遙感原理與應(yīng)用-第5章

1、第五章 遙感圖像的幾何處理遙感圖像的幾何處理目的 遙感任務(wù)是獲取地物的空間信息和屬性信息； 在利用遙感圖像提取信息的過程中，要求將所有提取的信息表達在某一個規(guī)定的圖像投影參照系統(tǒng)內(nèi)； 遙感圖像成圖時，因為各種因素的影響，圖像本身的幾何形狀與其對應(yīng)的地物形狀不一致。 遙感圖像的幾何處理：統(tǒng)一坐標(biāo)系，解決遙感遙感圖像的幾何處理：統(tǒng)一坐標(biāo)系，解決遙感圖像的幾何變形問題，圖像的幾何變形問題， 消除遙感圖像的幾何誤消除遙感圖像的幾何誤差，獲得所提取地物的幾何位置。差，獲得所提取地物的幾何位置。內(nèi)容提綱 遙感傳感器的構(gòu)像方程 遙感圖像的幾何變形 遙感圖像的幾何處理 圖像間的自動配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌本章要點各類傳

2、感器的構(gòu)像方程 - 物理模型 - 通用模型圖像的變形情況圖像糾正原理圖像的糾正過程5.1 遙感傳感器的構(gòu)像方程 遙感圖像通用構(gòu)像方程 中心投影構(gòu)像方程 全景攝影機的構(gòu)像方程 推掃式傳感器的構(gòu)像方程 掃描式傳感器的構(gòu)像方程 側(cè)視雷達圖像的構(gòu)像方程基于多項式的傳感器模型基于有理函數(shù)的傳感器模型 5.1.1 遙感圖像通用構(gòu)像方程 遙感圖像的構(gòu)像方程是指地物點在圖像上的圖像坐標(biāo)(x，y)和其在地面對應(yīng)點的大地坐標(biāo)(X，Y，Z)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)攝影測量原理，這兩個對應(yīng)點和傳感器成像中心成共線關(guān)系，可以用共線方程來表示。 這個數(shù)學(xué)關(guān)系是對任何類型傳感器成像進行幾何糾正和對某些參量進行誤差分析的基礎(chǔ)。

3、構(gòu)像方程中的坐標(biāo)系傳感器坐標(biāo)系傳感器坐標(biāo)系SUVW 地面坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系OXYZ 地圖坐標(biāo)系地圖坐標(biāo)系OmXmYm圖像圖像(像點像點)坐標(biāo)系坐標(biāo)系oxy通用構(gòu)像方程 在地面坐標(biāo)系與傳感器坐標(biāo)系之間建立的轉(zhuǎn)換關(guān)系稱為通用構(gòu)像方程 5.1.2 中心投影構(gòu)像方程p為成像比例尺分母為成像比例尺分母 f為攝影機主距為攝影機主距 旋轉(zhuǎn)矩陣RRRA中心投影構(gòu)像方程正算公式 反算公式 共線方程的意義 當(dāng)?shù)匚稂cP、對應(yīng)像點p和投影中心S位于同一條直線上時，正算公式和反算公式成立。 5.1.3 全景攝影機的構(gòu)像方程 全景攝影機影像又稱搖頭攝影機、掃描攝影機。這種攝影機的底片呈弧狀放置, 當(dāng)物鏡掃描一次后, 底片旋

4、進一幅, 得到一幅柱面影像。是由一條曝光縫隙沿旁向掃描而成，對于每條縫隙圖像的形成，其幾何關(guān)系等效于中心投影沿旁向傾斜一個掃描角后，以中心線成像的情況，此時像點坐標(biāo)為 （x，0，-f）。(a)傾斜角為0時的成像瞬間 (b)傾斜角不為0時的成像瞬間 全景攝影機成像瞬間的幾何關(guān)系5.1.3 全景攝影機的構(gòu)像方程/pyfcostancos/cossin0cossin0sincos0001ffxffxfx5.1.4 推掃式傳感器的構(gòu)像方程 行掃描動態(tài)傳感器。在垂直成像的情況下，每一條線的成像屬于中心投影，在時刻t時像點p的坐標(biāo)為（0、y、-f）5.1.4 推掃式傳感器的構(gòu)像方程 推掃式傳感器的構(gòu)成方程

