[航空航天]幾何校正

1、.實(shí)驗(yàn)二 遙感圖像的幾何校正實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)習(xí)操作，掌握遙感圖像幾何校正的基本方法和步驟，深刻理解遙感圖像幾何校正的意義。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：ERDAS軟件中圖像預(yù)處理模塊下的圖像幾何校正。幾何校正就是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上，使其符合地圖投影系統(tǒng)的過程。而將地圖投影系統(tǒng)賦予圖像數(shù)據(jù)的過程，稱為地理參考（Geo-referencing）。由于所有地圖投影系統(tǒng)都遵循一定的地圖坐標(biāo)系統(tǒng)，因此幾何校正的過程包含了地理參考過程。1、圖像幾何校正的途徑ERDAS圖標(biāo)面板工具條：點(diǎn)擊DataPrep圖標(biāo)，Image Geometric Correction 打開Set Geo-Correction Input Fil

2、e對(duì)話框（圖2-1）。ERDAS圖標(biāo)面板菜單條：MainData PreparationImage Geometric Correction打開Set Geo-Correction Input File對(duì)話框（圖2-1）。圖2-1 Set Geo-Correction Input File對(duì)話框在Set Geo-Correction Input File對(duì)話框（圖2-1）中，需要確定校正圖像，有兩種選擇情況：其一：首先確定來自視窗（FromViewer），然后選擇顯示圖像視窗。其二：首先確定來自文件（From Image File），然后選擇輸入圖像。2、圖像幾何校正的計(jì)算模型（Geometr

3、ic Correction Model）ERDAS提供的圖像幾何校正模型有7種，具體功能如下：表2-1 幾何校正計(jì)算模型與功能模型功能Affine圖像仿射變換（不做投影變換）Polynomial多項(xiàng)式變換（同時(shí)作投影變換）Reproject投影變換（轉(zhuǎn)換調(diào)用多項(xiàng)式變換）Rubber Sheeting非線性變換、非均勻變換Camera航空影像正射校正LandsatLantsat衛(wèi)星圖像正射校正SpotSpot衛(wèi)星圖像正射校正3、圖像校正的具體過程實(shí)習(xí)的內(nèi)容為用一景已經(jīng)糾正好的影像作為參考糾正一景原始影像。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：給定一景Atlanta的TM多光譜原始影像，參照影像為已經(jīng)糾正好的Atlanta的

4、ETM全色波段影像。對(duì)TM影象進(jìn)行多項(xiàng)式糾正。以ERDAS軟件為例說明糾正的流程。第一步：顯示圖像文件（Display Image Files）首先，在ERDAS圖標(biāo)面板中點(diǎn)擊Viewer圖表兩次，打開兩個(gè)視窗（Viewer1/Viewer2），并將兩個(gè)視窗平鋪放置，操作過程如下：ERDAS圖表面板菜單條：SessionTitle Viewers然后，在Viewer1中打開需要校正的Lantsat圖像：tmAtlanta.img在Viewer2中打開作為地理參考的校正過的SPOT圖像：panAtlanta.img（或校正學(xué)校航空影像：在Viewer1中打開需要校正的學(xué)校航空影像：HPU-aer

5、ial.tif 在Viewer2中打開作為地理參考的校正過的IKONOS圖像： HPU-IKONOS-RGB-sharpen-1.tif） tmatlanta.img panatlanta.img第二步：?jiǎn)?dòng)幾何校正模塊（Geometric Correction Tool）Viewer1菜單條：Raster Geometric Correction打開Set Geometric Model對(duì)話框（2-2）選擇多項(xiàng)式幾何校正模型：PolynomialOK 同時(shí)打開Geo Correction Tools對(duì)話框（2-3）和Polynomial Model Properties對(duì)話框（2-4）。在P

6、olynomial Model Properties對(duì)話框中，定義多項(xiàng)式模型參數(shù)以及投影參數(shù)：定義多項(xiàng)式次數(shù)（Polynomial Order）:1定義投影參數(shù)：（PROJECTION）:略ApplyClose打開GCP Tool Referense Setup 對(duì)話框（2-5） 圖2-2 Set Geometric Model對(duì)話框圖2-3 Geo Correction Tools對(duì)話框1圖2-4 Polynomial Properties對(duì)話框圖2-5 GCP Tool Referense Setup 對(duì)話框第三步：?jiǎn)?dòng)控制點(diǎn)工具（Start GCP Tools）圖2-6 Viewer S

