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
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。

ERDAS IMAGINE 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.

1、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。

2、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。

3、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(Polynomial Order)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-Correction Tools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

Analysis of remote sensing images of the principles and methods of geometric correction

Summary:Geometric correction,Is the clear geometric distortion in remote sensing image,Is an important pre-processing of remote sensing image applications. This article briefly analyzes the principles and basic geometric correction method, and ERDAS software, geometric correction of remote sensing images of Haidong Prefecture in Qinghai intuitive representation of the complete process of geometric correction of remote sensing image. The results show that the geometric correction accuracy is affected by various factors, the most important is to select the number and select the location of the control point GCP. The calibration accuracy of less than 0.5 pixel, to meet the requirements.

Keywords: remote sensing, ERDAS, geometric correction, GCP Introduction: Remote Sensing (Remote Sensing) earth observation integrated technology developed in 1960s. The narrow sense remote sensing from long-range, high-altitude, and even outer space platform (plant form), visible light, infrared, microwave remote sensing (Remote Sensor) receives from all kinds of places of the earth's surface through a

variety of ways such as photography, scanning, the electromagnetic wave information of the objects, and for processing the information, thereby to identify the nature of the ground material and the motion state of integrated technology. Remote sensing has become an important tool for geographic data acquisition. But remote sensing technology mapping rule remote sensing images can not be directly applied because of the remote sensing image in the imaging, imaging projection mode, the sensor exterior orientation elements of change, the non-uniformity of the sensing medium, the curvature of the earth, undulating terrain, Earth rotation factors, making the remote sensing image there is a certain geometric distortion [2], that exists between the image coordinates of the pixel in the image coordinate system to its coordinates in the map coordinate system reference coordinate system differences, its main performance displacement, rotation, scaling, affine, bent and distorted [3]. With the rapid development of today's remote sensing technology, the demand for remote sensing data has multi-source, they can be from a different band, different sensors, different time. These multi-source data space, when used, must have a high registration accuracy. This high-precision geometric

correction of the original image. Therefore, geometric correction is an important pre-processing of the application of remote sensing images.

ERDAS IMAGINE ERDAS developed remote sensing image processing system, friendly state-of-the-art image processing technology and flexible user interface and operating methods for broad applications module to serve users at different levels of model development tools, as well as a high degree of RS/ GIS integration capabilities for users in the field of remote sensing and related applications to provide content-rich and powerful image processing tools, on behalf of the remote sensing image processing system future trends (sufer1) [5]. Powerful functionality and flexibility of this software-based interoperability, Haidong Region Image Geometric Correction erdas software.

2 Study area and research methods

Haidong Prefecture in Qinghai Province, northeast of, "Haidong in Qinghai Lake East, the name. Located in the Qilian, large plate Mountains, offshoot foothill, Kunlun Mountains Yumo Riyue Dongpo, belonging to the Qinghai-Tibet Plateau, the Loess Plateau transition inlaid zone, elevation of between 1650 to 2835 meters. Within the hills, ditch the whole aspect, the

climate is highland climate, cold, drought, long hours of sunshine, solar radiation, temperature difference between day and night. The annual average temperature of 6.9 ° C, average annual rainfall of 323.6 mm, the total evaporation of 1644 mm. The 2009 corresponding image correction using calibrated the 2004 Hai dong Prefecture reference image.

3 geometric correction principles and methods

Remote sensing image geometric correction including optical correction and digital correction. This paper describes the digital corrective.

Digital corrective corrected image each pixel basis to parse through computer processing is complete, which includes two aspects, one pixel coordinates transform recalculate the pixel gray values (resampling).

(3) digital image gray value resampling

Correcting the image before and after changing resolution, like meta-point position relative gray value changes homonymous points caused by the change in the output image array, as shown in Figure 3

Resampling: P 'gray value depending on the surrounding array point its contribution made by the gradation value of the pixel, which is the gray scale value resampling.

1 the nearest neighbor method

Distance projection point instead of pixel gray value output pixel gray value.

Advantages: to retain a large number of the original gray value, not been smooth, easy to distinguish between the linear feature; Occasional Paper: Suitable for easy and timesaving. Disadvantages: jagged, not smooth; linear feature may appear discontinuous.

2 bilinear interpolation

Advantages: smooth, not jagged; compared with the nearest neighbor method, spatial information is more accurate; commonly used to change the original size

Such as data fusion. Disadvantages: pixel values are averaged, and the information loss may result in some of the edges.

