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遥感原理与应用(5.3.1)--遥感图像几何校正(一)

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XX22ba44XXYYba5Y5Y2)2)
或者

X c0 (c1x c2 y) (c3 x2 c4 xy c5 y2)

Y c0 (c1x c2 y) (c3 x2 c4 xy c5 y2)

其中： x ， y 为某像素原始图像坐标； X ， Y 为同名像素的地面（或地图）坐标。
22 ..遥遥感感图图像像的的精精纠纠正正处处理理
多 项 式 法 ——求系数
例如，采用最小二乘法，根据控制 点数据进行二次曲面拟合求 12 个系 数。
x a0 (a1X a2Y ) (a3 X 2 a4 XY a5Y 2) y b0 (b1X b2Y ) (b3 X 2 b4 XY b5Y 2)
武汉大学遥感信息工程学院 周军其
对控制点的要求
遥感原理与应用
① 在图像上为明显的地物点，易于判读。 ② 在图像上均匀分布。 ③ 数量足够。
GCP 如何获取？
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控制点的选择
遥感原理与应用
待纠正图像
参考图像
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控制点选择
遥感原理与应用
待纠正图像
包括：
模型参数的确定
像素坐标的变换；
对坐标变换后的法：多项式法，共线方程法，
有理函数法等。
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遥感原理与应用
22 ..遥遥感感图图像像的的精精加加工工处处理理
多项式法 基本思想
x fx (u, v) y f y (u, v)


x


n
i0 n
n j
aij uii vij
j 0 ni
y

i0
bij uii vij
j 0
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遥感原理与应用
多项式形式
一般多项式纠正变换公式为 ( 以二次项为例 ) ：
x y

a0 b0

(a1 X (b1 X

a2Y ) (a3 b2Y ) (b3
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多项式系数求解过程
遥感原理与应用
2) 构成法方程
] Vx2
T

] V y 2
T

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各项参数的含义
1 X1 Y1
A

. .
1 X m Ym
...



..

遥感原理与应用
a [a0 a1 a2 ] b [b0 b1 b2 ]
Lx [ x1 x2 ] Ly [ y1 y2 ]
图像和矢量
遥感原理与应用
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遥感原理与应用
多项式的系数 ai,bi 可根据同名点的坐标
通过最小二乘法原理求解。
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多项式系数求解过程
遥感原理与应用
1 ）列误差方程式
Vx Aa Lx Vy Ab Ly
[ Vx Vx1 [ Vy Vy1
第 5 章 遥感图像的几何处理
5.3 遥感图像的几何处理
5.3 遥感图像的几何处理
遥感原理与应用
遥感图像的几何处理是遥感信息处理过 程中的重要环节。遥感数据接受后，首 先由接收部门进行校正，这种校正往往 根据遥感平台、地球、传感器的各种参 数进行处理（粗加工）。遥感图像的粗 加工处理仅做系统误差的改正，即把与 传感器有关的测定的校正数据带入相应
的构像方程。
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5.3 遥感图像的几何处理
遥感原理与应用
粗加工处理对传感器内部畸变的改正很有 效，但是处理后仍有很大的残差（系统误 差和偶然误差），而用户拿到这种产品后 ，由于使用的目的不同或投影及比例尺不 同，仍旧进一步做几何校正（几何精校 正）。
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多多项项式式次次数数与与 曲曲线线模模拟拟
纠正内容
遥感原理与应用
一次项纠正：改正图像因平移、旋转、比 例尺变化等引起的线性变形。
二次项纠正：在改正一次项各种变形的基 础上，改正二次非线性变形。
三次项纠正：改正更高次的非线性变形。
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参考图像
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控控制制点点选选择择
遥感原理与应用
图像与图像对应点
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控控制制点点的的选选择择
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地图与图像对应点
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控控制制点点选选择择
遥感原理与应用
参考为地形图
待纠正图像
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遥感原理与应用
5.3 遥感图像的几何处理 11 ..遥遥感感图图像像的的粗粗加加工工处处理理
以 TM 纠正为例 ☆ 投影中心坐标的测定和解
算 ☆ 传感器姿态角的测定 ☆ 扫 描 角 θ 的 测 定武汉大学遥感信息工程学院 周军其
TM 图像的粗加工处理
遥感原理与应用
X X Y Y
0 AtR 0


