遙感圖像處理：第四講 影像預(yù)處理-校正與鑲嵌

1、1第四講 遙感數(shù)字影像 校正與鑲嵌 主要內(nèi)容 遙感影像的輻射量校正 遙感影像的幾何校正 遙感影像的數(shù)字鑲嵌3輻射失真：電磁波在大氣層中傳輸，遙感器自身、地物光照條件(如大氣、太陽(yáng)照射等)等影響，導(dǎo)致遙感器測(cè)量值與地物實(shí)際光譜輻射率的不一致。輻射量校正（Radiometric Correction）：消除影像數(shù)據(jù)中依附在輻射亮度中的各種失真的過(guò)程。 遙感影像的降質(zhì)：4幾何畸變：遙感器方面原因，遙感平臺(tái)方面原因，地球本身原因等造成的影像在幾何位置上的失真。幾何校正（Geometric Correction）消除影像數(shù)據(jù)在幾何位置上的差異的過(guò)程。 遙感影像的降質(zhì)：5一、遙感影像的輻射量校正 6一、遙

2、感影像的輻射量校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正大氣校正 地面輻射校正7輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正一、遙感影像的輻射量 校正 8輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正一、遙感影像的輻射量 校正 輻射校正內(nèi)容輻射誤差產(chǎn)生的原因有兩種：傳感器本身的響應(yīng)特性和傳感器外界（自然）環(huán)境的影響，包括大氣（霧和云）和太陽(yáng)照射等。對(duì)于前者的校正稱(chēng)為系統(tǒng)輻射校正，主要由傳感器發(fā)射單位完成。對(duì)于后者的校正為用戶輻射校正，由用戶完成。9輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正一、遙感影像的輻射量 校正 系統(tǒng)輻射校正用戶輻射校正10輻射量校

3、正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正一、遙感影像的輻射量 校正 傳感器的響應(yīng)特性光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差主要是由光學(xué)鏡頭中心和邊緣的透射強(qiáng)度不一致造成的，它使同一類(lèi)地物在圖像上不同的位置有不同的灰度值，在成像平面上邊緣部分比中間部分暗，即邊緣減光。光電掃描儀引起的輻射誤差主要包括兩類(lèi)：一類(lèi)是光電轉(zhuǎn)換誤差，即在掃描方式的傳感器中，傳感器收集到的電磁波信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)過(guò)程所引起的輻射量誤差。另一類(lèi)是探測(cè)器增益變化引起的誤差。11輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正一、遙感影像的輻射量 校正 太陽(yáng)輻射由于太陽(yáng)高度角與方位角的變化，及地形部位的變化，不

4、同地表位置接收的太陽(yáng)輻射是不同的。為了盡量減少太陽(yáng)高度角和方位角引起的輻射誤差，遙感衛(wèi)星大多設(shè)計(jì)在同一個(gè)地方時(shí)間通過(guò)當(dāng)?shù)厣峡?，但由于季?jié)變化和地理經(jīng)緯度的差異，太陽(yáng)高度角和方位角的變化還是不可避免的。例如：MODIS有固定的過(guò)境時(shí)間，比如Terra是10am過(guò)境（指從北向南經(jīng)過(guò)赤道，時(shí)間是UTC），Aqua是13:30過(guò)境。12輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正一、遙感影像的輻射量 校正 為了正確反映目標(biāo)物的反射和輻射特性，必須消除圖像記錄中的各種干擾項(xiàng)，這就是輻射量校正的主要內(nèi)容。輻射校正的基本流程圖如下：13一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻

5、射校正 大氣校正地面輻射校正傳感器端的輻射校正又稱(chēng)傳感器校正（sensor calibration），對(duì)于衛(wèi)星遙感圖像來(lái)說(shuō)，又稱(chēng)為大氣頂面輻射校正、輻射定標(biāo)或大氣上界輻射校正。14一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正采樣和量化傳感器的數(shù)據(jù)記錄通常是模擬的電信號(hào)，是連續(xù)的，無(wú)法直接進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理；部分影像保存在膠片上。只有對(duì)這些數(shù)據(jù)（模擬信號(hào)或膠片）進(jìn)行數(shù)字化后，才能產(chǎn)生數(shù)字圖像。數(shù)字化包括兩個(gè)過(guò)程：采樣和量化。15采樣和量化采樣：指在連續(xù)變化的模擬信號(hào)的變化軸上，按均勻或非均勻的空間間隔，讀取或測(cè)量連續(xù)信號(hào)值。量化：采樣后圖像被分割成空間上離散