3 double cubic convolution

Acquires the projection point 16 adjacent output pixel gray value calculation pixel grayscale value.

Advantages: Compared with other methods, the mean and standard deviation of the original pixel consistent; can sharpen the image, smoothing the noise.

Disadvantages: The data can only be changed; calculate time-consuming.

Digital image geometric correction method polynomial corrective law and common the line equation corrective method. Now introduces polynomial corrective method. The basic idea of the correct method of polynomial: to avoid the spatial geometry of the imaging process, and really take a mathematical simulation of image deformation itself. The dual homogeneous polynomial correct transformation equations

Wherein, x, y of an original image pixel coordinates; X, Y to correct the same locations in the ground (or map) sit shown; ai, bi of the polynomial coefficients (i = 0,1,2 ...) The actual work, the polynomial coefficients determined according to the above equation can be solved any of the original image a pixel coordinates, and the image gradation interpolation, obtain certain projection corrective images.

Usually select the smallest control point number is: (n +1) (n +2) / 2, n polynomial.

Four Erdas Haidong area of remote sensing image geometric correction of the basic steps

The first step: the display of image files

First in ERDAS icon panel, double-click the Viewer, open two windows (Viewer1/Viewer2 open 1320352009.img (to be corrected image) and 132035ring.img (reference image)

Step 2: Start the geometric correction module

Polynomial geometric correction model: Polynomial, defined polynomial power (Polynomial Order) 2.

The third step: start control point tools

Select mining point mode, start the control point tools into the state of the control points collected points.

Step 4: collecting ground control points GCP

In the image geometry correction process, the acquisition and control point is a very important and arduous work. Seen from the above: the number of control points is a minimum of (n +1) (n +2) / 2, n polynomial. May be appropriate to increase the number of control points, but not unlimited increase, according to the operation showed that quadratic polynomial model correction, the number of control points at 14-18, the error can be controlled in half pixel within.

Step 5: collecting ground checkpoint

Types are control points above the GCP collected for control calculation, and create a transformation model, and the polynomial equation to be collected below the GCP type checkpoint.

Step 6: Calculate the conversion model

In the control points in the acquisition process, is set to automatic conversion calculation model. With the completion of the acquisition process of the control points, the conversion model automatically calculates the generation.

Step 7: image resampling

The resampling process is calculated based on the non-corrected image pixel values, the process of generating a corrected image. Deleted grid data layer should be carried out in the original

image resampling.

Step 8: Save the geometric correction mode

Geo-Correction Tools dialog box, click the Exit button to exit the geometric correction process, follow the prompts, choose to save the image geometric correction mode, and define the schema file, so that the next time the direct use.

Step 9: inspection and calibration results

The basic methods: (1) simultaneously in the two windows open two images, the a correction subsequent image, a reference image, visual qualitative test through the window geographical connection function, and the query cursor function. (2) create a window is a window, respectively to open the reference image and the image after the correction, "Utility" --- "Swipe", the horizontal and vertical adjustment can be selected to observe the same target area before and after correction The position of morphological changes.

Conclusion:

1, in order to facilitate the identification feature, before the correction began to set the channel, making the remote sensing image legible.

2, Ground Control Point GCP should be selected in the mountains or road position is not easy to change the feature at the

intersection of the river at the intersection of try not to choose, in order to ensure the accuracy of the correction. GCP selection can follow the "midpoint --- square selection method, that is, before the election four sides of the mid-point of the image for GCP, then the midpoint composed of square, select the midpoint of the four edges of the square for GCP, and so uniformly select.

References:

[1] Wang Jianmin, THE INNOVATION. Remote sensing mapping techniques Status and Trends of Mine Surveying, 2007 (3). [2] Xu Shiqi, Zhang Xiaofan Zhou method, Zhao Tong Yang. Based the CCD image software ERDASIMAGINE geometric precision correction methods Preliminary _ Hami region as an example. Xinjiang Geology, 2007 (6).

[3] Zhang Shili, Evolvement Based on ERDAS geometric correction and in the Minjiang River Basin image processing applications. Fujian College of Forestry, 2007 (10).

[4] Zhu Shulong, Baoshan, Wang Hongwei sensing image processing and application of Science Press, 2006.

[5] Xing Jianjun, Wang Yong. Talking Based Geometric Correction ERDASIMAGINE software. Geomatics & Spatial Information Technology, 2007 (4).

