第四章遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理-影像校正

遙感圖像預(yù)處理遙感成像過(guò)程真實(shí)影像-----畸變影像遙感影像畸變輻射畸變：指遙感傳感器在接收來(lái)自地物的電磁波輻射能時(shí)，電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測(cè)量中受到遙感傳感器本身特性、地物光照條件（地形影響和太陽(yáng)高度角影響）以及大氣作用等影響，而導(dǎo)致的遙感傳感器測(cè)量值與地物實(shí)際的光譜輻射率的不一致。

幾何畸變：當(dāng)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(dá)要求不一致時(shí)，就產(chǎn)生幾何畸變。

遙感影像輻射校正遙感輻射畸變輻射畸變的來(lái)源輻射畸變的主要來(lái)源傳感器影響依賴于太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)大氣影響地形影響常見(jiàn)的遙感傳感器系統(tǒng)誤差隨機(jī)壞像元行或列缺失行或列條紋隨機(jī)壞像元的判定和消除由傳感器的噪聲或磁帶等部件的誤碼率造成的，其特點(diǎn)是孤立和分散的，往往和周圍的亮度值有明顯的差別，并且彼此不相關(guān)。斑點(diǎn)可以通過(guò)將圖像像元亮度值同它的鄰近像無(wú)亮度值進(jìn)行比較來(lái)判定。行列缺失的判定和消除在掃描圖像中出現(xiàn)的與輻射信息無(wú)關(guān)的線條噪聲，其表現(xiàn)為圖像上的部分掃描行或線段的亮度值不反映地物的輻射，并與上下的亮度截然不同。部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失LandsatMSS傳感器的衰減，所引起的條帶噪聲參考文獻(xiàn)ZhuXL,LiuDS,ChenJ.AnewgeostatisticalapproachforfillinggapsinLandsatETMplusSLC-offimages[J].RemoteSensingofEnvironment.2012,124:49-60.ChenJ,ZhuX,VogelmannJE,GaoF,JinS.AsimpleandeffectivemethodforfillinggapsinLandsatETM+SLC-offimages[J].RemoteSensingofEnvironment.2011,115(4):1053-64.原始影像影像條帶消除之后的效果遙感圖像的大氣校正地物發(fā)射的電磁能量在經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，大氣對(duì)電磁波的吸收和散射對(duì)遙感圖像造成影響，其中主要是大氣散射，大氣校正即消除大氣散射對(duì)輻射失真的影響。包括大氣的消光（吸收和輻射）、天空光照射、路徑輻射。絕對(duì)校正示意圖經(jīng)驗(yàn)線法與衛(wèi)星掃描同步進(jìn)行野外波譜測(cè)試，將地面測(cè)量結(jié)果與衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)像元亮度值進(jìn)行回歸分析，回歸方程為：常用大氣輻射校正模型輻射校正算例輻射校正算例-續(xù)輻射校正算例-續(xù)相對(duì)輻射校正適用范圍：歸一化單時(shí)相遙感影像不同波段間的強(qiáng)度將多時(shí)相影像遙感數(shù)據(jù)各個(gè)波段的強(qiáng)度歸一化到某一選定的標(biāo)準(zhǔn)影像上直方圖校正方法

