1、实习报告第 10 章 图像几何校正学生姓名：学生学号：学生年级：学生专业： 学生院系：任课教师：提交时间：资源与环境遥感模型实验实习报告1图像几何校正1. 目的通过实习操作，掌握遥感图像几何校正的基本原理和方法，理解遥感图像几何畸变的来源、几何校正的意义以及坐标系在几何校正中的作用。2. 内容2.1 图像几何校正概述几何变形表现为影像上的像元相对于地面目标的实际位置发生的挤压、扭曲、拉伸和偏移等。其来源主要有：引起图像的几何变形一般分为两类：系统性和非系统性。系统性一般是由传感器本身引起的，有规律可循和课预测性，可以用传感器模型来校正，卫星地面接收站一般已完成这项校正；非系统性几何变形是不规律
2、的，它可以是传感器平台本身的高度、姿态等不稳定性，也可以是地球曲率及空气折射的变化以及地形的变化等引起的。我们常说的几何校正就是校正这些非系统的几何变形。几何校正是利用地面控制点和几何校正数学模型来校正非系统性因素引起的误差，同时也是将图像投影到平面上，使其符合底图投影系统的过程；由于校正过程会将坐标系统赋予图像数据，所以此过程包括了地理编码。2.2 图像几何校正方法在 ENVI4.8 软件中，针对不同的数据源和辅助数据，有以下几种方法(1) 利用卫星自带的地理定位文件进行几何校正对于重返周期短，空间分辨率低的卫星数据，如 AVHRR、MODIS 等，地面控制点选择比较困难。这是就可以利用卫星
3、传感器自带的定位文件进行几何资源与环境遥感模型实验实习报告2校正，其校正的精度主要受定位文件的影响。选择主菜单MapGeoreference 传感器名称，启动这种校正方法。(2) Image to Image 几何校正以一幅已经经过几何校正过的的遥感影像为基准影像，在需要校正的影像和基准影像上选取相同的地物点，使相同的地物出现在校正后的图像上相同的位置处。这是大多数几何校正所采用的方法。选择主菜单Map RegistrationSelect GCPs：Image to Image ，启动这种校正方法。(3) Image to Map 几何校正通过地面控制点对遥感影像的进行几何校正，控制点可以从
4、键盘输入，矢量文件中获取或栅格文件中获取，如地图的校正。选择主菜单Map RegistrationSelect GCPs：Image to Map ，启动这种校正方法。(4) Image to Image 自动图像配准根据像元灰度值或者地物特征自动寻找两幅图像的同名点，完成图像的几何校正。如，当同一地区的两幅影像由于各自的校正误差的影响，使得图上的相同地物的不重叠时，可以使用此方法进行调整。选择主菜单Map RegistrationAutomatic Registrations：Image to Image，启动这种校正方法。2.3 控制点选择方式ENVI 提供以下控制点的选择方式（1）从栅格
5、图像中选择如果有同一地区的已校正的图像，地形图等栅格数据，可以从中选择控制点，对应的控制点选择模式为 Image to Image。（2）从矢量数据中选择如果有同一地区的已校正的矢量数据，可以从中选择控制点，对应的控制点选择模式为 Image to Map。（3）从文本文件中导入如果有 GPS 测量数据，或者其它途径获得控制点坐标，可以导入到图像中，对资源与环境遥感模型实验实习报告3应的控制点选择模式为 Image to Map。（4）键盘输入如果只有控制点目标的坐标信息，则只好通过键盘输入坐标数据并在图像上找到对应点，对应的控制点选择模式为 Image to Map。2.4 几何校正原理图像
6、的几何校正：通过计算机对图像每个像元逐个地进行校正。其包括两项任务：一是像元坐标变换，二是像元灰度值重新计算（重采样） ） 。如 图 1图 1 几何校正原理（1） 坐标变换的两种方案像元坐标变换：确定原始图像和校正后的图像之间的坐标变换关系。如 图 2（a） 直接法：从原始图像阵列出发，依次对其中每个像元分别计算其在输出（纠正后）图像的坐标。公式为：（b） 间接法：从空白（纠正后）图像阵列出发，依次计算空白图像每个像元在原始图像中的位置，然后把该点的灰度值计算后填充该空白像元。其公式为：资源与环境遥感模型实验实习报告4图 2 直接法与间接法其中：常用多项式来构建坐标变换的关系式， (二元)多项
7、式可采用一次(阶)、二次、三次、n 次。(x, y)：某像元的原始图像坐标；(X,Y)：纠正后同名点的地图坐标；a i, bi：多项式的系数 (i=0,1,2)。（2） 数字图像灰度值的重采样重新定位后的像元在图像中的分布是不均匀的，即输出图像像元点在输入图像中的行列号不是或不全是正数关系。因此，需要根据输出图像上的各像元在输入图像中的位置，在对原始图像按一定规则重新采样，进行亮度值的插值计算，建立新的图像矩阵。ENVI 中的内插方法有：（a）最近邻法取与所计算点（x，y）周围相邻的四个点，比较它们与被计算点的距离，哪个点距离近，就取那个点的亮度值作为（x，y）点的亮度值。该方法的优点是输出图
