形態(tài)而言）是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲及其他變形綜合作用的結(jié)果。 8.1 遙感圖像的幾何變形 v按照畸變的性質(zhì)劃分幾何畸變可分為系統(tǒng)性畸變和隨機(jī)性畸變。一、基本概念6系統(tǒng)性畸變系統(tǒng)性畸變是指遙感系統(tǒng)造成的畸變，這種畸變一般有一定的規(guī)律性，并且大小事先能夠預(yù)測(cè)，例如掃描鏡的結(jié)構(gòu)方式和掃描速度等造成的畸變。隨機(jī)性畸變隨機(jī)性畸變是指大小不能事先預(yù)測(cè)、其出現(xiàn)帶有隨機(jī)性質(zhì)的畸變，例如地形起伏造成的隨地而異的幾何偏差。隨機(jī)畸變遙感圖像幾何畸變系統(tǒng)畸變7幾何校正幾何校正就是要校正成像過(guò)程所造成的各種幾何畸變。幾何校正分為兩種：幾何粗校正幾何粗校正和和幾何精校正幾何精校正。幾

3、何粗校正幾何粗校正是針對(duì)引起畸變?cè)蚨M(jìn)行的校正，這種畸變按照比較簡(jiǎn)單和相對(duì)固定的幾何關(guān)系分布在圖像中的，校正時(shí)只需將傳感器原校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、遙感平臺(tái)的位置以及衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài)等一系列測(cè)量數(shù)據(jù)代入理論校正公式即可。幾何粗校正主要校正系統(tǒng)畸變。幾何精校正幾何精校正是利用控制點(diǎn)進(jìn)行的幾何校正，它是用一種數(shù)學(xué)模型來(lái)近似描述遙感圖像的幾何畸變過(guò)程，并利用畸變的遙感圖像與標(biāo)準(zhǔn)地圖之間的一些對(duì)應(yīng)點(diǎn)（即控制點(diǎn)（GCP）求得這個(gè)幾何畸變模型，然后利用此模型進(jìn)行幾何畸變校正，這種校正不考慮畸變的具體形成原因，而只考慮如何利用畸變模型來(lái)校正遙感圖像。幾何粗糾正幾何精糾正隨機(jī)畸變遙感圖像幾何畸變系統(tǒng)畸變8幾何畸變幾何畸變遙感

4、器本身引起的畸變 外部因素引起的畸變 處理過(guò)程中引起的畸變二、幾何變形的類型二、幾何變形的類型 8.2 遙感圖像的幾何變形 根據(jù)畸變產(chǎn)生的原因：根據(jù)畸變產(chǎn)生的原因：91、傳感器本身引起的畸變、傳感器本身引起的畸變傳感器本身引起的幾何畸變與遙感器的結(jié)構(gòu)、特性和傳感器本身引起的幾何畸變與遙感器的結(jié)構(gòu)、特性和工作方式不同而異。這些因素主要包括：工作方式不同而異。這些因素主要包括：1）透鏡的輻射方向畸變像差；透鏡的輻射方向畸變像差；2）透鏡的切線方向畸變像差；透鏡的切線方向畸變像差；3）透鏡的焦距誤差；透鏡的焦距誤差；4）透鏡的光軸與投影面不正交；透鏡的光軸與投影面不正交；5）圖像的投影面非平面；圖像

5、的投影面非平面；6）探測(cè)元件排列不整齊；探測(cè)元件排列不整齊；7）采樣速率的變化；采樣速率的變化；8）采樣時(shí)刻的偏差采樣時(shí)刻的偏差;9)掃描鏡的掃描速度變化掃描鏡的掃描速度變化。二、幾何變形的類型二、幾何變形的類型10MSS 舉例舉例:例如掃描形式成像的MSS，產(chǎn)生的幾何畸變主要是由于掃描鏡的非線性振動(dòng)和其它一些偶然因素引起的。在地面上影響可達(dá)395米。 全景畸變：11全景畸變?nèi)盎兊膱D形變化情況的圖形變化情況 122、外部因素引起的畸變外部因素引起的畸變 遙感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的影響地形起伏的影響地球表面曲率的影響大氣折射的影響地球自轉(zhuǎn)的影響二、幾何變形的類型二、幾何變形的類型131）遙

