第五章 几何处理-1幻灯片.ppt

1、第五章 遥感图像的几何处理,1,地物,影像,2,是对任何类型传感器成像进行几何纠正的基础 图像的地物点 对应地面点 (x,y) (X,Y,Z),构像方程,共线方程,5-1遥感传感器的构像方程,3,一 遥感图像通用构像方程 主要的坐标系,S,U,V,W,X,y,O,P,f,X,Y,O,Z,地面坐标系OXYZ,像平面坐标系oxy,传感器坐标系SUVW,p,像空间坐标系sxyz,x,y,z,4,5-1遥感传感器的构像方程,1 中心投影构像方程 X X x Y = Y + At y Z p Z s -f 传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程,5,5-1遥感传感器的构像方程,共线方程可以简写为 :,

2、6,5-1遥感传感器的构像方程,2 全景摄影机的构像方程 全景摄影机 - 缝平行于飞行方向 缝 -像片面位于焦面上 -缝所处胶片暴光 s 飞行方向 x,中心线,7,5-1遥感传感器的构像方程,每条缝隙图像成像的像点坐标为（x，0，f） 构像方程为：,8,5-1遥感传感器的构像方程,其共线方程为： (x)、(y)为等效的中心投影影像坐标,s,y,f,9,5-1遥感传感器的构像方程,3 缝隙式摄影机的构像方程 缝隙式摄影机 缝垂直于飞行方向 缝在S正上(下)方,胶片面,s,缝,地面,飞行方向,10,5-1遥感传感器的构像方程,每条缝隙图像成像的像点坐标为（0，y，f） 其构像方程为： 其共线方程为

3、：,11,5-1遥感传感器的构像方程,4 推扫式传感器 CCD线阵列推扫式成像与缝隙式摄影机成像类似, 不同的是在扫描时为获取立体像对,投影器可前、后、左、右倾角 构像方程为： X X 0 Y = Y +At R y Z p Z s -f,12,5-1遥感传感器的构像方程,当推扫式传感器沿旁向倾斜固定角时， 其共线方程为：,13,5-1遥感传感器的构像方程,当推扫式传感器作前后视成像，前（后）视角为时: 其共线方程为：,14,5-1遥感传感器的构像方程,5 点扫描式传感器(MSS 、 TM)的构像方程 - 扫描式传感器获得的图像属于多中心投影，每个 像元都有自己的投影中心 - 扫描瞬间点成像（

4、x0，y0） - 成像面位于焦面上 (0,0,-f),15,5-1遥感传感器的构像方程,构像方程为： R= 共线方程可表达为：,16,5-1遥感传感器的构像方程,S,6 侧视雷达图像的构像方程 侧视雷达具有斜距投影的性质,17,5-1遥感传感器的构像方程,飞行方向 x=0 y=rsin ， 等效焦距f=rcos r=Rp/m，m为距离向上雷达图像比例尺分母 SP=Rp=H/COS,s,f,Y,r,P,P,P,y,H,Y,18,5-1遥感传感器的构像方程,侧视雷达的构像方程: 共线方程可表达为：,19,5-1遥感传感器的构像方程,7 基于多项式的传感器模型 思想：回避成像的空间几何过程，用一个适

5、当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。,简单、近似,20,5-1遥感传感器的构像方程,常用的多项式模型有：,21,5-1遥感传感器的构像方程,增加了与地形起伏有关的Z坐标,22,5-1遥感传感器的构像方程,基于多项式的传感器模型，其定向精度与地面控制点的精度、分布和数量及实际地形有关。,23,5-1遥感传感器的构像方程,应用只限于变形很小的图像如垂直下视图像、图像覆盖范围小或者地形相对平坦的地区图像。,24,5-1遥感传感器的构像方程,8 基于有理函数的传感器模型 有理函数模型（Rational Function Model ，RFM）是Space Imaging 公司提供的一种广

6、义的新型传感器成像模型，能够获得与严格成像模型近似一致精度的、形式简单的概括模型。,25,5-1遥感传感器的构像方程,RFM将地面点大地坐标与其对应的像点坐标用比值多项式关联起来。 为了增强参数求解的稳定性，将地面坐标和影像坐标正则化到1.0和1.0之间。,26,5-1遥感传感器的构像方程,（P,L,H）为正则化的地面坐标， (X,Y)为正则化的影像坐标，表达式为：,27,5-1遥感传感器的构像方程,28,5-1遥感传感器的构像方程,29,5-1遥感传感器的构像方程,和,通常为1,30,5-1遥感传感器的构像方程,31,5-1遥感传感器的构像方程,第五章 遥感图像的几何处理,32,52遥感图像

