遙感圖像輻射校正與幾何校正

1、會計學1遙感圖像輻射校正與幾何校正遙感圖像輻射校正與幾何校正2345minmaxminmaxRDRRVRmaxminRR和maxD其中：其中：分別是探測器的最小、最大輻射亮度；分別是探測器的最小、最大輻射亮度；對應對應MSS和和TM分別是分別是127和和255；R絕對輻射亮度；絕對輻射亮度；)sr(mW/cm2V數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)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波段寬度波段寬度0.0660.0810.

2、0690.1290.2160.2501.239TM的最小、最大輻射亮度的最小、最大輻射亮度MSS的最小、最大輻射亮度的最小、最大輻射亮度波段波段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：某一像元被計算前的輸入灰度值；某一像元被計算前

3、的輸入灰度值；M：整個圖：整個圖像所有像元灰值的平均值；像所有像元灰值的平均值；D：整個圖像所有像元數(shù)灰度：整個圖像所有像元數(shù)灰度值的標準偏差；值的標準偏差；mi：每條掃描線上像元灰度平均值；：每條掃描線上像元灰度平均值；di：每條掃描線上像元灰度的標準偏差每條掃描線上像元灰度的標準偏差8(a) 原始圖像 (b) 縱向條帶去除后結果圖910tcoscoscossinsinsint式中，式中，為圖像對應地區(qū)的地理緯度，為圖像對應地區(qū)的地理緯度，為太陽赤緯（成像為太陽赤緯（成像時太陽直射點的地理緯度），時太陽直射點的地理緯度），為時角（地區(qū)經(jīng)度與成像時太陽直射點地區(qū)經(jīng)度的為時角（地區(qū)經(jīng)度與成像時太

4、陽直射點地區(qū)經(jīng)度的經(jīng)差）。經(jīng)差）。 11),(yxg),(yxf 太陽高度角的校正是通過調(diào)整一幅圖像內(nèi)的平均太陽高度角的校正是通過調(diào)整一幅圖像內(nèi)的平均灰度來實現(xiàn)的，在太陽高度求出后，太陽以高度角灰度來實現(xiàn)的，在太陽高度求出后，太陽以高度角斜射時得到的圖像斜射時得到的圖像與直射時得到的圖像與直射時得到的圖像有如下關系：有如下關系： sin),(),(yxgyxf 如果不考慮天空光的影響，各波段圖像可采用如果不考慮天空光的影響，各波段圖像可采用相同的相同的角進行校正。角進行校正。 太陽方位角的變化也會改變光照條件，它也隨成像太陽方位角的變化也會改變光照條件，它也隨成像季節(jié)、地理緯度的變化而變化。太

5、陽方位角引起的圖季節(jié)、地理緯度的變化而變化。太陽方位角引起的圖像輻射值誤差通常只對圖像細部特征產(chǎn)生影響，它可像輻射值誤差通常只對圖像細部特征產(chǎn)生影響，它可以采用與太陽高度角校正相類似的方法進行處理。以采用與太陽高度角校正相類似的方法進行處理。12 (a) 原始影像 (b) 太陽高度角輻射校正后影像 利用衛(wèi)星影像頭文件中提供的太陽高度角參數(shù)進利用衛(wèi)星影像頭文件中提供的太陽高度角參數(shù)進行輻射校正。輸出文件為行輻射校正。輸出文件為32位浮點影像數(shù)據(jù)。位浮點影像數(shù)據(jù)。 13oIaI 太陽光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽光的輻太陽光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽光的輻射亮度和地面傾斜度有關。

6、如果光線垂直入射時水平地表射亮度和地面傾斜度有關。如果光線垂直入射時水平地表受到的光照強度為受到的光照強度為，則光線垂直入射時傾斜角為，則光線垂直入射時傾斜角為的坡面上入射點處的光強度的坡面上入射點處的光強度為：為：aIIocos a),(yxg),(yxfayxgyxfcos),(),(因此若處在坡度為因此若處在坡度為的傾斜面上的地物影像為的傾斜面上的地物影像為則校正后的圖像則校正后的圖像為為 14 由上式看出，地形地坡度引起的輻射校正方法需要有由上式看出，地形地坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對應地區(qū)的圖像對應地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)。另外，此項校正也可采用比數(shù)據(jù)。另外，此項校正也可采用比值圖像來