5、為推掃式傳感器的構(gòu)成方程為：5.1.4 推掃式傳感器的構(gòu)像方程 為獲取立體像對，為獲取立體像對，推掃式傳感器要進推掃式傳感器要進行行前后視傾斜前后視傾斜掃掃描描 當(dāng)推掃式傳感器當(dāng)推掃式傳感器沿沿旁向傾斜固定角旁向傾斜固定角時時航向傾斜旁向傾斜沿旁向傾斜固定角010000cossinsincos0cossincossinsincos0sincossincosyfyfyyffyfffyff 前后視傾斜掃描cossectancossin0cos0sin010sin0cosfyffyffy5.1.5 掃描式傳感器的構(gòu)像方程掃描式傳感器獲得的圖像屬于多中心投影，每個像元都有自己的投影中心，隨著掃描鏡的旋

6、轉(zhuǎn)和平臺的前進來實現(xiàn)整幅圖像的成像。由于掃描式傳感器的光學(xué)聚焦系統(tǒng)有一個固定的焦距，因此地面上任意一條線的圖像是一條圓弧，整幅圖像是一個等效的圓柱面，所以該類傳感器成像亦具有全景投影成象的特點。任意一個像元的構(gòu)像，等效于等效于中心投影朝旁向旋轉(zhuǎn)了掃描角中心投影朝旁向旋轉(zhuǎn)了掃描角后后，以像幅中心（x0，y0）成像的幾何關(guān)系。5.1.5 掃描式傳感器的構(gòu)像方程5.1.5 掃描式傳感器的構(gòu)像方程costan0cossin000cossin0sincos0001fffff 5.1.6 側(cè)視雷達圖像的構(gòu)像方程 雷達往返脈沖與鉛垂線之間的夾角為，oy為等效的中心投影圖像，f為等效焦距。側(cè)視雷達圖像成像可轉(zhuǎn)

7、換為旋轉(zhuǎn)了角的中心投影，此時像點坐標(biāo)為x=0，y=rsin，等效焦距f=rcos 5.1.6 側(cè)視雷達圖像的構(gòu)像方程量測的是在雷達圖像上實際可像上的掃描延遲；是儀器常數(shù)，是雷達圖；其中rrrrydydr5.1.7 基于多項式的傳感器模型 思想：回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進行數(shù)學(xué)模擬。遙感圖像的幾何變形由多種因素引起，其變化規(guī)律十分復(fù)雜。為此，把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形的綜合作用結(jié)果，難以用一個嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達式來描述，而是用一個適當(dāng)?shù)亩囗検絹砻枋黾m正前后圖像相應(yīng)點之間的坐標(biāo)關(guān)系式。5.1.7 基于多項式的構(gòu)像方程0000mniji

8、jijmnijijijxa X Yyb X Y000000pmnijkijkijkpmnijkijkijkxaX Y ZybX Y Z 多項式構(gòu)像方程的優(yōu)缺點 不能真實地描述影像形成過程中的誤差來源和地形起伏引起的變形。 應(yīng)用限于變形小的圖像：垂直、小范圍、地面平坦。 定向精度與地面控制點的精度、分布和數(shù)量及實際地形有關(guān)。所以在控制點擬合很好，在其他點的內(nèi)插值會有明顯偏離，而與相鄰控制點不協(xié)調(diào)。 與具體的傳感器無關(guān)，數(shù)學(xué)模型形式簡單、計算速度快。5.1.8 基于有理函數(shù)的傳感器模型共線方程描述圖像的成像關(guān)系，理論上是嚴(yán)密的，但是需要知道傳感器物理構(gòu)造以及成像方式。然而有些高性能的傳感器參數(shù)、成

9、像方式與衛(wèi)星軌道不公開。因此需要有與具體傳感器無關(guān)的、形式簡單的傳感器模型來取代共線方程模型。有理函數(shù)模型(Rational Function Model)將大地坐標(biāo)D(Latitude, Longtitude, Height)與其對應(yīng)的像點坐標(biāo)d(Line, Sample)用比值多項式關(guān)聯(lián)起來。為了增強參數(shù)求解的穩(wěn)定性，將地面坐標(biāo)和影像坐標(biāo)正則化到-1.0和1.0之間。多項式中的系數(shù)稱為有理函數(shù)的系數(shù)(RPC)。RFM的實質(zhì)是共線方程的擴展。( , ,)( , ,),( , ,)( , ,)SLLSNumP L HNumP L HYXDenP L HDenP L H5.1.8 基于有理函數(shù)的

