第四章 遥感数字图像地几何处理.ppt

鲁东大学地理与规划学院 第四章 图像校正遥感数字图像的几何处理 几何纠正 在利用遥感图像提取信息的过程中，要求把所提取的信息表达在某一个规定的图像投影参照系统中，以便进行图像的几何量测、相互比较以及图像复合分析等处理。 当原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时，就需要校正。 在讨论遥感图像几何变形的基础上，介绍遥感数字图像几何纠正原理与方法。 第一节 遥感数字图像几何处理概述 一、概述 遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的问题，对遥感图像进行几何纠正。 1、重要性 第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息进行各种分析，制作满足量测和定位要求的各类地球资源及环境的遥感专题图。 第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间的各种同一地域复合图像数据来进行计算机自动分类、地物特征的变化监测或其他应用处理时，必须进行图像间的几何配准，保证各不同图像间的几何一致性。 第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新 2、类型 光学纠正 通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格的纠正； 数字纠正 是建立在严格的数学基础上，并可以远点(或远像素)地对图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图像进行严格的纠正； 二、几何变形的影响因素 遥感图像的几何变形误差类型 静态误差—— 分为内部误差和外部误差两类变形误差。 内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标称数值所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，不做讨论。 例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、像主点偏移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫描仪(MSS)，有扫描线首末点成像时间差、不同波段相同扫描线的成像时间差、扫描镜旋转速度不均匀、扫描线的非直线性和非平行性、光电检测器的非对中等误差。 外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，由传感器以外的各因素所造成的误差。 例如传感器的外方位(位置、姿态)变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差等。 动态误差—— 几何校正 几何粗校正：针对畸变原因进行的 传感器：扫描速率不均匀 地球：曲率不同、自转影像 卫星运行：高度不恒定、速度不均一等 几何精校正：利用控制点进行的，用畸变模型实施校正 影响因素： 1)传感器成像几何形态带来的变形 传感器一般的几何成像方式包括 中心投影 全景投影 斜距投影 平行投影 在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄影的中心投影和竖直情况下的平行投影是没有几何形态变形的，因为中心投影图像本身与地面景物保持相似的关系。 全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。 通常把竖直摄影的中心投影和平行投影(正射投影)的图像视为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规律可以通过与中心投影或正射投影的影像相比较而获得。 I、全景投影变形 从右图可以看出红外机械扫描仪的成像面不是一个平面，而是一个圆柱面MON，相当于全景摄影机的投影面，称之为全景面。图中，地物点P在全景面上的像点P具有坐标yP，则 yP=f·θ/ρ （4.1） 式中：f是焦距; θ为成像角(以度为单位)；ρ＝57．295度／弧度。 设(L)是一个等效的中心投影成像面，P点在(L)上的像点P’具有坐标y′p，则y′p = f·tanθ (4．2) 从式(4．1)和式(4．2)可以得到全景图像坐标与等效中心投影图像坐标之间的相互转换关系 进而可推导出全景变形公式 II、斜距投影变形 斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，S为雷达天线中心。地物点P的图像坐标yP是雷达波束扫描方向的图像坐标，它取决于斜距RP以及成像比例尺λ： 式中：ν为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；C为雷达波在物方空间中的传播速度；H为传感器航高；f为等效焦距。 由于有 于是 此外，地面点P在等效的中心投影图像oy′上的成像点P′的坐标y′f可表达为 可推导雷达图像坐标和等效中心投影图像坐标间的转换关系，即 则斜距投影的变形误差为 全景投影和斜距投影两种成像方式对同一地物摄影成像的变形结果见图。 2)、传感器外方位元素变化的影响 传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时的位置(XS，YS，ZS)，(X，Y，Z)和姿态角(φ，ω，π)；对于侧视雷达而言，还包括其运行速度(vx，vy，vz)。当外方位元素偏离标准位置而出现变动时，就会使图像产生变形。 这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得以解析。 3)、地球起伏的影响 地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。 具有方向投影几何形态(中心投影、全景投影等)的传感器与具有斜距投影几何形态(侧视雷达)的传感器将有不同