遥感图像的几何校正(配准)

遥感图像的几何校正(配准) 1.实验目的与任务: (1)了解几何校正的原理; (2)学习使用ENVI软件进行几何校正; 2.实验设备与数据: 设备:遥感图像处理系统ENVI 数据:TM数据 3 几何校正的过程: 注意:几何校正一种是影像对影像,一种是影像对地图,下面介绍的是影像对影像的配 准或几何校正。 1.打开参考影像(base)和待校正影像:分别打开,即在display#1,display#2中打开;2.在主菜单上选择map->Registration->select GCPs:image to image 3.出现窗口Image to Image Registration,分别在两边选中DISPLAY 1(左),和DISPLAY 2(右)。BASE图像指参考图像而warp则指待校正影像。选择OK! 4.现在就可以加点了:将两边的影像十字线焦点对准到自己认为是同一地物的地方, 就可以选择ADD POINT添加点了。(PS:看不清出别忘记放大)如果要放弃该点选择 右下脚的delete last point,或者点show point弹出image to image gcp list窗口,从中选择 你要删除的点,也可以进行其他很多操作,自己慢慢研究,呵呵。选好4个点后就可以 预测:把十字叉放在参考影像某个地物,点选predict则待校正影像就会自动跳转到与参 考影像相对应的位置,而后再进行适当的调整并选点。 5.选点结束后,首先把点保存了:ground control points->file->save gcp as ASCII.. 当然你没有选完点也可以保存,下次就直接启用就可以:ground control points->file->restore gcps from ASCII... 6.接下来就是进行校正了:在ground control points.对话框中选择: options->warp file(as image to map) 在出现的imput warp image中选中你要校正的影像,点ok进入registration parameters 对话框: 首先点change proj按钮,选择坐标系 然后更改象素的大小,如果本身就是你所需要大小则不用改了 最后选择重采样方法(resampling),一般都是选择双线性的(bilinear),最后的最后选择保存路径就OK了

遥感图像几何纠正

第三章遥感图像的几何纠正 教学目标 1、使学生了解引起遥感图像几何畸变的原因及其进行遥感图像几何纠正的必要 性; 2、使学生掌握理解进行遥感几何纠正的原理与方法; 3、要求学生通过本章的学习可以熟练使用ENVI进行遥感数字图像的几何纠 正; 教学内容: 1、几何纠正的概念 2、引起几何畸变的原因 3、遥感图像几何纠正的原理与方法 4、在ENVI中进行影像到影像的配准实践 一、遥感图像几何纠正的概念: 由于搭载传感器的平台(如飞机,卫星)的姿态,速度等的不稳定,以及地球曲率,空气折射等的影响,形成的图像常有畸变,几何纠正即消除遥感图像中所包含的几何畸变的过程。通常有两个叫法: 1、图像配准(Registration):同一区域里一幅图像(基准图像)对另一幅图像 的校准,以使两幅图像中的同名像元配准。 2、图像校正(Rectification):借助一组地面控制点,对一幅图像进行地理坐标 的校正。 在应用之前,进行遥感图像几何纠正是很必要的。第一,对遥感原始图像进行几何变形纠正后,才能对图像信息进行各种分析,制作满足两侧和定位要求的各类地球资源及环境的遥感专题图;第二,当应用不同遥感方式、不同光谱范围以及不同成像时间的各种同一区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,必须进行图像间的几何配准,保证各不同图像间的几何一致性;第三,利用遥感图像进行地形图测图或更新对遥感图像的几何纠正提出了更严格的要求。 几何纠正的类型: 1)把畸变图像往地形图上配 2)把畸变图像往底图上配 3)把畸变图图像相互之间配 二、引起遥感图像几何畸变的原因 1、遥感平台位置和运动状态变化引起的畸变 无论是飞机还是卫星,运动过程中都会由于种种原因产生飞行姿势的变化(如:航高、航速、仰俯、翻滚、偏航等)从而引起图像变形; 2、地形起伏引起的几何畸变 当地形存在起伏时,会产生局部像点的位移,使原本应是地面点的信号被同一位置上某一高点的信号所代替。由于高差的原因,实际像点距像幅中

