第二講遙感圖像處理影像幾何糾正

第二節(jié)土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)常用方法土地變更調(diào)查技術(shù)土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)地調(diào)查和統(tǒng)計(jì)技術(shù)土地信息系統(tǒng)技術(shù)遙感“遙感”(RemoteSensing，簡(jiǎn)稱RS)，廣義地說，是指在不直接接觸的情況下，對(duì)目標(biāo)物或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離感知的一種探測(cè)技術(shù)。狹義而言，是指在高空或外層空間的各種平臺(tái)，運(yùn)用各種傳感器（如攝影儀、掃描儀和雷達(dá)等）獲取地表的信息，通過數(shù)據(jù)的傳輸和處理，從而實(shí)現(xiàn)研究地面物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)及其環(huán)境相互關(guān)系的一門現(xiàn)代化應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。通常所說的遙感指的是狹義上的航天遙感。土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)概念土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)是應(yīng)用遙感技術(shù)，監(jiān)測(cè)土地利用及其動(dòng)態(tài)變化的一種方法。指以遙感手段為技術(shù)依托，對(duì)土地資源和土地利用實(shí)施宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)地發(fā)生的變化，并作出相應(yīng)的分析。土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)方法（1）對(duì)多時(shí)相、多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作糾正配準(zhǔn)融合等預(yù)處理，然后利用處理結(jié)果進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類和人工判斷目視解譯，得到各時(shí)相的土地分類結(jié)果，比較分類結(jié)果便發(fā)現(xiàn)土地利用變化情況。（2）直接利用多時(shí)相、多源數(shù)據(jù)來尋求變化，通過圖像處理和影像判讀來確定變化屬性及進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這樣就大大減少了對(duì)無變化區(qū)域作業(yè)分類時(shí)作業(yè)人員的工作量，有效提高了監(jiān)測(cè)精度。流程圖遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程1.遙感數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)及資料來源連續(xù)、穩(wěn)定；能滿足監(jiān)測(cè)的精度要求；價(jià)格適中、易于獲??；目前采用的主要數(shù)據(jù)源有衛(wèi)星遙感影像和數(shù)字航空影像。遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程2.數(shù)據(jù)預(yù)處理校正和配準(zhǔn)目的就是統(tǒng)一到同一地圖坐標(biāo)系下。影像鑲嵌遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程3.多源多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的融合

數(shù)據(jù)融合目的是通過將監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)兩個(gè)或多個(gè)時(shí)相的數(shù)據(jù)融合，提高影像數(shù)據(jù)的空間分辨率和光譜分辨率，增強(qiáng)影像判斷的準(zhǔn)確性。同時(shí)兩個(gè)時(shí)段影像的交叉融合又會(huì)突出變異，有助于檢測(cè)出變化信息。遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)：充分考慮不同遙感數(shù)據(jù)之間波譜信息的相關(guān)性而引起的有用信息的增加和噪聲誤差的增加，對(duì)多源遙感數(shù)據(jù)作出合理的選擇；解決遙感影像的幾何畸變問題，使各種影像在空間位置上能精確配準(zhǔn)起來；選擇合適的融合算法，最大限度地利用多種遙感數(shù)據(jù)中的有用信息。遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程融合前處理：全色影像：增強(qiáng)局部灰度反差，突出紋理細(xì)節(jié)、加強(qiáng)紋理能量和通過濾波來盡可能減少噪音。光譜影像：多光譜數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)就是它的光譜信息，融合前主要以色彩增強(qiáng)為主，調(diào)整亮度、色度、飽和度，拉開不同地類之間的色彩反差，對(duì)局部紋理要求不高，有時(shí)為了保證光譜色彩，還允許削弱紋理信息來確保融合圖的效果。遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程影像融合遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程4.變化信息提取及變化類型確定變化信息發(fā)現(xiàn)光譜特征變異法差值法多波段主成份變換主成份差異法變化類型的確定目視解譯法計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯分類法人機(jī)交互解譯法遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程5.外業(yè)調(diào)查與復(fù)核實(shí)地檢查確認(rèn)遙感內(nèi)業(yè)判讀的變化圖斑；實(shí)地調(diào)查影像上識(shí)別或定位不準(zhǔn)的小圖斑邊界線；實(shí)地量測(cè)影像上量測(cè)精度不足的線狀地物寬度；對(duì)影像上有云影遮蓋的范圍做補(bǔ)充調(diào)查；實(shí)地收集監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)與真正變化圖斑相對(duì)應(yīng)的土地變更調(diào)查資料，為變化信息分類后處理及精度評(píng)定提供依據(jù)。遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)流程6.變化信息后處理外業(yè)資料整理與分析變化小圖斑歸并；圖斑范圍、邊界、類型確定；選擇特征圖斑，為建立影像特征庫提供典型影像資料；統(tǒng)計(jì)變化面積并作變化分析。7.提交成果匯總遙感圖像處理

