遥感图像辐射校正与几何校正

1、会计学1遥感图像辐射校正与几何校正遥感图像辐射校正与几何校正2345minmaxminmaxRDRRVRmaxminRR和maxD其中：其中：分别是探测器的最小、最大辐射亮度；分别是探测器的最小、最大辐射亮度；对应对应MSS和和TM分别是分别是127和和255；R绝对辐射亮度；绝对辐射亮度；)sr(mW/cm2V数据值。数据值。6波段波段1234567Rmin/Rmax-0.0099/1.004-0.0227/2.404-0.0083/1.410-0.0194/2.660-0.00799/0.5873-0.00375/0.35950.1534/1.896波段宽度波段宽度0.0660.0810.

2、0690.1290.2160.2501.239TM的最小、最大辐射亮度的最小、最大辐射亮度MSS的最小、最大辐射亮度的最小、最大辐射亮度波段波段Landsat2Landsat3Landsat4Landsat540.08/2.630.04/2.500.04/2.380.04/2.3850.06/1.760.03/2.000.04/1.640.04/1.6460.06/1.520.03/1.650.05/1.420.05/1.4270.11/3.910.03/4.500.12/3.490.12/3.497)(iijiijmgDdMG式中：式中：gij：某一像元被计算前的输入灰度值；某一像元被计算前

3、的输入灰度值；M：整个图：整个图像所有像元灰值的平均值；像所有像元灰值的平均值；D：整个图像所有像元数灰度：整个图像所有像元数灰度值的标准偏差；值的标准偏差；mi：每条扫描线上像元灰度平均值；：每条扫描线上像元灰度平均值；di：每条扫描线上像元灰度的标准偏差每条扫描线上像元灰度的标准偏差8(a) 原始图像 (b) 纵向条带去除后结果图910tcoscoscossinsinsint式中，式中，为图像对应地区的地理纬度，为图像对应地区的地理纬度，为太阳赤纬（成像为太阳赤纬（成像时太阳直射点的地理纬度），时太阳直射点的地理纬度），为时角（地区经度与成像时太阳直射点地区经度的为时角（地区经度与成像时太

4、阳直射点地区经度的经差）。经差）。 11),(yxg),(yxf 太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现的，在太阳高度求出后，太阳以高度角灰度来实现的，在太阳高度求出后，太阳以高度角斜射时得到的图像斜射时得到的图像与直射时得到的图像与直射时得到的图像有如下关系：有如下关系： sin),(),(yxgyxf 如果不考虑天空光的影响，各波段图像可采用如果不考虑天空光的影响，各波段图像可采用相同的相同的角进行校正。角进行校正。 太阳方位角的变化也会改变光照条件，它也随成像太阳方位角的变化也会改变光照条件，它也随成像季节、地理纬度的变化而变化。太

5、阳方位角引起的图季节、地理纬度的变化而变化。太阳方位角引起的图像辐射值误差通常只对图像细部特征产生影响，它可像辐射值误差通常只对图像细部特征产生影响，它可以采用与太阳高度角校正相类似的方法进行处理。以采用与太阳高度角校正相类似的方法进行处理。12 (a) 原始影像 (b) 太阳高度角辐射校正后影像 利用卫星影像头文件中提供的太阳高度角参数进利用卫星影像头文件中提供的太阳高度角参数进行辐射校正。输出文件为行辐射校正。输出文件为32位浮点影像数据。位浮点影像数据。 13oIaI 太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。

6、如果光线垂直入射时水平地表射亮度和地面倾斜度有关。如果光线垂直入射时水平地表受到的光照强度为受到的光照强度为，则光线垂直入射时倾斜角为，则光线垂直入射时倾斜角为的坡面上入射点处的光强度的坡面上入射点处的光强度为：为：aIIocos a),(yxg),(yxfayxgyxfcos),(),(因此若处在坡度为因此若处在坡度为的倾斜面上的地物影像为的倾斜面上的地物影像为则校正后的图像则校正后的图像为为 14 由上式看出，地形地坡度引起的辐射校正方法需要有由上式看出，地形地坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的图像对应地区的DEM数据。另外，此项校正也可采用比数据。另外，此项校正也可采用比值图像来

