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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划遥感图像几何校正实验报告遥感图像的几何校正一、实验目的通过实习操作，掌握遥感图像几何校正的基本原理和和方法，理解遥感图像几何校正的意义。二、实验环境操作系统：WindowsVista软件：ErdasImagine三、实验内容ERDAS软件中图像预处理模块下的图像几何校正。几何校正的必要性：由于遥感平台位置和运动状态的变化、地形起伏、地球表面曲率、大气折射、地球自转等因素的影响，遥感图像在几何位置上会发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等畸变，
2、称为遥感图像的几何畸变。产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难，因此在遥感数据接收后需要对图像进行几何校正以使其能够反映出接近真实的地理状况。几何校正的原理：遥感影像相对于地图投影坐标系统进行配准校正，即要找到遥感影像与地图投影坐标系统之间的数学函数关系，通过这种函数关系可计算出原遥感影像中每个像元在地图投影坐标系统上的位置从而得到校正后的图像。Erdas软件中提供了7中几何校正的模型，具体如下：表1几何校正计算机模型与功能在本次实验中采用的是Polynomial(多项式变换)的模型，通过在遥感影像和参考图像上分别选取相应的控制点，求出二元二次多项式函数：x?a0?a1x?a2y?a3xy
3、?a4x?a5yy?b0?b1x?b2y?b3xy?b4x?b5y2222，得到变换后的图像坐标与参考图像坐标的关系，从而对图像进行几何校正。四、实验步骤运行ErdasImagine软件第一步：显示图像文件1)在Erdas图标面板中单击Viewer图标两次，打开两个视窗：Viewer1和Viewer2；2)在Viewer1视窗下打开需要校正的遥感影像，在Viewer2视窗下打开参考图像；第二步：启动几何校正模块单击Viewer1视窗菜单栏中的RasterGeometricCorrection打开SetGeometricModel对话框(见图1)选择多项式几何校正模型PolynomialOK打开
4、GeometricCorrectionTools对话框和PolynomialModelProperties对话框在PolynomialModelProperties对话框中定义多项式次方为2单击Apply单击Close打开GCPToolReferenceSetup对话框图1SetGeometricModel对话框图2GeometricCorrectionTools对话框图3PolynomialModelProperties对话框图4GCPToolReferenceSetup对话框第三步：启动控制点工具首先在GCPToolReferenceSetup对话框中选择采点模式：选择ExistingVi
5、ewerOK打开ViewerSelectionInstructions指示器在参考图像Viewer2中单击左键打开ReferenceMapInformation提示框OK弹出ApproximateStatistics提示框OK此时，整个屏幕将自动变化为如图8所示的状态，表明控制点工具已启动，进入控制点采点状态图5ViewerSelectionInstructions指示器图6ReferenceMapInformation提示框图7ApproximateStatistics提示框图8控制点采点第四步：采集地面控制点1)在Viewer1中移动关联方框的位置，寻找明显的地物特征点，单击Geometr
6、icCorrectionTools对话框中的图标，进入控制点选取状态，点击所选择的地物特征点；然后，再单击在Viewer2中移动关联方框的位置，寻找对应的地物特征点，同样点击相应的地物特征点；2)重复以上步骤6次直至6个控制点选择完毕；3)单击下方GCPTool对话框中的图标，在Viewer1中选择第7个点，从而得到RMSError，从中判断上一步所选控制点的准确性图9RMSError图10多项式实验名称：实验日期：年月日学院专业班指导教师姓名学号成绩遥感图像几何精校正实验名称：遥感图像的几何精校正。实验目的：1.了解和熟悉envi软件的几何校正的原理2.熟悉和掌握envi软件的几何校正的功能
7、和使用方法；3.对自己的图像先找到投影，再另存一幅图像，去掉投影，在其它软件中旋转一角度，用原先的图像作为参考对旋转后的图像进行几何校正，使得其比较精确。实验原理：几何校正，主要方法是采用多项式法，机理是通过若干控制点，建立不同图像间的多项式控件变换和像元插值运算，实现遥感图像与实际地理图件间的配准，达到消减以及消除遥感图像的几何畸变。多项式几何校正激励实现的两大步：1.图像坐标的空间变换：有几何畸变的遥感图像与没有几何畸变的遥感图像，其对应的像元的坐标是不一样的，如下图1右边为无几何畸变的图像像元分布图，像元是均匀且不等距的分布。为了在有几何畸变的图像上获取无几何畸变的像元坐标，需要进行两图
