第一講-遙感影像的配準(zhǔn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一講 遙感影像預(yù)處理圖像處理流程分為以下幾個(gè)步驟：圖像的配準(zhǔn)、重采樣、定標(biāo)以及大氣糾正。其中，圖像配準(zhǔn)是做所有工作的前提，是圖像的幾何糾正。在進(jìn)行定性或者定量遙感時(shí)都要進(jìn)行圖像配準(zhǔn)來確定我們所要研究的目標(biāo)。在進(jìn)行完圖像配準(zhǔn)（幾何糾正）之后，為了使得輸出圖像的配置與輸入圖像向?qū)?yīng)，因此要進(jìn)行重采樣。定標(biāo)以及大氣糾正則是進(jìn)行輻射量糾正的重要的過程，是進(jìn)行定量遙感不可少的步驟。分類是圖像處理的最后一步，按某種使用意圖分類之后的圖像，對(duì)實(shí)際應(yīng)用有很大幫助。圖像預(yù)處理的流程一、影像配準(zhǔn)配準(zhǔn)：同一區(qū)域里一幅圖像（基準(zhǔn)圖像）對(duì)另一幅圖像的校準(zhǔn)，以使兩幅圖像中的同名像元配準(zhǔn)；圖像糾

2、正：借助于一組地面控制點(diǎn)，對(duì)一幅圖像進(jìn)行地理坐標(biāo)的校正，也稱為地理參照；目的 : (1) 在定性應(yīng)用遙感時(shí),例如我們想動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)湖泊形狀和面積的變化,必須通過配準(zhǔn)才能使圖像之間具有可比性,從而達(dá)到我們的研究目的.(2) 在遙感的定量研究中,例如要反演所感興趣地方的參數(shù),也需要通過配準(zhǔn)才能確定具體的目標(biāo).實(shí)際上,配準(zhǔn)就是一種幾何糾正由于搭載傳感器的平臺(tái)(如飛機(jī),衛(wèi)星)的姿態(tài),速度等的不穩(wěn)定,以及地球曲率,空氣折射等的影響,形成的圖像常有畸變,所以要進(jìn)行幾何糾正,我們常常通過配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)(對(duì)于山區(qū),可采用正射糾正)類型(1) 把畸變圖像往地形圖上配(2) 把畸變圖像往底圖上配(3) 把畸變圖圖像相互之間

3、配原理(一) 多項(xiàng)式糾正模型:(1) 一次多項(xiàng)式Xw=a0+a1*Xb+a2*YbYw=b0+b1*Xb2*+bYb(2) 二次多項(xiàng)式Xw=a0+a1*Xb+a2*Yb+a3*Xb2+ a4*Yb2+a5*Xb*YbYw=b0+b1*Xb+b2*Yb+b3*Xb2+ b4*Yb2+b5*Xb*Yb(3) 三次多項(xiàng)式Xw=a0+a1*Xb+a2*Yb+a3*Xb2+ a4*Yb2+a5*Xb*Yb+a6*Xb3+a7*Yb3+a8*Xb2*Yb+a9*Xb*Yb2Yw=b0+b1*Xb+b2*Yb+b3*Xb2+ b4*Yb2+b5*Xb*Yb+b6*Xb3+b7*Yb3+b8*Xb2*Yb+b

4、9*Xb*Yb2求系數(shù):通過尋找控制點(diǎn)（GCP）去求系數(shù)，有幾個(gè)未知數(shù)就至少要幾對(duì)控制點(diǎn)！一次至少要3對(duì)，二次至少要6對(duì)，三次至少要10對(duì)。有個(gè)經(jīng)驗(yàn)式: GCPmin=(t+1)(t+2)/2其中t為多項(xiàng)式的次數(shù),GCP單位為控制點(diǎn)的”對(duì)數(shù)”; 當(dāng)然我們還可以找更多的控制點(diǎn)去求統(tǒng)計(jì)意義上的最優(yōu)系數(shù).此外在ENVI中還提供了另外兩種方法(感興趣的可以看ENVI手冊(cè))（二）RST(旋轉(zhuǎn)、縮放和平移)（三） 三角測(cè)量選取控制點(diǎn):在幾何校正中，GCP點(diǎn)的選擇是最重要，也是工作量最大的，對(duì)于一個(gè)精確的校正必須使用精確的地面控制點(diǎn)，圖像中所有其它點(diǎn)的校正坐標(biāo)均由地面控制點(diǎn)外推所得。被定位的地面控制點(diǎn)必須散

5、布在整幅圖像上，GCP點(diǎn)分布越均勻，數(shù)量越多，校正的可靠性越高。 我們所選的點(diǎn)在圖像上要容易辨認(rèn)，地面上最好可以實(shí)測(cè)，具有較固定的特征,不會(huì)隨時(shí)間的變化而變化(例如城市的十字路口).另外在沒有經(jīng)過地形糾正的圖像上選取控制點(diǎn)時(shí),應(yīng)在同一地形高度上進(jìn)行(即要先消除地形的影響,可以用正射糾正). 同時(shí)也可以有選擇的去除一些效果不好的控制點(diǎn)，以達(dá)到最佳效果.控制點(diǎn)的精度和選取的難易程度是與圖像的質(zhì)量,地物的特征及圖像的空間分辨率密切相關(guān)的.控制點(diǎn)好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):RMSRMS（均方根）誤差是在用轉(zhuǎn)換矩陣對(duì)一個(gè)GCP作轉(zhuǎn)換時(shí)，所期望輸出的坐標(biāo)與實(shí)際輸出的坐標(biāo)之間的偏差。估算坐標(biāo)和原坐標(biāo)之間的差值大小代表了

