航空航天几何校正

1、实验二遥感图像的几何校正实验目的：通过实习操作，掌握遥感图像几何校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像几何校正的意义。实验内容：ERDAS软件中图像预处理模块下的图像几何校正。几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影系统的过程。而将地图投影系统赋予图像数据的过程，称为地理参考（Geo-referencing）。由于所有地图投影系统都遵循一定的地图坐标系统，因此几何校正的过程包含了地理参考过程。1、图像几何校正的途径ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标，Image Geometric Correction 打开Set Geo-Correction Input File对

2、话框（图2-1）。ERDAS图标面板菜单条：MainData PreparationImage Geometric Correction打开Set Geo-Correction Input File对话框（图2-1）。图2-1  Set Geo-Correction Input File对话框在Set Geo-Correction Input File对话框（图2-1）中，需要确定校正图像，有两种选择情况：其一：首先确定来自视窗（FromViewer），然后选择显示图像视窗。其二：首先确定来自文件（From Image File），然后选择输入图像。2、图像几何校正的计算模型（Geo

3、metric Correction Model）ERDAS提供的图像几何校正模型有7种，具体功能如下：表2-1 几何校正计算模型与功能模型功能Affine图像仿射变换（不做投影变换）Polynomial多项式变换（同时作投影变换）Reproject投影变换（转换调用多项式变换）Rubber Sheeting非线性变换、非均匀变换Camera航空影像正射校正LandsatLantsat卫星图像正射校正SpotSpot卫星图像正射校正3、图像校正的具体过程实习的内容为用一景已经纠正好的影像作为参考纠正一景原始影像。实验数据：给定一景Atlanta的TM多光谱原始影像，参照影像为已经纠正好的Atla

4、nta的ETM全色波段影像。对TM影象进行多项式纠正。以ERDAS软件为例说明纠正的流程。第一步：显示图像文件（Display Image Files）首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图表两次，打开两个视窗（Viewer1/Viewer2），并将两个视窗平铺放置，操作过程如下：ERDAS图表面板菜单条：SessionTitle Viewers然后，在Viewer1中打开需要校正的Lantsat图像：tmAtlanta.img在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像：panAtlanta.img（或校正学校航空影像：在Viewer1中打开需要校正的学校航空影像：HPU

5、-aerial.tif在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的IKONOS图像： HPU-IKONOS-RGB-sharpen-1.tif）tmatlanta.img panatlanta.img第二步：启动几何校正模块（Geometric Correction Tool）Viewer1菜单条：Raster Geometric Correction打开Set Geometric Model对话框（2-2）选择多项式几何校正模型：PolynomialOK  同时打开Geo Correction Tools对话框（2-3）和Polynomial Model Properties对话框

6、（2-4）。在Polynomial  Model  Properties对话框中，定义多项式模型参数以及投影参数：定义多项式次数（Polynomial Order）:1定义投影参数：（PROJECTION）:略ApplyClose打开GCP Tool Referense Setup 对话框（2-5）     图2-2 Set Geometric Model对话框图2-3 Geo Correction Tools对话框1图2-4 Polynomial Properties对话框图2-5  GCP Tool Referense

7、Setup 对话框第三步：启动控制点工具（Start GCP Tools）图2-6Viewer Selection Instructions首先，在GCP Tool Referense Setup对话框（图2-5）中选择采点模式： 选择视窗采点模式：Existing ViewerOK打开Viewer Selection Instructions指示器（图2-6）在显示作为地理参考图像panAtlanta,img的Viewer2中点击左键打开reference Map Information 提示框（图2-7）；OK此时，整个屏幕将自动变化为如图2-8所示的状态，表明控制点工具被启动，进入控制点

8、采点状态。图2-7 reference Map Information 提示框图2-8 控制点采点第四步：采集地面控制点（Ground Control Point）控制点的选择是几何纠正的关键。步骤如下：Viewer1中选择明显点移动连接框，寻找明显地物点如道路交叉点，在GCP TOOL中点击，进入GCP选择状态，光标显示为十字，表示可以选择同名点，在Viewer3中明显点上点左键，在GCP 数据记录表中显示该点的图像坐标。在Viewer2中的选择同名点在Viewer2中移动连接框，到与Viewer3中对应的同名点位置，在GCP TOOL中点击，在Viewer4中明显点上点左键，系统在GCP

9、数据记录表中自动显示该点的地面坐标。(图2-9)在主窗口和放大窗口中系统会显示GCP #1，表示选择的第一对同名点，其颜色可以在GCP TOOL中重新设定。此时GCP TOOL显示为：XInput: 图像坐标，XRef: 地面坐标，Point#: 点号，Color: 显示的颜色图2-9根据多项式纠正的要求，同名点对至少要在7对以上，重复1，2两个步骤，直到选择的控制点数满足纠正的数量要求。当选择了六对同名点后，第七个及以上同名点的选择：只需在Viewer1中选择一个明显点，其同名点会在Viewer1中自动显示，如果位置有误差，可以用鼠标左键调整点位，确保选择的是同名点。(图2-10)图2-10

