浅析遥感图像的几何校正原理及方法

浅析遥感图像的几何校正原理及方法摘要：几何校正，就是清除遥感图像中的几何变形，是遥感影像应用的一项重要的前期处理工作。本文简单分析了几何校正的原理和基本方法，并以ERDAS软件为例，对青海海东地区遥感影像进行了几何校正，从而直观地表述了遥感图像几何校正的完整过程。结果表明，几何校正的精度受多方面因素影响，最主要的是控制点GCP的选取数量和选取位置。本次校正精度小于0.5个像元,符合要求。关键词：遥感、ERDAS、几何校正、GCP引言：遥感20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术。狭义遥感指从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等遥感器,通过摄影、扫描等各种方式，接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的综合技术。遥感已然成为地理数据获取的重要工具。但是遥感技术的成图规律决定了遥感图像不能直接被应用，因为遥感图像在成像时,由于成像投影方式、传感器外方位元素变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素的影响,使得遥感图像存在一定的几何变形[2],即图像上的像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考坐标系统中的坐标之间存在差异,其主要表现为位移、旋转、缩放、仿射、弯曲和更高阶的歪曲[3]。而且随着当今遥感技术的飞速发展，人们对遥感数据的需求也多源化,它们可以是来自不同的波段,不同的传感器,不同的时间。这些多源数据在使用时,必须具有较高的空间配准精度。这就需要对原始影像进行高精度的几何校正。因此,几何校正是遥感影像应用的一项重要的前期处理工作。ERDASIMAGINE是美国ERDAS公司开发的遥感图像处理系统，它以先进的图像处理技术友好灵活的用户界面和操作方式、面向广阔应用领域的产品模块、服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度RS/GIS集成功能为遥感及相关应用领域的用户提供内容丰富且功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势[5]。基于此软件强大的功能性和灵活的操作性，本文采用erdas软件对海东地区影像图进行几何纠正。2研究区概况与研究方法海东地区位于青海省东北部,"海东"以位于青海湖东而得名。地处祁连山支脉大板山南麓和昆仑山系余脉日月山东坡,属于黄土高原向青藏高原过渡镶嵌地带,海拔在1650~2835米之间。境内山峦起伏,沟整纵横,气候属于高原气候,高寒、干旱、日照时间长,太阳辐射强,昼夜温差大。年平均气温6.9℃,年均降水量为323.6毫米,总蒸发量为1644毫米。本文采用校正过的2004年的海东地区参考影像对2009年对应影像进行校正。3几何校正的原理与方法遥感图像几何校正包括光学校正和数字纠正。本文主要介绍数字纠正。数字纠正是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠正处理完成的,其包括两方面,一是像元坐标变换，二是像元灰度值重新计算（重采样）。(三)数字图像灰度值的重采样校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引起输出图像阵列中的同名点灰度值变化,如图3所示重采样：P’的灰度值取决于周围列阵点上像元的灰度值对其所作的贡献，这就是灰度值重采样.最近邻法用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值。优点：保留大量原始灰度值，没有经过平滑处理，易于区分线性地物；简易省时：适用于专题文件。缺点：锯齿状，不平滑；对线性地物，可能出现不连续。双线性内插法优点：平滑，没有锯齿状；与最近邻法相比，空间信息更准确；常用于改变向原大小，如数据融合。缺点：像元值被平均化，可能导致某些边缘信息丢失。双三次卷积法获取与投影点邻近的16个像元灰度值计算输出像元灰度值。优点：与其他方法相比，均值和标准偏差与原始像元一致；可以锐化图像，平滑噪声。缺点：数据只可能改变；计算费时。数字图像几何校正方法有多项式纠正法和共线方程纠正法。现主要介绍多项式纠正法。多项式纠正法的基本思想：回避成像的空间几何过程，而真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项式纠正变换方程为式中，x,y为某像元的原始图像坐标；X,Y为纠正后同名点的地面（或地图）坐示；ai,bi为多项式系（i=0,1,2…）实际工作中,多项式系数求出后,根据上述公式可以求解原始图像任一像元的坐标,并对图像灰度进行内插,获取某种投影的纠正图像。一般选择最小控制点的数量为:(n+1)(n+2)/2,n为多项式次数。4利用Erdas对海东地区遥感影像进行几何校正基本步骤第一步：显示图像文件首先在ERDAS图标面板中双击Viewer,打开两个视窗(Viewer1/Viewer2分别打开1320352009.img(待校正影像)和132035ring.img(参考影像)第二步：启动几何校正模块选择多项式几何校正模型：Polynomial,定义多项式次方(PolynomialOrder)为2。第三步：启动控制点工具选择采点模式，启动控制点工具，进入控制点采点状态。第四步：采集地面控制点GCP在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和繁重的工作。由上可知：控制点的个数最小为(n+1)(n+2)/2,n为多项式次数。