10、傳感器模型 多項式中的系數(shù), 稱為有理函數(shù)的系數(shù)(RFC)。231220231220231220231220(1)()(1)()(1)()(1)()TTTTLPHP HHaaaYLPHP HHbbbLPHP HHcccXLPHP HHddd,iiiiab c d三次時最多78個參數(shù)5.1.8 基于有理函數(shù)的傳感器模型 在RFM中，光學(xué)投影系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差用有理多項式中的一次項來表示，地球曲率、大氣折射和鏡頭畸變等產(chǎn)生的誤差能很好地用有理多項式中二次項來模型化，其他一些未知的具有高階分量的誤差如相機振動等，用有理多項式中的三次項來表示。5.1.8 基于有理函數(shù)的傳感器模型 RFC的獲得：首先解算出

11、嚴(yán)格傳感器模型參數(shù)，然后利用嚴(yán)格模型的定向結(jié)果反求有理函數(shù)的參數(shù)，最后將RFC作為影像元數(shù)據(jù)的一部分提供給用戶。用戶可以在不知道精確傳感器模型的情況下進行影像糾正以及后續(xù)處理。 RFM不要求了解傳感器的具體信息，是用嚴(yán)格的傳感器模型變換得到的，是一種更通用的傳感器模型。RPC有理函數(shù)模型 在使用在使用RPC模型校正時，用戶可以選擇使用模型校正時，用戶可以選擇使用或不使用或不使用GCP，最終產(chǎn)品精度取決于，最終產(chǎn)品精度取決于GCP、DEM的精度；的精度； 大多數(shù)的商業(yè)處理軟件，如大多數(shù)的商業(yè)處理軟件，如ERDAS、PCI、ENVI等都支持等都支持RPC模型，可以用來處理單片和模型，可以用來處理單

12、片和立體像對，進行正射糾正、立體像對，進行正射糾正、3D特征提取、特征提取、DEM生成和區(qū)域平差。生成和區(qū)域平差。5.2 遙感圖像的幾何變形 遙感圖像成圖時，由于各種因素的影響，圖像本身的幾何形狀與其對應(yīng)的地物形狀往往是不一致的。 遙感圖像的幾何變形是指原始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)中的表達要求不一致時產(chǎn)生的形變。 研究遙感圖像幾何變形的前提是必須確定一個圖像投影的參照系統(tǒng)，即地圖投影系統(tǒng)。5.2 遙感圖像的幾何變形 靜態(tài)誤差：傳感器相對于地球表面呈靜止?fàn)顟B(tài)時所具有的各種變形誤差。 動態(tài)誤差：由于地球的旋轉(zhuǎn)等因素所造成的圖像變形誤差。 內(nèi)部誤差：由于傳感器自身的

13、性能技術(shù)指標(biāo)偏移標(biāo)稱數(shù)值所造成的。 外部變形誤差：由傳感器以外的各種因素所造成的誤差，如傳感器的外方位元素變化，傳播介質(zhì)不均勻，地球曲率，地形起伏以及地球旋轉(zhuǎn)等因素引起的變形誤差。5.2 遙感圖像的幾何變形 傳感器成像方式引起的圖像變形 傳感器外方位元素變化的影響 地形起伏引起的像點位移 地球曲率引起的圖像變形 大氣折射引起的圖像變形 地球自轉(zhuǎn)的影響 5.2.1 傳感器成像方式引起的圖像變形 傳感器的成像方式 中心投影，全景投影，斜距投影、平行投影 中心投影 點中心投影、線中心投影、面中心投影 由于中心投影圖像在垂直攝影和地面平坦的情況下，地面物體與其影像之間具有相似性（并不考慮攝影本身產(chǎn)生的

14、圖像變形），不存在由成像方式所造成的圖像變形，因此把中心投影的圖像作為基準(zhǔn)圖像來討論其他方式投影圖像的變形規(guī)律。全景投影變形 全景投影的影像面不是一個平面，而是一個圓柱面，相當(dāng)于全景攝影的投影面，稱之為全景面。tanppdyyyftanppdyyyf57.2957 /rad斜距投影變形 側(cè)視雷達屬斜距投影類型傳感器，S為雷達天線中心，Sy為雷達成像面，地物點P在斜距投影圖像上的圖像坐標(biāo)為yp，它取決于斜距RP以及成像比例。tanfypHfRrppsecfHRfryppptansecfyydypp成像幾何形態(tài)引起的圖像變形5.2.1傳感器外方位元素變化的影響 傳感器的外方位元素，是指傳感器成像時

