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1、第四章 遥感图像的几何处理,地物,影像,是对任何类型传感器成像进行几何纠正的基础 图像的地物点 对应地面点 (x,y) (X,Y,Z),构像方程,共线方程,4-1遥感传感器的构像方程,一 遥感图像通用构像方程 主要的坐标系,S,U,V,W,X,y,O,P,f,X,Y,O,Z,地面坐标系OXYZ,像平面坐标系oxy,传感器坐标系SUVW,p,像空间坐标系sxyz,x,y,z,1 中心投影构像方程 X X xY = Y + At yZ p Z s -f传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程,共线方程可以简写为 :,2 全景摄影机的构像方程全景摄影机 -狭缝缝平行于飞行方向缝-像片面位于焦面上-狭
2、缝处胶片暴光 s飞行方向 x,中心线,每条缝隙图像成像的像点坐标为（x，0，f） 构像方程为：,其共线方程为：(x)、(y)为等效的中心投影影像坐标,s,y,f,3 缝隙式摄影机的构像方程 缝隙式摄影机缝垂直于飞行方向缝在S正上(下)方,胶片面,s,缝,地面,飞行方向,每条缝隙图像成像的像点坐标为（0，y，f）其构像方程为：其共线方程为：,4 CCD线阵列推扫式传感器(spot)CCD线阵列推扫式成像与缝隙式摄影机成像类似,不同的是在扫描时为获取立体像对,投影器可前、后、左、右倾角构像方程为：X X 0Y = Y +At R yZ p Z s -f,当推扫式传感器沿旁向倾斜固定角时，其共线方程
3、为：,当推扫式传感器作前后视成像，前（后）视角为时:其共线方程为：,5 点扫描式传感器(MSS 、 TM)的构像方程 - 扫描式传感器获得的图像属于多中心投影，每个 像元都有自己的投影中心- 扫描瞬间点成像（x0，y0）- 成像面位于焦面上 (0,0,-f),构像方程为：R=共线方程可表达为：,S,6 侧视雷达图像的构像方程,飞行方向x=0y=rsin ，等效焦距f=rcosr=Rp/m，m为距离向上雷达图像比例尺分母 SP=Rp=H/COS,s,f,Y,r,P,P,P,y,H,Y,侧视雷达的构像方程: 共线方程可表达为：,7 基于多项式的传感器模型思想：回避成像的空间几何过程，用一个适当的多
4、项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。,简单、近似,常用的多项式模型有：,增加了与地形起伏有关的Z坐标,基于多项式的传感器模型，其定向精度与地面控制点的精度、分布和数量及实际地形有关。,应用只限于变形很小的图像如垂直下视图像、图像覆盖范围小或者地形相对平坦的地区图像。,8 基于有理函数的传感器模型有理函数模型（Rational Function Model ，RFM）是Space Imaging 公司提供的一种广义的新型传感器成像模型，能够获得与严格成像模型近似一致精度的、形式简单的概括模型。,RFM将地面点大地坐标与其对应的像点坐标用比值多项式关联起来。为了增强参数求解的稳定性，将地面
5、坐标和影像坐标正则化到1.0和1.0之间。,（P,L,H）为正则化的地面坐标， (X,Y)为正则化的影像坐标，表达式为：,和,通常为1,42遥感图像的几何变形,遥感图像的几何变形:是指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其 在地图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的 差异。,1 传感器成像方式引起的图像变形,(1)全景投影变形点P在全景面上的像点为p，则p 在扫描线方向上的坐标ypyp=f/,设L是一个等效的中心投影成像面，P点在oy上的像点p，其坐标 yp=ftg从而可以得到全景变形公式：dy=yp- yp =f*(/ tg),x,y,全景畸变的影响,（2） 斜距投影变形斜距投影图形上的影像坐
6、标yp为yp=RP=H/cos= f/cos= f sec 而地面上P点在等效中心投影图像oy上的像点p的坐标yp yp =ftg 斜距投影的变形误差:dy=ypyp=f（sectg）,斜距变形的图形变形情况,x,y,2 传感器外方位元素变化的影响,外方位元素，是指传感器成像时的位置（Xs,Ys,Zs）和姿态角（ ， ，）竖直摄影条件下 = =01 - -At 1 - 1,可以得到外方位元素变化所产生的像点位移为：,d、d、d和d对整幅图像的综合影响是使其产生平移、缩放和旋转等线性变化只有d 、d才使图像产生非线性变形,各单个外方位元素引起的图像变形,x=0,分辨率 a=a0seca=a0se