6、的像素，但其灰度值沒(méi)有改變。量化是將像素灰度值轉(zhuǎn)換成整數(shù)灰度級(jí)的過(guò)程，可用量化位數(shù)定量描述。由于計(jì)算機(jī)以二進(jìn)制記錄數(shù)據(jù)，所以量化等級(jí)以二進(jìn)制來(lái)劃分，即2n?？紤]量化引起的誤差，n取值不應(yīng)低于6。一幅數(shù)字圖像的DNs值在063、0127、0255、0511、01023數(shù)值范圍，即6位，7位，8位，9位，10位量化影像。1617一、遙感影像的輻射量 校正 影像的灰度級(jí)和輻亮度圖像上的像素值為灰度級(jí)。實(shí)際的電磁波輻射強(qiáng)度為輻亮度。在圖像數(shù)字化的過(guò)程中，電磁波輻亮度被量化為灰度級(jí)?；叶燃?jí)是相對(duì)的，僅僅在當(dāng)前的圖像中具有意義，不能用于進(jìn)行圖像之間的比較。如果要進(jìn)行不同傳感器或不同日期圖像的比較，則必須將

7、圖像的灰度級(jí)轉(zhuǎn)換為輻亮度。輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正18一、遙感影像的輻射量 校正 影像的灰度級(jí)和輻亮度不同傳感器有不同的校驗(yàn)參數(shù)，通常通過(guò)線性方法將傳感器的最小和最大輻亮度與圖像的灰度級(jí)聯(lián)系起來(lái)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。波段不同，傳感器可以探測(cè)的最小和最大的輻亮度值不同。有關(guān)輻亮度的參數(shù)可以在圖像的元數(shù)據(jù)文件中找到。輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正19一、遙感影像的輻射量 校正 影像的灰度級(jí)和輻亮度對(duì)于8位量化的影像來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)化公式如下：輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正20一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳

8、感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正TM影像的輻射校正隨著時(shí)間的變化，TM的校正參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化21一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正TM偏置和增益取值22一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正計(jì)算輻亮度后，TM大氣上界的反射率23一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正24一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正25一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正

9、大氣校正主要消除大氣引起的輻射誤差大氣對(duì)影像獲取的影響對(duì)于可見(jiàn)光-短波紅外光譜區(qū)：傳感器接收到的太陽(yáng)光=太陽(yáng)光直射到地表后地表的反射輻射+被大氣散射輻射的太陽(yáng)光在地表的反射輻射+大氣的上行散射輻射（程輻射或路徑輻射）26一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正大氣校正的方法：統(tǒng)計(jì)學(xué)方法通過(guò)將野外現(xiàn)場(chǎng)波譜測(cè)試獲得的無(wú)大氣影響的輻射值與衛(wèi)星傳感器同步觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析計(jì)算，以確定校正量；輻射傳遞方程方法測(cè)量大氣參數(shù)，按理論公式求得大氣干擾輻射量；暗像元法在一定條件下，利用不受大氣影響或影響很小的波段來(lái)校正其它波段。27一、遙感影像的輻射量 校正 輻射

10、量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正統(tǒng)計(jì)學(xué)方法（包括兩種：內(nèi)部平均法和經(jīng)驗(yàn)線性法）內(nèi)部平均法：校正后為相對(duì)反射率。即影像DN值與整幅圖像的平均輻射光譜值的比值。其中，為相對(duì)反射率，R為像素值，F(xiàn)為整幅影像的平均光譜值（代表了大氣影響下的太陽(yáng)光譜信息）。 該方法可消除地形陰影和整體亮度的差異。但是，該方法假設(shè)地面變化是充分異構(gòu)的，光譜反射特性的空間變化會(huì)相互抵消。如果這個(gè)假設(shè)不成立，得到的反射光譜會(huì)有虛假性。 28一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正統(tǒng)計(jì)學(xué)方法經(jīng)驗(yàn)線性法：校正后絕對(duì)反射率。本方法需要圖像中具有兩個(gè)以上光譜均一、有