6、感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的影響n航高：當(dāng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到力學(xué)因素影響標(biāo)，或者說(shuō)衛(wèi)星運(yùn)行的軌道本身就是橢圓的。航高始終發(fā)生變化，而傳感器的掃描視場(chǎng)角不變，從而導(dǎo)致圖像掃描行對(duì)應(yīng)的地面長(zhǎng)度地面長(zhǎng)度發(fā)生變化。航高越向高處偏離，圖像對(duì)應(yīng)的地面越寬。2、外部因素引起的畸變14航速：衛(wèi)星的橢圓軌道本身就導(dǎo)致了衛(wèi)星飛行速度的不均勻，其他因素也可導(dǎo)致遙感平臺(tái)航速的變化。航速快時(shí)，掃描帶超前，航速慢時(shí)，掃描帶滯后，由此可導(dǎo)致圖像在衛(wèi)星前進(jìn)方向上(圖像上下方向)的位置錯(cuò)動(dòng)。俯仰：遙感平臺(tái)的俯仰變化能引起圖像上下方向的變化，即星下點(diǎn)俯時(shí)后移，仰時(shí)前移，發(fā)生行間位置錯(cuò)動(dòng).15翻滾：遙感平臺(tái)姿態(tài)翻滾是指以前進(jìn)方向?yàn)檩S

7、旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度?？蓪?dǎo)致星下點(diǎn)在掃描線方向偏移，使整個(gè)圖像的行向翻滾角引起偏離的方向錯(cuò)動(dòng)。偏航：指遙感平臺(tái)在前進(jìn)過(guò)程中，相對(duì)于原前進(jìn)航向偏轉(zhuǎn)了一個(gè)小角度，從而引起掃描行方向的變化，導(dǎo)致圖像的傾斜畸變162 2）地形起伏的影響）地形起伏的影響n當(dāng)?shù)匦未嬖谄鸱鼤r(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部像點(diǎn)的位移,使原本應(yīng)是地面點(diǎn)的信號(hào)被同一位置上某高點(diǎn)的信號(hào)代替。由于高差的原因，實(shí)際像點(diǎn)P距像幅中心的距離相對(duì)于理想像點(diǎn)P0 。距像幅中心的距離移動(dòng)了r高差引起的像點(diǎn)位移高差引起的像點(diǎn)位移2、外部因素引起的畸變173）地球表面曲率的影響）地球表面曲率的影響n 地球是球體，嚴(yán)格地球是球體，嚴(yán)格說(shuō)是橢球體，因此說(shuō)是橢球體，因此地球表面

8、是曲面。地球表面是曲面。這一曲面的影響主這一曲面的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是像點(diǎn)位置的移一是像點(diǎn)位置的移動(dòng)，二是像元對(duì)應(yīng)動(dòng)，二是像元對(duì)應(yīng)于地面寬度的不等。于地面寬度的不等。2、外部因素引起的畸變184）大氣折射的影響）大氣折射的影響n 大氣對(duì)輻射的傳播產(chǎn)生折射。由于大氣的密度分布從下向上越來(lái)越小，折射率不斷變化因此折射后的輻射傳播不再是直線而是條曲線從而導(dǎo)致傳感器接收的像點(diǎn)發(fā)生位移r.n大氣折射影響大氣折射影響2、外部因素引起的畸變195）地球自轉(zhuǎn)的影響）地球自轉(zhuǎn)的影響n 衛(wèi)星前進(jìn)過(guò)程中，傳感器對(duì)地面掃描獲得圖像時(shí)，地球自轉(zhuǎn)衛(wèi)星前進(jìn)過(guò)程中，傳感器對(duì)地面掃描獲得圖像時(shí)，地球自

9、轉(zhuǎn)影響較大，會(huì)產(chǎn)生影像偏離。因?yàn)樾l(wèi)星自北向南運(yùn)動(dòng)，這時(shí)地影響較大，會(huì)產(chǎn)生影像偏離。因?yàn)樾l(wèi)星自北向南運(yùn)動(dòng)，這時(shí)地球自西向東自轉(zhuǎn)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使衛(wèi)星的星下位置逐漸產(chǎn)球自西向東自轉(zhuǎn)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使衛(wèi)星的星下位置逐漸產(chǎn)生偏離。偏離方向如下圖所示，所以衛(wèi)星圖像經(jīng)過(guò)校正后成為生偏離。偏離方向如下圖所示，所以衛(wèi)星圖像經(jīng)過(guò)校正后成為圖圖c c的形態(tài)。的形態(tài)。 地球自轉(zhuǎn)引起偏離2、外部因素引起的畸變20遙感圖像再處理過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，主遙感圖像再處理過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，主要是由于處理設(shè)備產(chǎn)生的噪聲引起的。要是由于處理設(shè)備產(chǎn)生的噪聲引起的。 傳輸、復(fù)制傳輸、復(fù)制 光學(xué)光學(xué) 數(shù)字?jǐn)?shù)字3、處理過(guò)程中引起的畸變2

