5-1遙感圖像幾何處理-構(gòu)像方程ppt課件

1、第五章 遙感圖像幾何校正 Chapter Remote sensing image Geometric Correction遙感圖像處理內(nèi)容？遙感圖像存儲(chǔ)格式有三種？ 1、BIPBand Interlearved by Pixel） 按象元波段交叉式記錄，有利于作子區(qū)處理，較少使用 2、BILBand Interlearved by Line） 按行波段交叉式記錄，便于單波段處理和提取 3、BSQBand Sequentiel） 按波段順序式記錄，適用于多波段運(yùn)算和分類(lèi)遙感圖像的統(tǒng)計(jì)分析？遙感圖像的統(tǒng)計(jì)分析？ 1圖像的統(tǒng)計(jì)量 圖像灰度均值 灰度中值 灰度眾數(shù) 灰度方差與標(biāo)準(zhǔn)差 灰度反差 2圖像

2、的直方圖 3 多波段間的統(tǒng)計(jì)分析 maxmin( , )( , )( , )2medfi jfi jfi j11( , )MNijf i jMN211( , )MNijf i jMN1maxmin( , )( , )( , )rangeCfi jfi jfi jmax2min( , )( , )fi jCfi j3C標(biāo)準(zhǔn)差小，亮度值比較集中，圖像反差?。粯?biāo)準(zhǔn)差大，亮度值比較分散，圖像反差大。Min Max Mean Stdev 0 255 112.59 48.47Min Max Mean Stdev 25 166 81.37 10.23原始圖像拉伸處理后圖像圖像標(biāo)準(zhǔn)差與圖像反差的關(guān)系？圖像的直

3、方圖？Histogram（1 1圖像直方圖的基圖像直方圖的基本概念：本概念：直方圖是圖像中的每個(gè)直方圖是圖像中的每個(gè)亮度值亮度值(DN)(DN)的像元數(shù)量的像元數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分布。圖像直方的統(tǒng)計(jì)分布。圖像直方圖的橫坐標(biāo)表示圖像的圖的橫坐標(biāo)表示圖像的灰度級(jí)變化，直方圖的灰度級(jí)變化，直方圖的縱坐標(biāo)表示圖像中某個(gè)縱坐標(biāo)表示圖像中某個(gè)灰度出現(xiàn)的頻率。灰度出現(xiàn)的頻率。直方圖是圖像灰度分布直方圖是圖像灰度分布的直觀描述，它能夠反的直觀描述，它能夠反映圖像的信息量及分布映圖像的信息量及分布特征。特征。如圖如圖a a 水體水體b b 濕地濕地c c 陸地陸地多波段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征-相關(guān)系數(shù)與相關(guān)矩陣Correlat

4、ion Matrix的意義？相關(guān)系數(shù)是描述多波段圖像的相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量。對(duì)遙感圖像來(lái)說(shuō)，二個(gè)波段之間彼此包含的信息很多，稱(chēng)相關(guān)程度高，若彼此包含不同信息，則說(shuō)相關(guān)程度低。相關(guān)系數(shù)表示兩個(gè)波段圖像所包含的信息內(nèi)容的重疊程度，是多波段圖像彩色合成的重要依據(jù)。2fgfgffggr 1111NNrRr相關(guān)系數(shù)相關(guān)矩陣焦作，焦作，TMTM，2019.5.192019.5.19Band 1Band 2Band 3Band 4Band 5Band 7Basic Stats Min Max Mean Stdev Num Eigenvalue Band 1 71 238 100.198278？13.282733

5、 1 865.526840 Band 2 31 129 48.810632 7.960678 2 172.335425 Band 3 25 166 54.181880 13.189381 3 45.795327 Band 4 25 167 80.806152 10.032392 4 11.086515 Band 5 21 249 95.733802 18.548537 5 5.464733 Band 7 10 186 50.995964 15.587194 6 1.212051 Covariance Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band

6、1 176.430989 101.765209 162.994672 -38.125529 155.960734 175.349046 Band 2 101.765209 63.372388 102.338054 -15.756053 105.355173 108.990120 Band 3 162.994672 102.338054 173.959768 -29.815253 178.904334 183.638468 Band 4 -38.125529 -15.756053 -29.815253 100.648899 41.989453 -17.068897 Band 5 155.9607

7、34 105.355173 178.904334 41.989453 344.048228 261.256711 Band 6 175.349046 108.990120 183.638468 -17.068897 261.256711 242.960618Correlation Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 1.000000 0.962414 0.930383 -0.286104 0.633021 0.846931 Band 2 0.962414 1.000000 0.974681 -0.197284 0.713504 0.