2.1遙感影像幾何校正幾何校正可分為兩種：粗校正和精校正，前者常常在衛(wèi)星資料處理中心完成，校正是粗略的，精度難以滿足用戶的要求，因此，粗糾正后的產(chǎn)品還要求用戶做進(jìn)一步處理，使圖像的幾何位置符合某種地理坐標(biāo)系統(tǒng)，與地圖配準(zhǔn)，并調(diào)整亮度值，這就是精校正。遙感影像數(shù)據(jù)的幾何校正遙感信息處理過程中的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。數(shù)字影像校正的目的，是改正原始影像的幾何變形，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。它的基本環(huán)節(jié)有兩個(gè)：一是像素坐標(biāo)變換；二是像素亮度重采樣。遙感數(shù)字影像校正的主要處理過程如下圖所示。遙感影像糾正過程中像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換除采用多項(xiàng)式法外還可以采用小樣條（ThinPlateSpline）或格網(wǎng)方法，亮度值重采樣一般采用雙三次褶積采樣法。2.1遙感影像幾何校正準(zhǔn)備工作輸入原始數(shù)據(jù)建立糾正變換函數(shù)確定數(shù)據(jù)輸出范圍逐個(gè)像素的幾何位置變換

像素亮度值重采樣輸出校正后數(shù)據(jù)2.1遙感影像幾何校正2.1遙感影像幾何校正對(duì)于地形起伏較大，或衛(wèi)星側(cè)視角較大的影像，可利用DEM(數(shù)字高程模型)進(jìn)行數(shù)字微分糾正，通過對(duì)圖像上像點(diǎn)位移的逐點(diǎn)改正，得到高精度的正射影像。采用的方程為：其中，f為等效焦距；Xi,Yi,Zi為地面點(diǎn)i的地面坐標(biāo)；xi,yi為其圖像坐標(biāo)；Xsi,Ysi,Zsi為li行上傳感器的地面坐標(biāo)；aj,bj,cj為li行的外方位元素Фi，Ωi，κi所確定的旋轉(zhuǎn)矩陣中的9個(gè)元素。構(gòu)像方程糾正－共線方程

多項(xiàng)式糾正－線性變換2.1遙感影像幾何校正

對(duì)于地形起伏不大的地區(qū)，我們可以忽略DEM的影響，采用多項(xiàng)式糾正方式，多項(xiàng)式糾正是常用的遙感影像糾正方法。糾正過程中應(yīng)選擇至少9個(gè)控制點(diǎn)，采取上、中、下三排均勻分布；圖像坐標(biāo)盡可能讀到子像素；加入的DEM應(yīng)能滿足高程精度要求。多項(xiàng)式糾正－非線性變換2.1遙感影像幾何校正2.1遙感影像幾何校正

當(dāng)一景影像不同區(qū)域的幾何畸變各不相同時(shí)，可以按地形起伏，將該景影像按地面高度不同分成數(shù)個(gè)不同的條帶或塊進(jìn)行分塊多項(xiàng)式糾正。每個(gè)區(qū)域均采用多項(xiàng)式糾正。當(dāng)采用分區(qū)糾正后，不同區(qū)域的變形都將得到處理，全局的精度得以保證。2.1遙感影像幾何校正遙感影像幾何精糾正完成后，要進(jìn)行糾正精度檢查。圖像幾何糾正精度采用隨機(jī)讀點(diǎn)法進(jìn)行檢驗(yàn)，即在校正后的圖像上均勻選擇4-5個(gè)特征點(diǎn)，讀出其坐標(biāo)值，然后與地形圖上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)或GPS實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，判斷是否滿足《土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)規(guī)程》的要求。2.2遙感影像配準(zhǔn)影像配準(zhǔn)就是將同一地區(qū)的不同特性的相關(guān)影像(如不同傳感器，不同日期，不同波段或傳感器在不同位置獲取的同一地區(qū)地物)在幾何上互相匹配，即實(shí)現(xiàn)影像與影像間地理坐標(biāo)及像元空間分辨率上的統(tǒng)一。

