攝影測(cè)量與遙感電子無第四章理工

1、第一章 電磁波及遙感物理基礎(chǔ).1 遙感(RS)一 、遙感概念:所謂 RS(Remote Sensing)，就是不直接接觸有關(guān)目標(biāo)物或現(xiàn)象，而能收集信息，并能對(duì)其進(jìn)行分析，解譯和分類等的一種技術(shù)。RS 所收集的信息是由目標(biāo)物反射或發(fā)射的電磁波信息。收集電磁波信息的裝置(如攝影機(jī)和掃描儀等)叫傳感器，裝載傳感器的設(shè)備，如飛機(jī)和人造等稱為運(yùn)載工具或。二、分類：1. 按高度和類型分類地球同步RS(3600km)長(zhǎng)軌道RS(500-1000km)(150-500km)同步載人飛船 RS(500km)航天飛機(jī) RS(300km)探空火箭 RS(100-650km)漂浮汽球 RS(50km)系留汽球 RS(

2、5km)短BS航天 RS汽球 RS航空 RS飛機(jī) RS高空飛機(jī)RS中空飛機(jī) RS低空飛機(jī) RS(300m)(30m)(30m) (15000m)(15000-9000m) (紅光的紅外，IR中紅外，3-5um遠(yuǎn)紅外，8-14um紅外的是微波及無線電波電磁波一般按波長(zhǎng)分類，也可按波數(shù)和頻率分類。波數(shù)指在 1cm 內(nèi)，所包含波的數(shù)目。頻率則定 1 秒鐘內(nèi)所的波的數(shù)目用“”(HZ)為。頻率=光速/波長(zhǎng)=31010/cm1.3一、輻射、大氣窗口和散射散射是地球的主要光源，“眼睛的存在歸功于”(哥德)。光是唯一來自其它星球的信使()。光可看作近似于 5800k 的黑體（亦有 5900-6000 k，據(jù)有

3、關(guān)資料）。人類接受的各種信息中，70%來自光。常數(shù)輻射在大氣上界處的垂射輻射通量密度，近日點(diǎn)與遠(yuǎn)日點(diǎn)不同，平均值為 140010-4 瓦/cm2，通過大氣到達(dá)地面的有效輻射通量密度為 90310-4 瓦/cm2，只占輻射大于大氣上界的 64.5%(47%)。輻射的峰值約 0.5um， 譜帶寬從紫外 紅外， 大約 99% 的輻射在0.15-4.0um 范圍，目視解譯 0.2-1.4 um)輻射能量30%反射(云或其它大氣成份)17%大氣吸收22%散射或漫射到地表31%達(dá)地表輻射還受日地距離，二、大氣窗口高度角與緯度不同而變化。從飛機(jī)、物質(zhì)。探測(cè)地表的傳感器，它接收到的是通過大氣層的電磁波大氣的組

4、成，兩種(1) 分子 CO2、O3 (臭氧)，N2 等粒徑小的分子(2) 氣溶膠；等水氣、煙、塵埃電磁波通過大氣時(shí)，由于受到分子和氣溶膠的吸收、散射、透過的比例及波長(zhǎng)各種，透過率大的波段稱為“大氣窗口”。大氣窗口與 RS 通道見 P13 表 2-4三、散射電磁波大氣時(shí)遇各種微粒散射性質(zhì)和強(qiáng)度，取決于微粒半徑 r 與波長(zhǎng)的關(guān)系比值因子q=2/。1. 瑞利(Rayleigh)散射，q1，即 r3 時(shí)，即 ra 時(shí)，云霧呈白色目前所知，可以用作遙感的大氣窗口大體有如下幾個(gè):(1)0.31.4m 大氣窗口:這個(gè)窗口包括全部可見光波段、部分紫外波段和部分近紅外波段。這些波段通常只能以攝影和掃描的成像方式

5、在白天感測(cè)、收集目標(biāo)信息，其中 0.30.4m近紫外窗口，透射率約為 70%;0.40.7m 可見光窗口，透射率約為 95%;0.71.1m 近紅外窗口，透射率約為 80%。1.42.5m 近紅外窗口，透射率在 60%一 95%之間。一般是以掃描的成像方式在白天感測(cè)、收集目標(biāo)信息。3.55.5m 大氣窗口:這個(gè)窗口屬于中紅外波段，透射率在 60%一 70%之間。白天夜間都可應(yīng)用，是以掃描的成像方式感測(cè)、收集目標(biāo)信息。8l4m 大氣窗口，這個(gè)大氣窗口屬于遠(yuǎn)紅外波段，透射率超過 80。 (5)1.4300大氣窗口:這個(gè)大氣窗口屬于微波波段。遠(yuǎn)紅外和微波都能在白天夜間應(yīng)用，通常也是以掃描成像方式感測(cè)

6、，收集目標(biāo)信息。1.4 電磁輻射源一、絕對(duì)黑體及其輻射定律任何高于絕對(duì) 0 K(-273.16C)的物體都存在著分子的熱運(yùn)動(dòng)，并能產(chǎn)生中，遠(yuǎn)紅外的電磁輻射。這種由物質(zhì)粒子的熱運(yùn)動(dòng)所引起的電磁輻射叫做熱輻射。熱輻射能量的絕對(duì)度量是溫度。絕對(duì)黑體： 在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的入射輻射的吸收系數(shù)(率)(,T)恒等于 1，即(,T)=1 時(shí)的物體稱絕對(duì)黑體，黑體反射率 r =0，透射率 c =0。定律：在同一溫度下，任一物體發(fā)射某一波長(zhǎng)電磁波的能力，與其對(duì)該波長(zhǎng)電磁波的吸收能力成正比。熱輻射的定量；(定律)黑體發(fā)射率為 1發(fā)射率1熱擴(kuò)散系數(shù)密度選擇性吸收體公式(Planck law):M (,T)=2

7、hc2/ 5(ehc/1)黑體的總輻射出射度與溫度的四次方成正比,溫度有很小的變化,時(shí),就會(huì)引起輻射出射度的很大變化。第二章 遙感及運(yùn)行特點(diǎn)2.1 遙感技術(shù)系統(tǒng)組成一、空間信息A 遙感系統(tǒng)B 遙感器（一） 地面接收和預(yù)處理系統(tǒng)航空遙感獲取的遙感信息航天遙感獲取的遙感信息通過無線電的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)或者非實(shí)時(shí)地發(fā)送并被地面接收站接受和進(jìn)行預(yù)處理（前處理、粗處理）。預(yù)處理主要作用：針對(duì)噪音和誤差進(jìn)行輻射糾正和幾何糾正、圖象分幅等，提供用戶信息產(chǎn)品（光學(xué)圖象和 CCT 磁帶）（二）地面實(shí)況系統(tǒng)遙感信息獲取之前：地物波譜測(cè)定設(shè)計(jì)遙感器和分析應(yīng)用遙感信息的依據(jù)遙感信息獲取同時(shí)：其它相關(guān)資料（區(qū)域環(huán)境和氣象）

8、遙感信息校正和應(yīng)用的輔助信息（三）信息分析應(yīng)用系統(tǒng)。遙感信息的使用者為了自己的應(yīng)用目的而采取的各種技術(shù)，主要包括：遙感信息的選擇技術(shù)遙感信息的處理技術(shù)專題信息提取技術(shù)制圖技術(shù)參數(shù)量算技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)等等2.2 遙感一、 遙感的分類空間運(yùn)載工具宇宙飛船（航天遙感）航天飛機(jī)空中運(yùn)載工具飛機(jī)氣球遙感用汽車（航空遙感）地面運(yùn)載工具遙感用艇船二、 地面遙感和航空遙感（一）地面遙感汽車三角架、遙感吊車：5 米50 米遙感塔：30 米400 米滑翔機(jī)，飛機(jī)：50 米500 米氣球：500 米800 米用途：地物波譜測(cè)量，近距離攝影測(cè)量，大氣輻射糾正等。（二） 遙感飛機(jī)低空：航空攝影測(cè)量Near-Infrea

