遥感图像几何校正方法研究文献综述.doc

文献综述
遥感图像几何校正方法研究

摘要：遥感图像受到大气传输效应和遥感器成像特征的影响出现部分歪曲变形的空间特征，这时就需要对其进行几何校正。几何校正包括两个方面的内容：图像空间像元坐标的变换，即变换模型，和变换后的标准图像空间得各乡愿灰度值得计算，即重采样。本文通过查阅大量文献，研究遥感影像几何校正基本方法。
关键词：几何校正;遥感影像校正;
引言
遥感数字图像的几何校正有两种：一是根据卫星轨道公式将卫星的位置，姿态，轨道，大地曲面形状及扫描特征作为时间的函数来计算每条扫描线上像元的坐标，这种校正往往因为对遥感传感器的位置及姿态测量精度不高而使得校正后图像仍有不小的误差。所以又称其为粗几何校正，粗校正一般由遥感数据生产者，如卫星遥感地面站或遥感公司负责进行；二是对经过粗几何校正影像进行精几何校正，该校正需要借助地面控制点，和多项式等校正模型进行。一般来说，遥感卫星使用较准确的定位技术，姿态保持相当稳定，由卫星姿态变化引起的几何误差较小，但是成像过程中大气扰动引起的几何误差较大；而航空遥感飞机，特别是航模飞机，其姿态变化引起的几何误差不能忽略，有时还相当大。
几何校正（Geometric Correction）是利用控制点(Grond Control Point,GCP）进行的，它是用一种数学模型来近似描述遥感图像的几何畸变过程，并利用畸变的遥感图像与标准地图之间的一些对应点（即控制点）球的这个几何畸变模型，然后利用次模型进行几何畸变的校正，这种校正不考虑畸变的具体原因，而只考虑如何利用畸变模型来校正图像。
1几何校正一般步骤
（1）准备工作
（2）输入原始图像
（3）建立校正函数
（4）确定输出图像的范围
（5）逐个像元进行几何变化
（6）灰度的重采样
（7）输出校正后图像
（8）效果评价
1.1地面控制点选取
在选取地面控制点（又称同名点）之前，还要考察以下实际情况，对于那些要处理的地域面积不大，而选取的遥感影像覆盖面积又很大的情况下，需要先进行影像得裁剪，然后选取地面控制点，进行几何精校正，这样可以提高运行速度，校正精度也会较高。一般而言，所选的地面控制点应具有以下特征：
（1） 地面控制点在影像上又明显的可识别标志，如桥梁与河岸的交点，田块边角点，大的烟囱，道路的交叉点等。
（2） 地面控制点的地物不随时间而变化，以保证两幅不同时相得影像都可以识别出来。
（3） 在没有进行过地形校正得影像上选取控制点时，应尽量选取同一高程上的控制点。
地面控制点应尽量均匀分布在校正区域内，并有一定的数量保证。地面控制点的精度，数量和分布直接影响着影像几何校正的精度。
1.2多项式校正模型
地面控制点确定后，要分别在两幅遥感影像之间或影像与标准地形图之间进行从高一级几何精度的遥感影像或大比例尺得地形图上读取像元的定位值；需要校正的图像像元坐标可以是其行列号，也可以是其变了形的地理坐标。从理论上讲，原图像曲面均可用适当的高次多项式近似拟合。
下一步是确定多项式校正模型，多项式模型的一般数学表达式为：

式中，X,Y为校正后图像的像元坐标，x,y为与X,Y相对应得校正前像元坐标，，为多项式待定系数，N为多项式的次数。N的选取，取决于图像变形的程度，地面控制点的数量和地形位移的大小。对于多数具有中等几何变形的小区域的卫星影像，较常使用的非线性校正模型是（1.1）的 简化：