Z P Z St
f
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遥感图像的粗加工处理
遥感原理与应用
扫描角 θ 的测定
根据传感器扫描周期 T ，扫描视场 α ，可
以计算平均扫描角速度：
W /(T / 2)
则平均扫描角： W t 式中： t 为扫描时刻。
由于扫描仪速度的不均匀性，按下式计算扫描 角的误差：
k1sin(k 2 t)
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遥感图像的粗加工处理 扫描角可用下式求得：
遥感原理与应用

扫描仪的焦距 f 可以在地面测定，是已知值。 粗加工处理对传 感 器 内 部 畸 变 的改正很有效。
但处理后图像仍有较 大 的 残 差 （ 偶 然 误 差 和 系 统 误 差 ） 。因此必须对遥感图像做进一步的处理即精 加工处理。
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遥感原理与应用
22 ..遥遥感感图图像像的的精精纠纠正正处处理理
思考：为何要做精纠正处理？
概念：消除图像中的几何变形，产生一 幅符合某种地图投影或图形表达要求的 新图像。 纠正方法？
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遥感原理与应用
22.. 遥遥感感图图像像的的精精纠纠正正处处理理

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遥感图像几何校正

遥感图像几何校正

第4讲遥感图像几何校正遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为像元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。

几何校正是利用地面控制点和几何校正数学模型来矫正非系统因素产生的误差，由于校正过程中会将坐标系统赋予图像数据，所以此过程包括了地理编码。

在开始介绍ENVI的几何校正操作之前，首先对ENVI的几何校正几个功能要点做一个说明。

1几何校正方法（1）利用卫星自带地理定位文件进行几何校正对于重返周期短、空间分辨率较低的卫星数据，如A VHRR、MODIS、SeaWiFS等，地面控制点的选择有相当的难度。

这时，可以利用卫星传感器自带的地理定位文件进行几何校正，校正精度主要受地理定位文件的影响。

（2） image to image几何校正通过从两幅图像上选择同名点（或控制点）来配准另外一幅栅格文件，使相同地物出现在校正后的图像相同位置（3）image to map几何校正通过地面控制点对遥感图像几何进行平面化的过程。

（4）image to image 自动图像配准根据像元灰度值或者地物特征自动寻找两幅图像上的同名点，根据同名点完成两幅图像的配置过程。

（5）image registration workflow流程化工具将具有不同坐标系、不同地理位置的图像配准到同一坐标系下，使图像中相同地理位置包含相同的地物。

2控制点选择方式ENVI提供以下选择方式：∙从栅格图像上选择如果拥有需要校正图像区域的经过校正的影像、地形图等栅格数据，可以从中选择控制点，对应的控制点选择模式为Image to Image。

∙从矢量数据中选择如果拥有需要校正图像区域的经过校正的矢量数据，可以从中选择控制点，对应的模式为Image to Map。

∙从文本文件中导入事先已经通过GPS测量、摄影测量或者其他途径获得了控制点坐标数据，保存为以[Map (x,y), Image (x,y)]格式提供的文本文件可以直接导入作为控制点，对应的控制点选择模式为Image to Image 和Image to Map。

遥感图像几何校正原理及效果分析

遥感图像几何校正原理及效果分析

重视几何校正在遥感图像处理中的作用它不仅可以有效提高遥感图像的几何精度而且可以进行遥感图像与其它数据源如遥感图像几何校正原理分析在分析遥感图像几何校正原理的同时有必要了解几何校正产生的背景以及与遥感图像几何精度的关系几何畸变与几何校正几何畸变和几何校正是遥感理论的一对派生词几何校正是因几何畸变而产生是解决几何畸变的方法体系在遥感理论上将遥感平台位置和运动状态地形起伏地球表面曲率大气折射等遥感系统内外因素影响造成的遥感图像几何位置上的变化统称为几何畸变也就是遥感图像在几何位置上与实际地面位置有差异
摘 要 几何校正是遥感图像处理的一个重要环节 ,是削弱遥感图像与地面真实形态差异的重要手段 。以广东省从化市 ET M + 遥感数据和 GIS数据为例 ,较深入地分析遥感图像几何校正原理并介绍 ER 2 M apper7. 0 遥感软件的几何校正应用 ,指出提高遥感图 像几何校正精度的有效途径和效果分析 。 关键词 ET M +图像 GIS数据 几何校正 效果分析
GEOM ETR IC RECT IF ICAT I O N AND EFFECT ANALY S IS O F REMO TE SENS ING I M AGE
W ang Xuep ing
( Institu te of M a them atica l and R em ote Sensing Geology, China U n iversity of Geosciences, W uhan 430074, Hubei, China)
1. 3 几何校正原理分析
几何校正 ,即图像级别中的几何精校正 ,主要方法是多项式
收稿日期 : 2007 - 09 - 10。地质过程与矿产资源国家重点实验室基金 项目 (MG MR2002 - 11) 。王学平 ,副教授 ,主研领域 :遥感应用与研究。
遥感图像的几何校正