7、election Instructions首先，在GCP Tool Referense Setup對(duì)話框（圖2-5）中選擇采點(diǎn)模式： 選擇視窗采點(diǎn)模式：Existing ViewerOK打開Viewer Selection Instructions指示器（圖2-6）在顯示作為地理參考圖像panAtlanta,img的Viewer2中點(diǎn)擊左鍵打開reference Map Information 提示框（圖2-7）；OK此時(shí)，整個(gè)屏幕將自動(dòng)變化為如圖2-8所示的狀態(tài)，表明控制點(diǎn)工具被啟動(dòng)，進(jìn)入控制點(diǎn)采點(diǎn)狀態(tài)。圖2-7 reference Map Information 提示框圖2-8 控制點(diǎn)采點(diǎn)

8、第四步：采集地面控制點(diǎn)（Ground Control Point）控制點(diǎn)的選擇是幾何糾正的關(guān)鍵。步驟如下：Viewer1中選擇明顯點(diǎn)移動(dòng)連接框，尋找明顯地物點(diǎn)如道路交叉點(diǎn)，在GCP TOOL中點(diǎn)擊，進(jìn)入GCP選擇狀態(tài)，光標(biāo)顯示為十字，表示可以選擇同名點(diǎn)，在Viewer3中明顯點(diǎn)上點(diǎn)左鍵，在GCP 數(shù)據(jù)記錄表中顯示該點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。在Viewer2中的選擇同名點(diǎn)在Viewer2中移動(dòng)連接框，到與Viewer3中對(duì)應(yīng)的同名點(diǎn)位置，在GCP TOOL中點(diǎn)擊，在Viewer4中明顯點(diǎn)上點(diǎn)左鍵，系統(tǒng)在GCP 數(shù)據(jù)記錄表中自動(dòng)顯示該點(diǎn)的地面坐標(biāo)。(圖2-9)在主窗口和放大窗口中系統(tǒng)會(huì)顯示GCP #1，表示選

9、擇的第一對(duì)同名點(diǎn)，其顏色可以在GCP TOOL中重新設(shè)定。此時(shí)GCP TOOL顯示為：XInput: 圖像坐標(biāo)，XRef: 地面坐標(biāo)，Point#: 點(diǎn)號(hào)，Color: 顯示的顏色圖2-9根據(jù)多項(xiàng)式糾正的要求，同名點(diǎn)對(duì)至少要在7對(duì)以上，重復(fù)1，2兩個(gè)步驟，直到選擇的控制點(diǎn)數(shù)滿足糾正的數(shù)量要求。當(dāng)選擇了六對(duì)同名點(diǎn)后，第七個(gè)及以上同名點(diǎn)的選擇：只需在Viewer1中選擇一個(gè)明顯點(diǎn)，其同名點(diǎn)會(huì)在Viewer1中自動(dòng)顯示，如果位置有誤差，可以用鼠標(biāo)左鍵調(diào)整點(diǎn)位，確保選擇的是同名點(diǎn)。(圖2-10)圖2-10共選擇8個(gè)同名點(diǎn)對(duì)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算得到單點(diǎn)誤差和其貢獻(xiàn)，此時(shí)在GCP TOOL中顯示的內(nèi)容有：同名點(diǎn)

10、點(diǎn)號(hào)Point ID# ：共選擇8個(gè)，點(diǎn)號(hào)為1-8；顏色Color：GCP在窗口中顯示的顏色，這里用紅色；圖像坐標(biāo)X input：Y input，指需要糾正的圖像的像點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)應(yīng)的同名點(diǎn)地面坐標(biāo)X Ref.，Y Ref.；同名點(diǎn)類型Type ：控制點(diǎn)Control；模型計(jì)算后地面控制點(diǎn)的殘差X Residual ，Y Residual；每個(gè)地面點(diǎn)中誤差RMS Error；每個(gè)點(diǎn)的貢獻(xiàn)Contrib，及匹配程度Match。當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)量超過7個(gè)時(shí)，點(diǎn)擊，后面四項(xiàng)由模型自動(dòng)計(jì)算得到；全部控制點(diǎn)平差后的精度顯示在右上角，只有當(dāng)Total小于一個(gè)像元時(shí)，才滿足糾正精度要求，繼續(xù)后面的重采樣(圖2-11)

