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1、第五章 遥感图像几何校正 Chapter Remote sensing image Geometric Correction,遥感图像处理内容？,遥感图像存储格式有三种？,1、BIP（Band Interlearved by Pixel）按象元波段交叉式记录，有利于作子区处理，较少使用2、BIL（Band Interlearved by Line）按行波段交叉式记录，便于单波段处理和提取3、BSQ（Band Sequentiel）按波段顺序式记录，适用于多波段运算和分类,遥感图像的统计分析？,1图像的统计量图像灰度均值灰度中值灰度众数灰度方差与标准差灰度反差2图像的直方图3 多波段间的统计分析
2、,标准差小，亮度值比较集中，图像反差小；标准差大，亮度值比较分散，图像反差大。,图像标准差与图像反差的关系？,图像的直方图？Histogram,（1）图像直方图的基本概念：直方图是图像中的每个亮度值(DN)的像元数量的统计分布。图像直方图的横坐标表示图像的灰度级变化，直方图的纵坐标表示图像中某个灰度出现的频率。直方图是图像灰度分布的直观描述，它能够反映图像的信息量及分布特征。如图a 水体b 湿地c 陆地,多波段数据的统计特征-相关系数与相关矩阵Correlation Matrix的意义？相关系数是描述多波段图像的相关程度的统计量。对遥感图像来说，二个波段之间彼此包含的信息很多，称相关程度高，若
3、彼此包含不同信息，则说相关程度低。相关系数表示两个波段图像所包含的信息内容的重叠程度，是多波段图像彩色合成的重要依据。,相关系数,相关矩阵,焦作，TM，2007.5.19,Band 1,Band 2,Band 3,Band 4,Band 5,Band 7,Basic Stats Min Max Mean Stdev Num Eigenvalue Band 1 71 238 100.198278？13.282733 1 865.526840 Band 2 31 129 48.810632 7.960678 2 172.335425 Band 3 25 166 54.181880 13.18938
4、1 3 45.795327 Band 4 25 167 80.806152 10.032392 4 11.086515 Band 5 21 249 95.733802 18.548537 5 5.464733 Band 7 10 186 50.995964 15.587194 6 1.212051 Covariance Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 176.430989 101.765209 162.994672-38.125529 155.960734 175.349046 Band 2 101.765209 63.3723
5、88 102.338054-15.756053 105.355173 108.990120 Band 3 162.994672 102.338054 173.959768-29.815253 178.904334 183.638468 Band 4-38.125529-15.756053-29.815253 100.648899 41.989453-17.068897 Band 5 155.960734 105.355173 178.904334 41.989453 344.048228 261.256711 Band 6 175.349046 108.990120 183.638468-17
6、.068897 261.256711 242.960618Correlation Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 1.000000 0.962414 0.930383-0.286104 0.633021 0.846931 Band 2 0.962414 1.000000 0.974681-0.197284 0.713504 0.878353 Band 3 0.930383 0.974681 1.000000-0.225325 0.731285 0.893246 Band 4-0.286104-0.197284-0.225325
7、1.000000 0.225645-0.109152 Band 5 0.633021 0.713504 0.731285 0.225645 1.000000 0.903628 Band 7 0.846931 0.878353 0.893246-0.109152 0.903628 1.000000,焦作地区相关系数矩阵TM，2007.5.19,TM图像的相关特点？,TM数据相关分组性 TM1、2、3相关系数较大，属于一组 TM5、7均为红外波段，相关系数较大，成为一组 TM4与其它波段的相关性都很小，单独成为一组 TM6因其几何分辨率较其它波段都低，无法与其它波段进行相关分析，也单独为一组。,C