ENVI中的几何校正

几何校正 1.遥感图像产生几何畸变的原因 地物目标发出的电磁波被卫星上所载传感器接收,这些电磁波上记录和传达了地物目标的信息,这是遥感图像成像的过程也是它的内在规律。在这个过程中图像的几何畸变也随即产生了,其中原因很多,主要表现在以下几个方面: 1. 1卫星位置和运动状态变化的影响 卫星围绕地球按椭圆轨道运动,引起卫星航高和飞行速度的变化,导致图像对应产生偏离与在卫星前进方向上的位置错动。另外,运动过程中卫星的偏航、翻滚和俯仰变化也能引起图像的畸变。 以上误差总的来说,都是因为传感器相对于地物的位置、姿态和运动速度变化产生的,属于外部误差。此外,由于传感器本身原因产生的误差,即内部误差,这类误差一般很小,通常人们不作考虑。 1. 2地球自转的影响 大多数卫星都是在轨道运行的降段接收图像,即当地球自西向东自转时,卫星自北向南运动。这种相对运动的结果会使卫星的星下位置产生偏离,从而使所成图像产生畸变。 1. 3地球表面曲率的影响 地球表面是不规则的曲面,这使卫星影像成像时像点发生移动,像元对应于地面的宽度不等。特别是当传感器扫描角度较大时,影响更加突出。 1. 4地形起伏的影响 当地形存在起伏时,使原来要反映的理想的地面点被垂直在其上的实际某高点所代替,引起图像上像点也产生相应的偏离。 1. 5大气折射的影响 由于大气圈的密度是不均匀分布的,从下向上越来越小,使得整个大气圈的折射率不断变化,当地物发出的电磁波穿越大气圈时,经折射后的传播路径不再是直线而是一条曲线,从而导致传感器接收的像点发生位移。 2.进行几何校正并保证精度的必要性 遥感图像几何校正的精确与否直接关系到应用遥感信息反应地表地物的地理位置和面积的精确度,关系到从图像上获取的信息准确与否,因此在选择控制点上要十分小心,尽可能提高其精度,并且要对校正结果进行反复的分析比较,必要时还要进行多次校正。几何校正让图像上地物对应的像元出现在它应该在的地方,再通过辐射校正、影像增强等遥感图像处理技术,还图像以“本来面目”。然后通过对图像的识别、分类、解译处理实现地面空间上各类资源信息的空间分析研究,使遥感技术投入到实际生产应用中。 3.几何精校正 遥感影像图的几何校正目前有3种方案,即系统校正、利用控制点校正以及混合校正。遥感数据接收后,首先由接收部门进行校正,这种校正叫系统校正(又叫几何粗校正) ,即把遥感传感器的校准数据、传感器的位置、卫星姿态等测量值代入理论校正公式进行几何畸变校正;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不同,仍旧需要做进一步的几何校正,这就需要对其进行几何精校正即利用地面控制点GCP ( GroundContr ol2Point,遥感图像上易于识别,并可精确定位的点)对因其他因素引起的遥感图像几何畸变进行纠正。混合校正则是由一般地面站提供的遥感CCT已经完成了第一阶段的几何粗校正,用户所要完成的仅仅是对图像做进一步的几何精校正。 几何精校正就是利用地面控制点GCP对各种因素引起的遥感图像几何畸变进行校正。从数学上说,其原理是通过一组GCP建立原始的畸变图像空间与校正空间的坐标变换关系,

