遙感實驗報告

人口·資源與環(huán)境學(xué)院11/11遙感圖像的幾何校正一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實習(xí)操作，掌握遙感圖像幾何校正的基本方法和步驟，深刻了解遙感圖像幾何校正的意義。在實驗過程中，主要理解和體會以下幾個問題：（1）遙感圖像幾何校正的類型，幾何校正的原因和目的；（2）遙感圖像幾何靜校正的基本原理；（3）重采樣的方法及每種方法的優(yōu)缺點。二、實驗的基本原理遙感圖像幾何校正分為兩種：=1\*GB3①針對引起畸變原因而進(jìn)行的幾何粗校正；=2\*GB3②利用控制點進(jìn)行的幾何精校正。幾何精校正實質(zhì)上是用數(shù)學(xué)模型來近似描述遙感圖像的幾何畸變過程，并且認(rèn)為遙感圖像的總體畸變可以看做是擠壓、扭曲、縮放、偏移以及更高層次的基本變形的綜合作用的結(jié)果，利用畸變的遙感圖像與標(biāo)準(zhǔn)地圖或圖像之間的一些對應(yīng)點（GCP）求得這個幾何畸變模型，然后利用此模型進(jìn)行幾何畸變的校正，這種校正不考慮引起畸變的原因。三、幾何精校正的基本步驟1、確定地面控制點。在原始畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)空間尋找控制點對。地面控制點應(yīng)該在圖像上有明顯清晰的定位識別標(biāo)志，地面控制點上的地物不隨時間而變化，地面控制點應(yīng)均勻分布在整幅圖像內(nèi)，且要有一定的數(shù)量保證。2、地面控制點確定后，要在原始畸變圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像上分別讀出各個控制點在圖像上的像元坐標(biāo)(x,y)以及標(biāo)準(zhǔn)圖像上的坐標(biāo)(X,Y)。3、選擇合適的坐標(biāo)變換函數(shù)（幾何校正數(shù)學(xué)模型），建立圖像坐標(biāo)(x,y)與其參考坐標(biāo)(X,Y)之間的關(guān)系式。利用地面控制點對數(shù)據(jù)求出模型的未知參數(shù)，然后利用模型對原始圖像進(jìn)行幾何精校正。4、幾何精校正的精度分析，利用幾何校正數(shù)學(xué)模型計算校正之后的圖像誤差，檢驗每個控制點的均方根誤差是否小于0.5。5、確定每一點的亮度值。根據(jù)輸出圖像上各像元在輸入圖像中的位置，對原始圖像按一定的規(guī)則重新采樣，進(jìn)行亮度值的插值計算，建立新的圖像矩陣。常采用的方法是最鄰近法，三次卷積內(nèi)插法，雙線性內(nèi)插法。四、基本實驗要求學(xué)會在ERDASIMAGINE軟件中進(jìn)行圖像的幾何校正。五、實驗內(nèi)容1、本實驗主要是利用多項式擬合的方法進(jìn)行的糾正，通常采用數(shù)據(jù)預(yù)處理途經(jīng)啟動幾何校正模塊。具體步驟如下：在ERDAS圖標(biāo)面板菜單條中單擊DataPreparation(數(shù)據(jù)預(yù)處理)|ImageGeometricCorrection(圖像幾何校正)命令，打開SetGeoCorrectionInputFile對話框（如圖1-1）。圖1-1SetGeoCorrectionInputFile對話框在SetGeoCorrectionInputFile對話框中，需要確定校正圖像，有兩種選擇情況：其一：確定來自視窗（FromViewer），然后選擇顯示圖像視窗（SelectViewer），在對應(yīng)的視窗上單擊一下鼠標(biāo)。其二：確定來自文件（FromImageFile），然后選擇輸入圖像。2、圖像校正具體過程。第一步：顯示圖像文件。在ERDAS圖標(biāo)面板中單擊Viewer圖標(biāo)兩次，打開兩個視窗（Viewer#1/Viewer#2），將兩個視窗平鋪設(shè)置，操作如下：在ERDAS圖標(biāo)面板菜單條中單擊Session|TileViewers。然后在Viewer#1中打開需要校正的濟(jì)南中巴衛(wèi)星圖像：2001.img。在Viewer#2中打開作為地理參考的校正過的濟(jì)南中巴衛(wèi)星圖像：2006.img。如圖（1-2）圖1-2第2步：啟動幾何校正模塊=1\*GB3①在Viewer#1菜單條中單擊Raster|GeometricCorrection命令，打開打開SetGeometricModel對話框。