第四章二图像校正精选文档.ppt
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1、第四章二图像校正本讲稿第一页,共五十页图像校正 从具有畸变的图像中消除畸变的处理过程叫图像校正,包括:辐射校正几何校正本讲稿第二页,共五十页4.3 辐射校正4.3.1 辐射畸变n进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值(灰度值)。该值主要受两个物理量影响:A.太阳辐射照射到地面的辐射强度;B.地物的光谱反射率。当太阳辐射相同时,图像上像元亮度值的差异直接反映了地物目标光谱反射率的差异。本讲稿第三页,共五十页n辐射强度值还受到其他因素的影响而发生改变。这一改变的部分就是需要校正的部分,称为辐射畸变。n辐射校正(radiometric correction):消除由于辐射畸变所引起的辐射量失真的
2、过程。本讲稿第四页,共五十页n引起辐射畸变的原因:A.传感器仪器本身产生的误差;B.大气对辐射的影响。本讲稿第五页,共五十页n仪器引起的误差是由于多个检测器之间存在差异,以及仪器系统工作产生的误差,这导致了接收的图像不均匀,产生条纹和“噪声”。一般来说,这种畸变应该在数据生产过程中,由生产单位根据传感器参数进行校正,而不需要用户自行校正。n用户应该考虑的是大气影响造成的畸变。用户应该考虑的是大气影响造成的畸变。本讲稿第六页,共五十页 4.3.2大气影响的定量分析 进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。本讲稿第七页,共五十页 1.无大气:在
3、没有大气存在时,传感器接收的辐照度,只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。设E0为波长的入射辐照度,为入射方向的天顶角,当无大气存在时,地面上单位面积的辐照度为:本讲稿第八页,共五十页n假定地表面是朗伯体,其表面为漫反射,则某方向物体的亮度为:是地物反射率;是球面度(半球反射)。本讲稿第九页,共五十页n 传感器接收信号时,受仪器的影响还有一个系统增益系数因子 ,这时进入传感器的亮度值为:本讲稿第十页,共五十页2.有大气:由于大气的存在,辐射经过大气吸收和散射,透过率小于1,从而减弱了原信号的强度。同时大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进入到传感器,这两部分辐射又增强了信号,但却不是
4、有用的。在入射方向有与入射天顶角和波长有关的透过率T;反射后,在反射方向上有与反射大顶角和波长又有关的透过率T。因此进入传感器的亮度值为 本讲稿第十一页,共五十页n 大气对辐射散射后,来自各个方向的散射又重新以漫入射的形式照射地物,其辐照度为ED,经过地物的反射及反射路径上大气的吸收进入传感器,其亮度值为(此值通常很小,有人主张忽略不计)本讲稿第十二页,共五十页n相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器,这部分辐射称为程辐射度,亮度为 。本讲稿第十三页,共五十页 由于大气影响的存在,实际到达传感器的辐射亮度是前面所分析的三项之和,即本讲稿第十四页,共五十页比较以下两个公式:大气的主要影响是减
5、少了图像的对比度,使原始信号和背景信号都增加了因子。本讲稿第十五页,共五十页4.2.3 大气影响的粗略纠正精纠正:严格地说,去除大气影响是将公式 中的附加项和附加因子求出,最终求出地物反射率R,从而恢复遥感影像中地面目标的真实面目。本讲稿第十六页,共五十页粗略纠正:粗略校正指通过比较简便的方法去掉式 中的Lp,即程辐射度,从而改善图像质量。式中还有漫入射因子ED及其他如透过率等影响,这些因子都作为地物反射率的因子出现,直接相减不易去除,常用比值法或其他校正方法去除。严格地说,程辐射度的大小与像元位置有关,随大气条件、太阳照射方向和时间变化而变化,但因其变化量微小而忽略。可以认为,程辐射度在同一
6、幅图像的有限面积内是一个常数,其值的大小只与波段有关。本讲稿第十七页,共五十页大气影响的粗略纠正方法1.直方图最小值去除法 数字图像直方图本讲稿第十八页,共五十页n基本思想 一幅图像中总可以找到某种或某几种地物,其辐射亮度或反射率接近0,例如,地形起伏地区山地阴影处,反射率极低的深海水体处等,这时在图像中对应位置的像元亮度值应为0。实测表明,这些位置上的像元亮度不为零。这个值就应该是大气散射导致的程辐射度值。本讲稿第十九页,共五十页 具体校正方法:1.确定程辐射度增值:即该图像上确有辐射亮度或反射亮度应为零的地区,则亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。2.做减法运算:校正时,将每一