10、共选择8个同名点对，系统自动计算得到单点误差和其贡献，此时在GCP TOOL中显示的内容有：同名点点号Point ID# ：共选择8个，点号为1-8；颜色Color：GCP在窗口中显示的颜色，这里用红色；图像坐标X input：Y input，指需要纠正的图像的像点坐标；对应的同名点地面坐标X Ref.，Y Ref.；同名点类型Type ：控制点Control；模型计算后地面控制点的残差X Residual ，Y Residual；每个地面点中误差RMS Error；每个点的贡献Contrib，及匹配程度Match。当控制点数量超过7个时，点击，后面四项由模型自动计算得到；全部控制点平差后的精

11、度显示在右上角，只有当Total小于一个像元时，才满足纠正精度要求，继续后面的重采样(图2-11).图2-11第五步：采集地面检查点（Ground Check Point）以上采集的 GCP的类型均为控制点，用于控制计算，建立转换模型及多项式方程，。下面所要采集的GCP类型是检查点。检查点的选取是为了验证控制点的精度，首先设置点的类型为Check，Edit/Set Point Type/Check，然后按照前面选择控制点的方法选择检查点。选四个控制点，点击，在相应的栏内显示检查点的残差(图2-12)：图2-12检查点的残差显示为其精度在一个像素之内，所以原先选择的8个控制点的精度满足要求。第六

12、步：计算转换模型（Compute Transformation）在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模型。所以随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成。 在Geo-Correction Tools对话框中，点击Display Model Properties 图标，可以查阅模型(图2-13)。一般在选择好控制点后系统自动计算变换参数。或者在多项式纠正模型参数对话框选择Transformation。显示多项式中a,b的值图2-13至此就完成了多项式纠正的参数计算部分。退出该模块时，系统会提示对有关文件做好保存。第七步：图像重采样（Resample the Image）重采样过程就

13、是依据未校正图像的像元值，计算生成一幅校正图像的过程。原图像中所有删格数据层都要进行重采样。ERDAS IMAGE 提供了三种最常用的重采样方法（略）。图像重采样的过程：首先，在几何纠正工具Geo Correction Tools(图2-14)中选择Image Resample 图标,打开重采样对话框(Resample) (图2-15)。 图2-14 Geo-Correction Tools对话框然后，在重采样对话框(Resample)中，定义重采样参数；输出图像文件名（OutputFile）:rectify.img选择重采样方法（Resample Method）:Nearest Neighb

14、or定义输出图像范围：定义输出像元的大小：设置输出统计中忽略零值:定义重新计算输出缺省值：在对话框里（Output File）输入纠正以后的图像文件名，该对话框显示了输出图像的大小行数（Number rows）列数(Number Columns)，输出图像左上角的地面坐标(LUX,ULY)以及右下角的地面坐标(LRX,LRY)。输出像元的地面大小(Output Cell Sizes)，确定参数后点击OK，出现重采样的状态条(图2-16)：图2-16 重采样状态条当Percent Down为100%时，说明重采样已经完成。第八步：保存几何校正模式（Save rectification Model

15、）在Geo-Correction Tools对话框中点击Exit按钮，推出几何校正过程，按照系统提示，选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件，以便下一次直接利用。第九步：检验校正结果（Verify rectification Result）基本方法：同时在两个视窗中打开两幅图像，一幅是矫正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接功能，及查询光标功能进行目视定性检验。在计算参数时已经利用检查点做了验证，现将纠正后的TM图像与作为参考图像的SPOT图像关联起来，通过人工比较来验证结果。在两个窗口中分别打开SPOT 和TM图像(图2-17)。图2-17 显示图像然后点击鼠标右键，弹出菜单

16、(图2-18)：图2-18 选择Geo. Link/unlink，表示连接两幅图像。弹出提示框(图2-19)图2-19 提示框提示在要连接的窗口中点击鼠标，将两个窗口关联起来。点击视窗按扭条中的+，移动光标检查两边的位置是否对应。如果两边对应，说明纠正图像满足要求。对纠正可能出现的结果要能正确分析。如果总体精度不能满足纠正要求，其原因可能有：如果总体精度不能满足纠正要求，其原因可能有：多项式次数不能满足纠正要求；控制点选择不符合要求：分布不均匀，或者选点精度不符合要求，甚至选错；地形起伏引起的投影差超限；参考坐标精度有问题；模型有问题，需要用共线方程纠正。实验三遥感图像的镶嵌实验目的：通过实验

