遥感数字图像处理 07遥感图像的几何处理ppt课件.ppt
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1、第7讲课 题: 遥感图像的几何处理目的要求:1. 了解图像几何误差的主要来源;2. 掌握几何精纠正的基本原理并掌握其操作步骤重 点:几何精纠正的过程难 点:地面控制点的选择、重采样过程教学课时:2课时教学方法:授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿:外部误差对图像变形的影响,1 遥感传感器的构像方程 是对任何类型传感器成像进行几何纠正和对某些参量进行误差分析的基础 图像的地物点 对应地面点 (x,y) (X,Y,Z),构像方程,共线方程,一 遥感图像通用构像方程 主要的坐标系,S,U,V,W,X,y,O,P,f,X,Y,O,Z,地面坐标系OXYZ,像平面坐标系oxy,传感器坐标系SUVW,
2、p,像空间平面坐标系sxyz,x,y,z,1 中心投影构像方程 X X x Y = Y +At y Z p Z s -f传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程,共线方程的几何意义: 地物点P、对应像点p和投影中心S位于同一条直线上 则共线方程可以简写为 :,2 遥感图像的几何变形,遥感图像的几何变形: 是指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的差异。 变形误差可分为静态误差和动态误差 静态误差又可分为内部误差和外部误差两类 本节主要讨论外部误差对图像变形的影响。此外把某些传感器特殊的成象方式所引起的图像变形,如全景变形、斜距变形等也加以讨论,1 传感器
3、成像方式引起的图像变形,(1)全景投影变形 全景投影的影像面不是一个平面,而是一个圆柱面 地物点P在全景面上的像点为p,则p 在扫描线方向上的坐标yp yp=f/其中:f是焦距 是以度为单位的成像角 =57.2957/rad,设L是一个等效的中心投影成像面,P点在oy上的像点p,其坐标 yp=ftg 从而可以得到全景变形公式: dy=yp- yp =f*(/ tg),x,y,(2)斜距投影变形 斜距投影图形上的影像坐标yp为 yp=RP=H/cos= f/cos= f sec而地面上P点在等效中心投影图像oy上的像点p的坐标yp yp =ftg斜距投影的变形误差: dy=ypyp=f(sect
4、g),S,侧视雷达图像的构像方程 侧视雷达具有斜距投影的性质,斜距变形的图形变形情况如图,x,y,2 传感器外方位元素变化的影响,外方位元素,是指传感器成像时的位置(Xs,Ys,Zs)和姿态角( , ,) 竖直摄影条件下 = =0 1 - - At 1 - 1,可以得到外方位元素变化所产生的像点位移为:,dx= -(f/H)dXS-(x/H)dZS-f(1+x2/f2)d-(xy/f)d+yd dy= -(f/H)dYS-(y/H)dZS -(xy/f)d -f(1+x2/f2) d-xd d、d、d和d对整幅图像的综合影响是使其产生平移、缩放和旋转等线性变化 只有d 、d才使图像产生非线性变
5、形,各单个外方位元素引起的图像变形,3 地形起伏引起的像点位移,投影误差 由地面起伏引起的像点位移,当地形有起伏时,对于高于或低于某一基准面的地面点,其在像片上的像点与其在基准面上垂直投影点在像片上的构像点之间有直线位移。,(1) 中心投影情形时 在垂直摄影的条件下, = =0 ,地形起伏引起的像点位移为: xh=xh/H yh=yh/H 其中x、y为地面点对应的像点坐标, x 、y 为由地形起伏引起的在x、y方向上的像点位移 h为地面点相对于基准面的高度 H为摄影中心S距离基准面的高度,4 地球曲率引起的图像变形,可简化为:对中心投影图像的影响 hx= - hx= -Dx2/2R0 = -(