11、一定面積大小的目標(biāo)，把它們分布作為暗目標(biāo)和亮目標(biāo)的定標(biāo)點(diǎn)。假定影像DN值與反射率r之間存在線性關(guān)系 定標(biāo)點(diǎn)要求29一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正輻射傳輸方程 輻射傳輸模型從一個(gè)模擬的太陽(yáng)輻射光譜開(kāi)始，然后計(jì)算太陽(yáng)高度角的輻射影響（根據(jù)成像時(shí)間計(jì)算）以及大氣散射和吸收。在缺乏實(shí)際大氣條件測(cè)量資料的情況下，使用者必須估計(jì)一些輸入的參數(shù)，如散射媒介的總數(shù)和分布。充分混合的氣體（二氧化碳和氧氣）導(dǎo)致的吸收被認(rèn)為是均勻的，但由水汽引起的吸收通常是空間變化的。利用包含水汽吸收波段的光譜部分可以估計(jì)水汽吸收的影響，并對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行校正。然而，最終的表觀

12、反射率仍可能包含地形陰影的影響。30一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正輻射傳輸方程若地面目標(biāo)的輻射能量為E0，它通過(guò)高度為H的大氣后，傳感器收集到的電磁波能量為E，則由輻射傳輸方程可得： 31一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正輻射傳輸方程 在可將光和近紅外，大氣的影響主要來(lái)自于氣溶膠引起的散射；在熱紅外，大氣的影響主要來(lái)自于水蒸氣的吸收。為了消除大氣的影響，需要測(cè)定可見(jiàn)光和近紅外區(qū)的氣溶膠的密度以及熱紅外區(qū)的水蒸氣濃度，但是從圖像中很難準(zhǔn)確獲得這些數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的大氣校正模型（軟件）ENVI的F

13、laash模型ERDAS的ACTOR模型6S模型32一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正輻射傳輸方程 需要注意的是：在基于模型的大氣校正中，存在著諸多的假設(shè)條件。只有在理想的天氣條件下（晴天，無(wú)云，高透明度）或具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)大氣參數(shù)的條件下，其校正的結(jié)果才具有較高的可靠性。校正后圖像的像素值為絕對(duì)值，如輻亮度或反射率。優(yōu)點(diǎn)：建立在輻射傳輸理論基礎(chǔ)之上，模型應(yīng)用范圍廣，不受研究區(qū)域特點(diǎn)及目標(biāo)類(lèi)型等的影響，模型的精度比較高。缺點(diǎn)：在實(shí)際應(yīng)用中代價(jià)昂貴，對(duì)每一景圖像的大氣校正都需要同步測(cè)量大氣參數(shù)，這對(duì)遙感應(yīng)用幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的，特別是在分析歷史事件時(shí)

14、。 33一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正暗像元法理論依據(jù)：大氣散射的選擇性，即大氣散射對(duì)短波影響大，對(duì)長(zhǎng)波影響??；即大氣散射主要發(fā)生在可見(jiàn)光的短波波段，對(duì)近紅外和中紅外波段幾乎無(wú)影響。以TM圖像為例，1波段（藍(lán)光）受散射影響最嚴(yán)重，其次為2波段，3 波段，而7波段（紅外）受散射影響最小。為處理方便，可以把近紅外或中紅外圖像中最暗的像素看作無(wú)散射影響，通過(guò)不同波段的對(duì)比分析計(jì)算出大氣干擾值。 一般通過(guò)兩種方法進(jìn)行計(jì)算：回歸分析法和直方圖法。34一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正通過(guò)回歸分析確

15、定校正參數(shù)在不受大氣影響的波段和待校正的某一波段圖像中，選擇最黑區(qū)域（通常為高山陰影、深水等）中的一系列目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個(gè)待比較的波段亮度值提取出來(lái)進(jìn)行回歸分析。例如：在TM圖像中，藍(lán)光波段的B1大氣散射最大，紅外波段的B7散射最小。圖像中的深水或地形陰影在B7波段是黑的，如果不存在附加的輻射，這些水體與陰影在其他波段也應(yīng)該是黑的，實(shí)驗(yàn)表明B1與B7的灰度值應(yīng)該具有比例關(guān)系。如果波段受到大氣影響（存在附加的輻射），那么，在其它波段會(huì)產(chǎn)生偏移。 35一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正回歸分析方程若對(duì)B1進(jìn)行校正，首先在B1上的最黑區(qū)域中選擇

