遙感圖像幾何處理構(gòu)像方程

遙感圖像幾何處理構(gòu)像方程第1頁/共57頁遙感圖像存儲格式有三種？1、BIP（BandInterlearvedbyPixel）按象元波段交叉式記錄，有利于作子區(qū)處理，較少使用2、BIL（BandInterlearvedbyLine）按行波段交叉式記錄，便于單波段處理和提取3、BSQ（BandSequentiel）按波段順序式記錄，適用于多波段運(yùn)算和分類第2頁/共57頁遙感圖像的統(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圖像的直方圖3多波段間的統(tǒng)計(jì)分析第3頁/共57頁標(biāo)準(zhǔn)差小，亮度值比較集中，圖像反差??；標(biāo)準(zhǔn)差大，亮度值比較分散，圖像反差大。MinMaxMeanStdev0255112.5948.47MinMaxMeanStdev2516681.3710.23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？第4頁/共57頁圖像的直方圖？Histogram（1）圖像直方圖的基本概念：直方圖是圖像中的每個亮度值(DN)的像元數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分布。圖像直方圖的橫坐標(biāo)表示圖像的灰度級變化，直方圖的縱坐標(biāo)表示圖像中某個灰度出現(xiàn)的頻率。直方圖是圖像灰度分布的直觀描述，它能夠反映圖像的信息量及分布特征。如圖a水體b濕地c陸地第5頁/共57頁多波段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征-相關(guān)系數(shù)與相關(guān)矩陣CorrelationMatrix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。對遙感圖像來說，二個波段之間彼此包含的信息很多，稱相關(guān)程度高，若彼此包含不同信息，則說相關(guān)程度低。相關(guān)系數(shù)表示兩個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)。相關(guān)系數(shù)相關(guān)矩陣第6頁/共57頁焦作，TM，2007.5.19第7頁/共57頁Band1Band2Band3Band4第8頁/共57頁Band5Band7第9頁/共57頁BasicStatsMinMaxMeanStdevNumEigenvalueBand171238100.198278？13.2827331865.526840Band23112948.8106327.9606782172.335425Band32516654.18188013.189381345.795327Band42516780.80615210.032392411.086515Band52124995.73380218.54853755.464733Band71018650.99596415.58719461.212051

CovarianceBand1Band2Band3Band4Band5Band7Band1176.430989101.765209162.994672-38.125529155.960734175.349046Band2101.76520963.372388102.338054-15.756053105.355173108.990120Band3162.994672102.338054173.959768-29.815253178.904334183.638468Band4-38.125529-15.756053-29.815253100.64889941.989453-17.068897Band5155.960734105.355173178.90433441.989453344.048228261.256711Band6175.349046108.990120183.638468-17.068897261.256711242.960618CorrelationBand1Band2Band3Band4Band5Band7Band11.0000000.9624140.930383-0.2861040.6330210.846931Band20.9624141.0000000.974681-0.1972840.7135040.878353Band30.9303830.9746811.000000-0.2253250.7312850.893246Band4-0.286104-0.197284-0.2253251.0000000.225645-0.109152Band50.6330210.7135040.7312850.2256451.0000000.903628Band70.8469310.8783530.893246-0.1091520.9036281.000000焦作地區(qū)相關(guān)系數(shù)矩陣TM，2007.5.19第10頁/共57頁TM圖像的相關(guān)特點(diǎn)？TM數(shù)據(jù)相關(guān)分組性①TM1、2、3相關(guān)系數(shù)較大，屬于一組②TM5、7均為紅外波段，相關(guān)系數(shù)較大，成為一組③TM4與其它波段的相關(guān)性都很小，單獨(dú)成為一組④TM6因其幾何分辨率較其它波段都低，無法與其它波段進(jìn)行相關(guān)分析，也單獨(dú)為一組。CorrelationBand1Band2Band3Band4Band5Band7Band11.0000000.9624140.930383-0.2861040.6330210.846931Band20.9624141.0000000.974681-0.1972840.7135040.878353Band30.9303830.9746811.000000-0.2253250.7312850.893246Band4-0.286104-0.197284-0.2253251.0000000.225645-0.109152Band50.6330210.7135040.7312850.2256451.0000000.903628Band70.8469310.8783530.893246-0.1091520.9036281.000000第11頁/共57頁第五章遙感圖像幾何處理

