遙感圖像幾何校正方法研究文獻(xiàn)綜述

1、<p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　遙感圖像幾何校正方法研究</p><p>　　摘要：遙感圖像受到大氣傳輸效應(yīng)和遙感器成像特征的影響出現(xiàn)部分歪曲變形的空間特征，這時就需要對其進(jìn)行幾何校正。幾何校正包括兩個方面的內(nèi)容：圖像空間像元坐標(biāo)的變換，即變換模型，和變換后的標(biāo)準(zhǔn)圖像空間得各鄉(xiāng)愿灰度值得計算，即重采樣。本文通過查閱大量文獻(xiàn)，研究遙感

2、影像幾何校正基本方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：幾何校正;遙感影像校正;</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　遙感數(shù)字圖像的幾何校正有兩種：一是根據(jù)衛(wèi)星軌道公式將衛(wèi)星的位置，姿態(tài)，軌道，大地曲面形狀及掃描特征作為時間的函數(shù)來計算每條掃描線上像元的坐標(biāo)，這種校正往往因為對遙感傳感器的位置及姿態(tài)測量精度不高而使得校正后

3、圖像仍有不小的誤差。所以又稱其為粗幾何校正，粗校正一般由遙感數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，如衛(wèi)星遙感地面站或遙感公司負(fù)責(zé)進(jìn)行；二是對經(jīng)過粗幾何校正影像進(jìn)行精幾何校正，該校正需要借助地面控制點(diǎn)，和多項式等校正模型進(jìn)行。一般來說，遙感衛(wèi)星使用較準(zhǔn)確的定位技術(shù)，姿態(tài)保持相當(dāng)穩(wěn)定，由衛(wèi)星姿態(tài)變化引起的幾何誤差較小，但是成像過程中大氣擾動引起的幾何誤差較大；而航空遙感飛機(jī)，特別是航模飛機(jī)，其姿態(tài)變化引起的幾何誤差不能忽略，有時還相當(dāng)大。</p>&l

4、t;p>　　幾何校正（Geometric Correction）是利用控制點(diǎn)(Grond Control Point,GCP）進(jìn)行的，它是用一種數(shù)學(xué)模型來近似描述遙感圖像的幾何畸變過程，并利用畸變的遙感圖像與標(biāo)準(zhǔn)地圖之間的一些對應(yīng)點(diǎn)（即控制點(diǎn)）球的這個幾何畸變模型，然后利用次模型進(jìn)行幾何畸變的校正，這種校正不考慮畸變的具體原因，而只考慮如何利用畸變模型來校正圖像。</p><p><b>　　1幾

5、何校正一般步驟</b></p><p><b>　　（1）準(zhǔn)備工作</b></p><p><b>　?。?）輸入原始圖像</b></p><p><b>　　（3）建立校正函數(shù)</b></p><p>　?。?）確定輸出圖像的范圍</p><p

6、>　?。?）逐個像元進(jìn)行幾何變化</p><p><b>　　（6）灰度的重采樣</b></p><p>　?。?）輸出校正后圖像</p><p><b>　?。?）效果評價</b></p><p>　　1.1地面控制點(diǎn)選取</p><p>　　在選取地面控制點(diǎn)（又稱同

7、名點(diǎn)）之前，還要考察以下實際情況，對于那些要處理的地域面積不大，而選取的遙感影像覆蓋面積又很大的情況下，需要先進(jìn)行影像得裁剪，然后選取地面控制點(diǎn)，進(jìn)行幾何精校正，這樣可以提高運(yùn)行速度，校正精度也會較高。一般而言，所選的地面控制點(diǎn)應(yīng)具有以下特征：</p><p>　　地面控制點(diǎn)在影像上又明顯的可識別標(biāo)志，如橋梁與河岸的交點(diǎn)，田塊邊角點(diǎn)，大的煙囪，道路的交叉點(diǎn)等。</p><p>　　地面控制

8、點(diǎn)的地物不隨時間而變化，以保證兩幅不同時相得影像都可以識別出來。</p><p>　　在沒有進(jìn)行過地形校正得影像上選取控制點(diǎn)時，應(yīng)盡量選取同一高程上的控制點(diǎn)。</p><p>　　地面控制點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布在校正區(qū)域內(nèi)，并有一定的數(shù)量保證。地面控制點(diǎn)的精度，數(shù)量和分布直接影響著影像幾何校正的精度。</p><p>　　1.2多項式校正模型</p><

9、;p>　　地面控制點(diǎn)確定后，要分別在兩幅遙感影像之間或影像與標(biāo)準(zhǔn)地形圖之間進(jìn)行從高一級幾何精度的遙感影像或大比例尺得地形圖上讀取像元的定位值；需要校正的圖像像元坐標(biāo)可以是其行列號，也可以是其變了形的地理坐標(biāo)。從理論上講，原圖像曲面均可用適當(dāng)?shù)母叽味囗検浇茢M合。</p><p>　　下一步是確定多項式校正模型，多項式模型的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：</p><p>　　式中，X,Y為校正后圖