16、一系列目標(biāo)，再找出B7上對(duì)應(yīng)的目標(biāo)，以這兩個(gè)波段做散點(diǎn)圖，并作回歸分析，以確定偏移量?；貧w方程式為： 以TM為例校正后的B1值為:B1=B1-a0式中，B1位圖像波段的灰度值，a0為上述方程的截距，即偏移量。36一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正通過(guò)直方圖確定校正參數(shù)遙感圖像的光譜包括了可見(jiàn)光和近紅外范圍，程輻射影響不能忽略。如果圖像內(nèi)包括暗色地物或地形陰影，可從各個(gè)波段中減去其最小的亮度值（或一個(gè)陰暗地區(qū)的平均亮度值）來(lái)進(jìn)行校正。如果在圖像中存在亮度值為零的目標(biāo)，如深水、高山背陰處等，各個(gè)波段的亮度值都應(yīng)為零。但實(shí)際上只有不受大氣影響的波段

17、才為零，其它波段由于受到大氣中的水汽散射等（程輻射）影響而使目標(biāo)亮度值不為零。37從B7的直方圖來(lái)看，圖像中存在最黑的目標(biāo)。從B1的直方圖來(lái)看，最小的像素值不是0，而是a1。因此，假設(shè)a1就是大氣散射的影響，將B1的圖像像素值減去a1就實(shí)現(xiàn)了對(duì)B1圖像的大氣校正。其它波段也可用類(lèi)似的方法進(jìn)行校正。注意：如果圖像內(nèi)找不到暗像元區(qū)域（陰影、深水），暗像元大氣校正就不能使用。38一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正地面輻射校正方法：太陽(yáng)輻射校正地形輻射校正原理：每個(gè)波段獲得的能量隨入射角的變化而變化其中，E為獲得的能量，E0為入射的能量，為入射角。3

18、9一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正太陽(yáng)輻射校正：校正由太陽(yáng)高度角導(dǎo)致的輻射誤差，即將太陽(yáng)光線傾斜照射時(shí)獲取的圖像校正為太陽(yáng)光線垂直照射時(shí)獲取的圖像。 式中，為圖像地區(qū)的地理緯度； 為太陽(yáng)赤緯（成像時(shí)太陽(yáng)直射點(diǎn)的地理緯度）；t為時(shí)角（地區(qū)經(jīng)度與成像時(shí)太陽(yáng)直射點(diǎn)地區(qū)經(jīng)度的經(jīng)差）。40一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正太陽(yáng)輻射校正41一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正太陽(yáng)輻射校正如果不考慮天空光的影響，各波段圖像可采用相同的角進(jìn)行校正，或利用下

19、面的公式進(jìn)行校正：式中，i為太陽(yáng)天頂角，即90減去太陽(yáng)高度角；DN為校正后的亮度值；DN為原來(lái)的亮度值。這種校正或補(bǔ)償，主要應(yīng)用于比較不同高度角（不同季節(jié)）的多日期圖像。 42一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正太陽(yáng)輻射校正對(duì)于相鄰地區(qū)不同時(shí)期的圖像，為了使圖像便于銜接或鑲嵌，也需要做太陽(yáng)高度角校正。校正的方法是以其中一景圖像為標(biāo)準(zhǔn)（或稱(chēng)為參考圖像）來(lái)校正另一景圖像，使之與參考圖像相近似。若參考圖像的太陽(yáng)天頂角為i1，要校正的圖像的太陽(yáng)天頂角為i2，其亮度值用DN表示，則校正后的亮度值DN為：43一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳

20、感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正地形輻射校正：如果地形不平坦，受坡度和坡向的影響，傳感器獲得的能量也會(huì)變化。校正由地形因素如坡度和坡向?qū)е碌膱D像輻射亮度的變化稱(chēng)為地形校正。利用地表法線向量與太陽(yáng)入射向量之間的夾角來(lái)校正。對(duì)于多個(gè)波段圖像，利用波段比值法也可以消除地表波度的影響。簡(jiǎn)單的地形輻射校正可使用余弦法。設(shè)太陽(yáng)天頂角s，入射角i，遙感圖像上的輻射值為L(zhǎng)T，則校正后水平面上的輻射值LH為：44一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正地形輻射校正：入射角的函數(shù)值可通過(guò)下述公式計(jì)算：cos(i)=cos(s)*cos(s1)+sin(s)*si