8、orrelation Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 1.000000 0.962414 0.930383-0.286104 0.633021 0.846931 Band 2 0.962414 1.000000 0.974681-0.197284 0.713504 0.878353 Band 3 0.930383 0.974681 1.000000-0.225325 0.731285 0.893246 Band 4-0.286104-0.197284-0.225325 1.000000 0.225645-0.109152 Ban
9、d 5 0.633021 0.713504 0.731285 0.225645 1.000000 0.903628 Band 7 0.846931 0.878353 0.893246-0.109152 0.903628 1.000000,第五章 遥感图像几何处理 Chapter Remote sensing image Geometric Correction,5.1遥感传感器的构像方程5.2几何畸变(Geometric distortion)5.3几何校正(Geometric correction),5.1 遥感传感器的构像方程,5.1.1 遥感图像的通用构像方程5.1.2 中心投影构像方程
10、5.1.3 全景摄影机的构像方程5.1.4 推扫式传感器的构像方程5.1.5 光机扫描式传感器的构像方程5.1.6 侧视雷达的构像方程5.1.7 基于多项式的传感器模型5.1.8 基于有理函数的传感器模型,5.1.1 遥感图像的通用构像方程,构像方程,图像坐标（x,y）,大地坐标（X，Y，Z）,数学关系,共线方程,常用的坐标系统,SO：主光轴,像平面直角坐标系,o,x,y,a,a(x,y),o：像主点,常用的坐标系,像平面坐标系 o-xy 表示像点在像平面内位置的平面直角坐标系。,常用的坐标系,原点、轴向、作用,x,像空间坐标系 s-xyz 表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。,原点、轴向
11、、作用,常用的坐标系,(x,y,-f),(x,y,-f),O,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,Central Projection and Elements of orientation,像空间辅助坐标系 S-XYZ(传感器坐标系),原点、轴向、作用,像空间和物空间过渡性的坐标系；用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置。X轴大体上与航线方向或者反方向一致，Y、Z轴分别接近水平和铅垂。,常用的坐标系,原点、轴向、作用,地面辅助坐标系,过渡性的地面坐标系统。Z轴铅垂的摄影测量坐标系为地面辅助坐标系。摄影测量成果都在地面辅助坐标系中表示。简称地辅系。,常用的坐标系,第二讲航摄像片的投
12、影关系与方位元素,Central Projection and Elements of orientation,主要坐标系,构像方程中的坐标系,传感器坐标系S-UVW,图像坐标系o-xyf,地面坐标系O-XYZ,在地面坐标系与传感器坐标系之间建立的转换关系称为通用构像方程,航摄像片的方位元素：,确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数。,5.1.2 中心投影构像方程,像平面坐标系,像空间坐标系,像空间辅助坐标系,地面坐标系,像点,地面点,摄影测量,像片的方位元素Element of orientation,图像坐标系,像空间坐标系,像空间辅助坐标系,地面坐标系,像点,地面点,摄
13、影测量,像片的方位元素Element of orientation,像片的方位元素Element of orientation,内方位元素,投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片的内方位；确定内方位的独立参数叫做内方位元素。,确定投影中心对像片的相对位置的参数；,x,y,z,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,Central Projection and Elements of orientation,像片的方位元素Element of orientation,内方位元素,框标坐标系、像平面坐标系、像空系之间的关系,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,Central Projection and