17、使学生进一步熟练Erdas Imagine的基本操作，理解遥感图像几何处理的基本概念和图像镶嵌的原理，了解遥感图像镶嵌的基本过程，基本掌握利用实验中所选软件进行遥感图像镶嵌的操作方法和流程。实验内容：每位同学独立完成实验中遥感图像的镶嵌工作任务，完成镶嵌后图像拼接处的接合效果评价，分析影响拼接效果的因素，按照实验要求认真完成实验结果的分析和实验报告的撰写。实验数据：本实验分为卫星影像的镶嵌和航空影像的镶嵌。用于卫星影像的镶嵌数据是:wasia1_mss.img, wasia2_mss.img, wasia3_mss.img；用于航空影像的镶嵌数据为air_photo_1.img和air_pho

18、to_2.img。一、航空影像的镶嵌1、镶嵌准备工作启动ERDAS IMAGINE程序, 点击Viewer图表两次,同时打开两个窗口(Viewer#1和Viewer#2),并将窗口平铺排列(ViewTie Viewers),然后在Viewer#1窗口中显示图像air_photo_1.img,在Viewer#2窗口中显示图像air_photo_2.img.2、自动图像镶嵌工具图像镶嵌工具可以通过两种途径启动:ERDAS图标面板工具条：点击DataPrep图标Data PreparationMosaic Imagine 打开Mosaic Tool对话框（图3-1）。ERDAS图标面板菜单条：Mai

19、nData PreparationMosaic Imagine 打开Mosaic Tool对话框（图3-1）图3-1 Mosaic Tool对话框3、设置输入图像范围在Viewer#1菜单条单击AOITool命令,打开AOI Tool图标面板(图3-2),图3-2AOI Tool图标面板单击Polygon图标,在Viewer#1中沿着air_photo_1.img外轮廓绘制多边形AOI(图3-3),图3-3 绘制AOI将多边形AOI保存在文件中(template.aoi),即在Viewer#1窗口中单击FileSaveAOI Layer As(图3-4)图3-4 保存AOI在弹出的Save A

20、OI as对话框中设置好路径与文件名template(图3-5),单击OK.图3-5 确定保存路径与名称4、加载Mosaic图像在Mosaic Tool工具条单击Add Images图标,打开Add Images for Mosaic对话框(图3-6)图3-6Add Images for Mosaic对话框在Add Images对话框中选中文件air_photo_1.img,然后单击Image Area Options选项卡(图3-7),图3-7选择Template AOI,单击Set按钮,弹出Choose AOI对话框, 在Choose AOI对话框中选择AOI File,将第三步保存好的a

21、oi文件加载进来(图3-8).图3-8单击OK,回到Add Images对话框,再单击OK完成(图3-9)图3-9 加载图像用同样的方法将air_photo_2.img图像加载进来(图3-10)图3-10 加载图像5、确定相交的区域在Mosaic Tool工具条中单击Set Intersection Mode图标,则会显示两张图像相交的区域(图3-11)图3-11 确定相交区域单击两图像的相交区域,则相交区域的边界就会以黄色高亮显示(图3-12)图3-12 高亮显示相交区域6、绘制裁切线在Mosaic Tool工具条中单击Cutline Seletion Viewer图标,自动弹出窗口View

22、er#3,窗口中显示两图像的相交区域(图3-13)图3-13在AOI工具面板中选择Create Polyline AOI图标,当鼠标移动到Viewer#3窗口中时,鼠标自动变成十字形,在图像中绘制现状AOI,双击结束(图3-14).图3-14 绘制现状AOI在Mosaic Tool窗口中单击AOI Cutline图标,弹出Choose Cutline Source对话框，在Choose Cutline Source对话框中选择AOI from Viewer和Apply cutlines to selected region only(图3-15).图3-15单击OK,弹出一个提示对话框,选择”

23、是(YES)”,这时裁切线就会以红色高亮显示(图3-16)图3-16单击Overlap Function图标,打开Set Overlap Function对话框(图3-17).图3-17 Set Overlap Function对话框在Set Overlap Function对话框中选择相交类型(Intersection Type)为Cutline Exists,在功能选择(Feathering Options)中选择Feathering,单击Apply应用,然后单击Close关闭对话框.7、定义输出图像在Mosaic Tool窗口中单击设置输出图像模式(Set Output Mode)图标,

24、激活输出模式, 在Mosaic Tool窗口中单击输出图像设置(Output Options)图标,打开Output Image Options对话框(图3-18).图3-18 Output Image Options对话框在Output Image Options对话框中,在Define Output Map Area(s)下面选择Union of All Inputs,其他采取默认设置,单击OK按钮完成。8、运行镶嵌功能在Mosaic Tool窗口中,选择ProcessRun Mosaic,打开图像输出对话框, 在图像输出对话框File选项中设置好保存路径,并输入图像名称airmosaic.img (图3-19).图3-19图像输出对话框单击Output Options选项,确定输出图像区域(Output)为All,确定忽略输入图像值(Ignore Input Value)为0,确定输出图像背景值(Output Background Value)为0,选中Stats Ignore Value,输入数值0,即忽略输出统计值(图3-20).图3-20图像输出对话框单击OK按钮,关闭Run Mosaic对话框,运行图像镶嵌.弹出运行进度显示框(图3-21), 当Percent Down为100%时表