11、.圖2-11第五步：采集地面檢查點(diǎn)（Ground Check Point）以上采集的 GCP的類型均為控制點(diǎn)，用于控制計(jì)算，建立轉(zhuǎn)換模型及多項(xiàng)式方程，。下面所要采集的GCP類型是檢查點(diǎn)。檢查點(diǎn)的選取是為了驗(yàn)證控制點(diǎn)的精度，首先設(shè)置點(diǎn)的類型為Check，Edit/Set Point Type/Check，然后按照前面選擇控制點(diǎn)的方法選擇檢查點(diǎn)。選四個(gè)控制點(diǎn)，點(diǎn)擊，在相應(yīng)的欄內(nèi)顯示檢查點(diǎn)的殘差(圖2-12)：圖2-12檢查點(diǎn)的殘差顯示為其精度在一個(gè)像素之內(nèi)，所以原先選擇的8個(gè)控制點(diǎn)的精度滿足要求。第六步：計(jì)算轉(zhuǎn)換模型（Compute Transformation）在控制點(diǎn)采集過程中，一般是設(shè)置為自

12、動(dòng)轉(zhuǎn)換計(jì)算模型。所以隨著控制點(diǎn)采集過程的完成，轉(zhuǎn)換模型就自動(dòng)計(jì)算生成。 在Geo-Correction Tools對(duì)話框中，點(diǎn)擊Display Model Properties 圖標(biāo)，可以查閱模型(圖2-13)。一般在選擇好控制點(diǎn)后系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算變換參數(shù)?；蛘咴诙囗?xiàng)式糾正模型參數(shù)對(duì)話框選擇Transformation。顯示多項(xiàng)式中a,b的值圖2-13 至此就完成了多項(xiàng)式糾正的參數(shù)計(jì)算部分。退出該模塊時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示對(duì)有關(guān)文件做好保存。第七步：圖像重采樣（Resample the Image）重采樣過程就是依據(jù)未校正圖像的像元值，計(jì)算生成一幅校正圖像的過程。原圖像中所有刪格數(shù)據(jù)層都要進(jìn)行重采樣。ER

13、DAS IMAGE 提供了三種最常用的重采樣方法（略）。圖像重采樣的過程：首先，在幾何糾正工具Geo Correction Tools(圖2-14)中選擇Image Resample 圖標(biāo),打開重采樣對(duì)話框(Resample) (圖2-15)。 圖2-14 Geo-Correction Tools對(duì)話框然后，在重采樣對(duì)話框(Resample)中，定義重采樣參數(shù)；輸出圖像文件名（OutputFile）:rectify.img選擇重采樣方法（Resample Method）:Nearest Neighbor定義輸出圖像范圍：定義輸出像元的大?。涸O(shè)置輸出統(tǒng)計(jì)中忽略零值:定義重新計(jì)算輸出缺省值：在對(duì)話

14、框里（Output File）輸入糾正以后的圖像文件名，該對(duì)話框顯示了輸出圖像的大小行數(shù)（Number rows）列數(shù)(Number Columns)，輸出圖像左上角的地面坐標(biāo)(LUX,ULY)以及右下角的地面坐標(biāo)(LRX,LRY)。輸出像元的地面大小(Output Cell Sizes)，確定參數(shù)后點(diǎn)擊OK，出現(xiàn)重采樣的狀態(tài)條(圖2-16)：圖2-16 重采樣狀態(tài)條當(dāng)Percent Down為100%時(shí)，說明重采樣已經(jīng)完成。第八步：保存幾何校正模式（Save rectification Model）在Geo-Correction Tools對(duì)話框中點(diǎn)擊Exit按鈕，推出幾何校正過程，按照系統(tǒng)