15、的位置（Xs,Ys,Zs）和姿態(tài)角（, ） 考慮到在豎直攝影條件下 , = = 0 外方位元素變化所產(chǎn)生的像點位移 5.2.1傳感器外方位元素變化的影響 dXs、dYs、dZs 、 d 線性變化線性變化 d、d非非線性變形線性變形 421對推掃式成像 一條影像線與中心投影相同，但x=0，因此可以得到推掃式成像儀像點位移公式 22()() (1)SSSfdxdXfdydHfyydydYdZfdHHf 對掃描式成像 外方位元素對成像的影響為x=0，y= f tan時的誤差方程因此可以得到掃描式成像儀像點位移公式: 2()t()t (1t)SSSfdxdXfdfg dHffdydYg dZfgdHH

16、 考慮全景畸變掃描式掃描式成像的像點位移公式為：綜合變形 外方位元素隨時間變化，產(chǎn)生很復(fù)雜的動態(tài)變形。整個動態(tài)掃描圖像的變形將是所有瞬間局部變形的綜合結(jié)果。對側(cè)視雷達 航向傾角d和方位旋角d將使雷達波瓣產(chǎn)生沿航向的平移和指向的旋轉(zhuǎn)，引起雷達對地物點掃描時間上的偏移和斜距的變化，因而造成圖像變形。 旁向傾角d不會改變斜距，只是地物反射信號的強度發(fā)生改變，并且使照射帶的范圍發(fā)生變化。對于側(cè)視雷達成像，外方位元素變化所引起的像點位移為：對于側(cè)視雷達成像，外方位元素變化所引起的像點位移為： 5.2.3 地形起伏引起的像點位移 投影誤差是由地面起伏引起的像點位移，當(dāng)?shù)匦斡衅鸱鼤r，對于高于或低于某一基準(zhǔn)面

17、的地面點，其在像片上的像點與其在基準(zhǔn)面上垂直投影點在像片上的構(gòu)像點之間有直線位移。rhhHhhxxhHyyhH 對于推掃式成像儀，由于x=0，所以 ，而在y上方有： 即投影差只發(fā)生在y方向（掃描方向）。 對于逐點掃描儀成像： 5.2.3 地形起伏引起的像點位移=0hxhyyhH2220coscostancossincoshhyxyyhhHfhHfhHyh5.2.4 地球曲率引起的圖像變形 地球曲率引起的像點位移與地形起伏引起的像點位移類似。只要把地球表面（把地球表面看成球面）上的點到地球切平面的正射投影距離看作是一種系統(tǒng)的地形起伏，就可以利用前面介紹的像點位移公式來估計地球曲率所引起的像點位移

18、。5.2.4 地球曲率引起的圖像變形hhRD02202Rh 022RDh 5.2.4 地球曲率引起的圖像變形 對中心投影圖像的影響： 對多光譜掃描儀圖像的影響 ： 對側(cè)視雷達圖像的影響 ： 22222000tan ( /)22xyhHyyfhHRfR 5.2.4 地球曲率引起的圖像變形 在考慮遙感影像的圖像變形時，地球曲率引起的像點位移一般是不能忽略的。當(dāng)利用共線方程進行幾何校正時，由于已知控制點的大地坐標(biāo)是以平面作為水準(zhǔn)面的，而地球是個橢球體，所以需按上述方法對像點坐標(biāo)進行改正，以解決兩者之間的差異，使改正后的像點位置，投影中心和地面控制點坐標(biāo)之間滿足共線關(guān)系。5.2.5 大氣折射引起的圖像

19、變形 大氣層不是一個均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面高度的增加而遞減，因此電磁波在大氣層中傳播時的折射率也隨高度而變化，使得電磁波的傳播路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點的位移，這種像點位移就是大氣層折射的影響。5.2.5 大氣折射引起的圖像變形 大氣折射對框幅式像片上像點位移的影響在量級上要比地球曲率的影響小得多。 對側(cè)視雷達圖像，大氣折射的影響體現(xiàn)在兩方向。第一是大氣折射率的變化使得電磁波的傳播路徑改變；第二是電磁波的傳播速度減慢，而改變了電磁波傳播時間。 大氣折射引起的路程變化的影響極小，可忽略不計。而時間變化的影響，不能忽略，需加以改正。 5.2.6 地球自轉(zhuǎn)的影響 在常規(guī)框幅攝

