遙感導(dǎo)論課程報(bào)告_遙感圖像一般預(yù)處理流程

1、遙感圖像預(yù)處理的一般處理流程遙感圖像處理的一般流程數(shù)據(jù)源選擇圖像輸入與瀏覽圖像預(yù)處理（幾何校正、融合、鑲嵌、裁剪、大氣校正等）圖像信息提?。ㄈ斯そ庾g、自動(dòng)分類(lèi)、特征提取、動(dòng)態(tài)檢測(cè)、反演、高程提?。┏晒麍?bào)告與應(yīng)用（制圖、GIS分析、共享）輻射校正幾何校正融合、鑲嵌、裁剪輻射校正 衛(wèi)星光學(xué)傳感器是接受地表反射太陽(yáng)的能量而成像的，遙感圖像在獲取過(guò)程中，受到如大氣吸收與散射、傳感器定標(biāo)、地形等因素的影響，且它們會(huì)隨時(shí)間的不同而有所差異，這些因素都會(huì)引起圖像造成影像的系統(tǒng)輻射失真和非系統(tǒng)輻射失真，輻射校正實(shí)際上是影像恢復(fù)的一個(gè)內(nèi)容。 校正方式有兩類(lèi)： 傳感器輻射校正。通常采用內(nèi)部校準(zhǔn)光源和校準(zhǔn)楔，如陸地

2、衛(wèi)星多光譜掃描儀的輻射校正； 大氣校正。 前者主要糾正系統(tǒng)誤差，直接表現(xiàn)是圖像得到增強(qiáng)而清晰；后者糾正非系統(tǒng)誤差，得到地表真實(shí)輻射量。 在遙感圖像處理中，圖像輻射校正經(jīng)常做的是大氣校正。輻射定標(biāo) 一般來(lái)講，輻射定標(biāo)（Radiometric Calibration）就是將圖像的數(shù)字量化值（DN）轉(zhuǎn)化為輻射亮度值或者反射率或者表面溫度等物理量的處理過(guò)程。輻射定標(biāo)參數(shù)一般存放在元數(shù)據(jù)文件中，ENVI 中的通用輻射定標(biāo)大氣校正 大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響，獲得地物反射率、輻射率、地表溫度等真實(shí)物理模型參數(shù)，用來(lái)消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧等對(duì)地物反射的影響，消

3、除大氣分子和氣溶膠散射的影響。大多數(shù)情況下，大氣校正同時(shí)也是反演地物真實(shí)反射率的過(guò)程。 目前，遙感圖像的大氣校正方法很多。這些校正方法按照校正后的結(jié)果可以分為2種： 絕對(duì)大氣校正方法：將遙感圖像的DN(Digital Number)值轉(zhuǎn)換為地表反射率、地表輻射率、地表溫度等的方法。 相對(duì)大氣校正方法：校正后得到的圖像，相同的DN值表示相同的地物反射率，其結(jié)果不考慮地物的實(shí)際反射率。大氣校正 圖像基本參數(shù) 波段范圍：衛(wèi)星圖像：4002500nm， 航空?qǐng)D像：860nm-1135nm。 如果要執(zhí)行水汽反演，光譜分辨率=15nm，且至少包含以下波段范圍中的一個(gè)： 1050-1210 nm 770-8

4、70 nm 870-1020 nm 像元值類(lèi)型：經(jīng)過(guò)定標(biāo)后的輻射亮度（輻射率）數(shù)據(jù)，單位是：（W）/（cm2*nm*sr）。 大氣校正 輔助信息 中心波長(zhǎng)：數(shù)據(jù)頭文件中（或者單獨(dú)的一個(gè)文本文件）包含中心波長(zhǎng)（wavelenth）值，如果是高光譜還必須有波段寬度（FWHM），這兩個(gè)參數(shù)都可以通過(guò)編輯頭文件信息輸入（Edit Header）。 波譜濾波函數(shù)（波譜響應(yīng)函數(shù)）文件：對(duì)于未知多光譜傳感器（UNKNOWN-MSI）需要提供波譜濾波函數(shù)文件。 Landsat8OLI陸地成像儀序號(hào)波段(m)空間分辨率 (m)10.4330.4533020.4500.5153030.5250.6003040.6