10、1n遙感圖像的幾何校正按照處理方式分為光學(xué)糾正和數(shù)字糾正。n遙感圖像的幾何糾正就是將含有畸變的圖像納入到某種地圖投影。對(duì)地面覆蓋范圍不大的單幅圖像，一般以正射投影方式使其改正到地球切平面上。n光學(xué)糾正主要用于早期的遙感圖像的處理中，現(xiàn)在的應(yīng)用已經(jīng)不多。除了對(duì)框幅式的航空照片（中心投影）可以進(jìn)行比較嚴(yán)密的糾正以外，對(duì)于大多數(shù)動(dòng)態(tài)獲得的遙感影像只能進(jìn)行近似的糾正。n主要介紹數(shù)字圖像的幾何精糾正。三三遙感圖像的幾何校正方法遙感圖像的幾何校正方法1、基本概念22兩個(gè)基本環(huán)節(jié)： 像元坐標(biāo)變換像元坐標(biāo)變換和像元灰度值重采樣像元灰度值重采樣 準(zhǔn)準(zhǔn)備備 工工作作 輸輸入入原原始始圖圖象象 建建立立糾糾正正函函

11、數(shù)數(shù) 確確定定輸輸出出圖圖象象的的范范圍圍 逐逐個(gè)個(gè)像像元元進(jìn)進(jìn)行行幾幾何何變變化化 灰灰度度的的重重采采樣樣 輸輸出出糾糾正正后后的的圖圖象象 效效果果 評(píng)評(píng)價(jià)價(jià) 校正思路校正思路(技術(shù)流程技術(shù)流程):23n校正前的圖像，由于某種幾何畸校正前的圖像，由于某種幾何畸變，圖像中變，圖像中像元點(diǎn)間所對(duì)應(yīng)的地像元點(diǎn)間所對(duì)應(yīng)的地面距離并不相等面距離并不相等。n校正后的圖像是由校正后的圖像是由等間距的網(wǎng)格等間距的網(wǎng)格點(diǎn)點(diǎn)組成的，且以地面為標(biāo)準(zhǔn)，符組成的，且以地面為標(biāo)準(zhǔn)，符合某種投影的均勻分布，圖像中合某種投影的均勻分布，圖像中格網(wǎng)的交點(diǎn)可以看作是像元的中格網(wǎng)的交點(diǎn)可以看作是像元的中心；心； 校正的最終目

12、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。兩個(gè)基本環(huán)節(jié)：像元坐標(biāo)變換和像元灰度值重采樣24(1) (1) 確定輸入圖像和輸出圖像的坐標(biāo)變換關(guān)系確定輸入圖像和輸出圖像的坐標(biāo)變換關(guān)系 (2)(2)確定新的圖像的邊界確定新的圖像的邊界(3) (3) 確定新圖像的分辨率確定新圖像的分辨率(4) (4) 灰度的重采樣灰度的重采樣2、校正過(guò)程25 數(shù)字圖象幾何糾正：通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)離散結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像中的每一個(gè)像元逐個(gè)進(jìn)行糾正處理的方法。這種方法能夠精確地改正動(dòng)態(tài)掃描圖像所具備的各種誤差。 基本原理：利用圖像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)（另一圖像坐標(biāo)、地圖坐標(biāo)等）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即輸入圖像和輸出圖像間的

13、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系實(shí)現(xiàn)幾何校正。 (1) 確定輸入圖像和輸出圖像的坐標(biāo)變換關(guān)系坐標(biāo)變換關(guān)系2、校正過(guò)程26幾何校正包括兩個(gè)方面的內(nèi)容幾何校正包括兩個(gè)方面的內(nèi)容圖像空間像元坐標(biāo)的變換圖像空間像元坐標(biāo)的變換變換后的標(biāo)準(zhǔn)圖像空間的各像元灰度值的計(jì)算。變換后的標(biāo)準(zhǔn)圖像空間的各像元灰度值的計(jì)算。27直接糾正方法直接糾正方法:從原始圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次對(duì)每個(gè)原始圖像像元點(diǎn)位用變換函數(shù) F（x,y）（正解變換公式）求得它在新圖像中的位置，并將該像元灰度值移置到新圖像的對(duì)應(yīng)位置上。間接糾正法間接糾正法: :從空白的新圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次對(duì)新圖像中每個(gè)像元點(diǎn)位用變換函數(shù)f (X,Y) （反解變換公

14、式） 求其在原始圖像中的位置，然后把算得的原始圖像點(diǎn)位上的灰度值賦予空白新圖像相應(yīng)的像元。糾正方法糾正方法:28圖中（xp ,yp）（XP,YP）分別是任意一個(gè)像元在原始圖像和糾正后圖像中的坐標(biāo)。),(ppXpyxFX),(ppYpyxFY直接法(正解):間接法(反解):),(PPypYXfy ),(PPxpYXfx 292.3.5 遙感數(shù)字圖像的多項(xiàng)式糾正遙感數(shù)字圖像的多項(xiàng)式糾正 n多項(xiàng)式糾正的基本思想：圖像的變性規(guī)律可以看作是多項(xiàng)式糾正的基本思想：圖像的變性規(guī)律可以看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲等形變的合成。平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲等形變的合成。一般的公式為：一般的公式