②選擇多項式幾何校正模型為polynomial。（如圖1-3）圖1-3SetGeometricModel對話框=3\*GB3③單擊OK，打開校正模型參數(shù)（如圖1-4）與投影參數(shù)設(shè)置對話框（如圖1-5）圖1-4GeoCorrectionTools對話框圖1-5PolynomialModelProperties對話框在調(diào)用多項式模型時，需要確定多項式的次方數(shù)，通常整景圖像選擇3次方。次方數(shù)與所需的最少控制點數(shù)是相關(guān)的，最少控制點數(shù)計算公式為((t+1)*(t+2))/2,t為次方數(shù)，即1次方最少需要3個控制點，依次類推。我們定義多項式次方(PolynomialOrder):2。單擊Apply|Close按鈕，打開GCPToolReferenceSetup對話框。（如圖1-6）圖1-6GCPToolReferenceSetup對話框第3步：啟動控制工具。首先在GCPToolReferenceSetup對話框中選擇采點模式。=1\*GB3①選擇采點模式ExistingViewer。=2\*GB3②單擊OK=3\*GB3③打開ViewerSelectionInstruction指示器（如圖1-7）圖1-7ViewerSelectionInstruction指示器=4\*GB3④在顯示作為地理參考圖像2006.img的Viewer#2中單擊。=5\*GB3⑤整個屏幕將變成如圖1-8所示的狀態(tài)，包括兩個主視窗、兩個放大窗口、兩個關(guān)聯(lián)方框（分別位于兩個視窗中，指示放大窗口與主視窗的關(guān)系）、控制點工具對話框、幾何校正工具等。這表明控制點工具被啟動，進(jìn)入控制點采集狀態(tài)。圖1-8ReferenceMapInformation提示框第4步：采集地面控制點GCP工具條對話框由菜單條（MenuBar）、工具條（ToolBar）和控制點數(shù)據(jù)表（GCPCellArray）及狀態(tài)條（StatusBar）四部分組成。GCP具體采集過程=1\*GB3①在GCP工具對話框中單擊SelectGCP圖標(biāo)，進(jìn)入GCP選擇狀態(tài)。=2\*GB3②在GCP數(shù)據(jù)表中將輸入GCP的顏色設(shè)置為較鮮亮的黃色。=3\*GB3③在Viewer#1中移動關(guān)聯(lián)方框位置，尋找明顯的地物特征點，作為輸入GCP。=4\*GB3④單擊CreatGCP圖標(biāo)，并在Viewer#3中單擊定點，GCP數(shù)據(jù)表將記錄一個輸入GCP，包括編號、標(biāo)識碼、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)。=5\*GB3⑤單擊SelectGCP圖標(biāo)重新進(jìn)入GCP選擇狀態(tài)。=6\*GB3⑥在GCP數(shù)據(jù)表中將輸入GCP的顏色設(shè)置為較鮮亮的紅色。=7\*GB3⑦在Viewer#2中移動關(guān)聯(lián)方框位置，尋找對應(yīng)的地物特征點，作為參考GCP。=8\*GB3⑧單擊CreatGCP圖標(biāo)并在Viewer#4中單擊定點，系統(tǒng)將自動把參考點的坐標(biāo)顯示在GCP數(shù)據(jù)表中。=9\*GB3⑨單擊SelectGCP圖標(biāo)重新進(jìn)入GCP選擇狀態(tài)；并將光標(biāo)回到Viewer#1中，準(zhǔn)備采集另一個輸入控制點。=10\*GB3⑩不斷重復(fù)步驟①-⑨，采集若干個GCP,直到滿足我們的幾何校正模型，也即6個點。GCP數(shù)據(jù)表如圖1-9所示。圖1-9GCP工具對話框與GCP數(shù)據(jù)表第5步：采集地面檢查點以上所采集的GCP的類型均為ControlPoint(控制點)，用于控制計算，建立轉(zhuǎn)換模型及多項式方程。下面所采集的GCP的類型均為CheckPoint(檢查點)，用于檢驗所建立的轉(zhuǎn)換方程的精度和實用性。如果控制點的誤差比較小的話，也可以不采集地面檢查點。依然在GCPTool對話框狀態(tài)下進(jìn)行如下操作。在GCPTool菜單條中確定GCP類型：單擊Edit|setpoint|check命令。在GCPTool菜單條中確定GCP匹配參數(shù)（MatchingParameter）:單擊edit|pointmatching命令，打開GCPMatching對話框。