5、300.6803050.8450.8853061.5601.6603072.1002.3003080.5000.6801591.3601.390301010.60-11.201001111.50-12.50100大氣校正前Flaash大氣校正后幾何校正 圖像的幾何形變一般分為兩大類(lèi)：系統(tǒng)性和非系統(tǒng)性。系統(tǒng)性幾何形變一般是由傳感器本身引起的，有規(guī)律可循、具有可預(yù)測(cè)性，可以用傳感器模型來(lái)校正，衛(wèi)星地面接收站已經(jīng)完成了這項(xiàng)工作；非系統(tǒng)性幾何形變是不規(guī)律的，引起它的緣由可以是傳感器平臺(tái)本身的高度、姿勢(shì)等，也可以是地球曲率及空氣折射的變化、地形變化等。常說(shuō)的幾何校正，就是要消除這些非系統(tǒng)性幾何形變。 圖

6、像的幾何形變一般分為兩大類(lèi)：系統(tǒng)性和非系統(tǒng)性。系統(tǒng)性幾何形變一般是由傳感器本身引起的，有規(guī)律可循、具有可預(yù)測(cè)性，可以用傳感器模型來(lái)校正，衛(wèi)星地面接收站已經(jīng)完成了這項(xiàng)工作；非系統(tǒng)性幾何形變是不規(guī)律的，引起它的緣由可以是傳感器平臺(tái)本身的高度、姿勢(shì)等，也可以是地球曲率及空氣折射的變化、地形變化等。常說(shuō)的幾何校正，就是要消除這些非系統(tǒng)性幾何形變。 背景知識(shí)最近鄰法 取與所計(jì)算點(diǎn)（x,y）周?chē)噜彽?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，就取哪個(gè)亮度值作為（x,y）點(diǎn)的亮度值。 簡(jiǎn)單易用，計(jì)算量小，圖像的亮度具有不連續(xù)性，精度差。背景知識(shí)雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插法 ?。▁,y）點(diǎn)周?chē)?鄰點(diǎn)，在y方向內(nèi)插二

7、次，再在x方向內(nèi)插一次，得到（x,y)點(diǎn)的亮度值f（x,y)。 雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插法比最近鄰發(fā)雖然計(jì)算量有所增加，但精度明顯提高，特別是對(duì)亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線(xiàn)狀特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。 內(nèi)插法會(huì)對(duì)圖像起到平滑作用，從而使對(duì)比度明顯的分界線(xiàn)變得模糊。 y x原始圖像結(jié)果圖像背景知識(shí)三次卷積內(nèi)插法 進(jìn)一步提高內(nèi)插精度的一種方法，通過(guò)增加鄰點(diǎn)來(lái)獲得最佳插值函數(shù)。 取與計(jì)算點(diǎn)周?chē)噜彽?6個(gè)點(diǎn)，先在某一方向內(nèi)插，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果在另一個(gè)方向上內(nèi)插，得到一個(gè)連續(xù)內(nèi)插函數(shù)。 計(jì)算量大，精度高，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚，對(duì)控制點(diǎn)要求較高。 x y12345背景知識(shí)影像誤差來(lái)源 引起圖像畸變因素 系統(tǒng)誤差有規(guī)律的、可預(yù)測(cè)的