20、影機成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會引起圖像變形，因為其整幅圖像是在瞬間一次曝光成像的。 地球自轉(zhuǎn)主要是對動態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對衛(wèi)星遙感圖像。當(dāng)衛(wèi)星由北向南運行的同時，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。5.3 遙感圖像的幾何處理 概念：遙感圖像作為空間數(shù)據(jù)，具有空間地理位置的概念。在應(yīng)用遙感圖像前，必須將其投影到需要的地理坐標(biāo)系投影到需要的地理坐標(biāo)系。因此，遙感圖像幾何處理是遙感信息處理過程中的一個重要環(huán)節(jié)。 重要性：隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，來自不同空間分辨率、不同光譜分辨率和不同時相的多源遙感

21、數(shù)據(jù)，形成了空間對地觀測的影像金字塔。當(dāng)處理、分析和綜合利用這些多尺度的遙感數(shù)據(jù)、進行多源遙感信息的表示、融合及混合像元的分解時，必須保證各不同數(shù)據(jù)源之間幾何的一致性，必須保證各不同數(shù)據(jù)源之間幾何的一致性，需要進行影像間的幾何配準(zhǔn)。需要進行影像間的幾何配準(zhǔn)。同時高分辨率遙感影像的出現(xiàn)對幾何處理提出更高要求。5.3 遙感圖像的幾何處理遙感圖像的粗加工處理遙感圖像的粗加工處理 投影中心坐標(biāo)的測定和解算 衛(wèi)星姿態(tài)角的測定 掃描角的測定遙感圖像的精糾正處理遙感圖像的精糾正處理 基于多項式的遙感圖像糾正 基于共線方程的遙感圖像糾正 基于有理函數(shù)的遙感圖像糾正5.3.1 遙感圖像的粗加工處理遙感圖像的粗糾

22、正：僅做系統(tǒng)誤差改正。當(dāng)已知圖像的構(gòu)像方式時，就可以把與傳感器有關(guān)的測定的校正數(shù)據(jù)，如傳感器的外方位元素等代入構(gòu)像公式對原始圖像進行幾何校正。如多光譜掃描儀，其成像的公式為：粗糾正處理對傳感器內(nèi)部畸變的改正很有效，但處理后圖像仍有較大的殘差（偶然誤差和系統(tǒng)誤差）。 00tPSXXYYARZZf掃描角的測定 平均掃描角速度： 平均掃描角： 掃描角誤差： 掃描角：2/Tt12sin()kk t5.3.2 遙感圖像的精糾正處理 概念：消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像。 兩個環(huán)節(jié)： 像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)； 坐標(biāo)變換后的像素亮度值進行重采樣

23、。遙感圖像糾正處理過程 根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)所采用的數(shù)學(xué)模型確定糾正公式。 根據(jù)地面控制點和對應(yīng)像點坐標(biāo)進行平差計算變換參數(shù)，評定精度。 對原始影像進行幾何變換計算，像素亮度值重采樣。 目前的糾正方法有多項式法，共線方程法和有理函數(shù)模型法等。一、基于多項式的遙感圖像糾正 多項式糾正回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進行數(shù)字模擬。 遙感圖像的幾何變形由多種因素引起，其變化規(guī)律十分復(fù)雜，難以用一個嚴(yán)格的數(shù)字表達式來描述，而是用一個適當(dāng)?shù)亩囗検絹砻枋黾m正前后圖像相應(yīng)點之間的坐標(biāo)關(guān)系。本法對各種類型傳感器圖像的糾正是適用的。 利用地面控制點的圖像坐標(biāo)

24、和其同名點的地面坐標(biāo)通過平差原理計算多項式中的系數(shù)，然后用該多項式對圖像進行糾正。 常用的多項式有一般多項式、勒讓德多項式以及雙變量分區(qū)插值多項式等。 一、遙感圖像的多項式糾正 一般多項式糾正變換公式為 其中：x，y為某像素原始圖像坐標(biāo)；X，Y為同名像素的地面（或地圖）坐標(biāo)。22012345322367892201234532236789()()()()xaa Xa Ya Xa XYa Ya Xa X Ya XYa Yybb Xb Yb Xb XYb Yb Xb X Yb XYb Y（5-70）一、遙感圖像的多項式糾正 多項式的項數(shù)（即系數(shù)個數(shù)）N與其階數(shù)n有著固定的關(guān)系： N=(n+1)(n