遥感图像的几何校正


分辨率：采用线对/毫米
f
Rg
Rs f H
Rg 为地面分辨率
H
H 为航高
Rs 为系统分辨率 f 为摄影机焦距
IKONOS 图像，1m分辨率
由于地形起伏 引起的平面上 的点位在相片 位置上的移动， 这种现象称为 像点位移，其 位移量就是中 心投影与垂直 投影在同一水 平面上的“投 影误差”
9个一定 高度的柱 子，影像 中心正射 投影，只 能看到顶； 其余成像 后放射状 的向外倒
物辐射状向外 称的向两侧倒，低
倒，低于基准 于基准面地物对称 面地物辐射状 的向中间倒 向内倒
高出基准面地物对
称的向两侧倒，低
于基准面地物对称 的向中间倒
传感器成像方式引起的图像变形 传感器外方位元素变化的影响 地形起伏引起的像点位移 地球曲率引起的图像变形 大气折射引起的图像变形 地球自转的影响
y f a12 ( X P X S ) a22 (YP YS ) a32 (ZP ZS ) a13 ( X P X S ) a23 (YP YS ) a33 (ZP ZS )
➢如辐射计、红外辐射计、微波辐射计、微波高 度计等
遥感 传感 器的 几何 投影 方式
中心投影类型：分幅式摄影机、面阵列 CCD传感器
掸扫式（逐点）：光/机
扫描成像、镜头转动式 摄影机
多中心投影类型
推扫式（逐线） ：固体 自扫描成像、狭缝式摄 影机
斜距投影成像仪： 侧视雷达等
不同类型成像传感器，其成像原理和投影方式也不同
➢ 中心投影构像方程 ➢ 多中心投影构像方程
➢推扫式传感器的构像方程 ➢扫描式传感器的构像方程
中心投影像片坐标与地面点大地坐标的关系：
X X
x
遥感图像的几何精校正

遥感图像的几何精校正

几何精校正原理：原始的遥感图像通常包含严重的集合变形，引起这种几何变形的原因包括系统性和非系统性两类。

系统性一般由传感器本身引起，可以用传感器模型来纠正；非系统性几何变形是没有规律的，它可以是传感器平台本身的高度、姿态等不稳定，也可以是地球曲率及空气折射的变化以及地形的变化等。

几何校正的目的就是要纠正这些系统及非系统因素引起的图像变形。

几何校正，主要方法是采用多项式法，机理是通过若干控制点，建立不同图像间的多项式控件变换和像元插值运算，实现遥感图像与实际地理图件间的配准，达到消减以及消除遥感图像的几何畸变。

主要包括：地面控制点的采集，选择多项式纠正模型，重采样等过程。

步骤：第一步：打开并显示图像文件1.选取已有的哈密地区2011年的遥感影像，由于原图已做几何校正，因此将原图作为基准图，另外将原图做一角度旋转，删除其空间参考信息，保存作为待校正图像。

用原先的图像作为参考对旋转后的图像进行几何校正，使得其比较精确。

2.打开基准图像和待校正图像，#1为基准图像，#为旋转过后的待校正图像。

如下图所示（左边是参考图像，右边是待校正图像）：第二步：启动几何校正模块1.在envi4.7菜单栏单击Map——Registration——Select GCPs: Image to Image。

2.选择基准图像为Display #1，校正图像为Display #2。

点击OK进入采集地面控制点。

第三步：采集地面控制点1.选择控制点,在两幅图像中选择位置相同的点，精度要高，如河流、道路交叉点。

选取地面控制点时要遵循以下几个基本原则：选取的点要均匀分布，高程基本一致，选取特征明显的点，要有足够的数量。

2.第一个点选好后单击Add Point选择第二个点，精确选取4个点后就可以预测。

3.用软件自带的功能选取更多的点：把十字架放在参考影像某个地物，点选predict则待校正影像就会自动跳转到与参考影像相对应的位置，而后再进行适当的调整并选点，总共选取25个点。