遙感影像的幾何校正

一、引言（INTRODUCTION）

圖像校正主要是指輻射校正和幾何校正。輻射校正包括傳感器的輻射校正、大氣校正、照度校正遺迹條紋和斑點的判定和消除。幾何校正就是校正成像過程中造成的各種幾何畸變，包括幾何粗校正和幾何精校正。幾何粗校正是針對造成畸變的原因進行的校正，我們得到的衛星遙感資料一般都是經過幾何粗校正處理的。幾何精校正是利用地面控制點進行的幾何校正，它是用一種數學模型來接近描述遙感圖像的幾何畸變過程，并利用标準圖像和畸變的遙感圖像之間的一些對應點（地面控制點資料）确定幾個幾何畸變模型，然後利用此模型進行幾何畸變的校正，這種校正不考慮畸變的具體形成原因，而隻考慮如何讓利用畸變模型來校正遙感圖像

由于幾何校正後的影像可以用于提取精卻的距離、多邊形面積以及方向等資訊，同時可以建立遙感提取的資訊與地理資訊系統（GIS）或空間決策支援系統（SDSS）中其他專題資訊之間的聯系，是以對遙感資料進行預處理，消除幾何畸變是十分重要的。

二、研究方法

遙感影像一般存在内部誤差和外部誤差，識别内外部誤差源以及他們是系統誤差還是随機誤差非常重要。一般來說，内部誤差引起的畸變通常是系統性的、可預測的，外部誤差引起的畸變通常是随機的。系統誤差通常比較容易改正，方法簡單，而随機誤差相對複雜，是以本文主要是讨論随機誤差的幾何校正。

内部誤差的産生原因及消除方法

内部誤差引起的幾何畸變主要包括：地球自轉引起的偏差、掃描系統引起的标稱地面分辨率變化、掃描系統一維高程投影差、掃描系統切向比例畸變。

對于地球自轉引起的偏差，通常進行偏差校正，偏差校正就是将影像像幅中的像元向西做系統的位移調整，改正衛星傳感器系統的角速度和地表線速度的互相作用。

掃描系統引起的标稱地面分辨率變化主要是指亞軌道多光譜掃描系統，由于距星下點越遠，地面分辨率就越低，是以大多數科學家主要使用橫向掃描資料·幅中央70%的區域（星下點左右各35%）。

在星下點曝光瞬間，垂直航攝相片僅有一個位于飛行器正下方的像主點，這種透視幾何關系使得所有高于周圍地面的目标地物會出現從像主點向外放射狀分布的不同程度的平面維系。這就産生了掃描系統一維高程投影差。由于掃描鏡勻速旋轉，傳感器掃描星下點的地理距離要比影像邊緣區域的短，這就使垂直于軌道方向的一個軸發生了壓縮。離星下點地面分辨單元越遠，影像壓縮的比例就越大，這就是切像比例畸變。然而，現在大多數商業資料提供者把GPS安裝到飛機上，進而擷取精确的航線坐标，這對于糾正航攝MSS資料有很大的幫助。

外部誤差的産生原因

遙感資料幾何誤差的主要外部因素是資料采集時飛機或航天器的随機運動，主要包括：高度變化、姿态變化（翻轉、俯仰和偏航）。

在理想的情況下，遙感系統距地面的飛行高度應該不變，以保持影像比例尺沿飛行方向不變。然而，即使遙感系統距離水準面飛行高度固定不變，影像比例尺也會變化，這種情況發生是由于地面起伏變化（也就是說地面會靠近或遠離遙感系統）。影像中會存在比例尺變化，常通過幾何糾正算法盡量減小這些影響。

衛星平台一般較為穩定，因為它們不受大氣湍流或風的影響，但亞軌道飛行器在采集遙感資料時會受到向上氣流、向下氣流、頂風、順風和側風等的沖擊。即使遙感平台距地高度保持不變，但它仍然可能分别沿着三軸随機旋轉，這通常稱為翻滾、俯仰和偏航。

幾何校正

目前，許多商用遙感資料都已經消除了大多數系統誤差。除非另外處理，否則遙感影像中依然存在非系統性随機誤差，使影像未平面化（即，像元沒有位于其正确的平面地圖位置）。本文集中讨論兩種常見的幾何校正方法，分别是：從影像到地圖的校正、從影像到影像的配準。

（1）從影像到地圖的校正

從影像到地圖的校正過程通常包括步驟：1.選擇合适的基準平面圖。2.采集地面控制點。3.确定輸入下像元坐标（（行，列）=（x,y））和該點對應的地圖坐标之間的幾何關系。通過地面控制點對建立幾何轉換關系，然後，将待校正輸入影像的像元坐标校正或填充到輸出影像中。這個過程稱為空間插值。4.确定像元亮度值。然而，輸入像元值和輸出像元值之間沒有直接的一一對應關系。校正後的輸出影像像元需要填充一定的亮度值，但改像元栅格并非剛好落在規則行列坐标上，是以必須采用某種方法來确定校正後輸出像元的亮度值。這一過程稱為亮度插值。

（2）從影像到影像的配準

從影像到影像的配準是平移和旋轉過程的結合，通過兩幅影像中的同名點進比對，使同名地物出現配準後影像的相同位置。若不需要使每個像元都具有待定的地圖投影坐标，就可以使用這種集合糾正方法。

三、結論（RESULTS）

影像校正和配準所用的基本原理是相同的。他們的差別是：在從影像到地圖的校正中，參考的是具有标準地圖投影的地圖，而在從影像到影像的配準中，參考的是另一景影像。很顯然，如果采用已校正······十分有用。

當已知遙感圖像的成圖模型和有關輔助資料時，可以按成像模型精确或近似精确地恢複圖像上像點的正确位置，進而得到校正圖像。這種按成像模型進行遙感圖像精确幾何校正的方法稱為嚴格幾何校正。假如應用要求不高，或者缺少輔助資料而無法确定成像模型中的參數，或者根本不知道圖像幾何類型的時候，可以用假定的數學模型作為成像模型對圖像實施幾何校正。這種按假定數學模型進行遙感圖像近似幾何校正的方法稱為近似幾何校正。在近似幾何校正中，假定的數學模型應盡量反映遙感圖像的幾何變現規律，否則無法取得理想的校正效果.

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THE END