（如圖1-10）圖1-10GCPMatching對話框在GCPMatching對話框中，需要定義下列參數(shù)。=1\*GB3①在匹配參數(shù)（MatchingParameters）選項組中設(shè)置最大搜索半徑（Max.SearchRadius）為3；搜索窗口大?。╯earchwindowsize）為X:5、Y:5。=2\*GB3②在約束參數(shù)(ThresholdParameters)選項組中設(shè)置相關(guān)閾值（CorrelationThreshold）為0.8；刪除不匹配的點（discardunmatchedpoint）為Active。=3\*GB3③在匹配所有/選擇點（matchall/selectedpoint）選項組中設(shè)置從輸入到參考（referencefrominput）或從參考到輸入（inputfromreference）。=4\*GB3④單擊close。（1）確定地面檢查點：在GCPTool工具條中單擊CreatGCP圖標(biāo)以及Lock圖標(biāo)，鎖住creatGCP功能，如同選擇控制點一樣，分別在Viewer#1和Viewer#2中定義5個檢查點，定義完畢后單擊Ulock圖標(biāo)，解除creatGCP功能。（2）計算檢查點誤差：在GCPTool工具條中單擊computererror圖標(biāo)，檢查點的誤差就會顯示在GCPTool的上方。只有所有檢查點的誤差均小于一個像元（pixel）,才能進(jìn)行繼續(xù)合理重采樣。第6步：計算轉(zhuǎn)換模型在控制點采集過程中，一般是設(shè)置為自動轉(zhuǎn)換計算模式（computetransformation），所以，隨著控制點采集過程的完成，轉(zhuǎn)換模型就自動計算生成，下面是轉(zhuǎn)換模型的查閱過程：在GeoCorrectionTools對話框中單擊displaymodelproperties圖標(biāo)，打開polynomialmodelproperties(多項式模型參數(shù))對話框（如圖1-11），在多項式模型參數(shù)對話框中查閱模型參數(shù)（多項式系數(shù)），并記錄轉(zhuǎn)換模型，單擊close，關(guān)閉對話框，進(jìn)入圖像重采樣階段。圖1-10polynomialmodelproperties對話框第7步：圖像重采樣（1）重采樣過程就是依據(jù)未校正圖像像元值計算生成一幅校正圖像的過程，原圖像中所有柵格數(shù)據(jù)層都將進(jìn)行重采樣。ERDASIMAGINE提供了4種常用方法。=1\*GB3①nearestneighbor鄰近點插值法:將最鄰近像元值直接賦給輸出像元。=2\*GB3②bilinearinterpolation雙線性插值法：用雙線性方程和2x2窗口計算輸出像元值。=3\*GB3③cubicconvolution立方卷積插值法，用三次方程和4x4窗口計算輸出像元值。=4\*GB3④bicubicsplineinterpolation雙三次樣條插值，產(chǎn)生比雙線性插值更平滑的圖像邊緣。（2）圖像重采樣過程首先，在GeoCorrectionTools對話框中單擊Imageresample圖標(biāo)，打開resample（重采樣）對話框（如圖1-11），然后，在resample對話框中，定義重采樣參數(shù)。圖-11resample對話框①輸出圖像文件名（outputfile）:濟(jì)南.img。選擇重采樣方法（resamplemethod）：nearestneighbor②定義輸出圖像范圍（outputcorners）:③定義輸出像元大?。╫utputcellsize）:X:30、Y:30④設(shè)置輸出統(tǒng)計中忽略零值：ignorezeroinstats⑤設(shè)置重新計算輸出默認(rèn)值（recalculateoutputdefaults）:skipfactor:10⑥單擊OK。啟動重采樣進(jìn)程（如圖1-12）。圖1-12重采樣第8步：保存幾何校正模式在GeoCorrectionTools對話框中單擊Exit，退出幾何校正過程，保存圖像幾何校正模式，并定義模式文件（*.gms），以便下次直接使用。第9步：檢驗校正結(jié)果同時在兩個視窗中打開兩幅圖像，其中一幅是校正以后的圖像，一幅是當(dāng)時參考的圖像，通過視窗地理連接（geolink/un