從圖像像元亮度值中減去一個(gè)輻射偏置量（LP），輻射偏置量等于圖像直方圖中最小的輻射亮度值。

前提（假設(shè)）：水體（或陰影）等物體的灰度值為0，大氣散射導(dǎo)致圖像上這些物體的灰度值不為0（輻射偏置量）

暗物體法（Dark-objectmethod）回歸分析法原理：假設(shè)圖像中某像元反射率已知或固定，利用這些像元反射率和各波段反射率之間的線性關(guān)系來(lái)對(duì)整幅圖像進(jìn)行歸一化方法：在不受大氣影響的波段（如TM5或7）和待校正的某一波段圖像中，選擇一系列目標(biāo)，將每個(gè)目標(biāo)的兩個(gè)待比較的波段灰度值提取出來(lái)進(jìn)行回歸分析，建立線性回歸方程。Y：待校正波段的圖像亮度值X：不受大氣影響波段的圖像亮度值怎么求a,b？輻射校正回顧輻射定標(biāo)：傳感器探測(cè)值的標(biāo)定過(guò)程，用以確定傳感器入口處的準(zhǔn)確輻射值。輻射校正：消除或改正遙感圖像成像過(guò)程中附加在傳感器輸出輻射能量中的各種噪聲。大氣校正：指大氣散射校正，即消除大氣散射對(duì)輻射失真的影響。包括大氣的消光（吸收和輻射）、天空光照射、路徑輻射。遙感幾何校正中心投影定義：凡空間任意點(diǎn)A（物點(diǎn)）與一固定點(diǎn)S（投影中心）連成的直線或延長(zhǎng)線（即中心光線）被一個(gè)平面（像平面）所截，則此直線與平面的交點(diǎn)a（像點(diǎn)）稱為A點(diǎn)的中心投影。

從投影上而言，航空像片（正片）的位置，等于以投影中心為圓心，以焦距f為半徑，將P旋轉(zhuǎn)至P’（下圖），P’即為正像的位置。投影距離的影響中心投影：投影距離不同或焦距不同則像片的比例尺也不同。垂直投影：投影距離不同與像片比例尺無(wú)關(guān)。（不存在焦距）投影傾斜面的影響中心投影：投影面的傾斜造成同一個(gè)像片不同部位比例尺的差異。垂直投影：不存在投影面的傾斜。地形起伏的影響中心投影：地形起伏造成像點(diǎn)位移。垂直投影：不存在像點(diǎn)位移。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)幾何畸變幾何校正方法

①圖像空間坐標(biāo)變換；首先建立圖像像點(diǎn)坐標(biāo)（行、列號(hào)）和物方（或參考圖）對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)間的映射關(guān)系，解求映射關(guān)系中的未知參數(shù)，然后根據(jù)映射關(guān)系對(duì)圖像各個(gè)像素坐標(biāo)進(jìn)行校正；②確定各像素的灰度值（灰度內(nèi)插）。

圖像幾何校正的基本方法是先建立幾何校正的數(shù)學(xué)模型；其次利用已知條件確定模型參數(shù)；最后根據(jù)模型對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正。通常分兩步：數(shù)字圖像幾何糾正的主要處理過(guò)程準(zhǔn)備工作輸入原始數(shù)字影像建立糾正變換函數(shù)確定輸出影像范圍像元坐標(biāo)變換像元亮度值重采樣輸出糾正后的圖像準(zhǔn)備工作：圖像、地圖、大地測(cè)量資料、平臺(tái)軌道參數(shù)、傳感器參數(shù)、控制點(diǎn)的選擇；（具體內(nèi)容可選）糾正變換函數(shù)建立：輸入和輸出圖像間的坐標(biāo)變換關(guān)系；如多項(xiàng)式法、共線方程法等。遙感幾何校正-校正模型校正模型通用校正模型

幾何多項(xiàng)式DLT模型(DirectLinearTransformation)RPC模型(RationalFuntion)物理校正模型 共線方程多項(xiàng)式模型

根據(jù)影像變形情況選取校正模型，不同模型需要控制點(diǎn)數(shù)目不同，一階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：3個(gè)控制點(diǎn)；二階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：6個(gè)控制點(diǎn)；三階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：10個(gè)控制點(diǎn)；四階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：15個(gè)控制點(diǎn)；五階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：21個(gè)控制點(diǎn)；DLT模型