7、的几何变形,遥感图像的几何变形: 是指图像上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对应坐标之间的 差异。,33,5-2遥感图像的几何变形,1 传感器成像方式引起的图像变形,(1)全景投影变形 点P在全景面上的像点为p，则p 在扫描线方向上的坐标yp yp=f/,34,5-2遥感图像的几何变形,设L是一个等效的中心投影成像面，P点在oy上的像点p，其坐标 yp=ftg 从而可以得到全景变形公式： dy=yp- yp =f*(/ tg),x,y,35,5-2遥感图像的几何变形,36,5-2遥感图像的几何变形,全景畸变的影响,37,5-2遥感图像的几何变形,（2） 斜距投影变形

8、 斜距投影图形上的影像坐标yp为 yp=RP=H/cos= f/cos= f sec 而地面上P点在等效中心投影图像oy上的像点p的坐标yp yp =ftg 斜距投影的变形误差: dy=ypyp=f（sectg）,38,5-2遥感图像的几何变形,斜距变形的图形变形情况,x,y,39,5-2遥感图像的几何变形,2 传感器外方位元素变化的影响,外方位元素，是指传感器成像时的位置（Xs,Ys,Zs）和姿态角（ ， ，） 竖直摄影条件下 = =0 1 - - At 1 - 1,40,5-2遥感图像的几何变形,可以得到外方位元素变化所产生的像点位移为：,d、d、d和d对整幅图像的综合影响是使其产生平移、

9、缩放和旋转等线性变化 只有d 、d才使图像产生非线性变形,41,5-2遥感图像的几何变形,各单个外方位元素引起的图像变形,42,5-2遥感图像的几何变形,推扫式成像仪图像,x=0,43,5-2遥感图像的几何变形,分辨率 a=a0sec a=a0sec2,44,5-2遥感图像的几何变形,扫描式成像仪图像,3 地形起伏引起的像点位移,45,5-2遥感图像的几何变形,(1) 中心投影情形时 在垂直摄影的条件下， = =0 ，地形起伏引起的像点位移为： h=rh/H xh=xh/H yh=yh/H 其中x、y为地面点对应的像点坐标， x 、y 为由地形起伏引起的在x、y方向上的像点位移,46,5-2遥

10、感图像的几何变形,(2) 推扫式成像情形时 由于x=0， xh=xh/H=0 而在y上方有： yh=yh/H 即投影差只发生在y方向（扫描方向）,47,5-2遥感图像的几何变形,(3)逐点扫描仪成像情形 xh=xh/H=0 yh=yh cos2 = yh cos2 /H = f tg cos2h /H = f sin cosh /H,yh,yh,H,f,h,48,5-2遥感图像的几何变形,(4)侧视雷达成像时 因地形起伏引起的图像图像的影响只发生在y方向，其投影差近似公式为： xh=0 yh=(RP- RP0)/mr = -hcos/ mr,49,5-2遥感图像的几何变形,4 地球曲率引起的图

11、像变形,简化为： 对中心投影图像的影响 hx= - hx= -Dx2/2R0 = -(Hx/f) 2/2R0 hY= - hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0 其中,因为,50,5-2遥感图像的几何变形,对中心投影影像 hx = - hx = -Dx2/2R0 = -(Hx/f) 2/2R0 hY= - hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0 对点扫描影像 y=ftg y=f hx= 0 hY= -(Hy/f) 2/2R0 =-H tg(y/f)2/2R0,51,5-2遥感图像的几何变形,对中心投影影像 hx = - hx = -Dx2/2R0 = -

12、(Hx/f) 2/2R0 hY= - hY = -DY2/2R0 = -(Hy/f) 2/2R0 对SAR影像 y=ftg hx= 0 hY= -(Hy/f) 2/2R0 =-H tg2/2R0,52,5-2遥感图像的几何变形,5 大气折射引起的图像变形,大气层不是一个均匀的介质，使得电磁波的传播路径不是一条直线而变成了曲线，从而引起像点的位移。,53,5-2遥感图像的几何变形,6 地球自转的影响,当卫星由北向南运行的同时，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投影依次向西平移，最终使得图像发生扭曲,54,5-2遥感图像的几何变形,地球自转的影响,55,5-2遥感图像的几何变形,图像底边中点的坐标位移产生了图像底边中点的坐标位移x和y，以及平均航偏角。 x =bb sin x y =bbcos y = y /l 是卫星运行到图像中心点位置时的航向角； l是图像x方向边长； x和y是图像x和y方向的比例尺。,56,5-2遥感图像的几何变形,bb=WLt WL-纬度处的地面自转线速度 WL=(ReCOS)e bb=(ReC