9、rd Near-InfraredThermal-InfreardThermal-InfraredChannel 2: 0.721.1 umChannel 3: 3.55-3.93 um Channel 4: 10.311.3 um Channel 5: 11.512.5 um第三章 遙感傳感器及其成像原理3.1 遙感地面：三角架、遙感塔、遙感車和遙感船等與地面接觸的稱為地面或近地面。它通過地物光譜儀或傳感器來對(duì)地面進(jìn)行近距離遙感，測(cè)定各種地物的波譜特性及影像的實(shí)驗(yàn)研究。三角架：0.75-2.0 米；對(duì)測(cè)定各種地物的波譜特性和進(jìn)行地面攝影。遙感塔：固定地面右。；用于測(cè)定固定目標(biāo)和進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；高

10、度在 6 米左遙感車、船：高度的變化；測(cè)定地物波譜特性、取得地面圖像；遙感船除了從空中對(duì)水面進(jìn)行遙感外，可以對(duì)海底進(jìn)行遙感。航空：包括飛機(jī)和氣球。飛機(jī)按高度可以分為低空、中空和高空。低空中空高空：2000 米以內(nèi)，對(duì)流層下層中。：2000-6000 米 ，對(duì)流層中層。：12000 米左右的對(duì)流層以上。氣球：低空氣球：凡是到對(duì)流層中去的氣球稱為低空氣球；高空氣球：凡是到平流層中去的氣球稱為高空氣球?？缮仙?12-40 公里的高空。填補(bǔ)了高空飛機(jī)升不到，低軌降不到的空中的空白。航天：包括、火箭、航天飛機(jī)、宇宙飛船。系列概述一、氣象（一）氣象的“泰”(TIROS)系列：第一代實(shí)驗(yàn)氣象。，從 60

11、年-65 年A.共發(fā)射了 10 顆，極軌氣象的的（Nimbus）（ESSA）系列： 64-78 年共發(fā)射了 7 顆，系列：66-69 年共發(fā)射了 9 顆。同步軌道。B.C.D. 1960 年 4 月的 NOOA系列：70-94 年共發(fā)射了 16 顆。同步軌道。也相繼發(fā)射了自己發(fā)射了第一顆氣象-1(Tiros-1)。隨后，前的氣象。目前，在軌道上運(yùn)行的大多數(shù)氣象是由和俄羅斯發(fā)射的，其中很大一部分為極地軌道1966 年，簡(jiǎn)稱極軌。發(fā)射第一顆業(yè)務(wù)氣象(ESSA)是極軌，主要提供可見光云圖。1970 年、1978 年都屬于極軌氣象行高度低，因此又相繼發(fā)射諾阿(NOAA）和N 系列業(yè)務(wù)氣象。這些。極軌氣

12、象的飛行高度一般在 8001500 公里左右。由于的飛分辨率高，圖象清晰。1974 年，成功地研制了第一顆業(yè)務(wù)環(huán)境監(jiān)測(cè)(GOES)。業(yè)務(wù)環(huán)境監(jiān)測(cè)在赤道的某一經(jīng)度、約 36000 公里高度上，它環(huán)繞地球一周約需 24 小時(shí)，幾乎與地球自轉(zhuǎn)同步。從地球上看好象是相對(duì)氣象的，故又稱為地球、俄羅斯的 GOMES。、歐盟 METEOSAT-3目前，GMS 系列、印度的 INSAT 以及的兩顆(GOES-E 和 GOES-W)共 6 顆組成地球氣象。監(jiān)測(cè)網(wǎng)。這些位于赤道上空約 36000 公里高，每向地球發(fā)送一次中國也先后成功地發(fā)射了 6 顆氣象（3 顆風(fēng)云1 和 3 顆風(fēng)云2）。依靠這些，了自己的天氣預(yù)

13、報(bào)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。風(fēng)云1 是一種極地軌道氣象。風(fēng)云2是一種氣象。我國氣象情況：1、2、3、1988 年 9 月 7 日1990 年 9 月 3 日1997 年 6 月 10 日A 星發(fā)射 B 星發(fā)射 A 星發(fā)射試驗(yàn)星試驗(yàn)星FY-1FY-1 FY-24、 1999 年 5 月 10 日5、 2000 年 6 月 25 日C 星發(fā)射B 星發(fā)射業(yè)務(wù)星FY-1FY-2（二）氣象的特點(diǎn) 軌道：低軌和高軌。 成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數(shù)據(jù)處理容量。 短周期重復(fù)觀測(cè)：態(tài)監(jiān)測(cè)。氣象30 分鐘一次；極軌半天一次。利于動(dòng) 資料來源連續(xù)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低。觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)（三）氣象1、空間覆蓋優(yōu)勢(shì)2、時(shí)間

14、取樣優(yōu)勢(shì)3、資料一致性優(yōu)勢(shì)4、綜合參數(shù)觀測(cè)優(yōu)勢(shì)3、氣象的應(yīng)用領(lǐng)域 天氣分析與氣象預(yù)報(bào) 氣候研究與氣候變遷的研究 資源環(huán)境領(lǐng)域：海洋研究、森林火災(zāi)、水污染FY-1CD 通道、波長(zhǎng)范圍及其主要用途通道 1、2 的探測(cè)波段分別處于植被反射的低谷和區(qū)，利用二者的差值可以計(jì)算各種植被指數(shù)，植被指數(shù)能反映作物、森林、草場(chǎng)的生長(zhǎng)情況，病蟲害及作物缺水狀況，并能進(jìn)行作物估產(chǎn)，這個(gè)通道還可以做判識(shí)水陸邊界，河口泥沙等。通道 3 處在紅外短波窗區(qū)，它對(duì)檢測(cè)地面高溫?zé)嵩?，比如，森林和草?chǎng)的火災(zāi)特別有效。通道 4、5 處于紅外窗區(qū)，用以測(cè)量地面溫度，這兩個(gè)通道相結(jié)合的目的在于對(duì)海面溫度反演中對(duì)大氣削弱進(jìn)行訂正，計(jì)算的

15、地表和海表溫度在農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、洋流、城市熱島等方面有廣泛的應(yīng)用。通道 6 對(duì)雪的反射率較低，與其它通道結(jié)合有助于云、雪的判識(shí)，同時(shí)此通道對(duì)土壤濕度比較敏感，有助于干旱監(jiān)測(cè)。通道 7-9 是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中渾濁度和海洋污染以及赤潮等情況。的含量，他還可以反映海洋通道10 是低層水汽通道，用于大氣修正和大氣透過率的計(jì)算。系列二、陸地（一） LandsatSpot像對(duì)軌道旁向傾斜，像對(duì)最短時(shí)間差為 0.5 小時(shí)自動(dòng)相關(guān)生成 DEM，高程精度為 7-11 米 (VirtuoZo)SPOT 的傾斜觀測(cè)功能重復(fù)觀測(cè)能力成像裝置 HRS：23 天/次，多星：1 天/次Spot 5 HRS像對(duì)生

16、成的 10 米高程精度 DEM（二）IKONOSIKONOS:1 米全色4 米多光譜1 米全色-銳化（三） QuickBird三、海洋系列海洋遙感的特點(diǎn)：需要高空和空間的遙感以微波遙感為主；，以進(jìn)行大面積同步覆蓋的觀測(cè)；電磁波與激光、聲波的結(jié)合是擴(kuò)大 海洋遙感探測(cè)海面實(shí)測(cè)資料的校正。2、主要的海洋簡(jiǎn)介的一條新路。的海洋SEASAT):1978 年發(fā)射；近極地同步軌道；掃描覆蓋海洋的寬度 1900km；五種傳感器，以微波為主。的海洋觀測(cè)系列（MOS-1)：獲取大陸架淺海的海洋數(shù)據(jù)。歐洲海洋的系列（ERS）：主要用于海洋學(xué)、學(xué)、海洋污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。（RADARSAT）:加、美、德、英共同設(shè)計(jì)，19