8、。比如掃描畸變。 非系統(tǒng)誤差無(wú)規(guī)律的如傳感器平臺(tái)的高度、經(jīng)緯度、速度和姿態(tài)的不穩(wěn)，地球曲率及空氣折射，地形影響等 幾何校正：糾正系統(tǒng)和非系統(tǒng)因素引起的幾何畸變。背景知識(shí)衛(wèi)星姿態(tài)引起的圖像變形背景知識(shí)動(dòng)態(tài)掃描圖像的變形幾何校正模型 主要有： 仿射變換（RST） 多項(xiàng)式 局部三角網(wǎng)（Delaunay Triangulation）幾何粗校正 幾何粗校正：這種校正是針對(duì)引起幾何畸變的原因進(jìn)行的，地面接收站在提供給用戶(hù)資料前，已按常規(guī)處理方案與圖像同時(shí)接收到的有關(guān)運(yùn)行姿態(tài)、傳感器性能指標(biāo)、大氣狀態(tài)、太陽(yáng)高度角對(duì)該幅圖像幾何畸變進(jìn)行了校正。 幾何粗校正是針對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行和成像過(guò)程中引起的幾何畸變進(jìn)行的校正，即

9、衛(wèi)星姿態(tài)不穩(wěn)、地球自轉(zhuǎn)、地球曲率、地形起伏、大氣折射等因素引起的變形?；谧詭Фㄎ恍畔⒌膸缀涡Ｕ?不同的數(shù)據(jù)需要使用不同的幾何校正方法，對(duì)于重返周期短、空間分辨率較低的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如 AVHRR、MODIS、SeaWiFS 等，地面控制點(diǎn)的選擇有相當(dāng)?shù)碾y度。這時(shí)，可以利用衛(wèi)星傳感器自帶的地理定位文件進(jìn)行幾何校正，校正精度主要受地理定位文件的影響。Modis傳感器參數(shù)校正前校正后在google earth上顯示校正后的結(jié)果幾何精校正 基于地面控制點(diǎn)，利用幾何校正模型，構(gòu)建圖像與地面坐標(biāo)/與圖像之間的幾何關(guān)系完成幾何校正，當(dāng)控制點(diǎn)選擇源是圖像（有地理坐標(biāo)）時(shí)候，又屬于圖像配準(zhǔn)范疇。 多項(xiàng)式模型 x=

10、a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+ y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+ 最少控制點(diǎn)個(gè)數(shù) N=（n+1）*（n+2）/2 誤差計(jì)算 RMS Eerror=sqrt（x-x）2+（y-y）2）幾何校正模型 主要有： 仿射變換（RST） 多項(xiàng)式 局部三角網(wǎng)（Delaunay Triangulation）圖像配準(zhǔn) 經(jīng)常在實(shí)際數(shù)據(jù)生產(chǎn)中會(huì)遇到，同一地區(qū)的圖像或者相鄰地區(qū)有重疊區(qū)的圖像，由于幾何校正誤差的原因，重疊區(qū)的相同地物不能重疊，這種情況對(duì)圖像的融合、鑲嵌、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用帶來(lái)很大的影響。遇到這種情況，可以利用重疊區(qū)的匹配點(diǎn)和相應(yīng)的計(jì)算模型進(jìn)行精確配準(zhǔn)。 圖像配

11、準(zhǔn)(Image Registration)就是將不同時(shí)間、不同傳感器（成像設(shè)備）或不同條件下（天候、照度、攝像位置和角度等）獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配、疊加的過(guò)程。 配準(zhǔn)前配準(zhǔn)后正射校正 圖像正射校正（Ortho-rectification）：借助于地形高程模型（DEM），對(duì)圖像中每個(gè)像元進(jìn)行地形的校正，使圖像符合正射投影的要求。 正射校正模型 嚴(yán)格軌道模型（Pushbroom Sensor） RPC 有理多項(xiàng)式系數(shù)（Rational Polynomial Coefficient）。自定義 RPC 文件圖像正射校正 航空影像（框幅式和數(shù)碼）和丟失 RPC 參數(shù)的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)可以根據(jù)相機(jī)參數(shù)、