7、消除地形坡度所產(chǎn)生的輻射量誤差。值圖像來消除地形坡度所產(chǎn)生的輻射量誤差。 利用同地區(qū)同分辨率利用同地區(qū)同分辨率DEM數(shù)據(jù)，建立影像區(qū)地形坡數(shù)據(jù)，建立影像區(qū)地形坡度模型；而后利用像點地形坡度角進行影像輻射校正。度模型；而后利用像點地形坡度角進行影像輻射校正。 (a) 原始影像 （b）同分辨DEM數(shù)據(jù) (c)地形坡度角影像輻 射校正結果影像 151617cos0EE 18cos00ERERLR19Scos00SERL20cos01STETRL21DESTRL222pL23pLLLL21pDSLETESRTL)cos(024pDSLETESRTL)cos(0cos00SERL25可見，對比度可見，對

8、比度減小，圖像質減小，圖像質量下降了量下降了 26pDSLETESRTL)cos(02728pDSLETESRTL)cos(02930313233MSS-7MSS-4G 大氣影響校正后的灰度直方圖MSS-7MSS-4G 大氣影響的灰度直方圖 原始影像 直方圖法大氣校正結果影像 34abLL35abLL362_)()(aabbaaLLLLLL_aL_bLabLL37111222333333555777紅外波段紅外波段可見光波段可見光波段2)()(2_aabbaaLLLLLL1abLL2_aL5_bL輻射校正后輻射校正后：222444666可見光波段可見光波段38 (a) 原始影像 (b) 基于參

9、考波段的大氣校正結果影像 394041424344 (5) (5) 大氣折射的影響大氣折射的影響 大氣層是一個非均勻的介質，它的密度是隨離地面大氣層是一個非均勻的介質，它的密度是隨離地面的高度增加而遞減的，所以電磁波在大氣中傳播的折射的高度增加而遞減的，所以電磁波在大氣中傳播的折射率也隨高度而變，從而使電磁波傳播的路徑不是一條直率也隨高度而變，從而使電磁波傳播的路徑不是一條直線而變成了曲線，進而引起了像點位移。線而變成了曲線，進而引起了像點位移。4546474849505152準準備備工工作作輸入輸入原始原始數(shù)字數(shù)字影像影像建立建立糾正糾正變換變換函數(shù)函數(shù)確定確定輸出輸出影像影像范圍范圍像元像

10、元幾何幾何位置位置變換變換像元像元的灰的灰度重度重采樣采樣輸出輸出糾正糾正數(shù)字數(shù)字影像影像 利用控制點間的映利用控制點間的映射關系，建立最小二乘射關系，建立最小二乘下的變換函數(shù)下的變換函數(shù)535455重采樣的方法重采樣的方法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)幾何位置上的精度為幾何位置上的精度為0.5象元象元

11、最鄰近內(nèi)插法以距內(nèi)插點最近的最鄰近內(nèi)插法以距內(nèi)插點最近的觀測點的像元值為所求的像元值觀測點的像元值為所求的像元值。該方法最大可產(chǎn)生。該方法最大可產(chǎn)生0.50.5個像元的個像元的位置誤差，優(yōu)點是不破壞原來的位置誤差，優(yōu)點是不破壞原來的像元值，處理速度快。像元值，處理速度快。59雙線性內(nèi)插法使用內(nèi)插點周圍雙線性內(nèi)插法使用內(nèi)插點周圍的的4 4個觀測點的像元值，對所個觀測點的像元值，對所求的像元值進行線性內(nèi)插。缺求的像元值進行線性內(nèi)插。缺點是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具點是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具有平均化的濾波效果。有平均化的濾波效果。603 3 次卷積內(nèi)插法使用內(nèi)插點周圍次卷積內(nèi)插法使用內(nèi)插點周圍的的161

12、6個觀測點的像元值，用個觀測點的像元值，用3 3次卷次卷積函數(shù)對所求像元值進行內(nèi)插。積函數(shù)對所求像元值進行內(nèi)插。缺點是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具缺點是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具有圖像的均衡化和清晰化的效果有圖像的均衡化和清晰化的效果，可得到較高的圖像質量。，可得到較高的圖像質量。61方法方法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點提醒提醒1簡單易用，計算量小簡單易用，計算量小處理后的圖像亮度具處理后的圖像亮度具有不連續(xù)性，影響精有不連續(xù)性，影響精確度確度2精度明顯提高，特別是精度明顯提高，特別是對亮對亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線度不連續(xù)現(xiàn)象或線狀特征的塊狀化現(xiàn)象有狀特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。明顯的改善。 計算量增加，且對圖計算量增

13、加，且對圖像起到平滑作用，像起到平滑作用，從從而使對比度明顯的分而使對比度明顯的分界線變得模糊。界線變得模糊。 鑒于該方法的計算量和精度鑒于該方法的計算量和精度適中，只要不影響應用所需適中，只要不影響應用所需的精度，作為可取的方法而的精度，作為可取的方法而常被采用。常被采用。 3更好的圖像質量，細節(jié)更好的圖像質量，細節(jié)表現(xiàn)更為清楚。表現(xiàn)更為清楚。 工作量很大。工作量很大。欲以三次卷積內(nèi)插獲得好的欲以三次卷積內(nèi)插獲得好的圖像效圖像效果，就要求位置校正果，就要求位置校正過程更準確，即對控制點選過程更準確，即對控制點選取的均勻性要求更高。取的均勻性要求更高。 626364 步驟步驟1 1：控制點編輯

