遙感影像的幾何校正
2013-08-28 16:16:32 來源: 測繪論壇
遙感圖像成圖時，由于受到大氣傳輸效應和遙感成像特征的影響，導致圖像本身的幾何位置、形狀、方位等特征與在參照系統中的表達要求不一致。為了使所有的遙感影像數據都在核實的位置，于是對圖像進行輻射校正和幾何校正。本文針對遙感圖像的各種幾何變形總結出遙感圖像的變形誤差，并對其進行分類、總結誤差產生原因、得出解決方案。本文主要側重于對影像進行幾何校正的方法的討論，得出如何選擇最適合的校正方法。
一、 引言（INTRODUCTION）
圖像校正主要是指輻射校正和幾何校正。輻射校正包括傳感器的輻射校正、大氣校正、照度校正遺跡條紋和斑點的判定和消除。幾何校正就是校正成像過程中造成的各種幾何畸變，包括幾何粗校正和幾何精校正。幾何粗校正是針對造成畸變的原因進行的校正，我們得到的衛星遙感數據一般都是經過幾何粗校正處理的。幾何精校正是利用地面控制點進行的幾何校正，它是用一種數學模型來接近描述遙感圖像的幾何畸變過程，并利用標準圖像和畸變的遙感圖像之間的一些對應點（地面控制點數據）確定幾個幾何畸變模型，然后利用此模型進行幾何畸變的校正，這種校正不考慮畸變的具體形成原因，而只考慮如何讓利用畸變模型來校正遙感圖像
由于幾何校正后的影像可以用于提取精卻的距離、多邊形面積以及方向等信息，同時可以建立遙感提取的信息與地理信息系統（GIS）或空間決策支持系統（SDSS）中其他專題信息之間的聯系，所以對遙感數據進行預處理，消除幾何畸變是十分重要的。
二、 研究方法
遙感影像一般存在內部誤差和外部誤差，識別內外部誤差源以及他們是系統誤差還是隨機誤差非常重要。一般來說，內部誤差引起的畸變通常是系統性的、可預測的，外部誤差引起的畸變通常是隨機的。系統誤差通常比較容易改正，方法簡單，而隨機誤差相對復雜，所以本文主要是討論隨機誤差的幾何校正。
1，內部誤差的產生原因及消除方法
內部誤差引起的幾何畸變主要包括：地球自轉引起的偏差、掃描系統引起的標稱地面分辨率變化、掃描系統一維高程投影差、掃描系統切向比例畸變。
對于地球自轉引起的偏差，通常進行偏差校正，偏差校正就是將影像像幅中的像元向西做系統的位移調整，改正衛星傳感器系統的角速度和地表線速度的相互作用。
掃描系統引起的標稱地面分辨率變化主要是指亞軌道多光譜掃描系統，由于距星下點越遠，地面分辨率就越低，所以大多數科學家主要使用橫向掃描數據·幅中央70%的區域（星下點左右各35%）。
在星下點曝光瞬間，垂直航攝相片僅有一個位于飛行器正下方的像主點，這種透視幾何關系使得所有高于周圍地面的目標地物會出現從像主點向外放射狀分布的不同程度的平面維系。這就產生了掃描系統一維高程投影差。由于掃描鏡勻速旋轉，傳感器掃描星下點的地理距離要比影像邊緣區域的短，這就使垂直于軌道方向的一個軸發生了壓縮。離星下點地面分辨單元越遠，影像壓縮的比例就越大，這就是切像比例畸變。然而，現在大多數商業數據提供者把GPS安裝到飛機上，從而獲取精確的航線坐標，這對于糾正航攝MSS數據有很大的幫助。
1、 外部誤差的產生原因
遙感數據幾何誤差的主要外部因素是數據采集時飛機或航天器的隨機運動，主要包括：高度變化、姿態變化（翻轉、俯仰和偏航）。
在理想的情況下，遙感系統距地面的飛行高度應該不變，以保持影像比例尺沿飛行方向不變。然而，即使遙感系統距離水平面飛行高度固定不變，影像比例尺也會變化，這種情況發生是由于地面起伏變化（也就是說地面會靠近或遠離遙感系統）。影像中會存在比例尺變化，常通過幾何糾正算法盡量減小這些影響。
衛星平臺一般較為穩定，因為它們不受大氣湍流或風的影響，但亞軌道飛行器在采集遙感數據時會受到向上氣流、向下氣流、頂風、順風和側風等的沖擊。即使遙感平臺距地高度保持不變，但它仍然可能分別沿著三軸隨機旋轉，這通常稱為翻滾、俯仰和偏航。
2、 幾何校正,
目前，許多商用遙感數據都已經消除了大多數系統誤差。除非另外處理，否則遙感影像中依然存在非系統性隨機誤差，使影像未平面化（即，像元沒有位于其正確的平面地圖位置）。本文集中討論兩種常見的幾何校正方法，分別是：從影像到地圖的校正、從影像到影像的配準。
（1）從影像到地圖的校正
從影像到地圖的校正過程通常包括步驟：1.選擇合適的基準平面圖。2.采集地面控制點。3.確定輸入下像元坐標（（行，列）=（x,y））和該點對應的地圖坐標之間的幾何關系。通過地面控制點對建立幾何轉換關系，然后，將待校正輸入影像的像元坐標校正或填充到輸出影像中。這個過程稱為空間插值。4.確定像元亮度值。然而，輸入像元值和輸出像元值之間沒有直接的一一對應關系。校正后的輸出影像像元需要填充一定的亮度值，但改像元柵格并非剛好落在規則行列坐標上，因此必須采用某種方法來確定校正后輸出像元的亮度值。這一過程稱為亮度插值。
（2）從影像到影像的配準
從影像到影像的配準是平移和旋轉過程的結合，通過兩幅影像中的同名點進匹配，使同名地物出現配準后影像的相同位置。若不需要使每個像元都具有待定的地圖投影坐標，就可以使用這種集合糾正方法。
三、 結論（RESULTS）
影像校正和配準所用的基本原理是相同的。他們的區別是：在從影像到地圖的校正中，參考的是具有標準地圖投影的地圖，而在從影像到影像的配準中，參考的是另一景影像。很顯然，如果采用已校正······十分有用。
當已知遙感圖像的成圖模型和有關輔助數據時，可以按成像模型精確或近似精確地恢復圖像上像點的正確位置，進而得到校正圖像。這種按成像模型進行遙感圖像精確幾何校正的方法稱為嚴格幾何校正。假如應用要求不高，或者缺少輔助數據而無法確定成像模型中的參數，或者根本不知道圖像幾何類型的時候，可以用假定的數學模型作為成像模型對圖像實施幾何校正。這種按假定數學模型進行遙感圖像近似幾何校正的方法稱為近似幾何校正。在近似幾何校正中，假定的數學模型應盡量反映遙感圖像的幾何變現規律，否則無法取得理想的校正效果.
聲明①：文章部分內容來源互聯網，如有侵權請聯系刪除，郵箱 cehui8@qq.com
聲明②：中測網登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其描述，文章內容僅供參考。
加群提示：我們創建了全國32個省份的地方測繪群，旨在打造本地測繪同行交流圈，有需要請聯系管理員測小量（微信 cexiaoliang）進群，一人最多只能進入一個省份群，中介人員勿擾