7、消除地形坡度所产生的辐射量误差。值图像来消除地形坡度所产生的辐射量误差。 利用同地区同分辨率利用同地区同分辨率DEM数据，建立影像区地形坡数据，建立影像区地形坡度模型；而后利用像点地形坡度角进行影像辐射校正。度模型；而后利用像点地形坡度角进行影像辐射校正。 (a) 原始影像 （b）同分辨DEM数据 (c)地形坡度角影像辐 射校正结果影像 151617cos0EE 18cos00ERERLR19Scos00SERL20cos01STETRL21DESTRL222pL23pLLLL21pDSLETESRTL)cos(024pDSLETESRTL)cos(0cos00SERL25可见，对比度可见，对

8、比度减小，图像质减小，图像质量下降了量下降了 26pDSLETESRTL)cos(02728pDSLETESRTL)cos(02930313233MSS-7MSS-4G 大气影响校正后的灰度直方图MSS-7MSS-4G 大气影响的灰度直方图 原始影像 直方图法大气校正结果影像 34abLL35abLL362_)()(aabbaaLLLLLL_aL_bLabLL37111222333333555777红外波段红外波段可见光波段可见光波段2)()(2_aabbaaLLLLLL1abLL2_aL5_bL辐射校正后辐射校正后：222444666可见光波段可见光波段38 (a) 原始影像 (b) 基于参

9、考波段的大气校正结果影像 394041424344 (5) (5) 大气折射的影响大气折射的影响 大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面的高度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射的高度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射率也随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条直率也随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线，进而引起了像点位移。线而变成了曲线，进而引起了像点位移。4546474849505152准准备备工工作作输入输入原始原始数字数字影像影像建立建立纠正纠正变换变换函数函数确定确定输出输出影像影像范围范围像元像

10、元几何几何位置位置变换变换像元像元的灰的灰度重度重采样采样输出输出纠正纠正数字数字影像影像 利用控制点间的映利用控制点间的映射关系，建立最小二乘射关系，建立最小二乘下的变换函数下的变换函数535455重采样的方法重采样的方法56n0ii -n0jijyn0ii -n0jijxbv)(u,fyav)(u,fxjijvuvui2022201101100020222011011000vbubuvbvbubbvauauvavauaayx2元2次2元n次5758k=Integer(x+0.5)l=Integer(y+0.5) )f(x,y)=f(k,l)几何位置上的精度为几何位置上的精度为0.5象元象元

11、最邻近内插法以距内插点最近的最邻近内插法以距内插点最近的观测点的像元值为所求的像元值观测点的像元值为所求的像元值。该方法最大可产生。该方法最大可产生0.50.5个像元的个像元的位置误差，优点是不破坏原来的位置误差，优点是不破坏原来的像元值，处理速度快。像元值，处理速度快。59双线性内插法使用内插点周围双线性内插法使用内插点周围的的4 4个观测点的像元值，对所个观测点的像元值，对所求的像元值进行线性内插。缺求的像元值进行线性内插。缺点是破坏了原来的数据，但具点是破坏了原来的数据，但具有平均化的滤波效果。有平均化的滤波效果。603 3 次卷积内插法使用内插点周围次卷积内插法使用内插点周围的的161

12、6个观测点的像元值，用个观测点的像元值，用3 3次卷次卷积函数对所求像元值进行内插。积函数对所求像元值进行内插。缺点是破坏了原来的数据，但具缺点是破坏了原来的数据，但具有图像的均衡化和清晰化的效果有图像的均衡化和清晰化的效果，可得到较高的图像质量。，可得到较高的图像质量。61方法方法优点优点缺点缺点提醒提醒1简单易用，计算量小简单易用，计算量小处理后的图像亮度具处理后的图像亮度具有不连续性，影响精有不连续性，影响精确度确度2精度明显提高，特别是精度明显提高，特别是对亮对亮度不连续现象或线度不连续现象或线状特征的块状化现象有状特征的块状化现象有明显的改善。明显的改善。 计算量增加，且对图计算量增