25、+2)/2 多項式系數(shù)ai,bj (i,j=0，1，2， (N1)一般由兩種辦法求得：用可預(yù)測的圖像變形參數(shù)構(gòu)成；利用已知控制點的坐標(biāo)值按最小二乘法原理求解。 選用一次項糾正時，可以糾正圖像因平移、旋轉(zhuǎn)、比例尺變化和仿射變形等引起的線性變形。 選用二次項糾正時，則在改正一次項各種變形的基礎(chǔ)上，改正二次非線性變形。 選用三次項糾正則改正更高次的非線性變形。多項式糾正步驟 用已知地面控制點求解多項式系數(shù) 遙感圖像的糾正變換 遙感圖像亮度（灰度）值的重采樣 求解多項式系數(shù)列誤差方程式列誤差方程式xaxybyVALVAL 改正數(shù)向量改正數(shù)向量1212TxxxTyyyVvvVvv所求變換系數(shù)所求變換系數(shù)

26、012012TaTbaaabbb 系數(shù)矩陣系數(shù)矩陣111 111nnnnXYX YAXYX Y構(gòu)成法方程式構(gòu)成法方程式()()TTaxTTbyA AA LA AA L 計算多項式系數(shù)計算多項式系數(shù)11()()TTaxTTbyA AA LA AA L 精度評定精度評定1/21/2TxxxTyyyV VnNV VnN 像點坐標(biāo)像點坐標(biāo)1212TxTyLxxLyy遙感圖像的糾正變換(1) 把原始圖像的四個角點把原始圖像的四個角點a、b、c、d按糾正變換函數(shù)投影到地圖坐標(biāo)系統(tǒng)中去，按糾正變換函數(shù)投影到地圖坐標(biāo)系統(tǒng)中去，得到得到8個坐標(biāo)值：個坐標(biāo)值：(2) 對這對這8個坐標(biāo)值按個坐標(biāo)值按X和和Y兩個坐標(biāo)

27、組分別求其最小值兩個坐標(biāo)組分別求其最小值 和最大值和最大值(,),(,),(,),(,)aabbccddXYX YX YXY1212min(,)max(,)min(,)max(,)abcdabcdabcdabcdXXXXXXXXXXYY Y Y YYY Y Y Y11(,)X Y22(,)XY并令并令 為糾正后圖像范圍四條邊界的地圖坐標(biāo)值。為糾正后圖像范圍四條邊界的地圖坐標(biāo)值。1122,X Y XY遙感圖像的糾正變換(3)劃分格網(wǎng)：根據(jù)精度要求定義輸出像素的地面尺寸劃分格網(wǎng)：根據(jù)精度要求定義輸出像素的地面尺寸 和和 。與此。與此同時，以邊界范圍左上角同時，以邊界范圍左上角A點為輸出數(shù)字圖像的坐

28、標(biāo)原點，以點為輸出數(shù)字圖像的坐標(biāo)原點，以AC邊邊 為為 坐標(biāo)軸，表示圖像行號，以坐標(biāo)軸，表示圖像行號，以AB邊為邊為 坐標(biāo)軸，表示圖像列號，圖坐標(biāo)軸，表示圖像列號，圖像總的行列數(shù)像總的行列數(shù)M和和N由下式確定：由下式確定：X至此，在輸出圖像坐標(biāo)系至此，在輸出圖像坐標(biāo)系 中，每個像素都可以其所在的行列號中，每個像素都可以其所在的行列號來確定其位置。行列號的取值范圍可為：來確定其位置。行列號的取值范圍可為：211YYMY x y Ax y211XXNX1,2,3,1,2,3,xMyNY(4) 由于圖像糾正變換函數(shù)一般只表達原始圖像坐標(biāo)（x,y）和地面坐標(biāo)（X,Y）之間的關(guān)系，為了進 一步表達原始圖