鱼眼图像畸变校正算法

鱼眼图像畸变校正算法 司 磊 朱学玲 (安徽新华学院 信息工程学院 安徽 合肥 230088) 摘 要: 根据鱼眼镜头成像的特点,选择合适的图像畸变校正算法,标定鱼眼图像的中心和半径,用标定得到的参数进行校正,推出校正模型,方法简单,易于实现,并对鱼眼图的畸变矫正问题提出意见与看法。 关键词: 鱼眼图像;畸变矫正;图像预处理;图像增强 中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)1110166-02 鱼眼图像的畸变矫正是以某种独特的变换方式将一副鱼眼 2 有关鱼眼图片的粗略校正 图像转换为理想图像的操作,这种操作在全方位视觉导航中具1)求取鱼眼图像行和列的比值 有重要的作用,是系统自动识别、跟踪和定位目标所必须的基将投射生成标准圆变换为鱼眼图片并求取图片中心点的方础操作。 法与普通相机照相原理不同,对于提取出来的鱼眼图片的轮1 畸变图像的校正原理 廓,我们先假定一个阈值,比如设一个灰度值30,用软件勾勒描绘出校正鱼眼图片大概的轮廓,然后先求出该轮廓的中心点根据畸变图像特点标定坐标图,求取标定点像素的理想值坐标,根据轮廓的图形和鱼眼图像的中心点的坐标,可计算出和实际值,同时生成坐标映射表,再把坐标映射表用于畸变图畸变图像的圆半径,从而求取鱼眼图像的中心点坐标和鱼眼图像的校正程序后,即可得到无畸变图像,具体处理过程如下: 像的粗略轮廓的图像的半径相对比,以便于将鱼眼图像的大概1)标定坐标 轮廓重新调整处理,变的更为精确和直观。假定畸变校正的鱼镜头中心的畸变可以忽略为零,以镜头为中心,离镜头越眼图片的半径中的行坐标曲线和列坐标曲线不相等,则我们需远的地方畸变越大。以镜头为中心标定坐标图,对图像进行坐要将畸变校正的鱼眼图像中的园的半径的曲线与下面的公式相标的标定,按正方形均匀排列圆点,如图1所示。 乘,然后就可以变换为普通的标准圆的图像。下面公式中(u,v)是畸变校正的鱼眼图片的中心点,β为畸变校正的鱼眼图像行和列的比值。 图1 2)图像预处理 先通过图像的、突出边缘细节;然后再用二值化处理增强调节对比度的图像,但部分样板点和背景的对比的差值较大,所以是设定一个阈值对整幅图像进行二值化,最后再对二值化后的图像再次进行中值滤波的方法处理,再次使用中值滤波方法可以有效的去除畸变图像中的部分椒盐噪声的影响。二值化的主要作用是可以提高畸变校正图像的质量,预处理图像可以为点阵样板圆点中心的确定提供重要的作用。 3)圆点中心的确定 由于图像畸变的影响,经过图像预处理后的畸变校正图像仍然是不规则的实心圆,然而样板中的确定的圆点却是规则排列的,所以可以在畸变校正的样板图像上把各个圆点的重心近似的2)鱼眼图片的粗略扭曲校正 替换为圆点中心,找出一个圆点的重心作为理想畸变校正样板图在得到中心点的坐标和校正形状之后,把扭曲的鱼眼图像像上与之对应的点,并找出该点处于二维平面坐标之中与之距离通过投射降低图像的扭曲程度变为正常的四方形的图像。 之和最大的圆点,从各个圆点的坐标之中找出与之距离之和最大在图2中,假设在没有扭曲的背景图像中,存在两个具有的圆点坐标,该点坐标即为畸变图像中与之相对应的点的坐标。相同x坐标的点,即k点和h点,并且在背景图像中随着圆上曲线再找出理想的点阵样板图像和该畸变校正图像中各圆点中心的位的经纬度的变大,扭曲程度也就越大,但是三维球面的整体从置,计算出点与点之间的垂直距离,即可得到点阵样板图像中各左到右的各个面的角度的差值全部都是相等的,而且在x轴方向点之间的偏移量,从而可以描绘和构建畸变校正图像上的各个点上与二维畸变校正图像相对应的线段dx的均匀分割经度或是纬之间偏移量的曲面。最后经过图像预处理过程的样板圆点中心的度也是相等的。因此在二维图像的X轴方向上任意点坐标经度或 确定,可计算出其它圆点中心的坐标位置。 图2

实验三 遥感图像的几何校正

实验法三遥感图像的几何校正 一实验目的 通过实验操作,掌握遥感图像几何校正的基本方法和步骤,深刻理解遥感图像几何校正的意义。 二实验内容 ERDAS软件中图像预处理模块下的图像几何校正。 几何校正就是将图像数据投影到平面上,使其符合地图投影系统的过程。而将地图投影系统赋予图像数据的过程,称为地理参考(Geo-referencing)。由于所有地图投影系统都遵循一定的地图坐标系统,因此几何校正的过程包含了地理参考过程。 1、图像几何校正的途径 ERDAS图标面板工具条:点击DataPrep图标,→Image Geometric Correction →打开Set Geo-Correction Input File对话框(图1)。 ERDAS图标面板菜单条:Main→Data Preparation→Image Geometric Correction→打开Set Geo-Correction Input File对话框(图1)。 图1 Set Geo-Correction Input File对话框 在Set Geo-Correction Input File对话框(图1)中,需要确定校正图像,有两种选择情况: 其一:首先确定来自视窗(From Viewer),然后选择显示图像视窗。 其二:首先确定来自文件(From Image File),然后选择输入图像。 2、图像几何校正的计算模型(Geometric Correction Model) ERDAS提供的图像几何校正模型有7种,具体功能如下: 表1 几何校正计算模型与功能 模型功能 Affine 图像仿射变换(不做投影变换) Polynomial 多项式变换(同时作投影变换) Reproject 投影变换(转换调用多项式变换) Rubber Sheeting 非线性变换、非均匀变换 Camera 航空影像正射校正 Landsat Lantsat卫星图像正射校正 Spot Spot卫星图像正射校正 其中,多项式变换(Polynomial)在卫星图像校正过程中应用较多,在调用多项式模型时,需要确定多项式的次方数(Order),通常整景图像选择3次方。次方数与所需要的最