21、n(s1)*cos(f-a)式中：s1為坡度，a為坡向，f為太陽(yáng)方位角。這種校正方法計(jì)算簡(jiǎn)單，但由于僅僅考慮了直射光，沒(méi)有考慮天空的漫射光和鄰域的影響，如果i過(guò)小，則可能出現(xiàn)過(guò)度校正。45一、遙感影像的輻射量 校正 輻射量校正的內(nèi)容 傳感器端的輻射校正 大氣校正地面輻射校正地形輻射校正：46二、遙感影像的幾何校正 基本概念幾何校正屬于圖像的空間變化，像素坐標(biāo)被影射到新的值。圖像配準(zhǔn)：將不同時(shí)間、不同傳感器在不同條件下獲取的同一地區(qū)的兩幅或多幅圖像，經(jīng)幾何變換使同名像點(diǎn)在位置上和方位上完全疊合的過(guò)程。正射校正：對(duì)圖像逐像素進(jìn)行地形校正，其結(jié)果對(duì)于每個(gè)像素如同從空中進(jìn)行垂直成像，即對(duì)圖像進(jìn)行正射投

22、影。4748二、遙感影像的幾何校正 影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式49影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 影像的幾何畸變：畸變類(lèi)型畸變實(shí)質(zhì)畸變?cè)?0影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （1）畸變類(lèi)型：按畸變性質(zhì)：系統(tǒng)性畸變和隨機(jī)性畸變系統(tǒng)性畸變指遙感系統(tǒng)造成的畸變，能夠預(yù)測(cè)隨機(jī)性畸變指非遙感系統(tǒng)所造成的畸變，不能事先預(yù)測(cè)51影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （2）畸變的實(shí)質(zhì)：影像上各像元的位置坐標(biāo)與地圖坐標(biāo)系中的

23、目標(biāo)地物坐標(biāo)存在差異52影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）畸變的原因：遙感器的內(nèi)部畸變：遙感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化：地形起伏的影響：地球表面曲率：大氣影響地球自轉(zhuǎn)53影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 影像的幾何校正幾何校正的類(lèi)型幾何精校正的原理幾何精校正的步驟控制點(diǎn)重采樣方法 54影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （1）幾何校正的類(lèi)型 幾何粗校正 幾何精校正55影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像

24、的幾何校正 （1）幾何校正的類(lèi)型幾何粗校正是針對(duì)遙感系統(tǒng)引起的畸變而進(jìn)行的校正。較易校正。只需將遙感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、遙感平臺(tái)的位置以及衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài)等一系列測(cè)量數(shù)據(jù)代入理論校正公式即可。衛(wèi)星地面接收站已經(jīng)完成這項(xiàng)工作。56影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （1）幾何校正的類(lèi)型幾何精校正是利用控制點(diǎn)進(jìn)行的幾何校正，利用畸變的遙感影像與標(biāo)準(zhǔn)地圖間的一些對(duì)應(yīng)點(diǎn)求得畸變模型，并利用此模型進(jìn)行幾何畸變的校正。不考慮畸變的具體原因，只考慮如何利用畸變模型來(lái)校正遙感影像。 57影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正

25、 （2）幾何精糾正的原理是直接利用地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)遙感影像的幾何畸變本身進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬58影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （2）幾何精糾正的原理具體過(guò)程：首先利用地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)確立一個(gè)模擬幾何畸變的數(shù)學(xué)模型，以此來(lái)建立原始畸變影像空間與標(biāo)準(zhǔn)空間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系；其次是利用這種對(duì)應(yīng)關(guān)系把畸變空間中的全部元素變換到標(biāo)準(zhǔn)空間中去，從而實(shí)現(xiàn)影像的幾何精校正。59影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）幾何精校正的步驟建立原始影像與校正后影像的坐標(biāo)系。對(duì)于校正后的影像要確立坐標(biāo)原點(diǎn)(起始行和列)、像元的

26、大小以及影像的大小(行數(shù)和列數(shù))。 60影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）幾何精校正的步驟確定GCP (Ground Control Point)，即在原始畸變影像空間與標(biāo)準(zhǔn)空間尋找控制點(diǎn)對(duì)。幾何精校正是利用地面控制點(diǎn)對(duì)由各種因素引起的遙感影像的幾何畸變的校正。GCP必須比較精確，它直接影響幾何精校正的精度。61影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）幾何精校正的步驟選擇畸變數(shù)學(xué)模型，并利用GCP數(shù)據(jù)求出畸變模型的未知參數(shù)，然后利用此畸變模型對(duì)原始畸變影像進(jìn)行幾何精校正。62影像的幾何