ChapterⅤRemotesensingimageGeometricCorrection5.1遙感傳感器的構(gòu)像方程5.2幾何畸變(Geometricdistortion)5.3幾何校正(Geometriccorrection)第12頁/共57頁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)的傳感器模型第13頁/共57頁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)（x,y）大地坐標(biāo)（X，Y，Z）數(shù)學(xué)關(guān)系共線方程SoA

(X,Y,Z)a(x,y)xyxy第14頁/共57頁常用的坐標(biāo)系統(tǒng)SO：主光軸第15頁/共57頁像平面直角坐標(biāo)系o’xyoxyaa(x,y)o：像主點(diǎn)常用的坐標(biāo)系第16頁/共57頁SoAa像平面坐標(biāo)系o-xy

表示像點(diǎn)在像平面內(nèi)位置的平面直角坐標(biāo)系。xyxy常用的坐標(biāo)系原點(diǎn)、軸向、作用o'x'y'yxoayx2D3D？第17頁/共57頁SoAaxyxySyxyxa-fyxz像空間坐標(biāo)系s-xyz

表示像點(diǎn)在像方空間位置的空間直角坐標(biāo)系。xyz原點(diǎn)、軸向、作用常用的坐標(biāo)系(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CentralProjectionandElementsoforientation第18頁/共57頁像空間輔助坐標(biāo)系S-XYZ(傳感器坐標(biāo)系)原點(diǎn)、軸向、作用像空間和物空間過渡性的坐標(biāo)系；用于表示模型空間各點(diǎn)的位置，也可表示像點(diǎn)的空間位置。X軸大體上與航線方向或者反方向一致，Y、Z軸分別接近水平和鉛垂。SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM常用的坐標(biāo)系第19頁/共57頁原點(diǎn)、軸向、作用SoAaxyxyxyz

地面輔助坐標(biāo)系過渡性的地面坐標(biāo)系統(tǒng)。Z軸鉛垂的攝影測量坐標(biāo)系為地面輔助坐標(biāo)系。攝影測量成果都在地面輔助坐標(biāo)系中表示。簡稱地輔系。常用的坐標(biāo)系第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素CentralProjectionandElementsoforientation第20頁/共57頁主要坐標(biāo)系oYZyfS(XS,YS,ZS)p(x,y)xVzU

OXP(X,Y,Z)W

構(gòu)像方程中的坐標(biāo)系

傳感器坐標(biāo)系S-UVW圖像坐標(biāo)系o-xyf地面坐標(biāo)系O-XYZ第21頁/共57頁在地面坐標(biāo)系與傳感器坐標(biāo)系之間建立的轉(zhuǎn)換關(guān)系稱為通用構(gòu)像方程oYZyfS(XS,YS,ZS)p(U,V,W)xVzU

OXP(X,Y,Z)W

第22頁/共57頁航攝像片的方位元素：確定攝影時攝影中心、像片與地面三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)。5.1.2中心投影構(gòu)像方程SoAaxyxyxyz第23頁/共57頁SoAaxyxyxyz像平面坐標(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)攝影測量像片的方位元素[Elementoforientation]第24頁/共57頁圖像坐標(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)攝影測量內(nèi)方位元素外方位元素像片的方位元素[Elementoforientation]第25頁/共57頁像片的方位元素[Elementoforientation]內(nèi)方位元素投影中心對航攝像片的相對位置叫做像片的內(nèi)方位；確定內(nèi)方位的獨(dú)立參數(shù)叫做內(nèi)方位元素。

確定投影中心對像片的相對位置的參數(shù)；?

