遥感数字图像的几何处理.pptx

会计学1遥感数字图像的几何处理遥感数字图像的几何处理2023/3/182第一节第一节第一节第一节 遥感数字图像几何处理概述遥感数字图像几何处理概述遥感数字图像几何处理概述遥感数字图像几何处理概述n n一、概述一、概述一、概述一、概述n n遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的问题，对遥感图像遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的问题，对遥感图像遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的问题，对遥感图像遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的问题，对遥感图像进行几何纠正。进行几何纠正。进行几何纠正。进行几何纠正。n n1 1 1 1、重要性、重要性、重要性、重要性n n第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息进行各种分析，制作第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息进行各种分析，制作第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息进行各种分析，制作第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息进行各种分析，制作满足量测和定位要求的各类地球资源及环境的遥感专题图。满足量测和定位要求的各类地球资源及环境的遥感专题图。满足量测和定位要求的各类地球资源及环境的遥感专题图。满足量测和定位要求的各类地球资源及环境的遥感专题图。n n第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间的各种同一地域复合第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间的各种同一地域复合第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间的各种同一地域复合第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间的各种同一地域复合图像数据来进行计算机自动分类、地物特征的变化监测或其他应用处理时，必须进图像数据来进行计算机自动分类、地物特征的变化监测或其他应用处理时，必须进图像数据来进行计算机自动分类、地物特征的变化监测或其他应用处理时，必须进图像数据来进行计算机自动分类、地物特征的变化监测或其他应用处理时，必须进行图像间的几何配准，保证各不同图像间的几何一致性。行图像间的几何配准，保证各不同图像间的几何一致性。行图像间的几何配准，保证各不同图像间的几何一致性。行图像间的几何配准，保证各不同图像间的几何一致性。n n第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新第1页/共43页2023/3/183n n2 2 2 2、类型、类型、类型、类型n n光学纠正光学纠正光学纠正光学纠正n n通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格的纠正；的纠正；的纠正；的纠正；n n数字纠正数字纠正数字纠正数字纠正n n是建立在严格的数学基础上，并可以远点是建立在严格的数学基础上，并可以远点是建立在严格的数学基础上，并可以远点是建立在严格的数学基础上，并可以远点(或远像素或远像素或远像素或远像素)地对地对地对地对图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图像进行严格的纠正；像进行严格的纠正；像进行严格的纠正；像进行严格的纠正；第2页/共43页2023/3/184n n二、二、几何变形的影响因素几何变形的影响因素几何变形的影响因素几何变形的影响因素n n遥感图像的几何变形误差类型遥感图像的几何变形误差类型遥感图像的几何变形误差类型遥感图像的几何变形误差类型n n静态误差静态误差静态误差静态误差n n分为内部误差和外部误差两类变形误差。分为内部误差和外部误差两类变形误差。分为内部误差和外部误差两类变形误差。分为内部误差和外部误差两类变形误差。