7、c2,3 地形起伏引起的像点位移,(1) 中心投影情形时在垂直摄影的条件下， = =0 ，地形起伏引起的像点位移为： h=rh/Hxh=xh/Hyh=yh/H其中x、y为地面点对应的像点坐标，x 、y 为由地形起伏引起的在x、y方向上的像点位移,(2) 推扫式成像情形时由于x=0， xh=xh/H=0而在y上方有： yh=yh/H即投影差只发生在y方向（扫描方向）,(3)逐点扫描仪成像情形xh=xh/H=0yh=yh cos2 = yh cos2 /H= f tg cos2h /H = f sin cosh /H,yh,yh,H,f,h,(4)侧视雷达成像时因地形起伏引起的图像图像的影响只发生
8、在y方向，其投影差近似公式为：xh=0yh=(RP- RP0)/mr= -hcos/ mr,4 地球曲率引起的图像变形,简化为：对中心投影图像的影响hx= - hx= -Dx2/2R0= -(Hx/f) 2/2R0hY= - hY = -DY2/2R0= -(Hy/f) 2/2R0其中,因为,对中心投影影像hx = - hx = -Dx2/2R0 = -(Hx/f) 2/2R0hY= - hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0对点扫描影像y=ftgy=fhx= 0hY= -(Hy/f) 2/2R0 =-H tg(y/f)2/2R0,对中心投影影像hx = - hx = -D
9、x2/2R0 = -(Hx/f) 2/2R0hY= - hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0对SAR影像y=ftghx= 0hY= -(Hy/f) 2/2R0 =-H tg2/2R0,5 大气折射引起的图像变形,大气层不是一个均匀的介质，使得电磁波的传播路径不是一条直线而变成了曲线，从而引起像点的位移。,6 地球自转的影响,当卫星由北向南运行的同时，地球表面也在由西向东自转 由于卫星图像每条扫描线的成像时间不同，因而造成扫描线在地面上的投影依次向西平移，最终使得图像发生扭曲,地球自转的影响,图像底边中点的坐标位移产生了图像底边中点的坐标位移x和y，以及平均航偏角。x =b
10、b sin xy =bbcos y= y /l 是卫星运行到图像中心点位置时的航向角；l是图像x方向边长；x和y是图像x和y方向的比例尺。,bb=WLtWL-纬度处的地面自转线速度WL=(ReCOS)ebb=(ReCOS)ete-地球自转角速度(常数=360/天)例: MSS一幅2340行每次扫描6行,用时73.42 ms (1000ms=1秒) 一幅的时间 t= 73.42 ms * 2340/6=28.6秒,Re,ReCOS, 是图像底边中点的地理纬度球面三角形SQP cos=(cos2-sin2)1/2 /cos为轨道面的偏角,x =bb sin xy =bbcos y,43 遥感图像的
11、几何处理,1几何处理的重要性: 各种专题图的生产的预处理；保证多源遥感信息处理时几何的一致性；利用遥感数据进行地图测图或更新也必须。,2 遥感图像的几何处理包括两个层次,1 遥感图像的 粗加工处理,2 遥感图像的精加工处理,遥感图像的粗加工处理也称为粗纠正，它仅做系统误差改正。辐射处理 粗加工处理 几何处理分幅注记,4 遥感图像的粗加工处理,LANDSAT卫星去斜纠正法:改正地球自转、像素地面尺寸在x,y方向不等、以及轨道面偏斜因素所引起的图像变形以及图像顶边不水平的因素所引起的图像变形x xy y1 0 例: MY=79/57=1.410 MYcos -sin sin=sin/cosB0si
12、n cos p115 -卫星轨道面偏角度; B0 - 像幅中心星下点的地理纬度,1,=M3 M2 M1 M0,M3 =,M 2=,y=y + dy =y + x y1 0y 1 y = dy/x=ecosB0Ret/ sRet=cosB0e/ss-卫星运行角速度e -地球自转角速度=7.292X10-5 (rad/s)t -卫星运行时间,M1 =,x,X,y y,y,dy,测定参数法:如多光谱扫描仪,其成像的公式为构像方程为：X X 0Y = Y +At R 0Z p Z s -f式中 R = 对其图像的纠正就需要得到成象时投影中心的大地坐标X、Y、Z，扫描仪姿态角以确定旋转矩阵At，扫描角以及焦距f。,2,-为了确定投影中心的坐标首先要确定卫星的坐标，卫星与传感器之间的相对位置是固定的，可以在地面测得。测定卫星坐标的方法有卫星星历表解算和全球定位系统测定两种方法-传感器姿态角的测定卫星姿态角的测定可以用姿态测量仪器测定，如红外姿态测量仪、星相机、陀螺仪等，也可以通过3个安装在卫星上3个不同位置的GPS接收机测得的数据来解求姿态角。,-扫描角的测定根据传感器扫描周期T，扫描视场，可以计算平均扫描角速度 ：= /(T /2) 则平均扫描角：式中t为扫描时刻。,