內(nèi)方位元素一般是已知的

注意?

x0，y0都為小值框標(biāo)坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系內(nèi)方位元素xyz第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素CentralProjectionandElementsoforientation第26頁/共57頁像片的方位元素[Elementoforientation]內(nèi)方位元素框標(biāo)坐標(biāo)系、像平面坐標(biāo)系、像空系之間的關(guān)系xyza在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為a在像空系中的坐標(biāo)為第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素CentralProjectionandElementsoforientation第27頁/共57頁像片的方位元素[Elementoforientation]內(nèi)方位元素每條攝影光線在像空系中有一個確定的方向。作用：1、像點(diǎn)的框標(biāo)坐標(biāo)系向像空系的改化；2、確定攝影光束的形狀；SxyoaAzxy第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素CentralProjectionandElementsoforientation第28頁/共57頁soAYXZ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)像片外方位元素ZsXsYs外方位線元素：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)第29頁/共57頁AXYZ像片外方位角元素以Y

軸為主軸的--

轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN航向傾角旁向傾角像片旋角osxyzOX第30頁/共57頁共線方程推導(dǎo)1、像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換2、利用共線條件建立地面坐標(biāo)和像空間輔助坐標(biāo)系的關(guān)系SoAaxyxyxyz第31頁/共57頁xyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換第32頁/共57頁像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換平面坐標(biāo)變換xyox’y’aaa第33頁/共57頁aS-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)變換第34頁/共57頁S-XYZ坐標(biāo)系繞X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)變換第35頁/共57頁S-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)變換第36頁/共57頁以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第37頁/共57頁以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第38頁/共57頁共線方程1、像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換2、利用共線條件建立地面坐標(biāo)和像空間輔助坐標(biāo)系的關(guān)系SoAaxyxyxyz第39頁/共57頁航攝儀sxyxyzMZYXAao共線條件

在理想情況下，攝影瞬間像點(diǎn)、投影中心、物點(diǎn)位于同一條直線上，描述這三點(diǎn)共線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱之為共線條件方程。第40頁/共57頁共線條件xyzXYZAasXsYsZsNYaXaZaXA-XsYA-Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX第41頁/共57頁共線條件方程第42頁/共57頁假設(shè)共線方程的最簡形式：第43頁/共57頁由像點(diǎn)坐標(biāo)解求大地平面坐標(biāo)：已知內(nèi)、外方位元素像點(diǎn)坐標(biāo)DEMXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2第44頁/共57頁5.1.3全景攝影機(jī)的構(gòu)像方程OwP′

sXxP(X,Y,Z)像點(diǎn)PvtZ曝光縫隙等效畫幅式像片Yu(u)wvs-uvw為傳感器坐標(biāo)系

s-uvw為成像瞬間的

像空間坐標(biāo)系

O-XYZ為地面坐標(biāo)系

第45頁/共57頁第46頁/共57頁5.1.4推掃式傳感器的構(gòu)像方程

每一條線的成像屬于中心投影；幾何關(guān)系類似于全景投影像片（f不變）：遙感器坐標(biāo)系：像空間坐標(biāo)系：地面坐標(biāo)系XYZ0twwvvu(u)P(X,Y,Z)像點(diǎn)p第47頁/共57頁推掃式傳感器的構(gòu)像方程第48頁/共57頁5.1.5光機(jī)掃描式傳感器的構(gòu)像方程多中心投影（每個像元都有投影中心）；幾何關(guān)系類似于全景投影像片（f不變）;對整張圖像來說，難以用有固定參數(shù)的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)。應(yīng)用中，除仿照共線條件建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)間的關(guān)系式，常用多項(xiàng)式形式來表達(dá)像點(diǎn)與地面點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系式.

第49頁/共57頁5.1.5光機(jī)掃描式傳感器的構(gòu)像方程第50頁/共57頁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程，直接對圖像變形本身進(jìn)行模擬。把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、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，用一個適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來表達(dá)。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)式對圖像進(jìn)行幾何校正。第51頁/共57頁基于多項(xiàng)式的傳感器模型n=1時：一次多項(xiàng)式校正:線性變換_平移,縮放,旋轉(zhuǎn)二次多項(xiàng)式校正:非線性變形三次多項(xiàng)式校正:高次非線性變形第52頁/共57頁5.1.8基于