12、傳感器參數(shù)、外方位元素和地面控制點(diǎn)進(jìn)行 RPC 文件的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn) RPC 正射校正。 內(nèi)定向（Interior Orientation，只針對(duì)航空相片而言）內(nèi)定向?qū)⒔⑾鄼C(jī)參數(shù)和航空像片之間的關(guān)系。它將使用航片間的條狀控制點(diǎn)、相機(jī)框標(biāo)點(diǎn)和相機(jī)的焦距，來(lái)進(jìn)行內(nèi)定向。 外定向（Exterior Orientation）外定向?qū)押狡蛘咝l(wèi)片上的地物點(diǎn)同實(shí)際已知的地面位置（地理坐標(biāo)）和高程聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)選取地面控制點(diǎn)，輸入相應(yīng)的地理坐標(biāo)，來(lái)進(jìn)行外定向。 使用數(shù)字高程模型（DEM）進(jìn)行正射校正這一步將對(duì)航片和衛(wèi)片進(jìn)行真正的正射校正。校正過(guò)程中將使用定向文件、衛(wèi)星位置參數(shù)，以及共線(xiàn)方程（collin

13、earity equations）。共線(xiàn)方程是由以上兩步，并利用數(shù)字高程模型（DEM）共同建立生成的。高分一號(hào)平臺(tái)有效載荷波段光譜范圍（m）空間分辨率（米）幅寬（千米）側(cè)擺能力重訪(fǎng)時(shí)間（天）高分一號(hào)全色-2-2-4多光譜相機(jī)藍(lán)0.450.528-2-4黃0.520.59綠0.630.69紅0.770.89寬幅多光譜藍(lán)0.450.5216800-2-4黃0.520.59綠0.630.69紅0.770.89正射校正圖像融合 圖像融合，是將低分辨率的多光譜影像與高分辨率的單波段影像重采樣生成一副高分辨率多光譜影像遙感的圖像處理技術(shù)，使得處理后的影像既有較高的空間分辨率，又具有多光譜特征。 圖像融合除

14、了要求融合圖像精確配準(zhǔn)外，融合方法的選擇也非常重要，同樣的融合方法在用在不同影像中，得到的結(jié)果往往會(huì)不一樣。圖像融合融合方法融合方法 適用范圍適用范圍 IHS 變換變換 紋理改善，空間保持較好。光譜信息損失較大大，受波段限制。 Brovey 變換變換 光譜信息保持較好，受波段限制。 乘積運(yùn)算（乘積運(yùn)算（CN）對(duì)大的地貌類(lèi)型效果好，同時(shí)可用于多光譜與高光譜的融合。 PCA 變換變換 無(wú)波段限制，光譜保持好。第一主成分信息高度集中，色調(diào)發(fā)生較大變化。 Gram-SchmidtPan Sharpening（GS） 改進(jìn)了 PCA 中信息過(guò)分集中的問(wèn)題，不受波段限制，較好的保持空間紋理信息，尤其能高保

15、真保持光譜特征。專(zhuān)為最新高空間分辨率影像設(shè)計(jì)，能較好保持影像的紋理和光譜信息。 注：GS 融合方法是通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)參與融合的各波段進(jìn)行最佳匹配，避免了傳統(tǒng)融合方法某些波段信息過(guò)度集中和新型高空間分辨率全色波段波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展所帶來(lái)的光譜響應(yīng)范圍不一致問(wèn)題。這種方法可以滿(mǎn)足絕大部分圖像的融合。高分二號(hào)參參數(shù)數(shù)1m分辨率全色分辨率全色/4m分辨率多光譜相機(jī)分辨率多光譜相機(jī)光譜范圍光譜范圍全色0.450.90m多光譜0.450.52m0.520.59m0.630.69m0.770.89m空間分辨率空間分辨率全色0.8m多光譜4m幅寬幅寬45km（2臺(tái)相機(jī)組合）重訪(fǎng)周期（側(cè)擺時(shí)）重訪(fǎng)周期（側(cè)擺時(shí)）5天覆蓋周期（不側(cè)擺）覆蓋周期（不側(cè)擺）69天融合前融合后圖像鑲嵌 圖像鑲嵌，指在一定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)控制下把多景相鄰遙感圖像拼接成一個(gè)大范圍、無(wú)縫