29、像與輸出圖像坐標(biāo)間的關(guān)系，需要把地面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為輸出的圖像坐標(biāo)遙感圖像的糾正變換式中： 糾正后像素的地面坐標(biāo)； 糾正后像素p的圖像坐標(biāo)（行列號）。(,)PPxy21PPYYxY11PPXXyX或者：或者：12(1)(1)PPPPXXyXYYxY(,)PPXY(,)PPxy遙感圖像的糾正變換( , )( , )xyXF x yYF x y(, )(, )xyxGX YyGX Y灰度重采樣 最近鄰像元法 雙線性內(nèi)插法 雙三次卷積法SINC函數(shù) 最近鄰像元法雙線性內(nèi)插法()1 | 1cccW xxx ，（0）112211122122yTpxyxxyWIIIWI WWWIIW 雙三次卷積法糾正前后的圖像

30、灰度重采樣二、基于共線方程的遙感圖像糾正 共線方程糾正是建立在圖像坐標(biāo)與地面坐標(biāo)嚴(yán)格數(shù)學(xué)變換關(guān)系的基礎(chǔ)上的，是對成像空間幾何形態(tài)的直接描述。該方法糾正過程需要有地面高程信息(DEM)，可以改正因地形起伏而引起的投影差。因此當(dāng)?shù)匦纹鸱^大，且多項式糾正的精度不能滿足要求時，要用共線方程進行糾正。二、遙感圖像的共線方程糾正 糾正時需要有數(shù)字高程信息，計算量比多項式糾正要大。 在動態(tài)掃描成像時，由于傳感器的外方位元素是隨時間變化的，因此外方位元素在掃描過程中的變化只能近似表達，此時共線方程本身的嚴(yán)密性就存在問題。所以動態(tài)掃描圖像的共線方程糾正與多項式糾正相比精度不會有大的提高。 SPOT圖像的共線方

31、程 SPOT圖像是掃描行上的中心投影構(gòu)象方式，外方位元素隨時間或掃描行而變。 SPOT圖像的共線方程雖然不同掃描行的外方位元素不同，但SPOT衛(wèi)星運行姿態(tài)平穩(wěn)，運行速度和軌跡得到嚴(yán)格控制，為此li的外方位元素又可以表示為時間或行的線性函數(shù)：000000,SSSXYZ ,外方位元素的變化率。外方位元素的變化率。中心行的外方位元素中心行的外方位元素; l0中心行號中心行號; ,SSSXYZ,幾點注意 地面坐標(biāo)是以圖像中心相應(yīng)地面點為原點的切平面坐標(biāo)系； 原始圖像必須是1A級圖像； 共線方程式只適用于所確定的一個具有一定間距的地面格網(wǎng)上的點，而不是針對每一個點 切平面坐標(biāo)系朝北方向為正方向，朝東方向

32、為正方向； 解算外方位元素時，因圖像坐標(biāo)必須變換為以圖像中心為原點，飛行方向為x負(fù)方向的圖像坐標(biāo)，將坐標(biāo)單位換算為毫米。 三、基于有理函數(shù)的遙感圖像糾正3202192182173162152142133121121029287654321),(WaWUaWVaUWaUaUVaVWaVUaVaUVWaWaUaVaUWaVWaVUaWaUaVaaWVUNumL223456782232291011121314232223151617181920Den (,)1LU V Wb VbUb WbVUb VWb UWbVbUb Wb UVWb Vb VUb VWb V Ub Ub UWb V Wb U Wb

33、 W ),(),(),(),(WVUDenWVUNumsWVUDenWVUNumlSSnLLn三、基于有理函數(shù)的遙感圖像糾正 最小二乘法解求RFM參數(shù)算法( , ,)( , ,)0( , ,)( , ,)0XSSYLLFNumP L HX DenP L HFNumP L HY DenP L HVBxlXXXXiiiiYYYYiiiiFFFFabcdBFFFFabcd00XYFlFTiiiixabcd1()TTxB BB l與地形無關(guān)的最小二乘法解求與地形無關(guān)的最小二乘法解求RFCRFC原始影像嚴(yán)格成像模型建立控制格網(wǎng)和檢查格網(wǎng)求解RFC輸出：RFC、最大中誤差、中誤差 根據(jù)嚴(yán)格成像模型計算檢查