15、提示，選擇保存圖像幾何校正模式，并定義模式文件，以便下一次直接利用。第九步：檢驗(yàn)校正結(jié)果（Verify rectification Result）基本方法：同時(shí)在兩個(gè)視窗中打開兩幅圖像，一幅是矯正以后的圖像，一幅是當(dāng)時(shí)的參考圖像，通過視窗地理連接功能，及查詢光標(biāo)功能進(jìn)行目視定性檢驗(yàn)。在計(jì)算參數(shù)時(shí)已經(jīng)利用檢查點(diǎn)做了驗(yàn)證，現(xiàn)將糾正后的TM圖像與作為參考圖像的SPOT圖像關(guān)聯(lián)起來，通過人工比較來驗(yàn)證結(jié)果。在兩個(gè)窗口中分別打開SPOT 和TM圖像(圖2-17)。圖2-17 顯示圖像然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出菜單(圖2-18)：圖2-18 選擇Geo. Link/unlink，表示連接兩幅圖像。彈出提示框(

16、圖2-19)圖2-19 提示框提示在要連接的窗口中點(diǎn)擊鼠標(biāo)，將兩個(gè)窗口關(guān)聯(lián)起來。點(diǎn)擊視窗按扭條中的+，移動(dòng)光標(biāo)檢查兩邊的位置是否對(duì)應(yīng)。如果兩邊對(duì)應(yīng)，說明糾正圖像滿足要求。對(duì)糾正可能出現(xiàn)的結(jié)果要能正確分析。如果總體精度不能滿足糾正要求，其原因可能有：如果總體精度不能滿足糾正要求，其原因可能有：多項(xiàng)式次數(shù)不能滿足糾正要求；控制點(diǎn)選擇不符合要求：分布不均勻，或者選點(diǎn)精度不符合要求，甚至選錯(cuò)；地形起伏引起的投影差超限；參考坐標(biāo)精度有問題；模型有問題，需要用共線方程糾正。實(shí)驗(yàn)三 遙感圖像的鑲嵌實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)驗(yàn)使學(xué)生進(jìn)一步熟練Erdas Imagine的基本操作，理解遙感圖像幾何處理的基本概念和圖像鑲嵌

17、的原理，了解遙感圖像鑲嵌的基本過程，基本掌握利用實(shí)驗(yàn)中所選軟件進(jìn)行遙感圖像鑲嵌的操作方法和流程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：每位同學(xué)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)中遙感圖像的鑲嵌工作任務(wù)，完成鑲嵌后圖像拼接處的接合效果評(píng)價(jià)，分析影響拼接效果的因素，按照實(shí)驗(yàn)要求認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：本實(shí)驗(yàn)分為衛(wèi)星影像的鑲嵌和航空影像的鑲嵌。用于衛(wèi)星影像的鑲嵌數(shù)據(jù)是:wasia1_mss.img, wasia2_mss.img, wasia3_mss.img；用于航空影像的鑲嵌數(shù)據(jù)為air_photo_1.img和air_photo_2.img。一、航空影像的鑲嵌1、鑲嵌準(zhǔn)備工作啟動(dòng)ERDAS IMAGINE程序, 點(diǎn)擊

18、Viewer圖表兩次,同時(shí)打開兩個(gè)窗口(Viewer#1和Viewer#2),并將窗口平鋪排列(ViewTie Viewers),然后在Viewer#1窗口中顯示圖像air_photo_1.img,在Viewer#2窗口中顯示圖像air_photo_2.img.2、自動(dòng)圖像鑲嵌工具圖像鑲嵌工具可以通過兩種途徑啟動(dòng):ERDAS圖標(biāo)面板工具條：點(diǎn)擊DataPrep圖標(biāo)Data PreparationMosaic Imagine 打開Mosaic Tool對(duì)話框（圖3-1）。ERDAS圖標(biāo)面板菜單條：MainData PreparationMosaic Imagine 打開Mosaic Tool對(duì)話

19、框（圖3-1）圖3-1 Mosaic Tool對(duì)話框3、設(shè)置輸入圖像范圍在Viewer#1菜單條單擊AOITool命令,打開AOI Tool圖標(biāo)面板(圖3-2),圖3-2 AOI Tool圖標(biāo)面板單擊Polygon圖標(biāo),在Viewer#1中沿著air_photo_1.img外輪廓繪制多邊形AOI(圖3-3),圖3-3 繪制AOI將多邊形AOI保存在文件中(template.aoi),即在Viewer#1窗口中單擊FileSaveAOI Layer As(圖3-4)圖3-4 保存AOI在彈出的Save AOI as對(duì)話框中設(shè)置好路徑與文件名template(圖3-5),單擊OK.圖3-5 確定保