17、95 年發(fā)射。3.2 攝影成像一 攝影機(jī)分幅式攝影機(jī)全景式攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)數(shù)碼攝影機(jī)壓平線： 像片四邊井字形直線叫壓平線，框標(biāo)壓平線其彎曲度說明攝影時(shí)感光膠片未壓平而產(chǎn)生的影像變形情況。.二 攝影像片的幾何特征（一）像片的投影 、中心投影和垂直投影航片是中心投影，即攝影光線交于同一點(diǎn)地圖是正射投影，即攝影光線平行且垂直投影面。 、中心投影和垂直投影的區(qū)別正射投影: 比例尺和投影距離無關(guān)；總是水平的，不存在傾斜問題；地形起伏對(duì)正射投影無影響。中心投影: 焦距固定，航高改變，其比例尺也隨之改變；若投影面傾斜，航片各部分的比例尺不同；對(duì)中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同3、中心投影的規(guī)律 點(diǎn)

18、的像仍然是點(diǎn)。 與像面平行的直線的像還是直線；如果直線垂直于地面，有兩種情況：第一；當(dāng)直線與像片垂直并通過投影中 心時(shí)，該直線在像片上的像為一個(gè)點(diǎn)； 第二；直線的延長(zhǎng)線不通過投影中心，這時(shí)直線的投影仍為直線，但該垂直線狀目標(biāo)的長(zhǎng)度和變形情況則取決于目標(biāo)在像片中的位置。 平面上的曲線，在中心投影的像片上一般仍為曲線。（二）航空像片比例尺航空像片上某一線段 長(zhǎng)度與地面相應(yīng)線段長(zhǎng)度之比，稱為像片比例尺。（1）平均比例尺：以各點(diǎn)的平均高起始面，并根據(jù)這個(gè)起始面計(jì)算出來的比例尺。（2）主比例尺：由像主點(diǎn)航高計(jì)算出來的比例尺，它可以概略地代表該張航片的比例尺。攝影比例尺：即航片上某線段 l 地面相應(yīng)線段的

19、水平距離 L 之比，稱之為攝影比例尺 1/m。平坦地區(qū)、攝影時(shí)像片處于水平狀態(tài)（垂直攝影），則像片比例尺等于像機(jī)焦距（f）與航高之比。地面起伏，使得一張像片不同像點(diǎn)的比例尺變化。（三）像點(diǎn)位移位移量與地形高差成正比，即高差越大引起的像點(diǎn)位移量也越大。當(dāng)高差為正時(shí)，像點(diǎn)位移為正，是背離像主點(diǎn)方移動(dòng)；高差為負(fù)時(shí)，像點(diǎn)位移為負(fù)，是朝向像主點(diǎn)方向移動(dòng)。位移量與像點(diǎn)距離像主點(diǎn)的距離成正比，即距像主點(diǎn)越遠(yuǎn)的像點(diǎn)位移量越大，像片中心部分位移量較小。像主點(diǎn)無位移。位移量與攝影高度（航高）成反比。即攝影高度越大，因地表起伏的位移量越小。三 攝影膠片的物理特性1、感光度：指膠片的感光速度。遙感需用感光度高的膠片。

20、2、光學(xué)密度：指膠片竟感光顯影后，影像的深淺程度。、反差與反差系數(shù)：反差指膠片的明亮部分與陰暗部分的密度差。反差系數(shù)是指拍攝后負(fù)片影像與景物亮 度差之比。4、灰霧度：感光的膠片，顯影后仍產(chǎn)生輕微的密度，呈淺灰色，故稱灰霧度5、寬容度：指表達(dá)被攝物體亮度間距的能 力。遙感攝影希望用寬容度大膠片。6、解像力（感光膠片的分辨力）：解像力的大小以每毫米范圍內(nèi)分辨出的線條數(shù)表示。線對(duì)/毫米。四 遙感攝影膠片的類型黑白攝影膠片A. 色盲片：只能吸收短波段，對(duì)大于 0.5 微米的電磁波完全不感光。：片：感光范圍可從藍(lán)光擴(kuò)大到綠光區(qū)。B.C. 分色片：感光范圍擴(kuò)大到 0.6 微米。對(duì)綠可區(qū)分且較敏感。D. 全

21、色片：能感受全部可見光。但在綠光部分感光度稍有降低。彩色片天然彩色片：能較紅外彩色片：還原出被攝物體的自然色彩，又稱真彩色。3.3 掃描成像照相技術(shù)的弱點(diǎn)：乳膠片感光技術(shù)本身存在著致命的弱點(diǎn)，它所傳感的輻射波段僅限于可見光及其附近；其次，照相一次成型，圖象一 光/機(jī)掃描成像、傳輸和處理都不方便。1.概念：依靠機(jī)械傳動(dòng)裝置使光學(xué)鏡頭擺動(dòng)，形成對(duì)目標(biāo)地物逐點(diǎn)逐行掃描。探測(cè)元件把接受到的電磁波能量能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在磁介質(zhì)上或再經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換成為光能量，在設(shè)置于焦平面的膠片上形成影像 瞬時(shí)視場(chǎng)角：掃描鏡在一瞬時(shí)時(shí)間可以視為狀態(tài)，此時(shí)，接受到的目標(biāo)物的電磁波輻射，限制在一個(gè)很小的角度之內(nèi)，這個(gè)角度稱為瞬時(shí)

22、視場(chǎng)角。即掃描儀的空間分辨率。 總視場(chǎng)角：掃描帶的地面寬度稱總視場(chǎng)。從遙感成的夾角，叫總視場(chǎng)角。到地面掃描帶外側(cè)所構(gòu)2.工作原理：掃描鏡在機(jī)械驅(qū)動(dòng)下，隨遙感的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而擺動(dòng)，依次對(duì)地面進(jìn)行掃描，地面物體的輻射波束經(jīng)掃描鏡反射，并經(jīng)透鏡聚焦和分光分別將不同波長(zhǎng)的波段分開，再聚焦到感受不同波長(zhǎng)的 探測(cè)元件上。3.幾種光機(jī)掃描一儀 紅外掃描儀：接受地物的紅外輻射能量，并把它傳給探測(cè)元件。 多光譜掃描儀（MSS)：與紅外掃描儀基本類似，其不同之處是，外加一個(gè)分光系統(tǒng)，把來自地物的電磁波信號(hào)，分成若干個(gè)不同的波段，同時(shí)用多個(gè)探測(cè)器同步相應(yīng)波段的信息。而紅外掃描儀只在紅外波段工作。 專題制圖儀 TM：專題

23、制圖儀 TM 的成像原理與 MSS 一致，與 MSS 相比，空間分辨率由 80 米提高到 30 米；探測(cè)波段由 4 個(gè)增加到 7 個(gè)。特點(diǎn)：利用光電探測(cè)器解決了各種波長(zhǎng)輻射的成像方法。輸出的電學(xué)圖象數(shù)據(jù)，、傳輸和處理方面十分方便。但裝置射能量利用率低的致命弱點(diǎn)。，高速運(yùn)動(dòng)使其可靠性差；在成像機(jī)理上，存在著目標(biāo)輻二固體自掃描成像1.固體自掃描是用固定的探測(cè)元件，通過遙感成像方式。的運(yùn)動(dòng)對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行掃描的一種2.電子藕合器件 CCD：是一種用電荷量表示信號(hào)大小，用耦合方式傳輸信號(hào)的探測(cè)元件。具有感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量輕、系統(tǒng)噪聲低、靈敏度高、動(dòng)耗小、長(zhǎng)、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。3.掃