13、加，且对图像起到平滑作用，像起到平滑作用，从从而使对比度明显的分而使对比度明显的分界线变得模糊。界线变得模糊。 鉴于该方法的计算量和精度鉴于该方法的计算量和精度适中，只要不影响应用所需适中，只要不影响应用所需的精度，作为可取的方法而的精度，作为可取的方法而常被采用。常被采用。 3更好的图像质量，细节更好的图像质量，细节表现更为清楚。表现更为清楚。 工作量很大。工作量很大。欲以三次卷积内插获得好的欲以三次卷积内插获得好的图像效图像效果，就要求位置校正果，就要求位置校正过程更准确，即对控制点选过程更准确，即对控制点选取的均匀性要求更高。取的均匀性要求更高。 626364 步骤步骤1 1：控制点编辑

14、或控制点导入：控制点编辑或控制点导入 利用“控制点编辑器”进行基于图像对图像或手动输入控制点。65获得如图的控制点分布获得如图的控制点分布利用软件处理系统提供的控制点编辑和误差计算功能，利用软件处理系统提供的控制点编辑和误差计算功能，调整控制点分布和精度，以提高几何精纠正的精度。调整控制点分布和精度，以提高几何精纠正的精度。66步骤步骤2 2：确定几何精纠正的方法和重采样方法：确定几何精纠正的方法和重采样方法 几何精纠正方法选择： 重采样方法选择：67 步骤步骤3 3：进行几何精纠正，得到纠正后影像：进行几何精纠正，得到纠正后影像几何精纠正结果图（左）与参考图（右）对比几何精纠正结果图（左）与

15、参考图（右）对比68 通常的图像几何精纠正是通过人工选取地面控制通常的图像几何精纠正是通过人工选取地面控制点进行的点进行的, 这使得几何精纠正速度成为图像应用的瓶颈这使得几何精纠正速度成为图像应用的瓶颈问题，严重制约着图像产品的应用速度。问题，严重制约着图像产品的应用速度。IRSA遥感图遥感图像处理软件利用像处理软件利用ODBC开发地面控制点管理模块，利开发地面控制点管理模块，利用用VC+开发控制点图像片识别模块，利用地面控制点开发控制点图像片识别模块，利用地面控制点数据库控制点管理模块来管理控制点信息。在对未知数据库控制点管理模块来管理控制点信息。在对未知控制点影像进行校正之前，根据控制点库

16、的控制点信控制点影像进行校正之前，根据控制点库的控制点信息通过计算机来快速识别未知控制点影像的控制点。息通过计算机来快速识别未知控制点影像的控制点。 69 基于地面控制点数据库的工作过程为：首先，在参考基于地面控制点数据库的工作过程为：首先，在参考影像上查找控制点，获取控制点的图像片以及经、纬度影像上查找控制点，获取控制点的图像片以及经、纬度信息，将该信息存入控制点库。在对未知控制点影像进信息，将该信息存入控制点库。在对未知控制点影像进行校正之前，根据未知控制点影像的四个角点经、纬度行校正之前，根据未知控制点影像的四个角点经、纬度从数据库中查询出落入该范围的已知控制点，并根据其从数据库中查询出

17、落入该范围的已知控制点，并根据其地理坐标映射到未知控制点影像上的大致位置。然后，地理坐标映射到未知控制点影像上的大致位置。然后，进行控制点图像片匹配，在未知控制点影像上通过计算进行控制点图像片匹配，在未知控制点影像上通过计算机识别控制点。最后，通过人机交互检验确保控制点的机识别控制点。最后，通过人机交互检验确保控制点的正确。对于同分辨率、同波段的影像，匹配控制点精度正确。对于同分辨率、同波段的影像，匹配控制点精度可达到一个像元。可达到一个像元。70控制点数据库管理模块人工选取控制点控 制 点信息待校正图像四个角点经、纬度用户控制点信息GCPs识别GCPs检查几何校正图像处理待 校 正图像匹 配 控 制点修 正 的 匹配控制点GCP插值分布均匀的匹配控制点校正图像控制点数据库系统工作流程框图71 (a) 原始影像 (b) 太阳高度角辐射校正后影像 利用卫星影像头文件中提供的太阳高度角参数进利用卫星影像头文件中提供的太阳高度角参数进行辐射校正。输出文件为行辐射校正。输出文件为32位浮点影像数据。位浮点影像数据。 72oIaI 太阳光线和地