15、為：.54321022),(iiiiiiiixiYcXcYXcYcXccYXfx.54321022),(iiiiiiiiyiYdXdYXdYdXddYXfy.54321022),(iiiiiiiixiycxcyxcycxccyxFX.54321022),(iiiiiiiiyiydxdyxdydxddyxFY2) 直接法直接法 1) 間接法間接法 利用有限的控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)，解求多項(xiàng)式的系數(shù)，確定變換利用有限的控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)，解求多項(xiàng)式的系數(shù)，確定變換函數(shù)。然后將各個(gè)像元帶入多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算，得到糾正后的坐標(biāo)。函數(shù)。然后將各個(gè)像元帶入多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算，得到糾正后的坐標(biāo)。30實(shí)際計(jì)算時(shí)常采用二元二次

16、多項(xiàng)式：實(shí)際計(jì)算時(shí)常采用二元二次多項(xiàng)式：2022201101100020222011011000vbubuvbvbubbyvauauvavauaax 在這個(gè)方程組中有12個(gè)系數(shù)，需列12個(gè)方程才能解出，因此需要6個(gè)已知的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即這6個(gè)點(diǎn)的（u，v)與（x，y）均已知，這些已知坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱為控制點(diǎn)（GCP） 6個(gè)點(diǎn)只是解算方程組的理論最低數(shù)，實(shí)際工作中為提高校正精度需大量增加控制點(diǎn)數(shù)，這時(shí)就有了多余條件，可采用最小二乘法求解。3、遙感數(shù)字圖像的多項(xiàng)式糾正31控制點(diǎn)的選取1）數(shù)目確定控制點(diǎn)數(shù)目的最低限是按未知系數(shù)的多少來(lái)確定的。求二次多項(xiàng)式有12個(gè)系數(shù)，需要12個(gè)方程(6個(gè)控制點(diǎn))。依次類推，

17、三次多項(xiàng)式至少需要10個(gè)控制點(diǎn)，n次多項(xiàng)式，控制點(diǎn)的最少數(shù)目為(n+1)(n+2)2。實(shí)際工作中，在條件允許的情況下，控制點(diǎn)數(shù)的選取都要大于最低數(shù)很多。3、遙感數(shù)字圖像的多項(xiàng)式糾正321) 1) 表征空間位置的可靠性，道路交叉點(diǎn)，標(biāo)志物，表征空間位置的可靠性，道路交叉點(diǎn)，標(biāo)志物，水域水域的邊界的邊界，山頂，小島中心，機(jī)場(chǎng)等。，山頂，小島中心，機(jī)場(chǎng)等。同名控制點(diǎn)要在圖像上均勻分布；同名控制點(diǎn)要在圖像上均勻分布；清楚辨認(rèn)；清楚辨認(rèn)；數(shù)量應(yīng)當(dāng)超過(guò)多項(xiàng)式系數(shù)的個(gè)數(shù)（數(shù)量應(yīng)當(dāng)超過(guò)多項(xiàng)式系數(shù)的個(gè)數(shù)（(n+1)*(n+2)/2）。）。當(dāng)控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)超過(guò)多項(xiàng)式的系數(shù)個(gè)數(shù)時(shí)，采用最小當(dāng)控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)超過(guò)多項(xiàng)式的系

18、數(shù)個(gè)數(shù)時(shí)，采用最小2乘法進(jìn)行系數(shù)的確定，使得到的系數(shù)最佳。乘法進(jìn)行系數(shù)的確定，使得到的系數(shù)最佳。 2.3.5 遙感數(shù)字圖像的多項(xiàng)式糾正遙感數(shù)字圖像的多項(xiàng)式糾正 （續(xù)（續(xù)1）控制點(diǎn)的選擇原則控制點(diǎn)的選擇原則:33（ 2 ） 確定新的圖像的邊界確定新的圖像的邊界 n糾正后圖像和原始圖像的形狀、大小、方向都不一樣。糾正后圖像和原始圖像的形狀、大小、方向都不一樣。所以在糾正過(guò)程的實(shí)施之前，必須首先確定新圖像的所以在糾正過(guò)程的實(shí)施之前，必須首先確定新圖像的大小范圍。大小范圍。34（2） 確定新的圖像的邊界（續(xù)確定新的圖像的邊界（續(xù)1 1）lX1 = min (Xa, Xb, Xc, Xd)lX2 = m