24、描方式上具有刷式掃描成像特點(diǎn)：探測(cè)元件數(shù)目越多，體積越小，分辨率就越高。電子藕合器件 CCD 逐步替代光學(xué)機(jī)械掃描系統(tǒng)。高光譜成像光譜掃描成像光譜儀：既能成像又能獲取目標(biāo)光譜曲線的“譜像合一”的技術(shù)，稱為成像光譜技術(shù)。按該原理制成的掃描儀稱為成像光譜儀。特點(diǎn)：高光譜成像儀是遙感進(jìn)展的新技術(shù)，其圖象是多達(dá)數(shù)百個(gè)波段的非常窄的連續(xù)的光譜波段組成，光譜波段覆蓋了可見光、近紅外、中紅外和熱紅外區(qū)域全部光譜帶。光譜儀成像時(shí)多采用掃描式和推帚式，可以收集 200 或 200 以上波段的收據(jù)數(shù)據(jù)。使圖象中的每一像元均得到連續(xù)的反射率曲線，而不像其他一般傳統(tǒng)的成像譜光儀在波段之間存在間隔。線陣列 CCD 傳感

25、器影像的幾何處理三四每成像瞬間所獲取的影像線條與遙感航向垂直，是線中心投影；必須考慮外方位元素隨時(shí)間變化的影響（近似的線性變化）；方法：面中心投影改正；先將一幅影像當(dāng)作框幅式中心投影影像處理；確定外方位元素與時(shí)間成近似的線性關(guān)系，按右式改正：1、幾何糾正常用方法：共線方數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)字微分糾正；同名點(diǎn)坐標(biāo)：用 DEM 地面坐標(biāo)通過共線方程計(jì)算同名點(diǎn)的影像坐標(biāo)；象元點(diǎn)坐標(biāo)：用 DEM 通過共線方程對(duì)象元點(diǎn)進(jìn)行糾正；灰度重采樣：線性內(nèi)插法求象元的影像灰度值；使用的數(shù)據(jù)有：DEM外方位元素：6 個(gè)元素6 個(gè)元素的變化率等校主距 f、傾角0 或05.方法改進(jìn)：影像坐標(biāo)系的選擇；象元點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算；影像

26、坐標(biāo)系選擇坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：掃描坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為影像坐標(biāo)，只是原點(diǎn)的平移，沒有旋轉(zhuǎn)；影像坐標(biāo)系：原點(diǎn)：像幅（像片）的中心；X 軸：遙感航向；Y 軸：掃描方向；右手法則：XY；SPOT 影像的像元陣：6,0006,0000原點(diǎn)：3,000，3,000X 軸：每條線第 3,000 個(gè)像元點(diǎn)的連線；Y 軸：第 3,000 條線；2、雙像攝影測(cè)量因?yàn)槭蔷€中心投影，沒有唯一的攝影基線； 解決方法：空間后方交會(huì)空間前方交會(huì)；光束法平差；空間后方交會(huì)已知至少 12 個(gè) GCPs（Ground Control Pos）的地面坐標(biāo)、影像坐標(biāo)；利用共線方程的誤差方程式；1.用公式 224 和 939 微分列改正數(shù)方程組，最小二

27、乘法平差疊代法，求6 個(gè)外方位元素及其變化率；2.每一條影像線的外方位元素均不同，有各自的旋轉(zhuǎn)矩陣 R；空間前方交會(huì)由左、右影像的影像坐標(biāo)、外方位元素求地面坐標(biāo)；由后方交會(huì)法計(jì)算外方位元素；用公式 939，計(jì)算同名點(diǎn)在左、右影像上的外方位元素，得相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣 R 左 、 R 右；用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)公式計(jì)算空間輔助坐標(biāo)；將影像平面二維坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為空間三維坐標(biāo)系，但是沒有放大到地面坐標(biāo)系（乘以投影系數(shù)）；用公式 36，計(jì)算投影系數(shù)；用公式 35，計(jì)算地面坐標(biāo)；光束法平差設(shè)定未知數(shù)：左、右影像的外方位元素值；左、右影像的外方位元素變化率；待定點(diǎn)的地面坐標(biāo)；納入平差系統(tǒng)，整體求解；1.由公式 945 導(dǎo)出

28、誤差方程組；3、同名像點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量像片：由 CCD 陣列影像制成的膠片可在數(shù)字影像：影像相關(guān)法；測(cè)圖儀上兩測(cè)量同名像點(diǎn)的坐標(biāo)；二維影像相關(guān)法：同框幅式面中心投影影像；核線影像相關(guān)法：因?yàn)閿z影基線不是唯一的；左核線：左影像的每一條瞬間攝影影像線；右核線：右影像上與左核線同名點(diǎn)的集合；核線確定方法方法一：由左影像點(diǎn)影像坐標(biāo)，用共線方程、借助 DEM，求地面坐標(biāo)；用共線方程反算右影像同名點(diǎn)影像坐標(biāo)雙線性內(nèi)差法求影像同名點(diǎn)的灰度值；對(duì)左核線的像點(diǎn)逐點(diǎn)計(jì)算得到右核線；方法二：平坦區(qū)域，外方位元素變化不大；右核線 x 坐標(biāo)是其 y 坐標(biāo)的多項(xiàng)式函數(shù)；由同名像點(diǎn)，用多項(xiàng)式擬合法求算多項(xiàng)式函數(shù)。3.4微波遙感與

29、成像微波遙感：指通過傳感器獲取從目標(biāo)地物發(fā)射或反射的微波輻射，經(jīng)過判讀處理來認(rèn)識(shí)地物的技術(shù)。一、微波遙感的特點(diǎn)國際遙感技術(shù)發(fā)展的重要方向；能全天候、全天時(shí)工作；對(duì)某些地物具有特殊的特征波譜；對(duì)冰、雪、森林、土壤等具有一定對(duì)海洋遙感具有特殊意義；分辨率較低，但特性明顯。二、微波遙感方式和傳感器力；1、主動(dòng)微波遙感：指通過向目標(biāo)物發(fā)射微波并接收其后向散射信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)地觀測(cè)遙感方式。（1）Radar(Radio Direction And Range)的用途：用于測(cè)定目標(biāo)的位置、方向、距離和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度。的工作方式：由發(fā)射機(jī)通過天線在很短時(shí)間內(nèi)，向目標(biāo)地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一

30、天線接收目標(biāo)地物反射的回波信號(hào)而進(jìn)行顯示的一種傳感器。（2）側(cè)視（Side Looking Radar)側(cè)視的分辨力可分為：距離分辨力（垂直于飛行的方向）俯角越大，距離分辨力越低；俯角越小，距離分辨力越大。要提高距離分辨力，必須降低脈沖寬度。但脈沖寬度過低則反射功率下降，實(shí)際應(yīng)用采用脈沖壓縮的方法。方位分辨力（平行于飛行方向）。要提高方位分辨力，只有加大天線孔徑、縮短探測(cè)距離和工作波長(zhǎng)。（3）孔徑側(cè)視孔徑側(cè)視（SAR）的方位分辨力與距離無關(guān)，只與天線的孔徑有關(guān)。所以，可用于高軌。天線越小，方位分辨力越高。2、微波遙感通過傳感器，接收來自目標(biāo)地物發(fā)射的微波，而達(dá)到探測(cè)目的的遙感方式，稱為微波遙感