8、像仍然保持原来的像元值，简单、处理速度快。但这种方法会可能产生像元位置偏移，可能造成输出图像中某些地物的不连贯。（b）双线性内插法取（x，y）点周围的 4 个邻点，在 y 方向内插两次，再在 x 方向内插一次，得到（x，y）点的亮度值 f(x，y)。双线内插法比最近邻法虽然计算量会增加，但精度会提高且对亮度不连续现象或线状地物特征的块状化现象有明显的改善。（c）三次卷积内插法资源与环境遥感模型实验实习报告5取与计算点（x，y）周围 16 个点，先在一个方向内插，再根据计算结果在另一方向上内插，得到一个连续内插函数。这种方法对边缘有所增强，并具有均衡化和清晰化的效果，但会破坏原来的像元值，且计算
9、量大。总的来说，最邻近法有利于保持原始图像中的灰阶，但对图像的几何结构会有破坏后两种方法虽然是对像元值的近似，但会在很大程度上保留了原图像的几何结构，如道路网、水系、地物边界。3. 结果3.1 Image to Iamge 几何校正以具有地理参考的 SPOT 10 米全色波段为基准影像（ bldr_sp.img） ，对Landsat TM 图像（bldr_tm.img ）进行几何校正，其具体校正过程如下：3.1.1 打开并显示文件选择主菜单FileOpen Image File，将 SPOT 影像（ bldr_sp.img）和 TM影像（bldr_tm.img）文件打开，分别在 Display
10、 中显示。如 图 3图 3 TM 影像与 SPOT 影像3.1.2 启动几何校正模块（1）选择主菜单MapRegistrationSelect GCPs：Image to Image，打开几何校正。（2）选择显示 SPOT 影像的 Display 为基准影像（Base Image） ，显示 TM 影像的 Display 为待校正图像（Warp Image） ，点击 OK，进入采集地面控制点。如图 4资源与环境遥感模型实验实习报告6图 4 控制点采集3.1.3 采集地面控制点（1）在两个 Display 窗口中移动方框的位置，寻找明显的地物作为地面控制点（GCP） 。在 Zoom 窗口中打开十字
11、光标并分别定位到同名地物点上。如 图 5图 5 定位同名地物（2）在 Ground Control Points Selection 窗口中，单击 Add Point 按钮，记录当前找到的地物同名点。如 图 6资源与环境遥感模型实验实习报告7图 6 添加控制点坐标（3）用同样的方法寻找其它的同名地物点，如果 Ground Control Points Selection 窗口中的 Degree 设为 1，则选择的控制点数量达到 3 个时，可以使用该窗口中的 Predict 功能，这时在基准图像上定位一个特征点，单击 Predict 按钮，校正图像窗口上会自动预测相应的区域，适当调整一下位置，单
12、击 Add Point 按钮，记录同名地物点。控制点的数量越多预测点的精度越准确。（4）当控制点达到一定数量时，选择 Ground Control Points Selection 中的OptionsAuto Predict，打开自动预测功能，这时点击基准影像上的特征点，校正影像上会自动预测对应的点。在选择控制点时，数量要适当且要分布均匀。如 图 7资源与环境遥感模型实验实习报告8图 7 控制点分布（5）在 Ground Control Points Selection 上，点击 Show List 按钮，打开所有控制点的列表，如 图 8图 8 控制点列表（5）在 Image to Image
13、 GCP List 上的 OptionOrder Point by Error，按 RMS 值由高到低排列，对 RMS 值较高的点，可以直接删除或者重新定位到正确的位置，然后点击 Image to Image GCP List 上 Updae 按钮进行微调。根据实际的需要来控制 RMS 值的最大值。（6）在 Ground Control Points Selection 上，FileSave GCPs to ASCII，保存控制点。3.1.4 校正输出参数设置在 ENVI 中有两种校正输出方式：Warp File 和 Warp file as Image MapWarp File（1）在 Ground Control Points Selection 上，OptionWarp File，选择校正影像（TM 数据） 。（2）在校正参数对话框中，校正方法选择多项式（polynomial） ，多项式次数（degree）为 2 次，重采样选择 Bilinear，背景值为 0。Output Image Extent：默认是根据基准图像的大小计算，也可以进行调整，然后选择输出路径和文件名。如 图 9