由（1.2）可以看到，有4个同名点坐标值，即4对（x,y）与（X,Y）坐标值，就可以计算出这8个待定系数。
多项式校正法适用于地势平坦地区的几何校正, 如果高差的范围不是很大, 用该方法进行校正可大大提高校正精度。
1.3重新采样和内插方法
所谓重采样（Resample），就是对校正后图像的各像元灰度根据原始图像数值进行重新逐个赋值。这是因为原始图像与理想地面网格的对应关系由于图像非线性几何变形而发生破坏，校正以后的图像像元与原始图像像元已经不是一对一的对应关系，需要用与校正后像元相关的一个或多个原始像元灰度经过适当的处理，形成新的像元灰度值，赋予校正后像元。
重采样目前主要有三种方法：最近邻法，双线性内插法和三次卷积法。最近邻域法算法最简单，效果也最差。三次卷积法算法最繁，效果最好，适用于灰度层次丰富的图像。
1.3.1最近邻域法
最近邻域法是将与校正后像元最邻近的原图像像元值赋予该像元的方法。该方法的优点是生成图像仍然保持原图像像元值。比如：原图像是二值化的图像，重采样后的图像仍是二值化的图像。该算法简单，处理速度快。缺点是新网络属性赋值未考虑其他邻近原图像网格的影像，由于输出图像像元的行列号在输入图像中并不只是简单的整数偏移，所以该方法最大可引起半个像元的位置偏移。可能引起输出图像中某些地物的不连贯。
2几何校正研究现状
从 SPOT 卫星的几何特性和成像原理出发, 提出了共线方程校正的理论，使用像素坐标变换，像素亮度值重采样，他给出了利用控制点进行 SPOT5 卫星影像共线方程法校正的方法, 运用该方法对陕西省的平原、 丘陵和山地三种地形的影像进行了校正试验。实验证明该方法可靠稳定, 校正精度高。
刘波根据SPOT遥感卫星的成像原理和特点, 讨论了基于变换关系的正射校正的模型与方法, 变换关系是一种传统的几何校正模型, 它通过地面控制点与影像同名点计算出不同变换式的变换系数, 从而将变形的原始影像拟合到地面坐标系中。建立变换关系有多项式法，Rational Function,Thin Plate Spline三种方法。其中几何校正精度达到较高的水平。利用SOMP做几何精校正，解决了缺少控制点 GCP 的地区遥感影像精校正的问题。利用 SOMP 几何精校正法的主要处理过程为:输入原始图像→建立校正公式→求影像坐标与SOMP 坐标关系→反求大地坐标→确定影像输出范围→逐个像元校正。该方法理论严密、 算法快捷、 校正精度高, 对缺少控制点的影像校正是一种有效的方法。
3结论
通过研究大量文献资料，本文总结了数字影像几何校正基本方法，并描述了国内研究概况，目前总结如下：
（1） 在遥感影像几何校正中，控制点的选取是最重要的一步，控制点的数量，分布和精度直接影像到几何校正的精度和结果。
（2） 地面控制点确定后，要在图像与图像或地图上分别读出各个控制点在图像上的像元坐标及其参考图像或地图上的坐标。
（3） 数学模型的选取是重要的一步，根据不同特征的影像采用不同的数学方法。
（4） 输出的新图像的像元在图像中的分布是不均匀的，输出前后图像像元对应关系不一，因此需要根据输出图像上的各像元在输入图像中的位置，对原始图像按一定规则重新采样，进行亮度值的差值计算，建立新的图像矩阵，即重采样。
参考文献
[1]彭泽 ,刘定生..北京一号小卫星几何校正方法与试验[J].遥感应用,2008,(1).
[2]刘波.RS(TMSPOT)影像数据校正方法的应用探讨[J].露天采矿技术,2008,(1).
[3]孙福贵,冯树辉.基于1：1万DEM的SPOT5遥感影像正射校正[J].安徽农业科学,2008,36(2).
[4]栾庆祖,刘慧平.基于神经网络模型的遥感影像几何校正研究[J].国土资源遥感,2008(1).
[5]王学平.遥感图像几何校正原理及效果分析[J].计算机应用与软件,2008(9).
[6]黄宝华,郭福生,姜勇彪,罗勇,张策,杨庆坤.广丰盆地遥感图像几何校正方法比较[J]. 水利科技与经济,2010(2).
[7]段继河,卢凌,王虹. 航空影像的几何校正研究与实现[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2008, (03) .
[8]杜美庆.聊城市1:2000正射影像制作方法[J]. 安徽地质,2010(2).
[9]孙家柄,舒宁 ,关泽群 .遥感原理、 方法和应用 .北京:测绘出版
社 ,1996.160-- 215
[10] 赵宪文 ,李崇贵 .基于“3S”的森林资源定量估测———原理、方法、
应用及软件实现 .北京 :中国科学技术出版社 ,2001.70—77
[11]徐青,龚志辉 .航空摄影测量学[M ] .武汉 :解放军信息工程大学测绘学院出版社 ,1999 :17 - 47 .
[12]李英 .空中摄影与摄影测量[M ] .北京 :海潮出版社 ,2002 :93 - 142 .
[13]王之卓.摄影测量原理续编[M ] .北京 :测绘出版社 ,1986 :20 - 69 .
[14]冯国瑜，刘雨，李进杰．基于相机投影模型的航拍图像几何校正［J］ ．现代电子技术，2007,3(23):7-9.
[15]王宏志，胡艳君，赵爽．一种混合噪声图像去噪平滑算法［J］ ．东北师大学报：自然科学版，2008,40(2):39-42.

目 录
一、概 述 - 1 -
1、项目概况 - 1 -
2、投资企业简介 - 1 -
3、南京龙潭物流基地简介 - 3 -
二、项目背景及建设必要性 - 3 -
1、南京物流枢纽城市功能定位 - 3 -
2、南京物流业发展现状 - 4 -
3、现代物流业发展趋势 - 5 -
4、项目建设的必要性 - 7 -
三、项目市场分析 - 11 -
1、市场对象分析 - 11
2、市场前景规划 - 12 -
四、项目功能与建设规模 - 12 -
1、项目功能分析 - 13 -
2、建设规模 - 14 -
五、节能方案 - 15 -
1、编制依据 - 15 -
2、能耗分析 - 15 -
3、节能措施 - 15 -
4、节水 - 16 -
六、环境和生态影响分析 - 17 -
1、环境质量标准及排放标准 - 17 -
2、拟建项目产生的主要污染物 - 17 -
3、污染治理措施 - 18 -
4、结论 - 20 -
七、组织机构及定员 - 20 -
1、组织机构 - 20 -
2、项目定员 - 1 -
八、项目招标方案 - 1 -
九、投资估算 - 2 -
1、估算依据 - 2 -
2、估算结果 - 2 -
十、项目实施方案 - 3 -
1、建设主体 - 3 -
2、实施序列 - 3 -
十一、效益分析 - 4 -
1、收益测算 - 4 -
2、费用测算 - 4 -
3、财务分析结论 - 5 -