31、。1側(cè)視傳感器：由發(fā)射機(jī)通過天線在很短時(shí)間內(nèi)，向目標(biāo)地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一天線接收目標(biāo)地物反射的回波信號(hào)而進(jìn)行顯示的一種傳感器，是主動(dòng)式遙感；側(cè)視：在遙感航向垂直方向上，向一側(cè)或兩側(cè)發(fā)射微波，再接收由目標(biāo)反射或散射回來的微波信號(hào)的遙感技術(shù)；：振幅、相位、極化、時(shí)間差等；獲?。壕嚯x、方位、地物特征等；分類：真實(shí)孔徑，孔徑（SAR：Syntheticrture Rarar）；2真實(shí)孔徑側(cè)視原理（圖 922）：沿距離向發(fā)射寬度很窄的脈沖電磁波，然后接收從目標(biāo)返回的后向散射波；掃描線與遙感航向垂直；根據(jù)后向散射波的時(shí)間排列進(jìn)行距離向掃描；隨遙感前進(jìn)，掃描面掃過地表，進(jìn)行方位向掃

32、描； 方位向：遙感航向； 距離向：與方位向相垂直的方向；分辨率分辨率： 距離分辨率：同一方位角上能識(shí)別的目標(biāo)間的最小距離；斜距分辨率： R c2地距分辨率： c(2cosd)降低脈沖寬度可提高距離分辨力。但脈沖寬度過低則反射功率下降，實(shí)際應(yīng)用采用脈沖壓縮的方法 方位分辨率： LS R(/D)R加大天線孔徑、縮短探測(cè)距離和工作波長(zhǎng)，可提高方位分辨力。通常采用孔徑的方法；3孔徑距離向：與真實(shí)孔徑相同，采用脈沖壓縮實(shí)現(xiàn)高分辨率；增加虛擬天線的孔徑，實(shí)現(xiàn)高分辨率；方位向：通過 將孔徑前進(jìn)一段時(shí)間內(nèi)的回波信號(hào)修正到同一個(gè)接收時(shí)間上，便到一個(gè)天線陣列的效果，從而增加了天線的尺寸； 方位向分辨率：LSD2

33、側(cè)視分辨率與遙感圖像幾何特性的高度（目標(biāo)距離）無關(guān)；收縮：斜距差地距差時(shí)，影像上目標(biāo)間距的縮短現(xiàn)象；頂?shù)孜灰疲浩鸱牡乇眄旤c(diǎn)斜距90時(shí)，陰影長(zhǎng) hsec 影像上產(chǎn)生的陰影；3SAR 圖像幾何處理1）SAR 圖像幾何糾正目的：消除像點(diǎn)位移：收縮、頂?shù)孜灰?、陰影等；?duì)地形的起伏很敏感；相同側(cè)視角下，位移量是 SPOT 影像的 4 5 倍；必須根據(jù)地面高程逐點(diǎn)糾正；方法一：利用距離條件和的 Radarsat；條件；已知數(shù)據(jù)：成象參數(shù)（高度、側(cè)視角、航向方位角、參考點(diǎn)坐標(biāo)）；地面控制點(diǎn)（GCPs）或者 DEM；計(jì)算航行路線參數(shù)；建立正射糾正變換公式；如果使用 DEM，則利用其模擬圖像為參考，建立糾正變

34、換公式；方法二：利用共線方程；與 CCD 線陣列影像的幾何糾正過程相似； 用共線方程式 938 第二式和 936 為約束條件，計(jì)算像元點(diǎn)相對(duì)于起始時(shí)刻掃描線的影像縱坐標(biāo) y；y 帶入公式 938 第一式，計(jì)算其等校橫坐標(biāo) x ，換算到與攝影成象等效的平面上；測(cè)量用公式 934，計(jì)算橫坐標(biāo) x ，換算到灰度重采樣，確定該坐標(biāo)點(diǎn)的灰度值；方法一成象平面上；2）像對(duì)類型：同側(cè)、異側(cè)；方法一：利用距離條件（公式 933a）、 已知數(shù)據(jù)：條件（公式 933b） ；傳感器位置（X 左 S、Y 左 S、Z 左 S）、 （X 右 S、Y 右 S、Z 右 S） ；傳感器速度矢量（V 左 x、V 左 y、V 左

35、z）、 （V 右 x、V 右 y、V 右 z） ；掃描延遲 R 左 0 、 R 右 0 ；距離向比例因子左 x 、 右 x ； 左、右影像上 2 同名像點(diǎn)，共立 4 個(gè)方程式，解算（XA、YA、ZA）；測(cè)量方法二與 CCD 線陣列圖像的處理方法相似，利用共線方程式 938；空間后方交會(huì)，分別求得左、右影像的外方位元素；空間前方交會(huì)，計(jì)算地面坐標(biāo)（圖 935）；以同側(cè)像對(duì)為例，對(duì)高程變化的處理；根據(jù)公式 938，列反算方程式 4 個(gè)：公式 950，計(jì)算 P 點(diǎn)在平均地面（Z0）上對(duì)應(yīng)左右影像的等效點(diǎn)地面坐標(biāo) P1（ XP1，YP1，Z0 ）和 P2（ XP2，YP2， Z0 ）中的 4 個(gè)未知量

36、；聯(lián)合公式 933b（距離條件）2 個(gè)方程式，計(jì)算等效距離R 左、R 右;利用等效距離 R 左、R 右，聯(lián)合公式 933b（距離條件）針對(duì) P 點(diǎn)建立 2個(gè)方程式，求地面坐標(biāo)（XP，YP，ZP）等 3 未知量；另外 2 個(gè)約束條件：2 個(gè)掃描線分別位于 2 個(gè)掃描平面中；3）測(cè)量 概念測(cè)量技術(shù)： SARerferometry（InSAR）復(fù)像對(duì)的獲取；2 幅天線同一區(qū)域同時(shí)成象；1 幅天像隔一定時(shí)間同一區(qū)域重復(fù)成象；差分 發(fā)展；相位差：由于目標(biāo)離兩次成像的距離不等而引起同名象點(diǎn)間的相位差異；條紋圖（ erferogram）：由相位差產(chǎn)生；相位：條紋圖上的相位差值；基線距（Baseline）：兩

37、次成象天線間的距離；測(cè)量技術(shù)：Differential SARerferometer（DInSAR），是 InSAR 的進(jìn)一步基本原理InSAR：相位與地面目標(biāo)的三位置之間存在嚴(yán)格的幾何關(guān)系； 已知數(shù)據(jù)：天線高度、波束成象角、波長(zhǎng)、基線距；測(cè)定地面目標(biāo)的三維坐標(biāo)，精度可達(dá) 5 10m； DInSAR 的用途有：地表水平與垂直運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)；提高 DEM 的分辨率與精度；精度達(dá) cm mm 級(jí)。3.5 遙感圖像的特征一、遙感圖像的空間分辨率（Spatial resolution）圖像的空間分辨率指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時(shí)視場(chǎng)，或地面物體能分辨的最小單元。對(duì)于攝影成像的圖像來說，地面

38、分辨率取決于膠片的分辨率和攝影鏡頭的分辨率所的系統(tǒng)分辨率，以及攝影機(jī)焦距和航高。3.由公式所得的地面分辨率的是線對(duì)/m，而實(shí)際地面分辨的最小間隔（圖像能夠被分辨出來的地面上兩個(gè)目標(biāo)的最小距離）應(yīng)為線/ m。即地面分辨率/2。二、圖象的光譜分辨率波譜分辨率是指?jìng)鞲衅髟诮邮苣繕?biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。間隔愈小，分辨率愈高。傳感器的波段選擇必須考慮目標(biāo)的光譜特征值。三、輻射分辨率輻射分辨率是指?jìng)鞲衅鹘邮懿ㄗV信號(hào)時(shí)，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級(jí)。某個(gè)波段遙感圖像的總信息量與空間分辨率（以像元數(shù) n 表示）、輻射分辨率（以灰度量化級(jí) D 表示）有關(guān)。在多波段遙感