19、ax (Xa, Xb, Xc, Xd)lY1 = min (Ya, Yb, Yc, YXd)lY2 = max (Ya, Yb,Yc, Yd)35（3） 確定新圖像的分辨率確定新圖像的分辨率n目的是確定新圖像目的是確定新圖像寬度寬度和和高度高度；n根據(jù)精度要求，在新圖像的范圍內(nèi)，劃分網(wǎng)格，根據(jù)精度要求，在新圖像的范圍內(nèi)，劃分網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)就是一個(gè)像元。每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)就是一個(gè)像元。n新圖像的行數(shù)新圖像的行數(shù)M(Y2-Y1)/Y+1;n新圖像的列數(shù)新圖像的列數(shù)N(X2-X1)/X X+1;n新圖像的任意一個(gè)像元的坐標(biāo)由它的行列號(hào)唯新圖像的任意一個(gè)像元的坐標(biāo)由它的行列號(hào)唯一確定。一確定。36（4 4）

20、 灰度的重采樣灰度的重采樣n糾正后的新圖像的每一個(gè)像元，根據(jù)變換函數(shù)，可糾正后的新圖像的每一個(gè)像元，根據(jù)變換函數(shù)，可以得到它在原始圖像上的位置。如果求得的位置為以得到它在原始圖像上的位置。如果求得的位置為整數(shù)，則該位置處的像元灰度就是新圖像的灰度值。整數(shù)，則該位置處的像元灰度就是新圖像的灰度值。n如果位置不為整數(shù)，則有幾種方法：如果位置不為整數(shù)，則有幾種方法：n1)最近鄰法最近鄰法n2)雙線性內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法n3 3）三次卷積法）三次卷積法372.3.4 2.3.4 灰度的重采樣（續(xù)灰度的重采樣（續(xù)1 1）1) 最近鄰法：最近鄰法：距離實(shí)際位置最近的像元的灰度值作為距離實(shí)際位置最近的像元的灰

21、度值作為輸出圖像像元的灰度值；輸出圖像像元的灰度值；38原始圖像糾正后圖像（最鄰近插值）最鄰近法糾正效果最鄰近法糾正效果392.3.4 2.3.4 灰度的重采樣（續(xù)灰度的重采樣（續(xù)2 2）2）雙線性法）雙線性法：以實(shí)際位置臨近的以實(shí)際位置臨近的4個(gè)像元值，確定輸出個(gè)像元值，確定輸出像元的灰度值。公式為：像元的灰度值。公式為： 4141432144332211,iiiiinmpgpppppgpgpgpgpg）（ G2 G3 G4 G1 式中，g(m,n)為輸出像元灰度值gi為鄰近點(diǎn)i的灰度值pi為鄰近點(diǎn)對(duì)投影點(diǎn)的權(quán)重(pi=1/di,di表示鄰近點(diǎn)到投影點(diǎn)的距離，最近者權(quán)重最大40雙線性插值效果

22、原始圖像糾正（雙線性插值）412.3.4 2.3.4 灰度的重采樣（續(xù)灰度的重采樣（續(xù)3 3）3 3）三次卷積法）三次卷積法以實(shí)際位置臨近的以實(shí)際位置臨近的16個(gè)像元值，確定個(gè)像元值，確定輸出像元的灰度值。公式為：輸出像元的灰度值。公式為： 161161,iiiiinmpgpg）（ 三次樣條三次樣條函數(shù)式中，g(m,n)為輸出像元灰度值gi為鄰近點(diǎn)i的灰度值pi為鄰近點(diǎn)對(duì)投影投影點(diǎn)的權(quán)重(pi=1/di,di表示鄰近點(diǎn)到投影點(diǎn)的距離，最近者權(quán)重最大)42原始圖像幾何糾正（三次卷積）三次卷積法處理效果三次卷積法處理效果432.3.4 2.3.4 灰度的重采樣（續(xù)灰度的重采樣（續(xù)4 4）幾種采樣方

23、法的優(yōu)缺點(diǎn)：幾種采樣方法的優(yōu)缺點(diǎn)：1）最近鄰法：算法簡(jiǎn)單且保持原光譜信息不變；缺）最近鄰法：算法簡(jiǎn)單且保持原光譜信息不變；缺點(diǎn)是幾何精度較差，圖像灰度具有不連續(xù)性，邊界出點(diǎn)是幾何精度較差，圖像灰度具有不連續(xù)性，邊界出現(xiàn)鋸齒狀?，F(xiàn)鋸齒狀。2)雙線性插值：計(jì)算較簡(jiǎn)單，圖像灰度具有連續(xù)性且雙線性插值：計(jì)算較簡(jiǎn)單，圖像灰度具有連續(xù)性且采樣精度比較精確；缺點(diǎn)是細(xì)節(jié)喪失采樣精度比較精確；缺點(diǎn)是細(xì)節(jié)喪失3)三次卷積法：計(jì)算量大，圖像灰度具有連續(xù)性且采三次卷積法：計(jì)算量大，圖像灰度具有連續(xù)性且采樣精度比較精確樣精度比較精確44數(shù)字圖象的糾正過(guò)程數(shù)字圖象的糾正過(guò)程總上所述：總上所述： 糾正的函數(shù)可有多種選擇：多