14、或控制點導入：控制點編輯或控制點導入 利用“控制點編輯器”進行基于圖像對圖像或手動輸入控制點。65獲得如圖的控制點分布獲得如圖的控制點分布利用軟件處理系統(tǒng)提供的控制點編輯和誤差計算功能，利用軟件處理系統(tǒng)提供的控制點編輯和誤差計算功能，調(diào)整控制點分布和精度，以提高幾何精糾正的精度。調(diào)整控制點分布和精度，以提高幾何精糾正的精度。66步驟步驟2 2：確定幾何精糾正的方法和重采樣方法：確定幾何精糾正的方法和重采樣方法 幾何精糾正方法選擇： 重采樣方法選擇：67 步驟步驟3 3：進行幾何精糾正，得到糾正后影像：進行幾何精糾正，得到糾正后影像幾何精糾正結果圖（左）與參考圖（右）對比幾何精糾正結果圖（左）與

15、參考圖（右）對比68 通常的圖像幾何精糾正是通過人工選取地面控制通常的圖像幾何精糾正是通過人工選取地面控制點進行的點進行的, 這使得幾何精糾正速度成為圖像應用的瓶頸這使得幾何精糾正速度成為圖像應用的瓶頸問題，嚴重制約著圖像產(chǎn)品的應用速度。問題，嚴重制約著圖像產(chǎn)品的應用速度。IRSA遙感圖遙感圖像處理軟件利用像處理軟件利用ODBC開發(fā)地面控制點管理模塊，利開發(fā)地面控制點管理模塊，利用用VC+開發(fā)控制點圖像片識別模塊，利用地面控制點開發(fā)控制點圖像片識別模塊，利用地面控制點數(shù)據(jù)庫控制點管理模塊來管理控制點信息。在對未知數(shù)據(jù)庫控制點管理模塊來管理控制點信息。在對未知控制點影像進行校正之前，根據(jù)控制點庫

16、的控制點信控制點影像進行校正之前，根據(jù)控制點庫的控制點信息通過計算機來快速識別未知控制點影像的控制點。息通過計算機來快速識別未知控制點影像的控制點。 69 基于地面控制點數(shù)據(jù)庫的工作過程為：首先，在參考基于地面控制點數(shù)據(jù)庫的工作過程為：首先，在參考影像上查找控制點，獲取控制點的圖像片以及經(jīng)、緯度影像上查找控制點，獲取控制點的圖像片以及經(jīng)、緯度信息，將該信息存入控制點庫。在對未知控制點影像進信息，將該信息存入控制點庫。在對未知控制點影像進行校正之前，根據(jù)未知控制點影像的四個角點經(jīng)、緯度行校正之前，根據(jù)未知控制點影像的四個角點經(jīng)、緯度從數(shù)據(jù)庫中查詢出落入該范圍的已知控制點，并根據(jù)其從數(shù)據(jù)庫中查詢出

17、落入該范圍的已知控制點，并根據(jù)其地理坐標映射到未知控制點影像上的大致位置。然后，地理坐標映射到未知控制點影像上的大致位置。然后，進行控制點圖像片匹配，在未知控制點影像上通過計算進行控制點圖像片匹配，在未知控制點影像上通過計算機識別控制點。最后，通過人機交互檢驗確?？刂泣c的機識別控制點。最后，通過人機交互檢驗確?？刂泣c的正確。對于同分辨率、同波段的影像，匹配控制點精度正確。對于同分辨率、同波段的影像，匹配控制點精度可達到一個像元?？蛇_到一個像元。70控制點數(shù)據(jù)庫管理模塊人工選取控制點控 制 點信息待校正圖像四個角點經(jīng)、緯度用戶控制點信息GCPs識別GCPs檢查幾何校正圖像處理待 校 正圖像匹 配 控 制點修 正 的 匹配控制點GCP插值分布均勻的匹配控制點校正圖像控制點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工作流程框圖71 (a) 原始影像 (b) 太陽高度角輻射校正后影像 利用衛(wèi)星影像頭文件中提供的太陽高度角參數(shù)進利用衛(wèi)星影像頭文件中提供的太陽高度角參數(shù)進行輻射校正。輸出文件為行輻射校正。輸出文件為32位浮點影像數(shù)據(jù)。位浮點影像數(shù)據(jù)。 72oIaI 太陽光線和地