39、中，遙感圖像總信息量還取決于波段數(shù) k。四、圖象的時(shí)間分辨率時(shí)間分辨率指對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。時(shí)間分辨率對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)很重要。Landsat 1、2、3：由 H925km，得 T 103.25min/周;由 n14 周/天、d1，得 D18 天/次；Landsat 4、5： D16 天/次；SPOT： D26 天/次；SPOT 的傾斜觀測(cè)功能：23 天/次；多星：1 天/次；五 溫度分辨率溫度分辨率：熱紅外傳感器分辨地表熱輻射（溫度）最小差異的能力；探測(cè)器的響應(yīng)率有直接關(guān)系是傳感器系統(tǒng)內(nèi)的噪聲的 26 倍；紅外系統(tǒng)噪聲的等效溫度范圍為：0.10.5K；系統(tǒng)的

40、溫度分辨率則為：0.23.0K；TM6：0.5 K第 5 章 遙感圖像的幾何處理5.1 遙感傳感器的構(gòu)像方程遙感圖像的構(gòu)像方程是指地物點(diǎn)在圖像上的圖像坐標(biāo)(x，y)和其在地面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的大地坐標(biāo)(X、Y、Z)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)攝影測(cè)量原理，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)和傳感器成像中心成共線關(guān)系，可以用共線方程來表示。這個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系是對(duì)任何類型傳感器成像進(jìn)行幾何糾正和對(duì)某些參量進(jìn)行誤差分析的基礎(chǔ)。其中主要的坐標(biāo)系有：1傳感器坐標(biāo)系 SUVW，S 為傳感器投影中心，作為傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，U 軸的方向?yàn)檫b感的飛行方向，V 軸垂直于 U，W 軸則垂直于 UV 平面，該坐標(biāo)系描述了像點(diǎn)在空間的位置。地面坐標(biāo)系 OXY

41、Z，主要采用地心坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)傳感器對(duì)地成像時(shí)，Z 軸與原點(diǎn)處的天頂方向一致，XY 平面垂直于 Z 軸。圖像(像點(diǎn))坐標(biāo)系 oxyf，（x，y）為像點(diǎn)在圖像上的平面坐標(biāo)，f 為傳感器成像時(shí)的等效焦距，其方向與 SUVW 方向一致。上述坐標(biāo)系統(tǒng)都是三坐標(biāo)系，而最基本的坐標(biāo)系統(tǒng)是圖像坐標(biāo)系統(tǒng) oxy 和地圖坐標(biāo)系統(tǒng) OmXm，Ym，它們是二維的平面坐標(biāo)系統(tǒng)，是遙感圖像幾何處理的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。5.1.2 中心投影構(gòu)像方程根據(jù)中心投影特點(diǎn)，圖象坐標(biāo)（x，y，-f）和傳感器系統(tǒng)坐標(biāo)(，)P 之間由如下關(guān)系：(52)p 為成像比例尺分母，f 為攝影機(jī)主距，中心投影像片坐標(biāo)與地面點(diǎn)大地坐標(biāo)的關(guān)系即構(gòu)像方：(5

42、3)5.1. 全景攝影機(jī)的構(gòu)像方程全景攝影機(jī)影像是由一條縫隙沿旁向掃描而成，對(duì)于每條縫隙圖像的形成，其幾何關(guān)系等效于中心投影沿旁向傾斜一個(gè)掃描角后，以中心線成像的情況，此時(shí)像點(diǎn)坐標(biāo)為（x，0，f），所以其構(gòu)像方：(58)5.1. 推掃式傳感器的構(gòu)像方程推掃式傳感器是行掃描動(dòng)態(tài)傳感器。在垂直成像的情況下，每一條線的成像屬于中心投影，在時(shí)刻 t 時(shí)像點(diǎn) p 的坐標(biāo)為（0、y、-f），因此推掃式傳感器的方：(5-10)5.1.5 掃描式傳感器的構(gòu)像方程掃描式傳感器獲得的圖像屬于多中心投影，每個(gè)像元都有自己的投影中心，隨著掃描鏡的旋轉(zhuǎn)和的前進(jìn)來實(shí)現(xiàn)整幅圖像的成像。由于掃描式傳感器的光學(xué)聚焦系統(tǒng)有一個(gè)固

43、定的焦距，因此地面上任意一條線的圖像是一條圓弧，整幅圖像是一個(gè)等效的圓柱面，所以該類傳感器成像亦具有全景投影成象的特點(diǎn)。任意一個(gè)像元的構(gòu)像，等效于中心投影朝旁向旋轉(zhuǎn)了掃描角后，以像幅中心（x0，y0）成像的幾何關(guān)系。所以掃描式傳感器的構(gòu)像方:(5-15)5.1.6 側(cè)視圖像的構(gòu)像方程側(cè)視是主動(dòng)式傳感器，其側(cè)向的圖像坐標(biāo)取決于波往返于天線和相應(yīng)地物具有斜距投影的性質(zhì)。點(diǎn)之間的時(shí)間，即天線至地物點(diǎn)的空間距離 R，所以側(cè)視當(dāng)側(cè)視按側(cè)向平面掃描方式工作時(shí)，其成像方式見圖 56。圖中 為往返脈沖與鉛垂線之間的夾角，oy 為等效的中心投影圖像，f 為等效焦距。因此，可以將側(cè)視圖像成像轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)了角的中心投

44、影，可以得到側(cè)視 ，等效焦距 f=rcos ，的構(gòu)像方程，此時(shí)像點(diǎn)坐標(biāo)為 x=0，y=rsin(517)5.2遙感圖像的幾何變形遙感圖像的幾何變形是指圖像上像元在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與其在地圖坐標(biāo)系等參考坐標(biāo)系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)之間的差異。研究遙感圖像幾何變形的前提是必須確定一個(gè)圖像投影的參照系統(tǒng)，即地圖投影系統(tǒng)。遙感圖像的變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩大類。靜態(tài)誤差是在成像過程中，傳感器相對(duì)于地球表面呈狀態(tài)時(shí)所具有的各種變形誤差。動(dòng)態(tài)誤差主要是在成像過程中由于地球的旋轉(zhuǎn)等所造成的圖像變形誤差。變形誤差又可分為誤差和外部誤差兩類誤差主要是由于傳感器自身的性能技術(shù)指標(biāo)偏移標(biāo)稱數(shù)值所造成的。誤差隨傳

45、感器的結(jié)構(gòu)不同而異，其數(shù)據(jù)和規(guī)律可以在地面通過檢校的方式測(cè)定，其誤差值不大，本書不予。外部變形誤差是在傳感器本身處在正常工作的條件下，由傳感器以外的各種所造成的誤差，如傳感器的外方位元素變化，傳感器介質(zhì)不均勻，地球曲率，地形起伏以及地球旋轉(zhuǎn)等引起的變形誤差。本節(jié)主要外部誤差對(duì)圖像變形的影響。此外把某些傳感器特殊的成象方式所引起的圖像變形，如全景變形、斜距變形等也加以。5.2.1 傳感器成像方式引起的圖像變形傳感器的成像方式有中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投影等幾種。中心投影可分為點(diǎn)中心投影、線中心投影和面中心投影三種。由于中心投影圖像在垂直攝影和地面平坦的情況下，地面物體與其影像之間具有

46、相似性（并不考慮攝影本身產(chǎn)生的圖像變形），不存在由成像方式所造成的圖像變形，因此把中心投影的圖像作為基準(zhǔn)圖像來圖像的變形規(guī)律。1全景投影變形其他方式投影全景投影的影像面不是一個(gè)平面，而是一個(gè)圓柱面，如圖 58 所示的圓柱面 MON，相當(dāng)于全景攝影的投影面，稱之為全景面。地物點(diǎn) P 在全景面上的像點(diǎn)為 p，則 p 在掃描線方向上的坐標(biāo) yp：（圖 58 全景投影 ）2斜距投影變形側(cè)視屬斜距投影類型傳感器，如圖 59 所示，S 為天線中心，Sy 為成像面，地物點(diǎn) P 在斜距投影圖像上的圖像坐標(biāo)為 yp，它取決于斜距 RP 以及成像比例。圖 59斜距投影變形5.2.2 傳感器外方位元素變化的影響傳感