配準(zhǔn)方式可分為相對(duì)配準(zhǔn)和絕對(duì)配準(zhǔn)。相對(duì)配準(zhǔn)是以某一圖像為基準(zhǔn)，經(jīng)過坐標(biāo)變換和插值，使其它圖像與之配準(zhǔn)。絕對(duì)配準(zhǔn)是將所有的圖像校正到統(tǒng)一的坐標(biāo)系。

在實(shí)際作業(yè)中針對(duì)不同監(jiān)測(cè)地區(qū)和遙感數(shù)據(jù)的情況，采用不同的配準(zhǔn)模式，概括起來有以下3種：2.2遙感影像配準(zhǔn)首先對(duì)某一時(shí)相的高分辨率影像進(jìn)行幾何精糾正，然后將其他影像與精糾正后的影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)；首先對(duì)某一時(shí)相的低分辨率影像進(jìn)行幾何精糾正，然后將其他影像與精糾正后的影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)；分別對(duì)所有影像進(jìn)行糾正，分別幾何校正到統(tǒng)一地圖坐標(biāo)系下，完成校正、配準(zhǔn)工作。

2.2遙感影像配準(zhǔn)影像配準(zhǔn)時(shí)同名點(diǎn)的選取可以采用人工選取的方法，或通過相關(guān)運(yùn)算自動(dòng)獲得，采用的糾正方法是多項(xiàng)式糾正法。圖像配準(zhǔn)中誤差一般地區(qū)不大于0.5個(gè)像元，平原地區(qū)嚴(yán)格控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)，山區(qū)適當(dāng)放寬。影像配準(zhǔn)采用以下方法進(jìn)行精度檢查：融合檢查—對(duì)配準(zhǔn)后數(shù)據(jù)，目視檢查融合圖像是否有重影現(xiàn)象。當(dāng)配準(zhǔn)精度不能滿足要求時(shí)，應(yīng)在有重影的地區(qū)加密控制點(diǎn)，重新進(jìn)行糾正配準(zhǔn)，直到精度符合要求。遙感影像配準(zhǔn)及配準(zhǔn)精度檢查

2.2遙感影像配準(zhǔn)2.3遙感影像的鑲嵌影像鑲嵌是將兩幅或多幅影像拼在一起，構(gòu)成一幅整體影像的技術(shù)過程。由于影像糾正過程中，控制點(diǎn)的誤差、DEM的誤差、計(jì)算過程中重采樣的誤差等，造成了同一地面特征在不同影像上有不同的地面測(cè)量坐標(biāo)；同時(shí)由于成像時(shí)太陽高度角及大氣環(huán)境的不同以及成像時(shí)間的差別，使相鄰影像呈現(xiàn)出不同的輻射特征，因此，影像鑲嵌時(shí)除了要滿足在拼接線上相鄰影像的細(xì)節(jié)在幾何上一一對(duì)接外，還要求相鄰影像的色調(diào)保持一致。現(xiàn)在大部分遙感軟件（ERDAS、PCI）都具備了用戶自定義拼接線，自動(dòng)調(diào)節(jié)色調(diào)功能。2.3遙感影像的鑲嵌當(dāng)一景圖像不能覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)時(shí)，盡量選取時(shí)相接近的衛(wèi)星圖像進(jìn)行鑲嵌。根據(jù)工作區(qū)的具體情況鑲嵌的方法采用先鑲嵌后校正或先校正后鑲嵌。2.3遙感影像的鑲嵌先鑲嵌后校正。采用圖像對(duì)圖像配準(zhǔn)技術(shù)，以其中一景圖像為基準(zhǔn)，從相鄰圖像重疊區(qū)選擇控制點(diǎn)，將相鄰的圖像進(jìn)行相對(duì)配準(zhǔn)，然后將兩景圖像鑲嵌起來，以此類推將工作區(qū)所有圖像鑲嵌到一起。再利用地形圖對(duì)鑲嵌好的圖像統(tǒng)一選取控制點(diǎn)