8、878353 Band 3 0.930383 0.974681 1.000000 -0.225325 0.731285 0.893246 Band 4 -0.286104 -0.197284 -0.225325 1.000000 0.225645 -0.109152 Band 5 0.633021 0.713504 0.731285 0.225645 1.000000 0.903628 Band 7 0.846931 0.878353 0.893246 -0.109152 0.903628 1.000000焦作地區(qū)相焦作地區(qū)相關(guān)系數(shù)矩陣關(guān)系數(shù)矩陣TMTM，2019.5.192019.5.19T

9、M圖像的相關(guān)特點(diǎn)？TM數(shù)據(jù)相關(guān)分組性 TM1、2、3相關(guān)系數(shù)較大，屬于一組 TM5、7均為紅外波段，相關(guān)系數(shù)較大，成為一組 TM4與其它波段的相關(guān)性都很小，單獨(dú)成為一組 TM6因其幾何分辨率較其它波段都低，無(wú)法與其它波段進(jìn)行相關(guān)分析，也單獨(dú)為一組。Correlation Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 1.000000 0.962414 0.930383 -0.286104 0.633021 0.846931 Band 2 0.962414 1.000000 0.974681 -0.197284 0.713504 0.87835

10、3 Band 3 0.930383 0.974681 1.000000 -0.225325 0.731285 0.893246 Band 4 -0.286104 -0.197284 -0.225325 1.000000 0.225645 -0.109152 Band 5 0.633021 0.713504 0.731285 0.225645 1.000000 0.903628 Band 7 0.846931 0.878353 0.893246 -0.109152 0.903628 1.000000第五章 遙感圖像幾何處理 Chapter Remote sensing image Geometr

11、ic Correction 5.1遙感傳感器的構(gòu)像方程 5.2幾何畸變(Geometric distortion) 5.3幾何校正(Geometric correction)5.1 遙感傳感器的構(gòu)像方程 5.1.1 遙感圖像的通用構(gòu)像方程 5.1.2 中心投影構(gòu)像方程 5.1.3 全景攝影機(jī)的構(gòu)像方程 5.1.4 推掃式傳感器的構(gòu)像方程 5.1.5 光機(jī)掃描式傳感器的構(gòu)像方程 5.1.6 側(cè)視雷達(dá)的構(gòu)像方程 5.1.7 基于多項(xiàng)式的傳感器模型 5.1.8 基于有理函數(shù)的傳感器模型5.1.1 遙感圖像的通用構(gòu)像方程 構(gòu)像方程圖像坐標(biāo)圖像坐標(biāo)x,y）大地坐標(biāo)大地坐標(biāo)X，Y，Z）數(shù)學(xué)關(guān)系數(shù)學(xué)關(guān)系共線(xiàn)

12、方程共線(xiàn)方程SoA (X,Y,Z)a (x,y)xyxyGXGYGZOoyxoSSOSO：主光軸：主光軸像像平平面面直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)系系oxyoxyaa(x,y)o：像主點(diǎn)SoAaxyxy原點(diǎn)、軸向、作用原點(diǎn)、軸向、作用oxyyxoa ayxGXGYGZO2D3D？SoAaxyxySyxyxa-fyxz像空間坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系 s-xyz s-xyz 表示像點(diǎn)在像方空間表示像點(diǎn)在像方空間位置位置的空間直角坐標(biāo)系。的空間直角坐標(biāo)系。xyz原點(diǎn)、軸向、作用原點(diǎn)、軸向、作用GXGYGZO(x,y,-f)(x,y,-f)O第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素像空間輔助坐標(biāo)系像空間輔助坐標(biāo)系 S-XYZ

13、S-XYZ( (傳感器坐標(biāo)系傳感器坐標(biāo)系) )原點(diǎn)、軸向、作用原點(diǎn)、軸向、作用SoAaxyxyxyzGXGYGZOTXTYTZTOXZYXZYXZYXZYM原點(diǎn)、軸向、作用原點(diǎn)、軸向、作用SoAaxyxyxyzGXGYGZO 地面輔助坐標(biāo)系地面輔助坐標(biāo)系TTTTZYXO TXTYTZTO過(guò)渡性的地面坐標(biāo)系統(tǒng)。過(guò)渡性的地面坐標(biāo)系統(tǒng)。Z軸鉛垂的攝影測(cè)量坐標(biāo)系軸鉛垂的攝影測(cè)量坐標(biāo)系為地面輔助坐標(biāo)系。為地面輔助坐標(biāo)系。攝影測(cè)量成果都在地面輔助攝影測(cè)量成果都在地面輔助坐標(biāo)系中表示。坐標(biāo)系中表示。簡(jiǎn)稱(chēng)地輔系。簡(jiǎn)稱(chēng)地輔系。第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素主要坐標(biāo)系oYZyfS(XS,YS,ZS)p(x,y