47、器的外方位元素，是指?jìng)鞲衅鞒上駮r(shí)的位置（Xs,Ys,Zs）和姿態(tài)角（ ， ， ，）。當(dāng)外方位元素偏離標(biāo)準(zhǔn)位置而出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，就會(huì)使圖像產(chǎn)生變形。這種變形一般是由地物點(diǎn)圖像的坐標(biāo)誤差來表達(dá)的，并可以通過傳感器的構(gòu)像方程推出。圖 511各單個(gè)外方位元素引起的圖像變形。5.2.3 地形起伏引起的像點(diǎn)位移投影誤差是由地面起伏引起的像點(diǎn)位移，當(dāng)?shù)匦斡衅鸱鼤r(shí)，對(duì)于高于或低于某一基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，其在像片上的像點(diǎn)與其在基準(zhǔn)面上垂直投影點(diǎn)在像片上的構(gòu)像點(diǎn)之間有直線位移。如圖 514。圖 514垂直攝影時(shí)地形起伏的影響轉(zhuǎn)的影響5.2.4地球曲率引起的圖像變形圖 520地球自地球曲率引起的像點(diǎn)位移與地形起伏引起的像點(diǎn)

48、位移類似。只要把地球表面（把地球表面看成球面）上的點(diǎn)到地球切平面的正射投影距離看作是一種系統(tǒng)的地形起伏，就可以利用前面介紹的像點(diǎn)位移公式來估計(jì)地球曲率所引起的像點(diǎn)位移。5.2.5 大氣折射引起的圖像變形大氣層不是一個(gè)均勻的介質(zhì)，它的密度是隨離地面高度的增加而遞減，因此電磁波在大氣層中時(shí)的折射率也隨高度而變化，使得電磁波的路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點(diǎn)的位移，這種像點(diǎn)位移就是大氣層折射的影響。5.2.6地球自轉(zhuǎn)的影響在常規(guī)框幅攝影機(jī)成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會(huì)引起圖像變形，因?yàn)槠湔鶊D像是在瞬間一次當(dāng)成像的。地球自轉(zhuǎn)主要是對(duì)動(dòng)態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對(duì)遙感圖像。由北向南運(yùn)行的

49、同時(shí)，地球表面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于圖像每條掃描線的成像時(shí)間不同，因而造成掃描線在地面上的投影依次向西平移，最終使得圖像發(fā)生。5.3遙感圖像的幾何處理5.3.1 遙感圖像的粗加工處理遙感圖像的粗加工處理也稱為粗糾正，它僅做系統(tǒng)誤差改正。當(dāng)已知圖像的構(gòu)像方式時(shí)，就可以把與傳感器有關(guān)的測(cè)定的校正數(shù)據(jù)，如傳感器的外方位元素等代入構(gòu)像公式對(duì)原始圖像進(jìn)行幾何校正，如多光譜掃描儀。如多光譜掃描儀，其成像的公式為：對(duì)其圖像的糾正就需要得到成象時(shí)投影中心的大地坐標(biāo)X、Y、Z，掃描儀姿態(tài)角以確定旋轉(zhuǎn)矩陣 At，掃描角以及焦距 f。粗加工處理對(duì)傳感器畸變的改正很有效。但處理后圖像仍有較大的殘差（偶然誤差和系統(tǒng)誤差

50、）。因此必須對(duì)遙感圖像做進(jìn)一步的處理即精加工處理。5.3.2遙感圖像的精糾正處理遙感圖像的精糾正是指消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新圖像。它包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)；二是對(duì)坐標(biāo)變換后的像素亮度值進(jìn)行重采樣。數(shù)字圖像糾正主要處理過程如下：根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所采用的數(shù)字模型確定糾正公式。根據(jù)地面控制點(diǎn)和對(duì)應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平差計(jì)算變換參數(shù)，評(píng)定精度。4.對(duì)原始影像進(jìn)行幾何變換計(jì)算，像素亮度值重采樣。目前的糾正方法有多項(xiàng)式法，共線方程法和隨機(jī)場(chǎng)插值法等。一、遙感圖像的多項(xiàng)式糾正。多項(xiàng)式糾正

51、回避成像的空間幾何過程，直接對(duì)圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)字模擬。遙感圖像的幾何變形由多種引起，其變化規(guī)律十分復(fù)雜。難以用一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)字表達(dá)式來描述，而是用一個(gè)適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來描述糾正前后圖像相應(yīng)點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系。本法對(duì)各種類型傳感器圖像的糾正是適用的。利用地面控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和其同名點(diǎn)的地面坐標(biāo)通過平差原理計(jì)算多項(xiàng)式中的系數(shù)，然后用該多項(xiàng)式對(duì)圖像進(jìn)行糾正。常用的多項(xiàng)式有一般多項(xiàng)式、勒讓德多項(xiàng)式以及雙變量分區(qū)插值多項(xiàng)式等。操作步驟：1利用已知地面控制點(diǎn)求解多項(xiàng)式系數(shù)2、遙感圖像的糾正變換糾正后數(shù)字圖像的邊界范圍的確定直接法和間接法糾正方案直接法方案，是從原始圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次對(duì)每個(gè)原始像素點(diǎn)

52、位求其在地面坐標(biāo)系（也是輸出圖像坐標(biāo)系）中的正確位置。間接法方案，是從空白的輸出圖像陣列出發(fā)，亦按行列的順序依次對(duì)每個(gè)輸出像素點(diǎn)位反求原始圖像坐標(biāo)中的位置 。3數(shù)字圖像亮度（或灰度）值的重采樣多項(xiàng)式的系數(shù) ai,bi (i,j=0，1，2，（N1）)一般可由兩種辦法求得： 用可的圖像變形參數(shù)。 利用已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)值按最小二乘法原理求解。對(duì)參加計(jì)算的同名點(diǎn)的要求；在影像上為明顯的地物點(diǎn)，易于判讀。在影像上均勻分布。以間接法糾正方案為例，假如輸出圖像陣列中的任一像素在原始圖像中的投影點(diǎn)位的坐標(biāo)計(jì)算值不為整數(shù)時(shí)，原始圖像陣列中該非整數(shù)點(diǎn)位上并無現(xiàn)成的亮度存在，于是就必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ò言擖c(diǎn)位周圍鄰

53、近整數(shù)點(diǎn)位上亮度值對(duì)該點(diǎn)的亮度貢獻(xiàn)累積起來亮度值。這個(gè)過程即稱為數(shù)字圖像亮度（或圖像灰度）值的重采樣。（）最鄰近像元采樣法（ 2 ）雙線性內(nèi)插法（）雙三次卷積重采樣法 二、遙感圖像的共線方程糾正該點(diǎn)位的新共線方程糾正是建立在圖像坐標(biāo)與地面坐標(biāo)嚴(yán)格數(shù)學(xué)變換關(guān)系的基礎(chǔ)上的，是對(duì)成像空間幾何形態(tài)的直接描述。該方法糾正過程需要有地面高程信息（DEM），可以改正因地形起伏而引起的投影差。因此當(dāng)?shù)匦纹鸱^大，且多項(xiàng)式糾正的精度不能滿足要求時(shí)，要用共線方程進(jìn)行糾正 。在航天攝影和遙感的情況下，由于每幅圖像所覆蓋的地面范圍很大，圖像地物在地球切平面上的投影與其在地圖上的投影之間有著不可忽略的形變差異，因此需要