可以認(rèn)為是共線方程的變化式x=(a1+a2X+a3Y+a4Z)/(c1+c2X+c3Y+c4Z)y=(b1+b2X+b3Y+b4Z)/(c1+c2X+c3Y+c4Z)RationalPolynomialCamera(RPC)model r’=fr(φ’,λ’,h’)/gr(φ’,λ’,h’)c’=fc(φ’,λ’,h’)/gc(φ’,λ’,h’)x’

…normalisedco-ordinatesx’=(x-x_offset)/x_scaleRationalpolynomialfunctionsusually,3rdorderpolynomialsareused

fr=a1+a2φ’+a3λ’+a4h’+a5φ’λ’+a6λ’h’+a7φ’h’+a8λ’2+a9φ’2+

+a10h’2+a11φ’λ’h’+a12λ’3+a13φ’2λ’+a14λ’h’2+a15φ’λ’2+

+a16φ’3+a17φ’h’2+a18λ’2h’+a19φ’2λ’+a20h’3gr=b1+b2φ’+b3λ’+b4h’+b5φ’λ’+b6λ’h’+b7φ’h’+b8λ’2+b9φ’2+

+b10h’2+b11φ’λ’h’+b12λ’3+b13φ’2λ’+b14λ’h’2+b15φ’λ’2+

+b16φ’3+b17φ’h’2+b18λ’2h’+b19φ’2λ’+b20h’3similarly,RPCcoefficientsc1,…,c20,d1,…,d20infunctionsfcandgc傳感器校正物理模型航空影像--共線方程SPOT衛(wèi)星影像IKONOS/QuickBird衛(wèi)星影像共線方程XZYXsYsDSxzyXYXA-XsYA-YsNZAZA-ZsZsa地面點(diǎn)(XA-Xs,YA-Ys,ZA-Zs)像點(diǎn)（X,Y,Z）共線方程

影像坐標(biāo)、地面坐標(biāo)以及外方位參數(shù)之間的關(guān)系：

x,y:影像坐標(biāo)；X,Y,Z:地面坐標(biāo)；XsYsZs：攝影中心的地面坐標(biāo)。f:像片主距。a,b,c由三個(gè)角元素定義的3×3旋轉(zhuǎn)矩陣的系數(shù)，目的將影像坐標(biāo)換成地面坐標(biāo)系統(tǒng)。遙感幾何校正-控制點(diǎn)選取控制點(diǎn)的選取在影像上可以分辨并能在地圖上精確定位的地表位置控制點(diǎn)的選取來(lái)源地形圖幾何校正后的數(shù)字正射影像GPS野外測(cè)量獲取GCP坐標(biāo)控制點(diǎn)的選擇地面控制點(diǎn)（GCP，GroundControlPoint）:一些特定的像元，其地圖坐標(biāo)或其它輸出坐標(biāo)為已知人工地物線性地物交叉點(diǎn)不易隨時(shí)間變化的目標(biāo)大比例尺的圖像：道路交叉點(diǎn)、機(jī)場(chǎng)跑道、建筑物小比例尺的圖像：城區(qū)、一些線性地物交叉點(diǎn)（河流、道路）分布：較均勻分布與圖像范圍內(nèi)，保證足夠數(shù)量1.多項(xiàng)式糾正法的精度與地面控制點(diǎn)（GCP）的精度、分布、數(shù)量及糾正范圍有關(guān)；GCP的位置精度越高，則幾何糾正的精度越高；GCP的個(gè)數(shù)不少于多項(xiàng)式的系數(shù)個(gè)數(shù)；適當(dāng)增加GCP的個(gè)數(shù)，可以提高幾何糾正的精度。20-30個(gè)GCP，一般可以滿足需求2GCP分布應(yīng)盡可能在整幅圖像內(nèi)均勻分布，否則在GCP密集區(qū)精度較高，在GCP分布稀疏區(qū)出現(xiàn)較大誤差控制點(diǎn)的選擇配準(zhǔn)點(diǎn)的選取控制點(diǎn)選取的標(biāo)準(zhǔn)校正模型約定控制點(diǎn)數(shù)目控制點(diǎn)殘差評(píng)價(jià)控制點(diǎn)選取好壞遙感幾何校正-數(shù)據(jù)重采樣影像重采樣影像重采樣影像重采樣原始影像灰度表面最近鄰內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法三次內(nèi)插法像素灰度內(nèi)插法效果比較遙感配準(zhǔn)及鑲嵌