14、)xVzU OXP(X,Y,Z)W 構(gòu)像方程中的坐標(biāo)系構(gòu)像方程中的坐標(biāo)系 傳感器坐標(biāo)系傳感器坐標(biāo)系S-UVW圖像坐標(biāo)系圖像坐標(biāo)系o-xyf地面坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系O-XYZ在地面坐標(biāo)系與傳感器坐標(biāo)系之間建立的轉(zhuǎn)換關(guān)系稱(chēng)為通用構(gòu)像方程pSPPSpPSpUXXYYA VZZWoYZyfS(XS,YS,ZS)p(U,V,W)xVzU OXP(X,Y,Z)W 確定攝影時(shí)攝影確定攝影時(shí)攝影中心、像片與地中心、像片與地面三者之間相關(guān)面三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)。位置關(guān)系的參數(shù)。5.1.2 中心投影構(gòu)像方程SoAaxyxyxyzGXGYGZTXTYTZTOSoAaxyxyxyzGXGYGZTXTYTZTO像平面

15、坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系像空間輔助坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系像點(diǎn)地面點(diǎn)攝影測(cè)量圖像坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系像空間輔助坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系像點(diǎn)地面點(diǎn)攝影測(cè)量?jī)?nèi)方位元素外方位元素00,xyf內(nèi)方位元素內(nèi)方位元素投影中心對(duì)航攝像片的相對(duì)位置叫做像投影中心對(duì)航攝像片的相對(duì)位置叫做像片的內(nèi)方位；確定內(nèi)方位的獨(dú)立參數(shù)叫做內(nèi)片的內(nèi)方位；確定內(nèi)方位的獨(dú)立參數(shù)叫做內(nèi)方位元素。方位元素。 確定投影中心對(duì)像片的相對(duì)位置的參數(shù)；確定投影中心對(duì)像片的相對(duì)位置的參數(shù)；oyx0 x0yoSf 內(nèi)方位元素一般是已知的內(nèi)方位元素一般是已知的 留意框標(biāo)坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系內(nèi)方位元素00,xyfxyz第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素內(nèi)方位元素內(nèi)方位元素框標(biāo)

16、坐標(biāo)系、像平面坐標(biāo)系、框標(biāo)坐標(biāo)系、像平面坐標(biāo)系、像空系之間的關(guān)系像空系之間的關(guān)系oyx0 x0yoSfxyz xx yy0 x0ya 在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為），（yx a 在像空系中的坐標(biāo)為在像空系中的坐標(biāo)為），（fyx00,xyf第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素內(nèi)方位元素內(nèi)方位元素每條攝影光線(xiàn)在像空系中有一個(gè)確定的方向。作用：作用：1、像點(diǎn)的框標(biāo)坐標(biāo)系向像空系的、像點(diǎn)的框標(biāo)坐標(biāo)系向像空系的改化；改化；2、確定攝影光束的形狀；、確定攝影光束的形狀； SxyoaAfzxy),( yx00,xyf第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素soAYXZ確定攝影瞬間像片在地面直角坐標(biāo)系

17、中空間位置和姿態(tài)確定攝影瞬間像片在地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)的參數(shù)像像片片外外方方位位元元素素ZsXsYs外方位線(xiàn)元素：描述攝影中心在地面空間直角坐標(biāo)系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Y 軸為主軸的- 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN航向傾角航向傾角旁向傾角旁向傾角像片旋角像片旋角osxyzOX共線(xiàn)方程推導(dǎo) 1 1、像空間坐標(biāo)與像、像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換空間輔助坐標(biāo)的變換 2 2、利用共線(xiàn)條件建、利用共線(xiàn)條件建立地面坐標(biāo)和像空間立地面坐標(biāo)和像空間輔助坐標(biāo)系的關(guān)系輔助坐標(biāo)系的關(guān)系SoAaxyxyxyzGXGYGZ

18、TXTYTZTOxyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換平平面面坐坐標(biāo)標(biāo)變變換換xyoxyaaaaaaacossinsincosyxyyxxyxyxaaaacossinsincosZYXZYXZYXRcos0sin010sin0coscossinsincosZXZYYZXXaS-XYZ坐標(biāo)系繞Y 軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYZXZSYXZ (Y)以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換ZYXZYXZYXRcossin0sincos0001S-XYZ坐標(biāo)系繞X軸旋轉(zhuǎn)角到S-XY

19、z以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換zyxzyxZYXR1000cossin0sincosS-XYz坐標(biāo)系繞z軸旋轉(zhuǎn)角到S-xyz以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRR以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換coscoscossincossinsinsinsincoscossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321cccbbbaaa以Y 軸為主軸