27、畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）幾何精校正的步驟重采樣。為了確定校正后圖像上每點(diǎn)的亮度值，需要對(duì)畸變圖像進(jìn)行重采樣。通常采用三種方法：最鄰近重采樣、雙線性內(nèi)插重采樣、三次卷積重采樣。6364影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）幾何精校正的步驟輸出糾正圖像。將圖像數(shù)據(jù)按需要的格式寫(xiě)入到新的圖像文件中。65影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （3）幾何精校正的步驟幾何精校正的精度分析。GCP選擇不精確、數(shù)目過(guò)少、分布不合理以及畸變數(shù)學(xué)模型不能很

28、好地反映幾何畸變過(guò)程，會(huì)造成幾何精校正的精度下降，必須找出原因，并改進(jìn)，直到滿足精度要求為止。66影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （4）控制點(diǎn)67影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （4）控制點(diǎn)控制點(diǎn)的數(shù)目不如控制點(diǎn)的分布對(duì)校正結(jié)果的影響大。只有在符合空間均勻分布要求的情況下，增加控制點(diǎn)的數(shù)目才可能提高校正精度。軟件系統(tǒng)提供的校正誤差僅僅是校正過(guò)程中的GCP的平均誤差，僅供參考，不能由此認(rèn)為糾正后的每個(gè)像素的誤差都小于該誤差值。某些部位校正后的誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)平均誤差。68影像的幾何畸變

29、 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （4）控制點(diǎn)確定先在圖像上確定控制點(diǎn)，然后確定對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置。受圖像空間分辨率的影響，控制點(diǎn)在圖像上可能比較模糊。因此，在選擇前需要對(duì)圖像進(jìn)行必要的增強(qiáng)處理，如圖像銳化、降噪和彩色合成等，以進(jìn)一步突出控制點(diǎn)信息。彩色合成方法中，真彩色合成產(chǎn)生的圖像是人眼視覺(jué)效果比較相近的，有助于利用已有的知識(shí)進(jìn)行分析判斷，應(yīng)該優(yōu)先使用。69影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （4）控制點(diǎn)確定70影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （5）重采

30、樣圖像重采樣：是對(duì)離散數(shù)據(jù)組成的數(shù)字圖像按所需的像元位置或像元間距進(jìn)行插值計(jì)算，以構(gòu)成新圖像的過(guò)程。重采樣包括兩步：像素位置變換和像素值變換。糾正后的圖像大小可以不同于原有的圖像，沒(méi)有數(shù)據(jù)的部分一般賦0值。71影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （5）重采樣方法 1）最鄰近重采樣 2）雙線性內(nèi)差重采樣 3）三次卷積重采樣72影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （5）重采樣方法-最近鄰法73影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （5）重采樣方法-雙線

31、性內(nèi)插法?。▁，y）點(diǎn)周?chē)?臨點(diǎn)，在y方向（或x方向）內(nèi)插兩次，再在x方向（或y方向）內(nèi)插一次，得到（x，y）點(diǎn)的值f(x，y)。74影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 75影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 76影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)模式 二、遙感影像的幾何校正 （5）重采樣方法三次卷積內(nèi)插法：取與計(jì)算點(diǎn)周?chē)噜彽?6個(gè)點(diǎn)，先在某一方向上內(nèi)插，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果在另一個(gè)方向上內(nèi)插，得到一個(gè)連續(xù)內(nèi)插函數(shù)。77影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型與采點(diǎn)

32、模式 二、遙感影像的幾何校正 （5）重采樣方法78影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型二、遙感影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型常用的校正方程有多項(xiàng)式和共線方程兩種。共線方程方法嚴(yán)密又比較精確，但計(jì)算較復(fù)雜，且需要控制點(diǎn)具有高程值，應(yīng)用受到限制。多項(xiàng)式校正方程在實(shí)踐中經(jīng)常使用，它的原理直觀，計(jì)算簡(jiǎn)單，特別是對(duì)地面相對(duì)平坦的圖像具有足夠好的校正精度。79影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型二、遙感影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型ENVI提供3中計(jì)算模塊1）RST-仿射變換至少需要3個(gè)控制點(diǎn) Polynomial多項(xiàng)式模型Taiangulation局部三角網(wǎng)要求較多的