24、項(xiàng)式方法、共線方程糾正的函數(shù)可有多種選擇：多項(xiàng)式方法、共線方程方法、隨機(jī)場(chǎng)內(nèi)插方法等等。其中多項(xiàng)式方法的應(yīng)用最方法、隨機(jī)場(chǎng)內(nèi)插方法等等。其中多項(xiàng)式方法的應(yīng)用最為普遍。為普遍。 準(zhǔn)準(zhǔn)備備 工工作作 輸輸入入原原始始圖圖象象 建建立立糾糾正正函函數(shù)數(shù) 確確定定輸輸出出圖圖象象的的范范圍圍 逐逐個(gè)個(gè)像像元元進(jìn)進(jìn)行行幾幾何何變變化化 灰灰度度的的重重采采樣樣 輸輸出出糾糾正正后后的的圖圖象象 效效果果 評(píng)評(píng)價(jià)價(jià) 45四四 幾何校正類型幾何校正類型n從影像到地圖的校正從影像到地圖的校正n地圖控制點(diǎn)獲取方法：地圖控制點(diǎn)獲取方法：簡(jiǎn)單的直尺、數(shù)字化地圖、校正后的數(shù)字簡(jiǎn)單的直尺、數(shù)字化地圖、校正后的數(shù)字正射影

25、像、正射影像、GPSn從影像到影像的校正從影像到影像的校正n同名地物進(jìn)行匹配同名地物進(jìn)行匹配n混合混合46五、幾何校正操作過(guò)程五、幾何校正操作過(guò)程n選擇合適的參考平面圖選擇合適的參考平面圖n采集地面控制點(diǎn)采集地面控制點(diǎn)n評(píng)價(jià)全部控制點(diǎn)的誤差評(píng)價(jià)全部控制點(diǎn)的誤差RMSE，確定最優(yōu)幾何，確定最優(yōu)幾何校正系數(shù)校正系數(shù)n利用坐標(biāo)變換和灰度重采樣方法輸出校正后圖利用坐標(biāo)變換和灰度重采樣方法輸出校正后圖像像47開(kāi)始開(kāi)始顯示圖形顯示圖形文件文件啟動(dòng)幾何校正啟動(dòng)幾何校正模型模型采集地面控制采集地面控制點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換模型計(jì)算轉(zhuǎn)換模型圖像重采圖像重采樣樣檢 驗(yàn) 校 正檢 驗(yàn) 校 正結(jié)果結(jié)果結(jié)束結(jié)束 幾何校正流程圖幾

26、何校正流程圖48補(bǔ)充補(bǔ)充： 最小二乘法最小二乘法n最小二乘法最早稱為回歸分析法。由著名的英國(guó)生物最小二乘法最早稱為回歸分析法。由著名的英國(guó)生物學(xué)家、統(tǒng)計(jì)學(xué)家道爾頓（學(xué)家、統(tǒng)計(jì)學(xué)家道爾頓（F.GalltonF.Gallton）所創(chuàng)。）所創(chuàng)。(道爾頓研究英國(guó)男子中父親們的身高與兒子們的身道爾頓研究英國(guó)男子中父親們的身高與兒子們的身高之間的關(guān)系時(shí)，創(chuàng)立了回歸分析法。高之間的關(guān)系時(shí)，創(chuàng)立了回歸分析法。)n探索變量之間關(guān)系最重要的方法，用以找出變量之間探索變量之間關(guān)系最重要的方法，用以找出變量之間關(guān)系的具體表現(xiàn)形式。關(guān)系的具體表現(xiàn)形式。n后來(lái)，回歸分析法從其方法的數(shù)學(xué)原理后來(lái)，回歸分析法從其方法的數(shù)學(xué)原

27、理誤差平方誤差平方和最?。ê妥钚。ǘ耸瞧椒降囊馑级耸瞧椒降囊馑迹┏霭l(fā)，改稱為最小二乘）出發(fā)，改稱為最小二乘法。法。492.3.6 最小二乘法（續(xù)最小二乘法（續(xù)1）1.為了精確地描述為了精確地描述Y Y與與X X之間的關(guān)系，必須使用這兩個(gè)變量的所有觀察值，之間的關(guān)系，必須使用這兩個(gè)變量的所有觀察值，才不至于以才不至于以“點(diǎn)點(diǎn)”概面（作到同步與全面）。概面（作到同步與全面）。2 2Y Y與與X X之間是否是直線關(guān)系（用協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)衡量）？若是，將用之間是否是直線關(guān)系（用協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)衡量）？若是，將用一條直線描述它們之間的關(guān)系。一條直線描述它們之間的關(guān)系。3 3在在Y Y與與X X的散點(diǎn)

