章遥感数字几何处理

5.2遥感图像的几何变形黑龙江工程学院测绘工程系一、遥感传感器的构像方程一）遥感图像通用构像方程传感器坐标系像点坐标系地面坐标系传感器坐标与像空间坐标系轴相互平行

设地面点P在地面坐标系中的坐标为（XYZ）P，P在传感器坐标系中的坐标为（UVW）P，传感器投影中心S在地面坐标系中的坐标为（XYZ）S，传感器的姿态角为（

)

则通用的构像方程为：式中，A为传感器坐标系相对于地面坐标系的旋转矩阵，是传感器姿态角的函数。A=其中二）中心投影构像方程根据中心投影的特点，图像坐标（x,y,-f）和传感器系统坐标之间有如下关系：

其中：为成像比例尺分母，为摄影机主距所以中心投影像片坐标与地面点大地坐标的关系（构像方程）为其正算公式：其反算公式：以上是中心投影的构像方程，下面我们看看多中心投影的构像方程

三）全景摄影机的构像方程

全景摄影属于动态扫描摄影，它借助于旋转棱镜或物镜自转等实现地物的全景扫描，全景摄像机的焦面快门的缝隙方向与飞行方向平行，扫描方向与飞行方向垂直，在飞行方向上是中心投影，在扫描方向上是柱面投影。四）推扫式传感器的构像方程在时刻T时像点P的坐标为（0，y,-f）,因此推扫式传感器的构像方程为：或当推扫式传感器沿卫星轨道方向旁向倾斜固定角θ时，

当推扫式传感器阵列在其卫星轨道方向内向前或向后倾斜角为θ时五）扫描式传感器的构像方程任意一个像元的构像，等效于中心投影朝旁向旋转了扫描角θ后，以像幅中心成像的几何关系，所以扫描式传感器的构像方程为：二、遥感图像的几何变形原始图像上各地物的几何位置、形状尺寸等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的变形。静态误差和动态误差内部误差和外部误差遥感图像的几何变形：一）传感器成像方式引起的图像变形二）传感器外方位元素变化的影响三）地形起伏引起的像点位移四）地球曲率引起的图像变形五）大气折射引起的图像变形六）地球自转的影响几何变形：原始图像上各地物的特征与在参照系统中的表达不一致时产生的变形传感器的成像方式有中心投影，全景投影，斜距投影，以及平行投影，由于中心投影在垂直摄影和地面平坦的情况下，地面物体与其景物具有相似性，不存在由成像方式造成的图像变形，因此把中心投影的图像作为基准图像来讨论其他方式投影图像的变形规律。一）、传感器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，而是一个圆柱面为焦距，为成像角，=57.29570/rad2）、斜距投影变形侧视雷达属于斜距投影变形,地物点P在斜距投影图像上的图像坐标为yp。H为航高,斜距投影图像上的影像坐标为：而地面上P点在等效中心投影图像oy’上的像点P′为：y=变形误差为:传感器外方位元素,是指传感器成像时的位置(XSYSZS)和姿态角().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.这种变形一般由地物点图像的坐标误差来表达,并可以通过传感器的构像方程推出。二）、传感器外方位元素变化的影响引起的图像变形常规的框幅摄影机的构像方程中，如果竖直摄影的条件下，，则

则外方位元素变化引起的像点位移：对于推扫式成像仪，每条影像线x=0，则：对于扫描式的成像仪动态扫描的构像方程都是对应于一个扫描瞬间（扫描线或某一像素）而建立的，变形误差方程式只能表达为该扫描瞬间像幅上的局部变形，整个图像的变形是所有瞬间局部变形的结果。四）、地球曲率引起的图像变形只要把地球表面(把地球表面看成球面)上的点到地球切平面的正射投影距离看做是一种系统的地形起伏，就可以利用前面介绍的像点位移公式来估计地球曲率所引起的像点位移，如图所示。

公式：五）、大气折射引起的图像变形电磁波在大气层的传播时的折射率随高度而变化，使得电磁波的传播路径不是直线而是曲线，因而引起像点位移。公式：六）、地球自转的影响当卫星由北向南运行的同时，地球表面由西向东自转，由于卫星图像上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，最终使图像发生扭曲遥感图像的几何变形：一）传感器成像方式引起的图像变形二）传感器外方位元素变化的影响三）地形起伏引起的像点位移四）地球曲率引起的图像变形五）大气折射引起的图像变形六）地球自转的影响

第六章遥感图像辐射处理§6.1遥感图像的辐射处理一.辐射校正的含义二.辐射误差的来源三.辐射定标四.辐射校正的方法由辐射传输方程可知,传感器接收到的辐射亮度Eλ为Kλ为传感器的光谱响应系数；ρλ为地物的波谱反射系数；E0为太阳辐射照度；t(z1,z2)为区段大气层的光学厚度；θ为太阳天顶角；ελ为波谱发射率系数;Wе(λ)为地物同温度黑体的发射通量密度；H为平台高度；bλ