可以适当增加控制点的个数，但不能无限制的增加，根据操作表明，采用二次多项式模型进行校正时，控制点个数在14-18个时，误差可以控制在半个像元之内。第五步：采集地面检查点以上采集的GCP的类型均为控制点，用于控制计算，建立转换模型及多项式方程，下面所要采集的GCP类型是检查点。第六步：计算转换模型在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模型。所以随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成。第七步：图像重采样重采样过程就是依据未校正图像的像元值，计算生成一幅校正图像的过程。原图像中所有删格数据层都要进行重采样。第八步：保存几何校正模式在Geo-CorrectionTools对话框中点击Exit按钮，退出几何校正过程，按照系统提示，选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件，以便下一次直接利用。第九步：检验校正结果基本方法：(1)同时在两个视窗中打开两幅图像，一幅是矫正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接功能，及查询光标功能进行目视定性检验。(2)只建立一个视窗，在一个是窗中分别打开参考图像和校正以后的图像，通过“Utility”“Swipe”,可以选择水平和垂直方向调节，来观察校正前后同一目标区域的位置形态变化。结论：1、为了便于识别地物，校正开始前应进行通道设置，使得遥感图像清晰可辨。2、地面控制点GCP应选在山脉或者道路等位置不易改变的地物交叉处，河流交叉处尽量不要选择，以保证校正精度。3、GCP的选取可以遵循“中点正方形”选取法，即先选图像四边的中点为GCP,然后各中点组成正方形，选取正方形四边的中点为GCP，以此类推进行均匀选取。参考文献：[1]王建敏,黄旭东等.遥感制图技术的现状与趋势探讨.矿山测量,2007(3).[2]徐仕琪,张晓帆,周可法,赵同阳.基于ERDASIMAGINE软件的CCD影像几何精校正方法初探_以哈密地区为例.新疆地质,2007（6）.[3]张世利,余坤勇等.基于ERDAS几何校正及在闽江流域影像处理中应用.福建林学院学报，2007（10）.[4]朱树龙,朱宝山,王红卫.遥感图像处理与应用.科学出版社，2006.[5]邢建军,王勇.浅谈基于ERDASIMAGINE软件的几何精纠正方法.测绘与空间地理信息，2007（4）.翻译原文AnalysisofremotesensingimagesoftheprinciplesandmethodsofgeometriccorrectionSummary：Geometriccorrection，Isthecleargeometricdistortioninremotesensingimage，Isanimportantpre-processingofremotesensingimageapplications.Thisarticlebrieflyanalyzestheprinciplesandbasicgeometriccorrectionmethod,andERDASsoftware,geometriccorrectionofremotesensingimagesofHaidongPrefectureinQinghaiintuitiverepresentationofthecompleteprocessofgeometriccorrectionofremotesensingimage.Theresultsshowthatthegeometriccorrectionaccuracyisaffectedbyvariousfactors,themostimportantistoselectthenumberandselectthelocationofthecontrolpointGCP.Thecalibrationaccuracyoflessthan0.5pixel,tomeettherequirements.Keywords:remotesensing,ERDAS,geometriccorrection,GCPIntroduction:RemoteSensing(RemoteSensing)earthobservationintegratedtechnologydevelopedin1960s.Thenarrowsenseremotesensingfromlong-range,high-altitude,andevenouterspaceplatform(plantform),visiblelight,infrared,microwaveremotesensing(RemoteSensor)receivesfromallkindsofplacesoftheearth'ssurfacethroughavarietyofwayssuchasphotography,scanning,theelectromagneticwaveinformationoftheobjects,andforprocessingtheinformation,therebytoidentifythenatureofthegroundmaterialandthemotionstateofintegratedtechnology.Remotesensinghasbecomeanimportanttoolforgeographicdataacquisition.Butremotesensingtechnologymappingruleremotesensingimagescannotbedirectlyappliedbecauseoftheremotesensingimageintheimaging,imagingprojectionmode,thesensorexteriororientationelementsofchange,thenon-uniformityofthesensingmedium,thecurvatureoftheearth,undulatingterrain,Earthrotationfactors,makingtheremotesensingimagethereisacertaingeometricdistortion[2],thatexistsbetweentheimagecoordinatesofthepixelintheimagecoordinatesystemtoitscoordinatesinthemapcoordinatesystemreferencecoordinatesystemdifferences,itsmainperformancedisplacement,rotation,scaling,affine,bentanddistorted[3].Withtherapiddevelopmentoftoday'sremotesensingtechnology,thedemandforremotesensingdatahasmulti-source,theycanbefromadifferentband,differentsensors,differenttime.Thesemulti-sourcedataspace,whenused,musthaveahighregistrationaccuracy.Thishigh-precisiongeometriccorrectionoftheoriginalimage.Therefore,geometriccorrectionisanimportantpre-processingoftheapplicationofremotesensingimages.ERDASIMAGINEERDASdevelopedremotesensingimageprocessingsystem,friendlystate-of-the-artimageprocessingtechnologyandflexibleuserinterfaceandoperatingmethodsforbroadapplicationsmoduletoserveusersatdifferentlevelsofmodeldevelopmenttools,aswellasahighdegreeofRS/GISintegrationcapabilitiesforusersinthefieldofremotesensingandrelatedapplicationstoprovidecontent-richandpowerfulimageprocessingtools,onbehalfoftheremotesensingimageprocessingsystemfuturetrends(sufer1)[5].Powerfulfunctionalityandflexibilityofthissoftware-basedinteroperability,HaidongRegionImageGeometricCorrectionerdassoftware.2StudyareaandresearchmethodsHaidongPrefectureinQinghaiProvince,northeastof,"HaidonginQinghaiLakeEast,thename.LocatedintheQilian,largeplateMountains,offshootfoothill,KunlunMountainsYumoRiyueDongpo,belongingtotheQinghai-TibetPlateau,theLoessPlateautransitioninlaidzone,elevationofbetween1650to2835meters.Withinthehills,ditchthewholeaspect,theclimateishighlandclimate,cold,drought,longhoursofsunshine,solarradiation,temperaturedifferencebetweendayandnight.Theannualaveragetemperatureof6.9°C,averageannualrainfallof323.6mm,thetotalevaporationof1644mm.The2009correspondingimagecorrectionusingcalibratedthe20043geometriccorrectionprinciplesandmethodsRemotesensingimagegeometriccorrectionincludingopticalcorrectionanddigitalcorrection.Thispaperdescribesthedigitalcorrective.Digitalcorrectivecorrectedimageeachpixelbasistoparsethroughcomputerprocessingiscomplete,whichincludestwoaspects,onepixelcoordinatestransformrecalculatethepixelgrayvalues​​(resampling).