n n内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标称数值所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，称数值所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，称数值所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，称数值所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，不做讨论。不做讨论。不做讨论。不做讨论。n n例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、像主点偏移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫像主点偏移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫像主点偏移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫像主点偏移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫描仪描仪描仪描仪(MSS)(MSS)(MSS)(MSS)，有扫描线首末点成像时间差、不同波段，有扫描线首末点成像时间差、不同波段，有扫描线首末点成像时间差、不同波段，有扫描线首末点成像时间差、不同波段相同扫描线的成像时间差、扫描镜旋转速度不均匀、相同扫描线的成像时间差、扫描镜旋转速度不均匀、相同扫描线的成像时间差、扫描镜旋转速度不均匀、相同扫描线的成像时间差、扫描镜旋转速度不均匀、扫描线的非直线性和非平行性、光电检测器的非对扫描线的非直线性和非平行性、光电检测器的非对扫描线的非直线性和非平行性、光电检测器的非对扫描线的非直线性和非平行性、光电检测器的非对中等误差。中等误差。中等误差。中等误差。n n外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，由传感器以外的各因素所造成的误差。由传感器以外的各因素所造成的误差。由传感器以外的各因素所造成的误差。由传感器以外的各因素所造成的误差。n n例如传感器的外方位例如传感器的外方位例如传感器的外方位例如传感器的外方位(位置、姿态位置、姿态位置、姿态位置、姿态)变化、传感介质的变化、传感介质的变化、传感介质的变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差等。引起的变形误差等。引起的变形误差等。引起的变形误差等。n n动态误差动态误差动态误差动态误差第3页/共43页2023/3/185n n几何校正n n几何粗校正：针对畸变原因进行的几何粗校正：针对畸变原因进行的n n传感器：扫描速率不均匀传感器：扫描速率不均匀n n地球：曲率不同、自转影像地球：曲率不同、自转影像n n卫星运行：高度不恒定、速度不均一等卫星运行：高度不恒定、速度不均一等n n几何精校正：利用控制点进行的，用畸变模型实施几何精校正：利用控制点进行的，用畸变模型实施校正校正第4页/共43页2023/3/186n n影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：n n1)1)1)1)传感器成像几何形态带来的变形传感器成像几何形态带来的变形传感器成像几何形态带来的变形传感器成像几何形态带来的变形n n传感器一般的几何成像方式包括传感器一般的几何成像方式包括传感器一般的几何成像方式包括传感器一般的几何成像方式包括n n中心投影中心投影中心投影中心投影n n全景投影全景投影全景投影全景投影n n斜距投影斜距投影斜距投影斜距投影n n平行投影平行投影平行投影平行投影n n在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄影的中心投影和竖直情况下的平行投影是没有几何影的中心投影和竖直情况下的平行投影是没有几何影的中心投影和竖直情况下的平行投影是没有几何影的中心投影和竖直情况下的平行投影是没有几何形态变形的，因为中心投影图像本身与地面景物保形态变形的，因为中心投影图像本身与地面景物保形态变形的，因为中心投影图像本身与地面景物保形态变形的，因为中心投影图像本身与地面景物保持相似的关系。持相似的关系。持相似的关系。持相似的关系。n n全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。