34、點的像面坐標(biāo)（S，L）根據(jù)RFM模型計算檢查點的像面坐標(biāo)（SRFC，LRFC）RFCRFCLLLSSS（1 1）建立空間格網(wǎng)）建立空間格網(wǎng)（1 1）建立空間格網(wǎng)）建立空間格網(wǎng)SCALEHEIGHTOFFHEIGHTHeightHSCALELONGOFFLONGLongitudeLSCALELATOFFLATLatitudeP_SampleSAMPOFFXSAMPSCALELineLINEOFFYLINESCALE坐標(biāo)坐標(biāo)“重心化重心化”、比例、比例“歸一化歸一化”P112.式(5-27)P112.式(5-26)（1 1）建立空間格網(wǎng)）建立空間格網(wǎng)_LatitudeLATOFFnLongitud

35、eLONGOFFnHeightHEIGHTOFFn_LineLINEOFFnSampleSAMPOFFnmaxminmaxminmaxminmax_max_,_max_,_max_,_max_LATSCALELatitudeLATOFFLatitudeLATOFFLONGSCALELongitudeLONGOFFLongitudeLONGOFFHEIGHTSCALEHeightHEIGHTOFFHeightHEIGHTOFFLINESCALELineLINEminmaxmin,_max_,_OFFLineLINEOFFSAMPSCALESampleSAMPOFFSampleSAMPOFFP13

36、5.式(5-91)P135.式(5-92)（2 2）RFCRFC解算解算(,)iiiiab c d利用控制點來估算RFC用求解的RFC來計算檢查點對應(yīng)的影像坐標(biāo)，通過嚴(yán)格成像模型計算的檢查點影像坐標(biāo)的差值來評定求解RFC參數(shù)的精度。（3 3）精度檢查）精度檢查RFMRFM模型的正反變換公式模型的正反變換公式( , ,)/( , ,)( , ,)/( , ,)LLSSlNum U V WDen U V WsNum U V WDen U V W()()lslllllUVWUVWsssssUVWUVWUlllvVllUVWWUsssvVssUVWW 誤差方程：()()lsllllUVUVssssUV

37、UVUllvllVUVUssvssVUV 誤差方程：反變換（地面點到像點）：正變換（像點到地面點） ：單像公式：（需要DEM）雙像公式：利用控制點提高利用控制點提高RFMRFM精度精度012012xce SampleeLineyffSamplefLineRFM是根據(jù)嚴(yán)格成像模型和星上測量外方位元素得到，外方位元素的誤差顯然會傳入RFM模型中，需要利用控制點來提高RFM模型精度。常用的方法是在像方坐標(biāo)上進行誤差改正：利用控制點提高利用控制點提高RFMRFM精度精度012012xce SampleeLineyffSamplefLine0.860.870.880.890.90.910.920.930

38、.940.950.96123456789101112131415控制點個數(shù)糾正精度（m）基于自動配準(zhǔn)的小面元微分糾正基于自動配準(zhǔn)的小面元微分糾正 基于自動配準(zhǔn)的小面元微分糾正的原理是：利用影像匹配技術(shù)獲得密集的同名點作為控制點，由密集同名點對構(gòu)成密集三角網(wǎng)（小面元），利用小三角形面元進行微分糾正，實現(xiàn)圖像精確配準(zhǔn)。提取主輔影提取主輔影像特征點像特征點特征點匹配特征點匹配特征點構(gòu)建特征點構(gòu)建三角網(wǎng)三角網(wǎng)建立仿射變建立仿射變換關(guān)系換關(guān)系小面元糾正小面元糾正小面元微分糾正小面元微分糾正三角形的小面元區(qū)域內(nèi)通過仿射變換可以表示影像間的變換關(guān)系：012012xaaxayybb xby 小面元微分糾正小面元微分糾正5.4 圖像間的自動配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌 圖像間的自動配準(zhǔn) 配準(zhǔn)的實質(zhì)、方式、過程、關(guān)鍵 數(shù)字圖像鑲嵌 圖像鑲嵌的概念、關(guān)鍵及實現(xiàn)過程5.4.1 圖像間的自動配準(zhǔn) 配準(zhǔn)的目的 多源數(shù)據(jù)進行比較和分析，如圖像融合、變化檢測、統(tǒng)計模式識別、三維重構(gòu)和地圖修正等。 配準(zhǔn)的實質(zhì) 幾何糾正 。采用一種幾何變換將圖像歸化到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。 配準(zhǔn)