(3)digitalimagegrayvalueresamplingCorrectingtheimagebeforeandafterchangingresolution,likemeta-pointpositionrelativegrayvaluechangeshomonymouspointscausedbythechangeintheoutputimagearray,asshowninFigure3Resampling:P'grayvaluedependingonthesurroundingarraypointitscontributionmadebythegradationvalueofthepixel,whichisthegrayscalevalueresampling.1thenearestneighbormethodDistanceprojectionpointinsteadofpixelgrayvalueoutputpixelgrayvalue.Advantages:toretainalargenumberoftheoriginalgrayvalue,notbeensmooth,easytodistinguishbetweenthelinearfeature;OccasionalPaper:Suitableforeasyandtimesaving.Disadvantages:jagged,notsmooth;linearfeaturemayappeardiscontinuous.2bilinearinterpolationAdvantages:smooth,notjagged;comparedwiththenearestneighbormethod,spatialinformationismoreaccurate;commonlyusedtochangetheoriginalsizeSuchasdatafusion.Disadvantages:pixelvalues​​areaveraged,andtheinformationlossmayresultinsomeoftheedges.3doublecubicconvolutionAcquirestheprojectionpoint16adjacentoutputpixelgrayvaluecalculationpixelgrayscalevalue.Advantages:Comparedwithothermethods,themeanandstandarddeviationoftheoriginalpixelconsistent;cansharpentheimage,smoothingthenoise.Disadvantages:Thedatacanonlybechanged;calculatetime-consuming.Digitalimagegeometriccorrectionmethodpolynomialcorrectivelawandcommonthelineequationcorrectivemethod.Nowintroducespolynomialcorrectivemethod.Thebasicideaofthecorrectmethodofpolynomial:toavoidthespatialgeometryoftheimagingprocess,andreallytakeamathematicalsimulationofimagedeformationitself.ThedualhomogeneouspolynomialcorrecttransformationequationsWherein,x,yofanoriginalimagepixelcoordinates;X,Ytocorrectthesamelocationsintheground(ormap)sitshown;ai,biofthepolynomialcoefficients(i=0,1,2...)Theactualwork,thepolynomialcoefficientsdeterminedaccordingtotheaboveequationcanbesolvedanyoftheoriginalimageapixelcoordinates,andtheimagegradationinterpolation,obtaincertainprojectioncorrectiveimages.Usuallyselectthesmallestcontrolpointnumberis:(n+1)(n+2)/2,npolynomial.FourErdasHaidongareaofremotesensingimagegeometriccorrectionofthebasicstepsThefirststep:thedisplayofimagefilesFirstinERDASiconpanel,double-clicktheViewer,opentwowindows(Viewer1/Viewer2open1320352009.img(tobecorrectedimage)and132035ring.img(referenceimage)Step2:StartthegeometriccorrectionmodulePolynomialgeometriccorrectionmodel:Polynomial,definedpolynomialpower(PolynomialOrder)2.Thethirdstep:startcontrolpointtoolsSelectminingpointmode,startthecontrolpointtoolsintothestateofthecontrolpointscollectedpoints.Step4:collectinggroundcontrolpointsGCPIntheimagegeometrycorrectionprocess,theacquisitionandcontrolpointisaveryimportantandarduouswork.Seenfromtheabove:thenumberofcontrolpointsisaminimumof(n+1)(n+2)/2,npolynomial.Maybeappropriatetoincreasethenumberofcontrolpoints,butnotunlimitedincrease,accordingtotheoperationshowedthatquadraticpolynomialmodelcorrection,thenumberofcontrolpointsat14-18,theerrorcanbecontrolledinhalfpixelwithin.Step5:collectinggroundcheckpointTypesarecontrolpointsabovetheGCPcollectedforcontrolcalculation,andcreateatransformationmodel,andthepolynomialequationtobecollectedbelowtheGCPtypecheckpoint.Step6:CalculatetheconversionmodelInthecontrolpointsintheacquisitionprocess,issettoautomaticconversioncalculationmodel.Withthecompletionoftheacquisitionprocessofthecontrolpoints,theconversionmodelautomaticallycalculatesthegeneration.Step7:imageresamplingTheresamplingprocessiscalculatedbasedonthenon-correctedimagepixelvalues,theprocessofgeneratingacorrectedimage.Deletedgriddatalayershouldbecarriedoutintheoriginalimageresampling.Step8:SavethegeometriccorrectionmodeGeo-CorrectionToolsdialogbox,clicktheExitbuttontoexitthegeometriccorrectionprocess,followtheprompts,choosetosavetheimagegeometriccorrectionmode,anddefinetheschemafile,sothatthenexttimethedirectuse.Step9:inspectionandcalibrationresultsThebasicmethods:(1)simultaneouslyinthetwowindowsopentwoimages,theacorrectionsubsequentimage,areferenceimage,visualqualitativetestthroughthewindowgeographicalconnectionfunction,andthequerycursorfunction.(2)createawindowisawindow,respectivelytoopenthereferenceimageandtheimageafterthecorrection,"Utility""Swipe",thehorizontalandverticaladjustmentcanbeselectedtoobservethesametargetareabeforeandaftercorrectionThepositionofmorphologicalchanges.Conclusion:1,inordertofacilitatetheidentificationfeature,beforethecorrectionbegantosetthechannel,makingtheremotesensingimagelegible.2,GroundControlPointGCPshouldbeselectedinthemountainsorroadpositionisnoteasytochangethefeatureattheintersectionoftheriverattheintersectionoftrynottochoose,inordertoensuretheaccuracyofthecorrection.GCPselectioncanfollowthe"midpointsquareselectionmethod,thatis,beforetheelectionfoursidesofthemid-pointoftheimageforGCP,thenthemidpointcomposedofsquare,selectthemidpointofthefouredgesofthesquareforGCP,andsouniformlyselect.References:[1]WangJianmin,THEINNOVATION.RemotesensingmappingtechniquesStatusandTrendsofMineSurveying,2007(3).[2]XuShiqi,ZhangXiaofanZhoumethod,ZhaoTongYang.BasedtheCCDimagesoftwareERDASIMAGINEgeometricprecisioncorrectionmethodsPreliminary_Hamiregionasanexample.XinjiangGeology,2007(6).