10、像的像元坐標(biāo)，x,y為與X,Y相對應(yīng)得校正前像元坐標(biāo)，，為多項式待定系數(shù)，N為多項式的次數(shù)。N的選取，取決于圖像變形的程度，地面控制點(diǎn)的數(shù)量和地形位移的大小。對于多數(shù)具有中等幾何變形的小區(qū)域的衛(wèi)星影像，較常使用的非線性校正模型是（1.1）的 簡化：</p><p>　　由（1.2）可以看到，有4個同名點(diǎn)坐標(biāo)值，即4對（x,y）與（X,Y）坐標(biāo)值，就可以計算出這8個待定系數(shù)。</p><p>

11、;　　多項式校正法適用于地勢平坦地區(qū)的幾何校正, 如果高差的范圍不是很大, 用該方法進(jìn)行校正可大大提高校正精度。</p><p>　　1.3重新采樣和內(nèi)插方法</p><p>　　所謂重采樣（Resample），就是對校正后圖像的各像元灰度根據(jù)原始圖像數(shù)值進(jìn)行重新逐個賦值。這是因為原始圖像與理想地面網(wǎng)格的對應(yīng)關(guān)系由于圖像非線性幾何變形而發(fā)生破壞，校正以后的圖像像元與原始圖像像元已經(jīng)不是一對

12、一的對應(yīng)關(guān)系，需要用與校正后像元相關(guān)的一個或多個原始像元灰度經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?，形成新的像元灰度值，賦予校正后像元。</p><p>　　重采樣目前主要有三種方法：最近鄰法，雙線性內(nèi)插法和三次卷積法。最近鄰域法算法最簡單，效果也最差。三次卷積法算法最繁，效果最好，適用于灰度層次豐富的圖像。</p><p>　　1.3.1最近鄰域法</p><p>　　最近鄰域法是將與校

13、正后像元最鄰近的原圖像像元值賦予該像元的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是生成圖像仍然保持原圖像像元值。比如：原圖像是二值化的圖像，重采樣后的圖像仍是二值化的圖像。該算法簡單，處理速度快。缺點(diǎn)是新網(wǎng)絡(luò)屬性賦值未考慮其他鄰近原圖像網(wǎng)格的影像，由于輸出圖像像元的行列號在輸入圖像中并不只是簡單的整數(shù)偏移，所以該方法最大可引起半個像元的位置偏移?？赡芤疠敵鰣D像中某些地物的不連貫。</p><p><b>　　2幾何校正研究

14、現(xiàn)狀</b></p><p>　　從 SPOT 衛(wèi)星的幾何特性和成像原理出發(fā), 提出了共線方程校正的理論，使用像素坐標(biāo)變換，像素亮度值重采樣，他給出了利用控制點(diǎn)進(jìn)行 SPOT5 衛(wèi)星影像共線方程法校正的方法, 運(yùn)用該方法對陜西省的平原、 丘陵和山地三種地形的影像進(jìn)行了校正試驗。實驗證明該方法可靠穩(wěn)定, 校正精度高。</p><p>　　劉波根據(jù)SPOT遙感衛(wèi)星的成像原理和特點(diǎn)

15、, 討論了基于變換關(guān)系的正射校正的模型與方法, 變換關(guān)系是一種傳統(tǒng)的幾何校正模型, 它通過地面控制點(diǎn)與影像同名點(diǎn)計算出不同變換式的變換系數(shù), 從而將變形的原始影像擬合到地面坐標(biāo)系中。建立變換關(guān)系有多項式法，Rational Function,Thin Plate Spline三種方法。其中幾何校正精度達(dá)到較高的水平。利用SOMP做幾何精校正，解決了缺少控制點(diǎn) GCP 的地區(qū)遙感影像精校正的問題。利用 SOMP 幾何精校正法的主要處理過程

16、為:輸入原始圖像→建立校正公式→求影像坐標(biāo)與SOMP 坐標(biāo)關(guān)系→反求大地坐標(biāo)→確定影像輸出范圍→逐個像元校正。該方法理論嚴(yán)密、 算法快捷、 校正精度高, 對缺少控制點(diǎn)的影像校正是一種有效的方法。</p><p><b>　　3結(jié)論</b></p><p>　　通過研究大量文獻(xiàn)資料，本文總結(jié)了數(shù)字影像幾何校正基本方法，并描述了國內(nèi)研究概況，目前總結(jié)如下：</p&g

17、t;<p>　　在遙感影像幾何校正中，控制點(diǎn)的選取是最重要的一步，控制點(diǎn)的數(shù)量，分布和精度直接影像到幾何校正的精度和結(jié)果。</p><p>　　地面控制點(diǎn)確定后，要在圖像與圖像或地圖上分別讀出各個控制點(diǎn)在圖像上的像元坐標(biāo)及其參考圖像或地圖上的坐標(biāo)。</p><p>　　數(shù)學(xué)模型的選取是重要的一步，根據(jù)不同特征的影像采用不同的數(shù)學(xué)方法。</p><p>

18、　　輸出的新圖像的像元在圖像中的分布是不均勻的，輸出前后圖像像元對應(yīng)關(guān)系不一，因此需要根據(jù)輸出圖像上的各像元在輸入圖像中的位置，對原始圖像按一定規(guī)則重新采樣，進(jìn)行亮度值的差值計算，建立新的圖像矩陣，即重采樣。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]彭澤 ,劉定生..北京一號小衛(wèi)星幾何校正方法與試驗[J].遙感應(yīng)用,2008,(1).&

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