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遥感影像的几何校正

2013-08-28 16:16:32 来源: 测绘论坛
聊聊
        遥感图像成图时,由于受到大气传输效应和遥感成像特征的影响,导致图像本身的几何位置、形状、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致。为了使所有的遥感影像数据都在核实的位置,于是对图像进行辐射校正和几何校正。本文针对遥感图像的各种几何变形总结出遥感图像的变形误差,并对其进行分类、总结误差产生原因、得出解决方案。本文主要侧重于对影像进行几何校正的方法的讨论,得出如何选择最适合的校正方法。
 
 
一、         引言(INTRODUCTION
图像校正主要是指辐射校正和几何校正。辐射校正包括传感器的辐射校正、大气校正、照度校正遗迹条纹和斑点的判定和消除。几何校正就是校正成像过程中造成的各种几何畸变,包括几何粗校正和几何精校正。几何粗校正是针对造成畸变的原因进行的校正,我们得到的卫星遥感数据一般都是经过几何粗校正处理的。几何精校正是利用地面控制点进行的几何校正,它是用一种数学模型来接近描述遥感图像的几何畸变过程,并利用标准图像和畸变的遥感图像之间的一些对应点(地面控制点数据)确定几个几何畸变模型,然后利用此模型进行几何畸变的校正,这种校正不考虑畸变的具体形成原因,而只考虑如何让利用畸变模型来校正遥感图像
由于几何校正后的影像可以用于提取精却的距离、多边形面积以及方向等信息,同时可以建立遥感提取的信息与地理信息系统(GIS)或空间决策支持系统(SDSS)中其他专题信息之间的联系,所以对遥感数据进行预处理,消除几何畸变是十分重要的。
 
二、         研究方法
遥感影像一般存在内部误差和外部误差,识别内外部误差源以及他们是系统误差还是随机误差非常重要。一般来说,内部误差引起的畸变通常是系统性的、可预测的,外部误差引起的畸变通常是随机的。系统误差通常比较容易改正,方法简单,而随机误差相对复杂,所以本文主要是讨论随机误差的几何校正。
1,内部误差的产生原因及消除方法
内部误差引起的几何畸变主要包括:地球自转引起的偏差、扫描系统引起的标称地面分辨率变化、扫描系统一维高程投影差、扫描系统切向比例畸变。
对于地球自转引起的偏差,通常进行偏差校正,偏差校正就是将影像像幅中的像元向西做系统的位移调整,改正卫星传感器系统的角速度和地表线速度的相互作用。
扫描系统引起的标称地面分辨率变化主要是指亚轨道多光谱扫描系统,由于距星下点越远,地面分辨率就越低,所以大多数科学家主要使用横向扫描数据·幅中央70%的区域(星下点左右各35%)。
在星下点曝光瞬间,垂直航摄相片仅有一个位于飞行器正下方的像主点,这种透视几何关系使得所有高于周围地面的目标地物会出现从像主点向外放射状分布的不同程度的平面维系。这就产生了扫描系统一维高程投影差。由于扫描镜匀速旋转,传感器扫描星下点的地理距离要比影像边缘区域的短,这就使垂直于轨道方向的一个轴发生了压缩。离星下点地面分辨单元越远,影像压缩的比例就越大,这就是切像比例畸变。然而,现在大多数商业数据提供者把GPS安装到飞机上,从而获取精确的航线坐标,这对于纠正航摄MSS数据有很大的帮助。
1、              外部误差的产生原因
遥感数据几何误差的主要外部因素是数据采集时飞机或航天器的随机运动,主要包括:高度变化、姿态变化(翻转、俯仰和偏航)。
在理想的情况下,遥感系统距地面的飞行高度应该不变,以保持影像比例尺沿飞行方向不变。然而,即使遥感系统距离水平面飞行高度固定不变,影像比例尺也会变化,这种情况发生是由于地面起伏变化(也就是说地面会靠近或远离遥感系统)。影像中会存在比例尺变化,常通过几何纠正算法尽量减小这些影响。
卫星平台一般较为稳定,因为它们不受大气湍流或风的影响,但亚轨道飞行器在采集遥感数据时会受到向上气流、向下气流、顶风、顺风和侧风等的冲击。即使遥感平台距地高度保持不变,但它仍然可能分别沿着三轴随机旋转,这通常称为翻滚、俯仰和偏航。
2、              几何校正,
目前,许多商用遥感数据都已经消除了大多数系统误差。除非另外处理,否则遥感影像中依然存在非系统性随机误差,使影像未平面化(即,像元没有位于其正确的平面地图位置)。本文集中讨论两种常见的几何校正方法,分别是:从影像到地图的校正、从影像到影像的配准。
(1)从影像到地图的校正
从影像到地图的校正过程通常包括步骤:1.选择合适的基准平面图。2.采集地面控制点。3.确定输入下像元坐标((行,列)=x,y))和该点对应的地图坐标之间的几何关系。通过地面控制点对建立几何转换关系,然后,将待校正输入影像的像元坐标校正或填充到输出影像中。这个过程称为空间插值。4.确定像元亮度值。然而,输入像元值和输出像元值之间没有直接的一一对应关系。校正后的输出影像像元需要填充一定的亮度值,但改像元栅格并非刚好落在规则行列坐标上,因此必须采用某种方法来确定校正后输出像元的亮度值。这一过程称为亮度插值。
(2)从影像到影像的配准
从影像到影像的配准是平移和旋转过程的结合,通过两幅影像中的同名点进匹配,使同名地物出现配准后影像的相同位置。若不需要使每个像元都具有待定的地图投影坐标,就可以使用这种集合纠正方法。
 
三、         结论(RESULTS
影像校正和配准所用的基本原理是相同的。他们的区别是:在从影像到地图的校正中,参考的是具有标准地图投影的地图,而在从影像到影像的配准中,参考的是另一景影像。很显然,如果采用已校正······十分有用。
当已知遥感图像的成图模型和有关辅助数据时,可以按成像模型精确或近似精确地恢复图像上像点的正确位置,进而得到校正图像。这种按成像模型进行遥感图像精确几何校正的方法称为严格几何校正。假如应用要求不高,或者缺少辅助数据而无法确定成像模型中的参数,或者根本不知道图像几何类型的时候,可以用假定的数学模型作为成像模型对图像实施几何校正。这种按假定数学模型进行遥感图像近似几何校正的方法称为近似几何校正。在近似几何校正中,假定的数学模型应尽量反映遥感图像的几何变现规律,否则无法取得理想的校正效果.