[3]ZhangShili,EvolvementBasedonERDASgeometriccorrectionandintheMinjiangRiverBasinimageprocessingapplications.[4]ZhuShulong,Baoshan,WangHongweisensingimageprocessingandapplicationofSciencePress,2006.[5]XingJianjun,WangYong.TalkingBasedGeometricCorrectionERDASIMAGINEsoftware.Geomatics&SpatialInformationTechnology,2007(4).目录第一章总论 11.1项目背景 11.1.1项目名称及承办单位 11.1.2承办单位 11.1.3项目建设地点 11.1.4可行性研究报告编制单位 11.2报告编制依据和研究范围 11.2.1报告编制依据 11.2.2研究范围 21.3承办单位概况 21.4项目提出背景及必要性 31.4.1项目提出的背景 31.4.2项目建设的必要性 41.5项目概况 51.5.1建设地点 51.5.2建设规模与产品方案 51.5.3项目投资与效益概况 51.6主要技术经济指标 6第二章市场分析及预测 82.1绿色农产品市场分析及预测 82.1.1生产现状 82.1.2市场前景分析 92.2花卉市场分析及预测 112.2.1产品市场现状 112.2.2市场需求预测 122.2.3产品目标市场分析 132.3中药材产品市场分析及预测 132.3.1产品简介 132.3.2产品分布现状分析 152.3.3市场供求状况分析 162.3.4市场需求预测 17第三章建设规模与产品方案 203.1项目的方向和目标 203.2建设规模 203.3产品方案 213.3.1优质高产粮食作物种植基地 213.3.2无公害蔬菜种植基地 213.3.3中药材种植基地 213.3.4花卉种植基地 21第四章建设场址及建设条件 224.1建设场址现状 224.1.1建设场址现状 224.1.2厂址土地权属类别及占地面积 224.2建设条件 224.2.1气象条件 224.2.2水文及工程地质条件 234.2.4交通运输条件 234.2.5水源及给排水条件 244.2.6电力供应条件 244.2.7通讯条件 244.3其他有利条件 244.3.1农产品资源丰富 244.3.2劳动力资源充沛 254.3.3区位优势明显 25第五章种植基地建设方案 265.1概述 265.1.1种植基地运营模式 265.1.2种植基地生产执行标准 265.23000亩优质高产粮食作物种植基地建设方案 285.2.1品种选择 285.2.2耕作技术 285.2.3种植基地建设内容和产量预期 335.32000亩无公害蔬菜种植基地建设方案 345.3.1概述 345.3.2无公害蔬菜质量标准 345.3.3蔬菜栽培与田间管理 355.3.4种植基地建设内容和产量预期 375.42000亩中药材种植基地建设方案 385.4.1概述 385.4.2GAP基地建设要求 385.4.3选择优良品种 395.4.4金银花栽培与田间管理 395.4.5种植基地建设内容和产量预期 435.52000亩花卉种植基地建设方案 445.5.1概述 445.5.2技术方案 455.5.3种植基地建设内容和产量预期 49第六章田间工程及配套设施建设方案 516.1概述 516.23000亩绿色粮食作物种植基地灌溉方案 516.2.1总体布局 516.2.2设计依据 526.2.3灌溉制度的确定 526.2.4渠道衬砌工程设计 536.32000亩无公害蔬菜种植基地灌溉方案 556.3.1总体布局 556.3.2设计依据 556.3.3主要设计参数 566.3.4灌水器选择与毛管布置方式 566.3.5滴灌灌溉制度拟定 576.3.6支、毛管水头差分配与毛管极限长度确定 586.3.7网统布置与轮灌组划分 596.3.8管网水力计算 606.3.9水泵扬程及选型 646.42000亩中药材种植基地灌溉方案 656.4.1设计依据 656.4.2设计参数 656.4.3喷头选型和布置间距 656.4.4灌溉制度 666.4.5取水工程规划布置 686.4.6管网水力计算 706.4.7机泵选型 726.52000亩花卉种植基地灌溉方案 726.5.1设计依据 726.5.2微灌主要设计参数 726.5.3微灌灌水器选择与毛管布置方式 736.5.4微灌灌溉制度拟定 746.5.5微灌支、毛管水头差分配与毛管极限长度确定 756.5.6微灌网统布置与轮灌组划分 766.5.7微灌管网水力计算 776.5.8水泵扬程及选型 816.6田间道路工程 866.7灌溉工程 866.7.1机井工程 866.7.2提灌站改造 876.8沟道治理工程 896.9田间配套设施 906.9.1仓储工程 906.9.2农业技术培训中心 93第七章节能、节水 967.1研究依据 967.2能耗分析 977.3节能措施 97第八章环境与生态影响分析 988.1环境影响现状分析 988.2生态环境影响分析 988.2.1建设期对生态环境的影响 988.2.2运营期对生态环境的影响 988.3生态环境保护措施 988.3.1采用的依据和标准 988.3.2建设期对环境的保护措施 998.3.3运营期对环境的保护措施 1008.4环境影响评价 100第九章企业组织与劳动定员 1019.1公司体制及组织机构 1019.2劳动定员 1019.3人员来源及培训 1029.3.1人员来源 1029.3.2人员培训 102第十章项目组织管理与实施进度计划 10310.1基本要求 10310.2项目组织 10310.3项目管理 10310.4建设周期计划 104第十一章风险分析 10511.1风险因素 10511.2风险因素分析及风险程度 10511.3防范和降低风险的对策 106第十二章投资估算和资金筹措 1