8、像坐标系统的空间装换。图1：图像几何校正示意图在数学方法上,对于不同二维笛卡儿坐标系统间的空间转换,通常采用的是二元n次多项式,表达式如下:其中x,y为变换前图像坐标,u,v为变换后图像坐标,aij,bij为多项式系数,n=1,2,3,?。二元n次多项式将不同坐标系统下的对应点坐标联系起来,(x,y)和(u,v)分别应不同坐标系统中的像元坐标。这是一种多项式数字模拟坐标变换的方法,一旦有了该多项式,就可以从一个坐标系统推算出另一个坐标系统中的对应点坐标。如何获取和建立二元n次多项式,即二元n次多项式系数中a和b的求解,是几何校正成败的关键。数学上有一套完善的计算方法,核心是通过已知若干存在于不
9、同图像上的同名点坐标,建立求解n次多项式系数的方程组,采用最小二乘法,得出二元n次多项式系数。不同的二元n次多项式,反映了几何畸变的遥感图像与无几何畸变的遥感图像间的像元坐标的对应关系,其中哪种多项式是最佳的空间变换模拟式,能达到图像间坐标的完全配准,是需要考虑和分析的。在二元n次多项式数字模拟中,从提高几何校正精度的角度考虑,需要兼顾的因素主要有引起几何畸变的原因和产生数学运算误差因素。归纳起来有三个方面的考虑因素:是多项式中n值的选择,n值与几何畸变的复杂程度密切相关。当n=1,上述的坐标空间变换成为二元一次多项式,可以进行线性的坐标变换,解决比例尺、中心移动、歪斜等方面的几何畸变,实用于
10、第2级别以上的遥感数据。n值的不同选择,可以得到不同的空间变换式,当n2,上述的坐标空间变换成为二元非线性多项式,解决遥感器偏航、俯仰、滚动等因素引起的几何畸变。从理论上讲,n值越大,越能校正复杂的几何畸变,但计算量也相对要大。实际应用中n值通常取小于等于3。是控制点GCP(用于空间坐标变换的同名坐标点)的选择,GCP的几何精度直接影响着多项式系数的求解误差大小。成熟的作法是:通过目视,选择熟悉的、易分辩且精细较高的特征点(如小水塘边缘、线状地物的交叉点、海岸线弯曲处等),且GCP分布在全图中要尽量均匀,特征变化性大的地区选择多些,图像边缘部分选些控制点,使系数的求解尽可能准确。控制点精度的衡
11、量尺度为RMS(RootMeanSquare)参数,意为均方根,以图像像素大小为单位,表达式为:x,y为无几何畸变的图像控制点坐标,x,y为变换后图像控制点坐标。在ERMAPPER7.0或ENVI等遥感软件中,对于一次线性变换,当采集到4个控制点以上时,软件系统就会自动推算控制点的变换值和RMS,可以很好地辅助控制点的编辑。在实际应用中需要引起注意的是:随着控制点数目的增减,多项式系数值也在变化,每个控制点的RMS也在变化。当RMS值都小于等于1时,控制点的精度控制在一个像素大小上,几何校正效果较好。最后是控制点GCP数目的确定,从数学运算上来说,一次多项式变换,存在6个系数要计算,需要GCP
12、的最少数目是3。二次多项式变换,有12个系数需要计算,GCP最少数目是6。n次多项式,GCP的最小数目为(n+1)(n+2)/2。但在实际应用中,采用最小GCP数目,几何校正效果往往不好。所以在条件允许的条件下,GCP数目要远远大于最小数目,可以是其的6倍。2.图像像元灰度值重采样经过上述图像像元坐标的空间变换,得到对应于实际地面或无几何畸变的图像坐标,图像上每个像元都有了无几何畸变的坐标值。随后需要做的是给每个像元赋亮度值。因为已知的图像数据是有几何畸变的像元亮度值,并没有校正后的无几何畸变的像元亮度值。所以需要通过数学上的重采样方法如最近邻法、双向线性内插法和三次卷积内插法等计算出校正后像
13、元位置的亮度值,形成无几何畸变的遥感数据。在重采样方法中,三次卷积内插法计算量虽最大,但图像质量要好,细节表现要清晰,是许多遥感软件的首选方法。数据实验过程：1.打开参考影像和待校正影像：分别设为display#1,display#2，如下图所示：2.在主菜单上选择map，然后选择Registration，然后选择selectGCPs：imagetoimage，出现窗口ImagetoImageRegistration如图所示：3.分别在两边选中DISPLAY#1,和DISPLAY#2。BASE图像指参考图像而warp则指待校正影像，然后选择OK。，出现如下图的窗口：然后就可以选择点了：将两边的影像十字线焦点对准到自己认为是同一地物的地方，就可以选择AddPoint添加点了。上图也是添加了四个点以后的图。然后点击showlist就可以看到选择所有的控制点，如下图：选好4个点后就可以预测：把十字架放在参考影像某个地物，点选predict则待校正影像就会自动跳转到与参考影像相对应的位置，而后再进行适当的调整并选点。4.选点结束后，首先把点保存了：选择groundcontrolpoints窗口上的file，然后选择savegcpasASCII.，出现下图：目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