为大气辐射所形成的天空辐照亮度。一、.辐射误差的来源

1.传感器仪器本身产生的误差

2.太阳位置地形起伏引起的辐射误差

3.是大气影响引起的辐射误差相应的辐射处理包括辐射定标和辐射误差校正

二、传感器辐射定标传感器探测值的标定过程和方法，用以确定传感器入口处的准确辐射值。绝对定标：对目标作定量的描述，要得到目标的辐射绝对值相对定标：只得出目标中某一点辐射亮度与其它点的相对值

三、辐射校正的含义辐射校正：消除或改正遥感图像成像过程中附加在遥感传感器输出的辐射能量中各种噪声的过程目的是尽可能恢复图像的本来面目，为遥感图像的识别，分类，解译等后续工作打下基础。

辐射校正1简化理论计算方法2太阳高度角和地形起伏引起的辐射误差校正3大气校正太阳高度角BRDF模型比值图像辐射校正1简化理论计算方法2太阳高度角和地形起伏引起的辐射误差校正3大气校正

回归分析法（重要）在不受大气影响的波段和待校正的某一波段图像中，选择区域中的一系列目标，将每一个目标的两个待比较的波段亮度值提取出来进行会给分析。以TM为例，1波段的散射最大，7波段几乎不受影响，TM3=a+b×TM7大气校正前的盖度大气校正后的盖度直方图法思想：在一幅图像总可以找到其亮度值为0的地物，实际上，不为0，校正时候将每一个波段中每一个象元的亮度值都减去本波段的最小值。使图像的亮度动态范围得到改善，对比度增强。图像质量提高。地面场数据或辅助数据进行大气校正几何校正5.3.1几何粗校正5.3.2几何精校正系统误差改正，改正传感器的内部畸变两个环节：一是像素坐标的变换；二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。5.3遥感图像的几何处理遥感图像精纠正的主要处理过程：根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型根据模型确定纠正公式根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度对原始图像进行几何变换计算，亮度重采样5.3.2几何精校正例：多项式纠正法

一、基本思想：回避成像的空间几何过程，直接对图像变形本身进行模拟。二具体过程（以二次多项式为例）（一）利用已知控制点求解多项式系数（二）遥感图像的纠正变换：1、边界的确定---2、坐标变换的两种方案的选择-3、间接法中数字图像灰度值的重采样的方法选择

实际计算中常常采用二元二次多项式，其展开式为：6个控制点是解线性方程的理论最低数，需采用最小二乘法，通过对控制点数据进行曲面拟合来求系数。1控制点选择（Ｎ＋１）（Ｎ＋２）／２数目的选择位置的选择控制点选择控制点选择控制点选择控制点选择控制点选择二、具体过程（以二次多项式为例）（一）利用已知控制点求解多项式系数（二）遥感图像的纠正变换：1、边界的确定---2、坐标变换的两种方案的选择-3、间接法中数字图像灰度值的重采样的方法选择

纠正后数字图像边界的确定确定图像总的行列数二、具体过程（以二次多项式为例）（一）利用已知控制点求解多项式系数（二）遥感图像的纠正变换：1、边界的确定---2、坐标变换的两种方案的选择-3、间接法中数字图像灰度值的重采样的方法选择

直接法和间接法纠正方案二具体过程（以二次多项式为例）（一）利用已知控制点求解多项式系数（二）遥感图像的纠正变换：1、边界的确定---2、坐标变换的两种方案的选择-3、间接法中数字图像灰度值的重采样的方法选择

不在采样点数字图像灰度值的重采样a）最近邻法K=Integer(x+0.5)L=Integer(y+0.5)式中，Integer为取整，于是点（K，L）的亮度值就作为点（x,y）的亮度值。这种方法简单易用，处理后的图像的亮度具有不连续性，从而影响了精度。b）双线性内插法然后，计算X方向组成的内插值来内插综合以上公式得：其中，i,j的值由x,y取整；换一个角度说明双线性插值法卷积核是一个三角形函数11122122pYXy1y2aby1-yx1-xx2x1双线性插值法示意图双线性插值法加权平均值双线性插值法计算：I1=78I2=60I3=43I4=12X=0.6Y=0.2求:插值点的量度值5.1遥感传感器的构像方程通用构像方程、多中心投影的构像方程5.2遥感图像的几何变形六大变形5.3遥感图像的几何处理粗校正、精校正（过程、以二次多项式为例学习具体过程）5.4数字图像的自动配准和数字镶嵌1、相关系数测定使其值最大对应的（c，r）就是T的中心点的同名点模板t模板和搜索区mn5.4图像间的自动配准与数字镶嵌一、自动配准：相对配准和绝对配准通过图像相关的方法自动获取同名点例题：计算1346168911142343551298934521512101261281112112312227124112212941452312103478922129782324151223xYXYX-XY-Y(X-X)²(X-X)(Y-Y)(Y-Y)²11-7-549352532-5-425201644-4-2168464-2-2444161488646464850-100197111111183296414963