54、通過更嚴(yán)密的變換來建立地物的圖像坐標(biāo)與地圖坐標(biāo)之間的關(guān)系。為此，提出了建立以地心坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的共線方程。1.以地心直角坐標(biāo)為基礎(chǔ)的共線方程引進(jìn)地心直角坐標(biāo)系的作用是在于它既能夠與傳感器坐標(biāo)系直接進(jìn)行三線性變換，恢復(fù)成像光束的空間幾何狀態(tài)，又能借助于大地測(cè)量學(xué)和地圖投影學(xué)的知識(shí)，方便地轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為任意一種所需要的地圖投影坐標(biāo)。即它是把地物的圖像與地圖坐標(biāo)嚴(yán)密地聯(lián)系起來的重要中間媒介。2. 共線方程參數(shù)的確定（1）參數(shù)的選擇共線方程中的待定系數(shù)主要指?jìng)鞲衅鞯娜齻€(gè)姿態(tài)參數(shù)和三個(gè)位置參數(shù)，總共為 6 個(gè)度。（）參數(shù)的解算共線方程參數(shù)的解算方法，與多項(xiàng)式變換函數(shù)的系數(shù)解求類似，分兩種方法。

55、一是利用可的參數(shù)來直接；二是利用控制點(diǎn)通過最小二乘法原理解求。共線方程參數(shù)隨時(shí)間變化的表征函數(shù)動(dòng)態(tài)傳感器成象是每一條掃描線圖像（甚至每個(gè)像素）有自己的一套共線方程參數(shù)，整幅圖像可能含有很多的共線方程參數(shù)，以至最后不可解。為解決這個(gè)問題，通常把整幅圖像成象過程中的共線方程參數(shù)的變化看作是成象時(shí)間 t 的連續(xù)函數(shù)，用其來表達(dá)任一時(shí)刻傳感器的位置和姿態(tài)。該連續(xù)函數(shù)即稱為共線方程參數(shù)的表征函數(shù)。三、加入高差改正的 CCD 線陣影象的多項(xiàng)式糾正多項(xiàng)式糾正對(duì)地面相對(duì)平坦的地區(qū)具有足夠好的糾正精度，計(jì)算方便，應(yīng)用廣泛。但對(duì)地形起伏較大的地區(qū)，尤其當(dāng)傳感器的傾斜角較大時(shí)，效果就不明顯，甚至不能用多項(xiàng)式來進(jìn)行糾

56、正。采用多項(xiàng)式糾正時(shí)要引入糾正地區(qū)的高程信息，即引入投影差改正的多項(xiàng)式糾。其基本是先改正因地形引起的變形，然后用一般多項(xiàng)式來擬合，改正其他的變形。重采樣時(shí)則相反，先根據(jù)多項(xiàng)式參數(shù)求得未受高差影響的像點(diǎn)指標(biāo)，然后加上投影差，從而獲得真實(shí)的像點(diǎn)坐標(biāo)。5.3.3側(cè)視圖像的幾何校正圖像幾何糾正是在粗校正圖像的基礎(chǔ)上，消除由地形引起的幾何位置的誤差，生成地理編碼的正射圖像。對(duì)于 SAR 圖像，由地形引起的幾何位置誤差要比攝影類型成像的圖像嚴(yán)重，在相同觀側(cè)角的條件下，高程引起的 SAR 圖像幾何位置的誤差是 SPOT圖像的 45 倍，對(duì)于高差在 400500m 的地形，高程引起的視差將是主要的誤差，而在同

57、等條件下的 Landsat和 SPOT 圖像的誤差主要是由系統(tǒng)誤差引起的。這些幾何畸變將引起與地形相關(guān)的當(dāng)?shù)厝肷浣呛途嚯x壓縮的變化，從而引起 SAR 圖像的輻射變化。目前 SAR 圖像幾何校正方法可分為兩類：由常規(guī)攝影測(cè)量的共線方程定向方法轉(zhuǎn)化而來的；根據(jù) SAR 本身的構(gòu)像幾何特點(diǎn)進(jìn)行的校正。在第一類方法中有以下幾種糾正方法： 動(dòng)；工程兵測(cè)繪法：該法適用于理想狀況，假定姿態(tài)不變，做勻速直線運(yùn)erl F 法：根據(jù)像點(diǎn)距離方程和零條件建立的數(shù)學(xué)模型，它考慮了傳感器外方位元素中的線元素變化，而未考慮角元素的變化引起的影響。y 法：將距離投影和側(cè)視幾何成像關(guān)系轉(zhuǎn)化為多中心的幾何關(guān)系，考慮了全部外方位

58、元素變化引起的影響。第二類方法是按 SAR 本身的構(gòu)像幾何特點(diǎn)進(jìn)行的糾正，對(duì)于地面控制點(diǎn)容易得到的地區(qū)，則是利用 SAR 成像參數(shù)（如高角，波入射角，飛行路線的方位，航跡參考點(diǎn)，信號(hào)的延遲等）和地面控制點(diǎn)來精確估計(jì)飛行路線參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)建立正射校正變換公式。而對(duì)于地面控制點(diǎn)不易得到的地區(qū)，可利用 DEM 產(chǎn)生模擬圖像，將模擬圖像與原始圖像配準(zhǔn)，從而建立 DEM 坐標(biāo)與原始圖像間的變換關(guān)系。5.4 圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌5.4.1 圖像間的自動(dòng)配準(zhǔn)遙感傳感器的分辨率包括空間分辨率、時(shí)間分辨率、輻射分辨率和光譜分辨率得到進(jìn)一步的提高。在許多遙感圖像處理中，需要對(duì)這些多源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，

59、如進(jìn)行圖像的融合、變化檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別等，都要求多源圖像間必須保證在幾何上是相互配準(zhǔn)的。圖像配準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)就是前述的遙感圖像的幾何糾正，根據(jù)圖像的幾何畸變特點(diǎn)，采用一種幾何變換將圖像歸化到的坐標(biāo)系中。圖像之間的配準(zhǔn)一般有兩種方式：圖像間的匹配，即以多源圖像中的一幅圖像為參考圖像，其他圖像與之配準(zhǔn)，其坐標(biāo)系是任意的；絕對(duì)配準(zhǔn)，即選擇某個(gè)地圖坐標(biāo)系，將多源圖像變換到這個(gè)地圖坐標(biāo)系以后來實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的。配準(zhǔn)的過程分兩步：在多源圖像上確定分布均勻，足夠數(shù)量的圖像同名點(diǎn)；通過所選擇的圖像同名點(diǎn)確定幾何變換的多項(xiàng)式系數(shù)，從而完成一幅圖像對(duì)另一幅圖像的幾何糾正。多源圖像間同名點(diǎn)的確定是圖像配準(zhǔn)的關(guān)鍵。圖像同名點(diǎn)

60、的獲取可以用目視判讀方式和圖像自動(dòng)配準(zhǔn)方式。本節(jié)介紹自動(dòng)獲取圖像同名點(diǎn)的方法通過圖像相關(guān)的方法自動(dòng)獲取同名點(diǎn)。多源圖像之間存在變形，就局部區(qū)域而言，同一地面目標(biāo)在每幅圖像上都具有相應(yīng)的圖像結(jié)構(gòu)，并且它們之間是十分相似的，這就可以采用數(shù)字圖像相關(guān)的方法確定圖像的同名點(diǎn)。圖像相關(guān)是利用兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)函數(shù)，評(píng)價(jià)它們的相似性以確定同名點(diǎn)。首先取出以待定為中心的小區(qū)域中的圖像信號(hào)，然后取出其在另一圖像中相應(yīng)區(qū)域的圖像信號(hào)，計(jì)算兩者的相關(guān)函數(shù)，以相關(guān)函數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的相應(yīng)區(qū)域中心點(diǎn)為同名點(diǎn)，即以圖像信號(hào)分布最相似的區(qū)域?yàn)橥麉^(qū)域，其中心點(diǎn)為同名點(diǎn)。5.4.2 基于小面元微分糾正的圖像間自動(dòng)配準(zhǔn)該算法利用了攝