7、波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。使图像亮度动态范围得到改善,对比度增强,从而提高了图像质量。本讲稿第二十页,共五十页2.回归分析法 一般来说由于程辐射度主要来自米氏散射,其散射强度随波长的增大而减小,到红外波段也有可能接近于零 本讲稿第二十一页,共五十页回归分析法 假定某红外波段,存在程辐射为主的大气影响,且亮度增值最小,接近于零,设为波段a。现需要找到其他波段相应的最小值,这个值一定比a波段的最小值大一些,设为波段b,分别以a,b波段的像元亮度值为坐标,作二维光谱空间,两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示。由于波段之间的相关性,通过回归分析在众多点中一定能找到一条直线与波段b
8、的亮度Lb轴相交,且 本讲稿第二十二页,共五十页是斜率:和 是分别为a、b波段亮度的平均值。是波段a中的亮度为0处波段b中所具有的亮度。可以认为就是波段b的程辐射度。校正的方法是将波段b中每个像元的亮度值减去,来改善图像,去掉程辐射。同理可依次完成其他波段的校正。本讲稿第二十三页,共五十页4.2.4 几何校正 当遥感图像在几何位置上发生了变化,产生诸如行列不均匀,像元大小与地面大小对应不准确,地物形状不规则变化等畸变时,即说明遥感影像发生了几何畸变。遥感影像的总体变形(相对于地面真实形态而言)是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲及其他变形综合作用的结果。产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难,因
9、此遥感数据接收后,首先由接收部门进行校正,这种校正往往根据遥感平台、地球、传感器的各种参数进行处理。而用户拿到这种产品后,由于使用目的不同或投影及比例尺的不同,仍旧需要作进一步的几何校正。本讲稿第二十四页,共五十页1.遥感影像变形的原因 q遥感平台位置和运动状态变化的影响 q地形起伏的影响q地球表面曲率的影响q大气折射的影响q地球自转的影响 本讲稿第二十五页,共五十页(1)遥感平台位置和运动状态变化的影响(航高、航速、俯仰、翻滚、偏航)无论是卫星还是飞机,运动过程中都会由于种种原因产生飞行姿势的变化从而引起影像变形。q航高:当平台运动过程中受到力学因素影响,产生相对于原标准航高的偏离,或者说卫
10、星运行的轨道本身就是椭圆的。航高始终发生变化,而传感器的扫描视场角不变,从而导致图像扫描行对应的地面长度发生变化。航高越向高处偏离,图像对应的地面越宽 本讲稿第二十六页,共五十页q航速:卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行速度的不均匀,其他因素也可导致遥感平台航速的变化。航速快时,扫描带超前,航速慢时,扫描带滞后,由此可导致图像在卫星前进方向上(图像上下方向)的位置错动。本讲稿第二十七页,共五十页q俯仰:遥感平台的俯仰变化能引起图像上下方向的变化,即星下点俯时后移,仰时前移,发生行间位置错动。本讲稿第二十八页,共五十页q翻滚:遥感平台姿态翻滚是指以前进方向为轴旋转了一个角度。可导致星下点在扫描线
11、方向偏移,使整个图像的行向翻滚角引起偏离的方向错动。本讲稿第二十九页,共五十页q偏航:指遥感平台在前进过程中,相对于原前进航向偏转了一个小角度,从而引起扫描行方向的变化,导致图像的倾斜畸变。本讲稿第三十页,共五十页(2)地形起伏的影响 当地形存在起伏时,会产生局部像点的位移,使原来本应是地面点的信号被同一位置上某高点的信号代替。由于高差的原因,实际像点P距像幅中心的距离相对于理想像点P0距像幅中心的距离移动了r。高差引起的像点位移本讲稿第三十一页,共五十页(3)地表曲率的影响 地球是球体,严格说是椭球体,因此地球表面是曲面。这一曲面的影响主要表现在两个方面,一一是是像像点点位位置置的的移移动动
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