33、控制點(diǎn)，以及控制點(diǎn)分布均勻80影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型二、遙感影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型其中，x,y為像素的圖像坐標(biāo)；X,Y為同名地物點(diǎn)的地面或地圖坐標(biāo)；81影像的幾何畸變 影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型二、遙感影像的幾何校正 幾何校正的計(jì)算模型誤差評(píng)定幾何校正過(guò)程中地面控制點(diǎn)的誤差不能代表糾正后圖像的誤差。圖像幾何校正誤差需要利用參考圖坐標(biāo)與糾正后圖像的坐標(biāo)來(lái)計(jì)算。完成圖像校正后，均勻的從校正后圖像上選擇若干坐標(biāo)，并從參考圖上獲得對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，然后計(jì)算這些坐標(biāo)間的誤差即幾何校正誤差，常用指標(biāo)包括：RMS均方根誤差，x和y方向上距離的最大誤差、最小誤差、平均

34、誤差和標(biāo)準(zhǔn)差。8283三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 84三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 85數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 數(shù)字鑲嵌是指對(duì)若干幅互為鄰接的遙感數(shù)字影像通過(guò)彼此間的幾何鑲嵌、色調(diào)調(diào)整、去重疊等數(shù)字處理，鑲合拼接成一幅統(tǒng)一新影像的過(guò)程。 研究區(qū)處于幾幅影像的交界處或研究區(qū)較大需多幅影像才能覆蓋時(shí)，就需要對(duì)這些影像進(jìn)行鑲嵌處理、解譯、分析。86數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整

35、影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 87數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 （1）準(zhǔn)備工作（2）預(yù)處理工作（3）確定實(shí)施方案（4）重疊區(qū)確定（5）色調(diào)調(diào)整（6）影像鑲嵌88數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 首先進(jìn)行準(zhǔn)備工作：首先要根據(jù)研究對(duì)象和專(zhuān)業(yè)要求，挑選合適的遙感影像數(shù)據(jù)。在鑲嵌時(shí)，應(yīng)盡可能選擇成像時(shí)間和成像條件接近的遙感影像，以減輕后續(xù)的色調(diào)調(diào)整工作。數(shù)據(jù)選定后，就需要輸入到影像處理設(shè)備中，對(duì)各幅影像分波段進(jìn)行顯示，審查影像是否有

36、條帶以及什么類(lèi)型的條帶，同時(shí)了解各幅影像間色調(diào)的差異等，據(jù)此制定出下一步處理的計(jì)劃和內(nèi)容。89數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 預(yù)處理：預(yù)處理工作主要包括輻射校正、去條帶與斑點(diǎn)和幾何校正。90數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 然后確定實(shí)施方案。在進(jìn)行多幅影像的鑲嵌時(shí)，鑲嵌方案的確定是較為重要的。鑲嵌實(shí)施方案確定得好，可以節(jié)省時(shí)間和工作量，否則可能會(huì)增加不必要的工作量。為此，首先應(yīng)確定標(biāo)準(zhǔn)像幅，標(biāo)準(zhǔn)像幅往往選擇處于研究區(qū)中央的影像，以

37、后的鑲嵌工作都以此影像作為基準(zhǔn)進(jìn)行；其次確定鑲嵌的順序，即以標(biāo)準(zhǔn)像幅為中心，由中央向四周逐步進(jìn)行。值得注意的是，鑲嵌工作的著眼點(diǎn)是全部待鑲嵌的影像，而落腳點(diǎn)卻總是兩幅相鄰影像間的鑲嵌。91數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 然后確定實(shí)施方案。方案如下：92數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 接著確定重疊區(qū)。遙感影像鑲嵌工作的進(jìn)行主要是基于相鄰影像的重疊區(qū)。無(wú)論是色調(diào)調(diào)整，還是幾何鑲嵌，都是將重疊區(qū)作為基準(zhǔn)進(jìn)行的。重疊區(qū)確定得是否準(zhǔn)確直接