n n通常把竖直摄影的中心投影和平行投影通常把竖直摄影的中心投影和平行投影通常把竖直摄影的中心投影和平行投影通常把竖直摄影的中心投影和平行投影(正射投影正射投影正射投影正射投影)的的的的图像视为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规图像视为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规图像视为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规图像视为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规律可以通过与中心投影或正射投影的影像相比较而律可以通过与中心投影或正射投影的影像相比较而律可以通过与中心投影或正射投影的影像相比较而律可以通过与中心投影或正射投影的影像相比较而获得。获得。获得。获得。第5页/共43页2023/3/187n nI I I I、全景投影变形、全景投影变形、全景投影变形、全景投影变形n n从右图可以看出红外机械扫描仪的成从右图可以看出红外机械扫描仪的成从右图可以看出红外机械扫描仪的成从右图可以看出红外机械扫描仪的成像面不是一个平面，而是一个圆柱面像面不是一个平面，而是一个圆柱面像面不是一个平面，而是一个圆柱面像面不是一个平面，而是一个圆柱面MONMONMONMON，相当于全景摄影机的投影面，相当于全景摄影机的投影面，相当于全景摄影机的投影面，相当于全景摄影机的投影面，称之为全景面。图中，地物点称之为全景面。图中，地物点称之为全景面。图中，地物点称之为全景面。图中，地物点P P P P在全在全在全在全景面上的像点景面上的像点景面上的像点景面上的像点P P P P具有坐标具有坐标具有坐标具有坐标yPyPyPyP，则，则，则，则 yP=f/yP=f/yP=f/yP=f/（4.14.14.14.1）n n式中：式中：式中：式中：f f f f是焦距是焦距是焦距是焦距;为成像角为成像角为成像角为成像角(以度为单以度为单以度为单以度为单位位位位)；57575757295295295295度弧度。度弧度。度弧度。度弧度。第6页/共43页2023/3/188n n设设设设(L)(L)(L)(L)是一个等效的中心投影成像面，是一个等效的中心投影成像面，是一个等效的中心投影成像面，是一个等效的中心投影成像面，P P P P点在点在点在点在(L)(L)(L)(L)上的像上的像上的像上的像点点点点PPPP具有坐标具有坐标具有坐标具有坐标ypypypyp，则，则，则，则ypypypyp=f f f ftantantantan (4 (4 (4 (42)2)2)2)n n从式从式从式从式(4(4(4(41)1)1)1)和式和式和式和式(4(4(4(42)2)2)2)可以得到全景图像坐标与等效可以得到全景图像坐标与等效可以得到全景图像坐标与等效可以得到全景图像坐标与等效中心投影图像坐标之间的相互转换关系中心投影图像坐标之间的相互转换关系中心投影图像坐标之间的相互转换关系中心投影图像坐标之间的相互转换关系n n进而可推导出全景变形公式进而可推导出全景变形公式进而可推导出全景变形公式进而可推导出全景变形公式第7页/共43页2023/3/189n nII II II II、斜距投影变形、斜距投影变形、斜距投影变形、斜距投影变形 n n斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，S S S S为为为为雷达天线中心。地物点雷达天线中心。地物点雷达天线中心。地物点雷达天线中心。地物点P P P P的图像坐标的图像坐标的图像坐标的图像坐标yPyPyPyP是雷达波束扫是雷达波束扫是雷达波束扫是雷达波束扫描方向的图像坐标，它取决于斜距描方向的图像坐标，它取决于斜距描方向的图像坐标，它取决于斜距描方向的图像坐标，它取决于斜距RPRPRPRP以及成像比例以及成像比例以及成像比例以及成像比例尺尺尺尺 ：n n式中：式中：式中：式中：为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；CCCC为雷达波在物方空间中的传播速度；为雷达波在物方空间中的传播速度；为雷达波在物方空间中的传播速度；为雷达波在物方空间中的传播速度；H H H H为传感器航为传感器航为传感器航为传感器航高；高；高；高；f f f f为等效焦距。为等效焦距。为等效焦距。为等效焦距。