20、的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換共線(xiàn)方程 1 1、像空間坐標(biāo)與像、像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換空間輔助坐標(biāo)的變換 2 2、利用共線(xiàn)條件建、利用共線(xiàn)條件建立地面坐標(biāo)和像空間立地面坐標(biāo)和像空間輔助坐標(biāo)系的關(guān)系輔助坐標(biāo)系的關(guān)系SoAaxyxyxyzGXGYGZTXTYTZTO航攝儀sxyxyzMZYXAao共線(xiàn)條件 在理想情況下，攝影瞬間像點(diǎn)、投影中心、物點(diǎn)位于同一條直線(xiàn)上，描述這三點(diǎn)共線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱(chēng)之為共線(xiàn)條件方程。共線(xiàn)條件xyzXYZAasXsYsZsNYaXaZaXA- XsYA- Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX1aaaAsAsAsXYZXXYYZZ1aAsaAsaAsXXXYY

21、YZZZ共線(xiàn)條件方程1aAsaAsaAsXXXYYYZZZ123123123aaaXxaaaxYybbbyZfcccfR)()()()()()()()()()()()(333222333111ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx假設(shè)共線(xiàn)方程的最簡(jiǎn)形式：111222333()()()()( )()()()( )()()()sssssssssXaXXb YYc ZZYaXXb YYcZZZaXXb YYcZZ由像點(diǎn)坐標(biāo)解求大地平面坐標(biāo)：fcycxcfbybxbZZYYfcycxcfayaxaZZXXssss321321321321

22、)()()()(知知內(nèi)、外方位元素內(nèi)、外方位元素像點(diǎn)坐標(biāo)像點(diǎn)坐標(biāo)DEMXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S25.1.3 全景攝影機(jī)的構(gòu)像方程O(píng)wP sXxP(X,Y,Z)像點(diǎn)像點(diǎn)Pv tZ曝光縫隙曝光縫隙等效畫(huà)幅式像片等效畫(huà)幅式像片Yu(u)wv s-uvw為傳感器坐標(biāo)系為傳感器坐標(biāo)系 s-uvw為成像瞬間的為成像瞬間的 像空間坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系 O-XYZ為地面坐標(biāo)系為地面坐標(biāo)系 5.1.4 推掃式傳感器的構(gòu)像方程 每一條線(xiàn)的成像屬于中心投影；幾何關(guān)系類(lèi)似于全景投影像片f 不變）wvus uvws XYZO ：遙感器坐標(biāo)系：遙感器坐標(biāo)系：像

23、空間坐標(biāo)系：像空間坐標(biāo)系：地面坐標(biāo)系：地面坐標(biāo)系XYZ0twwvvu(u)P(X,Y,Z)像點(diǎn)p推掃式傳感器的構(gòu)像方程10000 cossin0 sincosSStttSttXXYYAyZfZ5.1.5 光機(jī)掃描式傳感器的構(gòu)像方程 多中心投影每個(gè)像元都有投影中心）； 幾何關(guān)系類(lèi)似于全景投影像片f 不變）; 對(duì)整張圖像來(lái)說(shuō)，難以用有固定參數(shù)的數(shù)學(xué)模型來(lái)表達(dá)。應(yīng)用中，除仿照共線(xiàn)條件建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)間的關(guān)系式，常用多項(xiàng)式形式來(lái)表達(dá)像點(diǎn)與地面點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系式. 5.1.5 光機(jī)掃描式傳感器的構(gòu)像方程5.1.7 基于多項(xiàng)式的傳感器模型 多項(xiàng)式模型回避成像的幾何過(guò)程，直接對(duì)圖像變形本身進(jìn)多項(xiàng)式模型回避成像的

24、幾何過(guò)程，直接對(duì)圖像變形本身進(jìn)行模擬。把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、行模擬。把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、扭曲、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形形成。扭曲、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形形成。 把遙感圖象的總體變形，用一個(gè)適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來(lái)表達(dá)。把遙感圖象的總體變形，用一個(gè)適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來(lái)表達(dá)。 利用控制點(diǎn)的圖象坐標(biāo)和參利用控制點(diǎn)的圖象坐標(biāo)和參考坐標(biāo)系中理論坐標(biāo)按最小考坐標(biāo)系中理論坐標(biāo)按最小二乘原理求解出多項(xiàng)式中的二乘原理求解出多項(xiàng)式中的系數(shù)，然后以此多項(xiàng)式對(duì)圖系數(shù)，然后以此多項(xiàng)式對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正。像進(jìn)行幾何校正。基于多項(xiàng)式的傳感器模型0000,1,2,3,.nn iijijijnn iijijijxa u vnyb u v001001001001xaa ua vybb ub vn=1n=1時(shí)：時(shí)：一次多項(xiàng)式校