6、Hx/f) 2/2R0 hY= - hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0其中,因为,5 大气折射引起的图像变形,大气层不是一个均匀的介质,它的密度是随离地面高度的增加而递减,因此电磁波在大气层中传播时的折射率也随高度而变化,使得电磁波的传播路径不是一条直线而变成了曲线,从而引起像点的位移,这种像点位移就是大气层折射的影响。,6 地球自转的影响,当卫星由北向南运行的同时,地球表面也在由西向东自转,由于卫星图像每条扫描线的成像时间不同,因而造成扫描线在地面上的投影依次向西平移,最终使得图像发生扭曲,3 遥感图像的几何处理,1几何处理的重要性: 各种专题图的生产,要求改正影像的
7、几何变形 处理、分析和综合利用多尺度的遥感数据、多源遥感信息的表示、融合及混合像元的分解时,必须保证各不同数据源之间几何的一致性 利用遥感数据进行地图测图或更新,1,2,3,2 手段 光学纠正 数学纠正 3 遥感图像的几何处理包括两个层次 第一是遥感图像的粗加工处理; 第二是遥感图像的精加工处理。,1,2,4 遥感图像的粗加工处理 遥感图像的粗加工处理也称为粗纠正,它仅做系统误差改正。 辐射处理 粗加工处理 几何处理:测定参数改正影像的系统误差 分幅注记,2 遥感图像的精纠正处理 在粗加工处理的基础上,采用地面控制点的方法进一步提高影像的几何精度 (1)控制点的要求和获取方法: 要求: 影像上
8、的明显地物点 影像中均匀分布 要满足一定的数量要求,1,2,3,二次多项式间接法纠正变换公式为: x i=a0+ a1XI + a2 YI+ a3 XIYI+ a4XI 2+ a5 YI 2 y i=b0+ b1XI + b2 YI+ b3 XIYI+ b4XI 2+ b5 YI 2 一次多项式4个以上点 二次多项式7个以上点 三次多项式11个以上点,获取方法 GPS或野外测量 地形图上读取 (2)两个环节: 像素坐标的变换,即将图像坐标转变为地图或地面坐标 对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。,2,1,2,1,(3)遥感数字图像几何精纠正的步骤: (1) 准备工作; (2)输入原始数字图像
9、(3)确定工作范围 (4)选择地面控制点 (5)选择地图投影 (6)匹配地面控制点和像素位置 (7)评估纠正精度 (8)坐标变换 (9)重采样 (10)输出纠正后图像 目前的纠正方法有多项式法,共线方程法和随机场插值法等。,(4)遥感图像的多项式纠正 多项式纠正回避成像的空间几何过程,直接对图像变形的本身进行数字模拟。用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。 本法对各种类型传感器图像的纠正是适用的。 利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标通过平差原理计算多项式中的系数,然后用该多项式对图像进行纠正。,纠正方案 直接法方案:是从原始图像阵列出发,按行列的顺序依次对每个原始
10、像素点位求其在地面坐标系(也是输出图像坐标系)中的正确位置 X=Fx(x,y) Y=FY(x,y) 间接法方案:是从空白的输出图像阵列出发,亦按行列的顺序依次对每个输出像素点位反求原始图像坐标中的位置 x=Gx(X,Y) y=Gy(X,Y),1,2,直接法和间接法纠正方案,a,b,c,d,x,y,a,X,b,Y,c,d,直接法F(x,y),H,H,H,间接法G(X,Y),(5)纠正具体步骤: 纠正后数字图像的边界范围的确定纠正后图像的边界范围,指的是在计算机存贮器中为输出图像所开出的贮存空间大小,以及该空间边界(首行,首列,末行和末列)的地图(或地面)坐标定义值。,1,纠正后图像边界范围的确定
11、过程如下: 把原始图像的四个角点a,b,c,d按纠正变换函数投影到地图坐 标系统中去,得到8个坐标值: (Xa,a),(Xb,b), (Xc,c),(Xd,d) 对这8个坐标值按X和Y两个坐标组分别求其最小值(X1,Y1)和最大值(X2,Y2) X1=min(Xa,Xb,Xc,Xd) X2=max(Xa,Xb,Xc,Xd) Y1=min(Ya,Yb, Yc,Yd) Y2=max(Ya,Yb, Yc,Yd) 并令X1,Y1,X2,Y2为纠正后图像范围四条边界的地图坐标值。,1,2,(3 根据精度要求定义输出像素的地面尺寸X和Y 图像总的行列数M和N由下式确定: M=(Y2-Y1 )/Y+1 N=
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