影像配準(zhǔn)

(Matching)是將同一地區(qū)的不同特性的相關(guān)影像(如不同傳感器，不同日期，不同波段或傳感器在不同位置獲取的同一地區(qū)地物)在幾何上互相匹配，即實(shí)現(xiàn)影像與影像間地理坐標(biāo)及像元空間分辨率上的統(tǒng)一。

相對(duì)配準(zhǔn)

選擇某一衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為參考圖象，將其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)與之配準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱圖像對(duì)圖像的配準(zhǔn)。

絕對(duì)配準(zhǔn)

將所有的圖像分別校正到地圖坐標(biāo)系下。精糾正后SPOT配準(zhǔn)后TMDRGSPOT與TM影像的配準(zhǔn)已有高精度糾正結(jié)果時(shí)：在對(duì)已有糾正圖像進(jìn)一步檢查的基礎(chǔ)上，以糾正好的、幾何精度高的數(shù)據(jù)為底圖，進(jìn)行配準(zhǔn)糾正。監(jiān)測(cè)范圍較小時(shí)：高幾何分辨率全色SPOT先幾何校正到地

圖坐標(biāo)系，再將TM配準(zhǔn)到全色SPOT上。

監(jiān)測(cè)范圍較大時(shí)：先將高質(zhì)量的某一時(shí)相TM數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾

正，象元采樣成10米的地面分辨率，作為標(biāo)準(zhǔn)影象地圖；再

將其余衛(wèi)星數(shù)據(jù)以景為單元與其進(jìn)行相對(duì)配準(zhǔn)。快速融合結(jié)果局部放大對(duì)配準(zhǔn)后數(shù)據(jù)進(jìn)行快速融合處理，目視檢查融合圖是否有重影現(xiàn)象。配準(zhǔn)精度檢查配準(zhǔn)不合格，有重影的影像配準(zhǔn)精度檢查透明疊加檢查利用圖像處理軟件的連接和分層交互顯示功能目視檢查數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度。配準(zhǔn)精度檢查影像鑲嵌對(duì)若干幅互為鄰接的影像通過(guò)幾何鑲嵌、色調(diào)調(diào)整、去重疊等處理，拼接為統(tǒng)一的數(shù)字影像=>++++++++++++++++++++++++影像鑲嵌的目標(biāo)空間位置鑲嵌－空間位置的一致色調(diào)調(diào)整－輻射信息的一致幾何位置發(fā)生錯(cuò)位的影像幾何錯(cuò)位改正后的影像空間位置拼接沒(méi)有經(jīng)過(guò)色彩調(diào)節(jié)的拼接影像色彩拼接→經(jīng)過(guò)色彩調(diào)節(jié)的拼接影像色彩拼接68多源信息融合-影像復(fù)合

將不同類型傳感器獲得的同一地區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間配準(zhǔn)后，將各數(shù)據(jù)中的優(yōu)勢(shì)或互補(bǔ)性有機(jī)結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的技術(shù)過(guò)程。目的是保留光譜信息和提高幾何特征。TMSPOT融合結(jié)果69多源信息復(fù)合1、遙感信息復(fù)合1）不同傳感器的遙感信息復(fù)合（以TM與SPOT圖像為例）步驟（1）配準(zhǔn)：先完成配準(zhǔn),使兩幅圖像所對(duì)應(yīng)的地物吻合，分辨率一致。（2）復(fù)合：進(jìn)行彩色合成，因該方法的效果比較明顯。方法一：TM432每個(gè)波