28、圖上畫(huà)出直線的方法很多。的散點(diǎn)圖上畫(huà)出直線的方法很多。任務(wù)？任務(wù)？找出一條能夠最好地描述找出一條能夠最好地描述Y Y與與X X（代表所有點(diǎn)）之間關(guān)系的直（代表所有點(diǎn)）之間關(guān)系的直線。線。4 4什么是最好？什么是最好？找出判斷找出判斷“最好最好”的原則。的原則。最好指的是找這么一條直線，使得所有點(diǎn)到該直線的縱向距離的和（平最好指的是找這么一條直線，使得所有點(diǎn)到該直線的縱向距離的和（平方和）最小。方和）最小。5 5三種距離三種距離50點(diǎn)到直線的距離點(diǎn)到直線的距離點(diǎn)到直線的垂直線的長(zhǎng)度。點(diǎn)到直線的垂直線的長(zhǎng)度。橫向距離橫向距離點(diǎn)沿（平行）點(diǎn)沿（平行）X X軸方向到直線的距離。軸方向到直線的距離。縱向

29、距離縱向距離點(diǎn)沿（平行）點(diǎn)沿（平行）Y Y軸方向到直線的距離。也就是軸方向到直線的距離。也就是實(shí)際觀點(diǎn)的實(shí)際觀點(diǎn)的Y Y坐標(biāo)減去根據(jù)直線方程計(jì)算出來(lái)的坐標(biāo)減去根據(jù)直線方程計(jì)算出來(lái)的YY的擬合值。的擬合值。2.3.6 最小二乘法（續(xù)最小二乘法（續(xù)2）51n縱向距離是縱向距離是Y Y的實(shí)際值與擬合值之差，差異大擬合不好，的實(shí)際值與擬合值之差，差異大擬合不好，差異小擬合好。差異小擬合好。n將所有縱向距離平方后相加，即得誤差平方和。所以，將所有縱向距離平方后相加，即得誤差平方和。所以，“最好最好”直線就是使誤差平方和最小的直線。直線就是使誤差平方和最小的直線。n運(yùn)用求極值的原理，將求最好擬合直線問(wèn)題轉(zhuǎn)

30、換為求運(yùn)用求極值的原理，將求最好擬合直線問(wèn)題轉(zhuǎn)換為求誤差平方和最小的問(wèn)題。誤差平方和最小的問(wèn)題。2.3.6 最小二乘法（續(xù)最小二乘法（續(xù)3）522.3.6 最小二乘法（續(xù)最小二乘法（續(xù)3）532.3.6 最小二乘法（續(xù)最小二乘法（續(xù)4）最小二乘法的性質(zhì)最小二乘法的性質(zhì):之一：即擬合直線過(guò)之一：即擬合直線過(guò)y和和x的平均數(shù)點(diǎn)。的平均數(shù)點(diǎn)。之二：之二： 殘差與自變量殘差與自變量x的乘積和等于的乘積和等于0，即殘差與自變量，即殘差與自變量x兩兩者不相關(guān)。者不相關(guān)。54遙感圖像的輻射糾正遙感圖像的輻射糾正1為什么要進(jìn)行輻射糾正？為什么要進(jìn)行輻射糾正？1）傳感器本身的特性，傳感器本身的特性，2）大氣對(duì)于

31、電磁輻射的衰減；（散射、）大氣對(duì)于電磁輻射的衰減；（散射、反射和吸收）反射和吸收）3）地形因子的影響地形因子的影響陰影陰影4)其它生態(tài)環(huán)境因子其它生態(tài)環(huán)境因子形成形成“同物異譜，異物同譜同物異譜，異物同譜”現(xiàn)象。現(xiàn)象。圖像不能全部真實(shí)地反映不同地物地特征，影響了數(shù)字圖圖像不能全部真實(shí)地反映不同地物地特征，影響了數(shù)字圖像的質(zhì)量。像的質(zhì)量。55562 輻射糾正類型n1）遙感器糾正：遙感器的設(shè)計(jì)n2）大氣輻射糾正：n3） 地形輻射糾正：需要DEM57大氣校正后，圖像的亮度顯著降低；對(duì)比度增強(qiáng)582.1 遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正n比較常見(jiàn)的遙感系統(tǒng)引入的輻射誤差有：比較常見(jiàn)的遙感系

32、統(tǒng)引入的輻射誤差有：n隨機(jī)壞像元隨機(jī)壞像元n行起始行起始 / / 終止問(wèn)題終止問(wèn)題n行或列缺失行或列缺失n行或列部分缺失行或列部分缺失n行或列條紋行或列條紋592.1 遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正n隨機(jī)壞像元隨機(jī)壞像元n使用簡(jiǎn)單的閾值法判斷壞像元（比如等于使用簡(jiǎn)單的閾值法判斷壞像元（比如等于0 0或小于或小于0 0）n使用周?chē)褂弥車(chē)? 8像元的均值代替壞像元像元的均值代替壞像元602.1 遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正n行起始行起始/終止問(wèn)題終止問(wèn)題n造成掃描線錯(cuò)位，不是系統(tǒng)性的，需要手工進(jìn)行移造成掃描線錯(cuò)位，不是系統(tǒng)性的，需要手工進(jìn)行移位。位。612.1 遙感