第8页/共43页2023/3/1810第9页/共43页2023/3/1811n n由于有由于有n n于是于是n n此外，地面点此外，地面点P P在等效的中心投影图像在等效的中心投影图像oyoy上的成上的成像点像点PP的坐标的坐标yfyf可表达为可表达为第10页/共43页2023/3/1812n n可推导雷达图像坐标和等效中心投影图像坐标间可推导雷达图像坐标和等效中心投影图像坐标间的转换关系，即的转换关系，即n n则斜距投影的变形误差为则斜距投影的变形误差为第11页/共43页2023/3/1813n n全景投影和斜距投影两种成像方式对同一地物摄全景投影和斜距投影两种成像方式对同一地物摄影成像的变形结果见图。影成像的变形结果见图。第12页/共43页2023/3/1814n n2)2)、传感器外方位元素变化的影响、传感器外方位元素变化的影响n n传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时的位置的位置的位置的位置(X(X(X(XS S S S，Y Y Y YS S S S，Z Z Z ZS S S S)，(X(X(X(X，Y Y Y Y，Z)Z)Z)Z)和姿态角和姿态角和姿态角和姿态角(，)；对于侧视雷达而言，还包括其运行速；对于侧视雷达而言，还包括其运行速；对于侧视雷达而言，还包括其运行速；对于侧视雷达而言，还包括其运行速度度度度(vx(vx(vx(vx，vyvyvyvy，vz)vz)vz)vz)。当外方位元素偏离标准位置。当外方位元素偏离标准位置。当外方位元素偏离标准位置。当外方位元素偏离标准位置而出现变动时，就会使图像产生变形。而出现变动时，就会使图像产生变形。而出现变动时，就会使图像产生变形。而出现变动时，就会使图像产生变形。n n这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得以解析。以解析。以解析。以解析。第13页/共43页2023/3/1815n n3)3)3)3)、地球起伏的影响、地球起伏的影响、地球起伏的影响、地球起伏的影响n n地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。n n具有方向投影几何形态具有方向投影几何形态具有方向投影几何形态具有方向投影几何形态(中心投影、全景投影等中心投影、全景投影等中心投影、全景投影等中心投影、全景投影等)的传的传的传的传感器与具有斜距投影几何形态感器与具有斜距投影几何形态感器与具有斜距投影几何形态感器与具有斜距投影几何形态(侧视雷达侧视雷达侧视雷达侧视雷达)的传感器将的传感器将的传感器将的传感器将有不同的地形起伏像点位移规律；有不同的地形起伏像点位移规律；有不同的地形起伏像点位移规律；有不同的地形起伏像点位移规律；n n比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投影影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，影影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，影影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，影影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，而在雷达影像上则是向内变动的，如图这种投影差而在雷达影像上则是向内变动的，如图这种投影差而在雷达影像上则是向内变动的，如图这种投影差而在雷达影像上则是向内变动的，如图这种投影差相反的特点，将使得我们对雷达影像进行立体现测相反的特点，将使得我们对雷达影像进行立体现测相反的特点，将使得我们对雷达影像进行立体现测相反的特点，将使得我们对雷达影像进行立体现测时看到的是反立体。此外，高出地面物体的雷达影时看到的是反立体。此外，高出地面物体的雷达影时看到的是反立体。此外，高出地面物体的雷达影时看到的是反立体。此外，高出地面物体的雷达影像还可能带有像还可能带有像还可能带有像还可能带有“阴影阴影阴影阴影”，远景影像可能被近景影像，远景影像可能被近景影像，远景影像可能被近景影像，远景影像可能被近景影像的阴影所覆盖这也是与中心投影影像不同之处。的阴影所覆盖这也是与中心投影影像不同之处。的阴影所覆盖这也是与中心投影影像不同之处。的阴影所覆盖这也是与中心投影影像不同之处。第14页/共43页2023/3/1816第15页/共43页2023/3/1817n n4)4)4)4)、地球曲率的影响、地球曲率的影响、地球曲率的影响、地球曲率的影响n n地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位地球曲率引起的像点位移类似地形起伏引起的像点位移。如图设地面点到传感器铅垂线移。如图设地面点到传感器铅垂线移。如图设地面点到传感器铅垂线移。