6、其每個(gè)控制點(diǎn)幾何糾正的精度.RMS誤差用計(jì)算距離的方程求得：xi和yi是輸入的原坐標(biāo)；xr和yr是逆變換后的坐標(biāo)。通過計(jì)算每個(gè)控制點(diǎn)的RMS,即可檢查有較大誤差的地面控制點(diǎn),又可得到累積的總體均方根誤差.。RMS誤差以坐標(biāo)系統(tǒng)的距離來表示。如果原坐標(biāo)是數(shù)據(jù)文件坐標(biāo)，那么RMS誤差是用像元數(shù)的距離.例如，RMS誤差是1意味著參考像元與逆轉(zhuǎn)換像元之間的距離是1個(gè)像元。 通常我們會(huì)指定一個(gè)可以接受的最大總RMS誤差,如果實(shí)際的超過了這個(gè),則需要?jiǎng)h除具有最大RMS誤差的地面控制點(diǎn)(但是在實(shí)際情況中, 如果圖像的某一特殊區(qū)域只有一個(gè)GCP，那么剔除它可能導(dǎo)致更大的誤差),必要時(shí)選取新的控制點(diǎn)或調(diào)整舊的控

7、制點(diǎn);改變坐標(biāo)變換函數(shù)式重新計(jì)算多項(xiàng)式的系數(shù);重新計(jì)算RMS誤差。（1）最鄰近像元法重采樣 由于輸出圖像的像元點(diǎn)在輸入圖像中的行列號(hào)不是或不全是整數(shù)關(guān)系,所以需要根據(jù)輸出圖像上的各像元在輸入圖像中的位置,對(duì)原始圖像按一定規(guī)則重新采樣,進(jìn)行亮度值的插值運(yùn)算,建立新的圖像矩陣.常用的內(nèi)插方法有:(1) 最鄰近法: 將最鄰近的像元值賦予新像元. 優(yōu)點(diǎn): a 不引入新的像元值 ，適合分類前使用； b 有利于區(qū)分植被類型，確定湖泊渾濁程度，溫度等； c 計(jì)算簡(jiǎn)單，速度快 缺點(diǎn):最大可產(chǎn)生半個(gè)像元的位置偏移,改變了像元值的幾何連續(xù)性，原圖中某些線狀特征會(huì)被扭曲或變粗成塊狀 .(2) 雙線性內(nèi)插法 : 使用

8、鄰近4個(gè)點(diǎn)的像元值,按照其據(jù)內(nèi)插點(diǎn)的距離賦予不同的權(quán)重,進(jìn)行線性內(nèi)插.優(yōu)點(diǎn):a 圖像平滑，無臺(tái)階現(xiàn)象。線狀特征的塊狀化現(xiàn)象減少；b 空間位置精度更高缺點(diǎn):a 像元被平均，有低頻卷積濾波效果,破壞了原來的像元值,在波譜識(shí)別分類分析中,會(huì)引起一些問題。b邊緣被平滑，不利于邊緣檢測(cè)。(3) 三次卷積內(nèi)插法 : 使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的16個(gè)像元值,用三次卷積函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插.優(yōu)點(diǎn): 高頻信息損失少，可將噪聲平滑,對(duì)邊緣有所增強(qiáng),具有均衡化和清晰化的效果缺點(diǎn): 破壞了原來的像元值,計(jì)算量大. 內(nèi)插方法的選擇除了考慮圖像的顯示要求及計(jì)算量外，在做分類時(shí)還要考慮內(nèi)插結(jié)果對(duì)分類的影響,特別是當(dāng)紋理信息為分類的主要信息時(shí)

9、。研究表明，最近鄰采樣將嚴(yán)重改變?cè)瓐D像的紋理信息。因此，當(dāng)紋理信息為分類主要信息時(shí)，不宜選用最近鄰采樣。雙線性內(nèi)插及三次卷積內(nèi)插將減少圖像異質(zhì)性，增加圖像同質(zhì)性，其中，雙線性內(nèi)插方法使這種變化更為明顯。 這幾種方法在ENVI中均是可以選擇的.通過具體的例子說明一下ENVI中配準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)過程: 先打開兩幅圖選擇MAP>registration>select GCPS:image to image(因?yàn)閮煞鶠橛跋?如果一幅是圖像另一幅是地圖,則選擇image to map)點(diǎn)擊OK就可以在兩幅圖上進(jìn)行選點(diǎn)了控制點(diǎn)的顏色可以在窗口的file>preferences中修改選好一個(gè)點(diǎn)后就用add point,當(dāng)然不好的點(diǎn)還可以刪掉,用hide list ,可以打開所選點(diǎn)的列表從此表中,我們可以看到各點(diǎn)的X軸和Y軸誤差,以及RMS誤差,而在中,我們可以看到總的RMS選好點(diǎn)后,做保存進(jìn)行糾正: 選擇MAP>registration>warp from GCPS:image to image輸入待糾正的圖像和基準(zhǔn)的圖像在warp method中可以選擇多