33、探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正n行或列缺失行或列缺失n行或列部分缺失行或列部分缺失n利用上下相鄰兩行的平均值代替缺失行的像利用上下相鄰兩行的平均值代替缺失行的像元值元值3445763538405880773856787860546076622.1 遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正遙感探測(cè)器系統(tǒng)誤差校正n行或列條紋行或列條紋n確定誤定標(biāo)掃描行，即明確定誤定標(biāo)掃描行，即明顯過(guò)亮或過(guò)暗的行顯過(guò)亮或過(guò)暗的行n利用相同地物有相同的輻利用相同地物有相同的輻射等級(jí)的原理，采用線性射等級(jí)的原理，采用線性定標(biāo)法調(diào)整所有壞掃描行定標(biāo)法調(diào)整所有壞掃描行的輻射值。的輻射值。nDNDN好好 DNDN壞壞 A + B A

34、 + B632.2 大氣輻射糾正方法n一、絕對(duì)大氣輻射校正n1輻射傳輸過(guò)程n2輻射傳輸模型n3經(jīng)驗(yàn)線定標(biāo)法n二、相對(duì)大氣輻射校正n1直方圖最小值去除法（DOS）n2回歸法n三、坡度坡向影響校正n1、余弦法n2、C校正n3、統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)校正6412min12maxmax,maxminmax2558/ )(srWmLsrWmLbitCDNbitKCLLKji射值，單位為單位為：探測(cè)器量測(cè)的最小輻，單位為：探測(cè)器的飽和輻射值）為：像元最大亮度值（如：像元亮度值表示的輻射：傳感器每1基于輻射傳輸過(guò)程的絕對(duì)輻射校正方法基于輻射傳輸過(guò)程的絕對(duì)輻射校正方法傳感器記錄的總輻射傳感器記錄的總輻射n根據(jù)傳輸過(guò)程根據(jù)傳

35、輸過(guò)程n根據(jù)圖像像元值根據(jù)圖像像元值pdoosLETETLov)cos(1衛(wèi)星傳感器觀測(cè)角太陽(yáng)天頂角上的大氣透射率天頂角）天空漫射輻照度（）照度（大氣層頂部太陽(yáng)光譜輻）（大氣層頂部太陽(yáng)輻照度）多次散射的程輻射（）傳感器總輻射（vodoopsTWmEmWmEWmEsrWmLsrWmL21221212min,)(LDNKLjis65sL遙感系統(tǒng)接收的多種程輻射遙感系統(tǒng)接收的多種程輻射pdoosLETETLov)cos(1vT研究目標(biāo)反射研究目標(biāo)反射鄰域反射鄰域反射1351,3,5min,)(LDNKLjisoTvo24pLTLdEoE太陽(yáng)輻照度太陽(yáng)輻照度天空漫射天空漫射輻照度輻照度662基于輻射傳

36、輸模型的大氣校正基于輻射傳輸模型的大氣校正nATCOR（The ATmospheric CORrection）nFLAASH（Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes ）nATREM（The ATmospheric REMovel）nACORN（ The Atmospheric CORrection Now ）672基于輻射傳輸模型的大氣校正基于輻射傳輸模型的大氣校正輻射傳輸模型所需參數(shù)輻射傳輸模型所需參數(shù)n遙感影像的經(jīng)緯度遙感影像的經(jīng)緯度n遙感數(shù)據(jù)采集的日期和時(shí)間遙感數(shù)據(jù)采集的日期和時(shí)間n影像獲取高度影像獲取

37、高度n影像景的平均高度（如：海拔影像景的平均高度（如：海拔200m200m）n大氣模式（如：中緯度夏季，中緯度冬季，熱帶）大氣模式（如：中緯度夏季，中緯度冬季，熱帶）n輻射定標(biāo)后的影像數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)單位必須是輻射定標(biāo)后的影像數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)單位必須是 ）n各個(gè)波段的信息（波段均值和半幅全寬）各個(gè)波段的信息（波段均值和半幅全寬）n獲取遙感數(shù)據(jù)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿饽芤?jiàn)度（如：獲取遙感數(shù)據(jù)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿饽芤?jiàn)度（如：10km10km）112srmWm682基于輻射傳輸模型的大氣校正基于輻射傳輸模型的大氣校正nATCOR（TheAtmosphericCORrection）n包括包括ACTOR2用于平坦地區(qū)用于平坦地區(qū)ACTOR3用于山區(qū)用于山區(qū)ACTOR4用于亞軌道遙感系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)用于亞軌道遙感系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)n用用MO