如图设地面点到传感器铅垂线SOSOSOSO的投影距离为的投影距离为的投影距离为的投影距离为D D D D，地球的半径为，地球的半径为，地球的半径为，地球的半径为R R R R0 0 0 0，则根据因直径与弦线交割线段间，则根据因直径与弦线交割线段间，则根据因直径与弦线交割线段间，则根据因直径与弦线交割线段间的固定数学关系可得的固定数学关系可得的固定数学关系可得的固定数学关系可得n n考虑到考虑到考虑到考虑到hhhh相对于相对于相对于相对于2Ro2Ro2Ro2Ro是一个很小的数值，对上式简化是一个很小的数值，对上式简化是一个很小的数值，对上式简化是一个很小的数值，对上式简化后可得后可得后可得后可得第16页/共43页2023/3/1818第17页/共43页2023/3/1819n n5)5)5)5)、大气折射的影响、大气折射的影响、大气折射的影响、大气折射的影响n n大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面的大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面的大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面的大气层是一个非均匀的介质，它的密度是随离地面的高度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射高度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射高度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射高度增加而递减的，所以电磁波在大气中传播的折射率也随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条率也随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条率也随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条率也随高度而变，从而使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线，进而引起了像点位移。直线而变成了曲线，进而引起了像点位移。直线而变成了曲线，进而引起了像点位移。直线而变成了曲线，进而引起了像点位移。n n大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一大气折射对方向投影成像和距离投影成像的影响不一样。中心投影和全景投影等部属于方向投影，其成像样。中心投影和全景投影等部属于方向投影，其成像样。中心投影和全景投影等部属于方向投影，其成像样。中心投影和全景投影等部属于方向投影，其成像点的位置取决于地物点入射光线的方向。如图所示。点的位置取决于地物点入射光线的方向。如图所示。点的位置取决于地物点入射光线的方向。如图所示。点的位置取决于地物点入射光线的方向。如图所示。n n在无大气折射影响时，地物点在无大气折射影响时，地物点在无大气折射影响时，地物点在无大气折射影响时，地物点A A A A通过直线光线通过直线光线通过直线光线通过直线光线 成像成像成像成像于于于于a0a0a0a0点；当有大气折射影响时，点；当有大气折射影响时，点；当有大气折射影响时，点；当有大气折射影响时，A A A A点通过曲线光线点通过曲线光线点通过曲线光线点通过曲线光线 成像于成像于成像于成像于a1a1a1a1点，因此而引起像点位移点，因此而引起像点位移点，因此而引起像点位移点，因此而引起像点位移第18页/共43页2023/3/1820第19页/共43页2023/3/1821n n6)6)6)6)、地球自转的影响、地球自转的影响、地球自转的影响、地球自转的影响n n在静态传感器在静态传感器在静态传感器在静态传感器(常规框幅式摄影机常规框幅式摄影机常规框幅式摄影机常规框幅式摄影机)成像的情况下，地球自转不会引起图像成像的情况下，地球自转不会引起图像成像的情况下，地球自转不会引起图像成像的情况下，地球自转不会引起图像变形，因为其几何整幅图像是在瞬间一次曝光成像的。变形，因为其几何整幅图像是在瞬间一次曝光成像的。变形，因为其几何整幅图像是在瞬间一次曝光成像的。变形，因为其几何整幅图像是在瞬间一次曝光成像的。n n地球自转主要是对动态传感器的图像产生变形影响，特别是对卫星遥感地球自转主要是对动态传感器的图像产生变形影响，特别是对卫星遥感地球自转主要是对动态传感器的图像产生变形影响，特别是对卫星遥感地球自转主要是对动态传感器的图像产生变形影响，特别是对卫星遥感图像。