20、存路徑與名稱 4、加載Mosaic圖像在Mosaic Tool工具條單擊Add Images圖標(biāo),打開Add Images for Mosaic對(duì)話框(圖3-6)圖3-6 Add Images for Mosaic對(duì)話框在Add Images對(duì)話框中選中文件air_photo_1.img,然后單擊Image Area Options選項(xiàng)卡(圖3-7),圖3-7選擇Template AOI,單擊Set按鈕,彈出Choose AOI對(duì)話框, 在Choose AOI對(duì)話框中選擇AOI File,將第三步保存好的aoi文件加載進(jìn)來(圖3-8).圖3-8單擊OK,回到Add Images對(duì)話框,再單擊O

21、K完成(圖3-9)圖3-9 加載圖像 用同樣的方法將air_photo_2.img圖像加載進(jìn)來(圖3-10)圖3-10 加載圖像5、確定相交的區(qū)域在Mosaic Tool工具條中單擊Set Intersection Mode圖標(biāo),則會(huì)顯示兩張圖像相交的區(qū)域(圖3-11)圖3-11 確定相交區(qū)域單擊兩圖像的相交區(qū)域,則相交區(qū)域的邊界就會(huì)以黃色高亮顯示(圖3-12) 圖3-12 高亮顯示相交區(qū)域6、繪制裁切線在Mosaic Tool工具條中單擊Cutline Seletion Viewer圖標(biāo),自動(dòng)彈出窗口Viewer#3,窗口中顯示兩圖像的相交區(qū)域(圖3-13)圖3-13 在AOI工具面板中選擇

22、Create Polyline AOI圖標(biāo),當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到Viewer#3窗口中時(shí),鼠標(biāo)自動(dòng)變成十字形,在圖像中繪制現(xiàn)狀A(yù)OI,雙擊結(jié)束(圖3-14).圖3-14 繪制現(xiàn)狀A(yù)OI 在Mosaic Tool窗口中單擊AOI Cutline圖標(biāo),彈出Choose Cutline Source對(duì)話框，在Choose Cutline Source對(duì)話框中選擇AOI from Viewer和Apply cutlines to selected region only(圖3-15).圖3-15單擊OK,彈出一個(gè)提示對(duì)話框,選擇”是(YES)”,這時(shí)裁切線就會(huì)以紅色高亮顯示(圖3-16)圖3-16 單擊Ove

23、rlap Function圖標(biāo),打開Set Overlap Function對(duì)話框(圖3-17).圖3-17 Set Overlap Function對(duì)話框在Set Overlap Function對(duì)話框中選擇相交類型(Intersection Type)為Cutline Exists,在功能選擇(Feathering Options)中選擇Feathering,單擊Apply應(yīng)用,然后單擊Close關(guān)閉對(duì)話框.7、定義輸出圖像在Mosaic Tool窗口中單擊設(shè)置輸出圖像模式(Set Output Mode)圖標(biāo),激活輸出模式, 在Mosaic Tool窗口中單擊輸出圖像設(shè)置(Output

24、Options)圖標(biāo),打開Output Image Options對(duì)話框(圖3-18).圖3-18 Output Image Options對(duì)話框在Output Image Options對(duì)話框中,在Define Output Map Area(s)下面選擇Union of All Inputs,其他采取默認(rèn)設(shè)置,單擊OK按鈕完成。8、運(yùn)行鑲嵌功能在Mosaic Tool窗口中,選擇ProcessRun Mosaic,打開圖像輸出對(duì)話框, 在圖像輸出對(duì)話框File選項(xiàng)中設(shè)置好保存路徑,并輸入圖像名稱airmosaic.img (圖3-19).圖3-19 圖像輸出對(duì)話框單擊Output Options選項(xiàng),確定輸出圖像區(qū)域(Output)為All,確定忽略輸入圖像值(Ignore Input Value)為0,確定輸出圖像背景值(Output Background Value)為0,選中Stats Ignore Value,輸入數(shù)值0,即忽略輸出統(tǒng)計(jì)值(圖3-20).圖3-20 圖像輸出對(duì)話框單擊OK按鈕,關(guān)閉Run Mosaic對(duì)話框,運(yùn)行圖像鑲嵌.彈出運(yùn)行進(jìn)度顯示框(圖3-21), 當(dāng)Percent Down為100%時(shí)表示