38、影響到鑲嵌的效果。通常采用移位匹配法來(lái)確定。原理如下：對(duì)于重疊區(qū)，可視為影像的兩個(gè)波段，若彼此已幾何對(duì)準(zhǔn)，則影像各細(xì)節(jié)就相吻合，此時(shí)兩個(gè)波段的信息就互相增強(qiáng)；反之異然。93數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 色調(diào)調(diào)整 -關(guān)鍵環(huán)節(jié)（輻射信息的一致）不同時(shí)相或成像條件存在差異的影像，由于要鑲嵌的影像輻射水平不一樣，影像的亮度差異較大，若不進(jìn)行色調(diào)調(diào)整，鑲嵌在一起的幾幅影像，即使幾何位置配準(zhǔn)很理想，重疊區(qū)復(fù)合的很好，但鑲嵌后的兩邊影像的色調(diào)差異明顯，接縫線十分突出，既不美觀，又影響對(duì)地物專(zhuān)業(yè)信息的分析與識(shí)別，降低應(yīng)用效果

39、。另外，成像時(shí)相和成像條件接近的影像，也會(huì)由于遙感器的隨機(jī)誤差造成不同像幅的影像色調(diào)不一致，從而影響應(yīng)用的效果。因此必須進(jìn)行色調(diào)調(diào)整這一工作。94數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 色調(diào)調(diào)整方法：方差均值法直方圖法 95數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 首先取出重疊部分保證A與B圖像在行數(shù)上要一致，在取樣時(shí)，要有足夠的樣本數(shù)。然后，在直方圖上找出兩幅圖像相應(yīng)的頻率像元所對(duì)應(yīng)的灰度值對(duì)。從直方圖上讀出灰度值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)，用分段拉伸的功能，

40、把圖像上的灰度值0,3,22,46,54對(duì)應(yīng)拉伸到相應(yīng)的圖像上的灰度值0,15,41,62,80。這些點(diǎn)中間的灰度值按線性比例內(nèi)插。96數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 色調(diào)調(diào)整效果檢查利用圖像處理系統(tǒng)的顯示功能，使圖像分別顯示于屏幕左右兩邊。如果色調(diào)調(diào)整成功，在屏幕上應(yīng)看不出左、右兩幅圖像的差別。如果還有差別，則修改拉伸時(shí)的點(diǎn)對(duì)值，進(jìn)行拉伸處理，直到在終端屏幕上看不到差異為止。 97數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 用最后得到的拉

41、伸點(diǎn)值，對(duì)相鄰的兩整幅影像A和B的色調(diào)進(jìn)行調(diào)整，即分波段把A圖像的灰度值拉伸到B圖像相應(yīng)的灰度值，從而完成相鄰兩幅圖像A和B的色調(diào)調(diào)整。 98數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 色調(diào)調(diào)整應(yīng)遵循的原則：為了使建立的顏色匹配方程更準(zhǔn)確，所選的用于相鄰的兩圖像的色調(diào)匹配、調(diào)整的共同區(qū)域要盡可能大，這樣才能提高圖像匹配的質(zhì)量；選擇有代表性的區(qū)域用于色調(diào)匹配。在遙感圖像上有時(shí)會(huì)有云及各種噪聲，在選擇匹配區(qū)域時(shí)要避開(kāi)這些區(qū)域，否則會(huì)對(duì)匹配方程產(chǎn)生影響，從而降低色調(diào)匹配的精度。99數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施方案與鑲嵌技術(shù) 色調(diào)調(diào)整影像鑲嵌 三、遙感影像的數(shù)字鑲嵌 影像鑲嵌在重疊區(qū)已確定和色調(diào)調(diào)整完畢后，即可對(duì)相鄰影像進(jìn)行鑲嵌了。所謂鑲嵌就是在相鄰兩幅待鑲嵌影像的重疊區(qū)內(nèi)找到一條接縫線。接縫線的質(zhì)量直接影響鑲嵌影像的效果。在鑲嵌過(guò)程中，即使對(duì)兩幅影像進(jìn)行了色調(diào)調(diào)整，但兩幅影像接縫處的色調(diào)也不可能完全一致，為此還需對(duì)影像的重疊區(qū)進(jìn)行色調(diào)的平滑（亮度鑲嵌），這樣才能在鑲嵌后的影像中無(wú)接縫存在。 100數(shù)字鑲嵌的概念與必要性 數(shù)字鑲嵌的一般過(guò)程 數(shù)字鑲嵌的實(shí)施