图像。图像。图像。n n以陆地资源卫星多光谱扫描仪为例，当卫星北向南运行的同时，地球表面也在由西以陆地资源卫星多光谱扫描仪为例，当卫星北向南运行的同时，地球表面也在由西以陆地资源卫星多光谱扫描仪为例，当卫星北向南运行的同时，地球表面也在由西以陆地资源卫星多光谱扫描仪为例，当卫星北向南运行的同时，地球表面也在由西向东自转，由于卫星图像每条扫描线的成像时间不同，因而造成扫描线在地面上的向东自转，由于卫星图像每条扫描线的成像时间不同，因而造成扫描线在地面上的向东自转，由于卫星图像每条扫描线的成像时间不同，因而造成扫描线在地面上的向东自转，由于卫星图像每条扫描线的成像时间不同，因而造成扫描线在地面上的投影依次向西平移最终使得图像发生扭曲。图投影依次向西平移最终使得图像发生扭曲。图投影依次向西平移最终使得图像发生扭曲。图投影依次向西平移最终使得图像发生扭曲。图4 4 4 48 8 8 8显示了地球静止时的图像显示了地球静止时的图像显示了地球静止时的图像显示了地球静止时的图像(oncba)(oncba)(oncba)(oncba)与地球自转时的图像与地球自转时的图像与地球自转时的图像与地球自转时的图像(Mcba)(Mcba)(Mcba)(Mcba)在地面上投影的情况。由此可见，由于地在地面上投影的情况。由此可见，由于地在地面上投影的情况。由此可见，由于地在地面上投影的情况。由此可见，由于地球自转的影响，产生了图像底边中点的坐标位移球自转的影响，产生了图像底边中点的坐标位移球自转的影响，产生了图像底边中点的坐标位移球自转的影响，产生了图像底边中点的坐标位移xxxx和和和和yyyy，以及平均航偏角，以及平均航偏角，以及平均航偏角，以及平均航偏角 。第20页/共43页2023/3/1822n n遥感影像中，框幅式影像遥感影像中，框幅式影像遥感影像中，框幅式影像遥感影像中，框幅式影像(包括美国陆地资源卫星的包括美国陆地资源卫星的包括美国陆地资源卫星的包括美国陆地资源卫星的RBVRBVRBVRBV影像影像影像影像)属于属于属于属于纯中心投影构像全景影像属于多中心等焦距圆柱投影，多光谱纯中心投影构像全景影像属于多中心等焦距圆柱投影，多光谱纯中心投影构像全景影像属于多中心等焦距圆柱投影，多光谱纯中心投影构像全景影像属于多中心等焦距圆柱投影，多光谱影像属于多中心扫描投影，影像属于多中心扫描投影，影像属于多中心扫描投影，影像属于多中心扫描投影，HRVHRVHRVHRV影像属于多中心推扫扫描投影，影像属于多中心推扫扫描投影，影像属于多中心推扫扫描投影，影像属于多中心推扫扫描投影，合成孔径侧视雷达属于多中心斜距投影，由此可见，合成孔径侧视雷达属于多中心斜距投影，由此可见，合成孔径侧视雷达属于多中心斜距投影，由此可见，合成孔径侧视雷达属于多中心斜距投影，由此可见，中心投影构中心投影构中心投影构中心投影构像是遥感影像构像的基本原理。像是遥感影像构像的基本原理。像是遥感影像构像的基本原理。像是遥感影像构像的基本原理。n n中心投影构像的几何纠正目的是将中心投影影像纠正成正射投影中心投影构像的几何纠正目的是将中心投影影像纠正成正射投影中心投影构像的几何纠正目的是将中心投影影像纠正成正射投影中心投影构像的几何纠正目的是将中心投影影像纠正成正射投影影像。影像。影像。影像。第21页/共43页2023/3/1823n n一一 中心投影构像原理中心投影构像原理中心投影构像原理中心投影构像原理n n中心投影方式成像摄影是按小孔成像中心投影方式成像摄影是按小孔成像中心投影方式成像摄影是按小孔成像中心投影方式成像摄影是按小孔成像原理，在小孔处安装一个摄影物镜，原理，在小孔处安装一个摄影物镜，原理，在小孔处安装一个摄影物镜，原理，在小孔处安装一个摄影物镜，在成像处放置感光材料定时定位启在成像处放置感光材料定时定位启在成像处放置感光材料定时定位启在成像处放置感光材料定时定位启闭快门快门开启瞬间，被摄物体经闭快门快门开启瞬间，被摄物体经闭快门快门开启瞬间，被摄物体经闭快门快门开启瞬间，被摄物体经摄影物镜成像于感光材料上，感光材摄影物镜成像于感光材料上，感光材摄影物镜成像于感光材料上，感光材摄影物镜成像于感光材料上，感光材料受投影光线的光化作用后，经摄影料受投影光线的光化作用后，经摄影料受投影光线的光化作用后，经摄影料受投影光线的光化作用后，经摄影处理取得景物的光学影像，处理取得景物的光学影像，处理取得景物的光学影像，处理取得景物的光学影像，成像的各成像的各成像的各成像的各条光线汇聚于物镜中心条光线汇聚于物镜中心条光线汇聚于物镜中心条光线汇聚于物镜中心O(O(O(O(如图如图如图如图3 3 3 316)16)16)16)，形成成像的几何特点，物镜中心称，形成成像的几何特点，物镜中心称，形成成像的几何特点，物镜中心称，形成成像的几何特点，物镜中心称为摄影中心。