14、 Elements of orientation,像片的方位元素Element of orientation,内方位元素,每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向。,作用：1、像点的框标坐标系向像空系的改化；2、确定摄影光束的形状；,S,x,y,o,a,A,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,Central Projection and Elements of orientation,确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数,像片外方位元素,Zs,Xs,Ys,外方位线元素：描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs),外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态,像片
15、外方位角元素,以Y 轴为主轴的-转角系统,航向倾角,旁向倾角,像片旋角,OX,共线方程推导,1、像空间坐标与像空间辅助坐标的变换2、利用共线条件建立地面坐标和像空间辅助坐标系的关系,(x,y,-f),(X,Y,Z),像空间坐标与像空间辅助坐标的变换,像空间坐标与像空间辅助坐标的变换,平面坐标变换,S-XYZ坐标系绕Y 轴旋转角到S-XYZ,以Y 轴为主轴的-转角系统的坐标变换,S-XYZ坐标系绕X轴旋转角到S-XYz,以Y 轴为主轴的-转角系统的坐标变换,S-XYz坐标系绕z轴旋转角到S-xyz,以Y 轴为主轴的-转角系统的坐标变换,以Y 轴为主轴的-转角系统的坐标变换,以Y 轴为主轴的-转角
16、系统的坐标变换,共线方程,1、像空间坐标与像空间辅助坐标的变换2、利用共线条件建立地面坐标和像空间辅助坐标系的关系,共线条件,在理想情况下，摄影瞬间像点、投影中心、物点位于同一条直线上，描述这三点共线的数学表达式称之为共线条件方程。,共线条件,(x,y,-f),(XA,YA,ZA),共线条件方程,假设,共线方程的最简形式：,由像点坐标解求大地平面坐标：,已知内、外方位元素像点坐标DEM,5.1.3 全景摄影机的构像方程,5.1.4 推扫式传感器的构像方程,每一条线的成像属于中心投影；几何关系类似于全景投影像片（f 不变）,：遥感器坐标系,：像空间坐标系,：地面坐标系,推扫式传感器的构像方程,5
17、.1.5 光机扫描式传感器的构像方程,多中心投影（每个像元都有投影中心）；几何关系类似于全景投影像片（f 不变）;对整张图像来说，难以用有固定参数的数学模型来表达。应用中，除仿照共线条件建立像点与地面点间的关系式，常用多项式形式来表达像点与地面点的坐标关系式.,5.1.5 光机扫描式传感器的构像方程,5.1.7 基于多项式的传感器模型,多项式模型回避成像的几何过程，直接对图像变形本身进行模拟。把遥感图像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、扭曲、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形形成。把遥感图象的总体变形，用一个适当的多项式来表达。,利用控制点的图象坐标和参考坐标系中理论坐标按最小二乘原理求解出多项式
18、中的系数，然后以此多项式对图像进行几何校正。,基于多项式的传感器模型,n=1时：,一次多项式校正:线性变换_平移,缩放,旋转二次多项式校正:非线性变形三次多项式校正:高次非线性变形,5.1.8 基于有理函数的传感器模型,高分辨率卫星成像过程中繁琐的姿态控制导致影像的严格几何模型形式极其复杂,要利用其提取地球空间三维信息,需要在向用户提供影像的同时把卫星详细的轨道星历、传感器成像参数和成像方式等信息一并交付,并且,最终用户需要具有摄影测量的专门知识和相当专业、复杂的应用处理软件。为了降低对用户专业水平的要求,同时保护卫星的核心技术参数不被泄露,某些厂家开始向用户提供一种与传感器无关的通用模型-基
19、于有理函数的传感器模型。基于有理函数的卫星立体影像传感器模型是目前应用最为广泛且定位精度最高的通用传感器模型。,5.1.8 基于有理函数的传感器模型,有理函数模型(Rational Function Model,RFM)是将像点坐标表示为以相应地面点三维空间坐标为自变量的多项式的比值,利用有理函数逼近二维像平面与三维物空间的对应关系。有理函数的一般形式如下:,其中，(u,v)为像点坐标;(X,Y,Z)为相应地面点三维空间坐标;aijk,bijk,cijk,dijk 被称为有理函数系数(Rational Function Coefficient,RFC)。,5.1.8 基于有理函数的传感器模型,基于有理函数的传感器模型最初应用于IKONOS 卫星影像处理。越来越多的卫星厂家开始采取不公布传感器详细信息,只提供卫星影像有理函数模型的销售策略。,5.1 遥感传感器的构像方程,5.1.1 遥感图像的通用构像方程5.1.2 中心投影构像方程5.1.3 全景摄影机的构像方程5.1.4 推扫式传感器的构像方程5.1.5 扫描式传感器的构像方程5.1.6 侧视雷达的构像方程5.1.7 基于多项式的传感器模型5.1.8 基于有理函数的传感器模型,