为摄影中心。为摄影中心。为摄影中心。第22页/共43页2023/3/1824n n已感光的底片经摄影处理后得到的是负片，利用负片接触晒印在相纸上，得已感光的底片经摄影处理后得到的是负片，利用负片接触晒印在相纸上，得已感光的底片经摄影处理后得到的是负片，利用负片接触晒印在相纸上，得已感光的底片经摄影处理后得到的是负片，利用负片接触晒印在相纸上，得到的是正片，负片与正片以摄影中心成几何对称到的是正片，负片与正片以摄影中心成几何对称到的是正片，负片与正片以摄影中心成几何对称到的是正片，负片与正片以摄影中心成几何对称(如图如图如图如图)。n n在相片解析时，我们就可以将摄影成像缩小成一个模型，模型在相片解析时，我们就可以将摄影成像缩小成一个模型，模型在相片解析时，我们就可以将摄影成像缩小成一个模型，模型在相片解析时，我们就可以将摄影成像缩小成一个模型，模型o o o o为点光源，其为点光源，其为点光源，其为点光源，其发出的光按照摄影成像光线的逆方向通过正成像平面投影到模型的承影面，发出的光按照摄影成像光线的逆方向通过正成像平面投影到模型的承影面，发出的光按照摄影成像光线的逆方向通过正成像平面投影到模型的承影面，发出的光按照摄影成像光线的逆方向通过正成像平面投影到模型的承影面，并将模型纳入设定的坐标系统中，如图并将模型纳入设定的坐标系统中，如图并将模型纳入设定的坐标系统中，如图并将模型纳入设定的坐标系统中，如图3 3 3 317171717所示。此时，点所示。此时，点所示。此时，点所示。此时，点OOOO可换用字母可换用字母可换用字母可换用字母S S S S表示，称为投影中心表示，称为投影中心表示，称为投影中心表示，称为投影中心(见图见图见图见图3 3 3 317)17)17)17)。由中心投影构像原理。由中心投影构像原理。由中心投影构像原理。由中心投影构像原理可以看出成像像片有可以看出成像像片有可以看出成像像片有可以看出成像像片有以下特点以下特点以下特点以下特点(见图见图见图见图3 3 3 318)18)18)18)。n n(1)(1)地物通过摄影中心与其成像点共一条直线。地物通过摄影中心与其成像点共一条直线。地物通过摄影中心与其成像点共一条直线。地物通过摄影中心与其成像点共一条直线。n n(2)(2)投影中心到像平面的距离为物镜主距投影中心到像平面的距离为物镜主距投影中心到像平面的距离为物镜主距投影中心到像平面的距离为物镜主距f f。n n(3)(3)地面起伏使得各处影像比例尺不同。地面起伏使得各处影像比例尺不同。地面起伏使得各处影像比例尺不同。地面起伏使得各处影像比例尺不同。n n(4)(4)地物由于成像平面倾斜其成像会发生形变。地物由于成像平面倾斜其成像会发生形变。地物由于成像平面倾斜其成像会发生形变。地物由于成像平面倾斜其成像会发生形变。n n(5(5)具有高差的物体成像在相片上有投影差。具有高差的物体成像在相片上有投影差。具有高差的物体成像在相片上有投影差。具有高差的物体成像在相片上有投影差。第23页/共43页2023/3/1825地物通过摄影中心与其成像点共一条直线地物通过摄影中心与其成像点共一条直线投影中心到像平面的距离为物镜主距投影中心到像平面的距离为物镜主距f f具有高差的物体成像在相片上有投影差具有高差的物体成像在相片上有投影差第24页/共43页2023/3/1826n n考虑到以上特点，在将中心投影影像纠正成正射投影影像时考虑到以上特点，在将中心投影影像纠正成正射投影影像时考虑到以上特点，在将中心投影影像纠正成正射投影影像时考虑到以上特点，在将中心投影影像纠正成正射投影影像时必须必须必须必须考虑到地面的高程信息考虑到地面的高程信息考虑到地面的高程信息考虑到地面的高程信息。高程信息的获取有两种途径：。高程信息的获取有两种途径：。高程信息的获取有两种途径：。高程信息的获取有两种途径：n n一是利用已知地面的高程，比加数字高程模型，通过单片纠正得到正射一是利用已知地面的高程，比加数字高程模型，通过单片纠正得到正射一是利用已知地面的高程，比加数字高程模型，通过单片纠正得到正射一是利用已知地面的高程，比加数字高程模型，通过单片纠正得到正射影像；影像；影像；影像；n n二是建立立体模型，利用形成立体模型的两张相片的左右视差来解算出二是建立立体模型，利用形成立体模型的两张相片的左右视差来解算出二是建立立体模型，利用形成立体模型的两张相片的左右视差来解算出二是建立立体模型，利用形成立体模型的两张相片的左右视差来解算出地面高程，再通过单片纠正得到正射影像。地面高程，再通过单片纠正得到正射影像。地面高程，再通过单片纠正得到正射影像。地面高程，再通过单片纠正得到正射影像。n n对于第一种情况，只需要进行单片解析就可以了；对于第二种情况，还对于第一种情况，只需要进行单片解析就可以了；对于第二种情况，还对于第一种情况，只需要进行单片解析就可以了；对于第二种情况，还对于第一种情况，只需要进行单片解析就可以了；对于第二种情况，还需要立体模型的解算。需要立体模型的解算。需要立体模型的解算。需要立体模型的解算。第25页/共43页2023/3/1827n n实际工作中所拍摄的相片有倾斜和旋转，因此必须建立物体与相实际工作中所拍摄的相片有倾斜和旋转，因此必须建立物体与相实际工作中所拍摄的相片有倾斜和旋转，因此必须建立物体与相实际工作中所拍摄的相片有倾斜和旋转，因此必须建立物体与相片之间的数学关系。片之间的数学关系。片之间的数学关系。片之间的数学关系。n n二二二二 空间直角变换空间直角变换空间直角变换空间直角变换n n要要要要建立物体与相片上相应影像的关系建立物体与相片上相应影像的关系建立物体与相片上相应影像的关系建立物体与相片上相应影像的关系，n n首先要确定摄影瞬间首先要确定摄影瞬间首先要确定摄影瞬间首先要确定摄影瞬间摄影中心与相片摄影中心与相片摄影中心与相片摄影中心与相片在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态，描在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态，描在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态，描在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态，描述这些位置和姿态的参数称为相片的方位元素。述这些位置和姿态的参数称为相片的方位元素。述这些位置和姿态的参数称为相片的方位元素。述这些位置和姿态的参数称为相片的方位元素。n n方位元素包括内方位元素和外方位元素方位元素包括内方位元素和外方位元素方位元素包括内方位元素和外方位元素方位元素包括内方位元素和外方位元素n n内方位元素是表示摄影中心与相片之间相关位置的参数，内方位元素是表示摄影中心与相片之间相关位置的参数，内方位元素是表示摄影中心与相片之间相关位置的参数，内方位元素是表示摄影中心与相片之间相关位置的参数，n n外方位元素是表示摄影中心和相片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。外方位元素是表示摄影中心和相片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。外方位元素是表示摄影中心和相片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。外方位元素是表示摄影中心和相片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。第26页/共43页2023/3/1828n n像平面坐标系的原点：成像平面坐标系的原点：成像平面坐标系的原点：成像平面坐标系的原点：成像相片上两两相对的框标像相片上两两相对的框标像相片上两两相对的框标像相片上两两相对的框标连线的交点。连线的交点。连线的交点。连线的交点。n n像主点：投影中心垂直投像主点：投影中心垂直投像主点：投影中心垂直投像主点：投影中心垂直投影到相片平面上的点；影到相片平面上的点；影到相片平面上的点；影到相片平面上的点；n n理想情况是，像主点应与理想情况是，像主点应与理想情况是，像主点应与理想情况是，像主点应与像平面坐标系的原点重合，像平面坐标系的原点重合，像平面坐标系的原点重合，像平面坐标系的原点重合，n n由于摄影像机安装造成的由于摄影像机安装造成的由于摄影像机安装造成的由于摄影像机安装造成的误差，像主点与像平面坐误差，像主点与像平面坐误差，像主点与像平面坐误差，像主点与像平面坐标系原点并不重合；标系原点并不重合；标系原点并不重合；标系原点并不重合；n n像主点在像平面坐标像主点在像平面坐标像主点在像平面坐标像主点在像平面坐标系中的坐标为系中的坐标为系中的坐标为系中的坐标为x x x xo o o o,y,y,y,yo o o o，n n摄影中心到相片的垂距摄影中心到相片的垂距摄影中心到相片的垂距摄影中心到相片的垂距(主距主距主距主距)f)f)f)f构成了内方位元素构成了内方位元素构成了内方位元素构成了内方位元素的三个参数，内方位元素的三个参数，内方位元素的三个参数，内方位元素的三个参数，内方位元素一般为已知值，由摄影机一般为已知值，由摄影机一般为已