图像畸变校正

数字音视频处理大作业(一) 题目:图像畸变校正 班级:021212 学号:02121128 姓名:文威威

目录 第一章图像畸变概述.................................. - 1 - 第一节图像畸变的概念........................... - 1 - 第二节图像畸变形成原因......................... - 1 - 第二章通过算法去除图像畸变.......................... - 2 - 第一节引言..................................... - 2 - 第二节基于网格图像的图像畸变修正............... - 2 - 第三节基于现场定标的图像畸变校正............... - 3 - 第四节基于畸变等效曲面的图像畸变校正 ........... - 3 -

第一章图像畸变概述 第一节图像畸变的概念 图像畸变是指成像过程中所产生的图像像元的几何位置相对于参照系统(地面实际位置或地形图)发生的挤压、伸展、偏移和扭曲等变形,使图像的几何位置、尺寸、形状、方位等发生改变。 第二节图像畸变形成原因 造成图像畸变的原因包括:传感器性能误差,如摄像机的焦距变动、像主点偏移、镜头光学畸变、多光谱扫描仪扫描速度的非线性、扫描线首尾点成像的时间差引起的扫描线偏斜、采样和记录速度不均匀等;成像时的透视误差,如遥感成像系统投影方式主要有中心投影(摄像机)、斜距投影(侧视雷达)、全景投影(多光谱扫描)和多中心投影(胶带摄影机)等。除框幅式中心投影外,其它的投影方式都产生不同类型的畸变;飞行器姿态变化引起图像平移、旋转、扭曲和缩放;地球自转对扫描图像的影响;地形和地物高度变化,引起像点位移和比例尺改变;地球曲率的影响;大气折射,改变了光的传播方向、路径和雷达波的传播时间。

ERDAS遥感图像的几何校正

遥感图像的几何校正 实验目的:通过实习操作,掌握遥感图像几何校正的基本方法和步骤,深刻理解遥感图像几何校正的意义。 实验内容:ERDAS软件中图像预处理模块下的图像几何校正。 几何校正就是将图像数据投影到平面上,使其符合地图投影系统的过程。而将地图投影系统赋予图像数据的过程,称为地理参考(Geo-referencing)。由于所有地图投影系统都遵循一定的地图坐标系统,因此几何校正的过程包含了地理参考过程。 1、图像几何校正的途径 ERDAS图标面板工具条:点击DataPrep图标,→Image Geometric Correction →打开Set Geo-Correction Input File对话框(图1)。 ERDAS图标面板菜单条:Main→Data Preparation→Image Geometric Correction→打开Set Geo-Correction Input File对话框(图1)。 图1 Set Geo-Correction Input File对话框 在Set Geo-Correction Input File对话框(图1)中,需要确定校正图像,有两种选择情况: 其一:首先确定来自视窗(FromViewer),然后选择显示图像视窗。 其二:首先确定来自文件(From Image File),然后选择输入图像。 2、图像几何校正的计算模型(Geometric Correction Model) ERDAS提供的图像几何校正模型有7种,具体功能如下:

3、图像校正的具体过程 第一步:显示图像文件(Display Image Files) 首先,在ERDAS图标面板中点击Viewer图表两次,打开两个视窗(Viewer1/Viewer2),并将两个视窗平铺放置,操作如下:ERDAS图表面板菜单条:Session→Title Viewers 然后,在Viewer1中打开需要校正的Lantsat图像:tmatlanta.img 在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像:panatlanta.img 第二步:启动几何校正模块(Geometric Correction Tool) Viewer1菜单条:Raster→Geometric Correction →打开Set Geometric Model对话框,如图2

6-图像畸变校正

实验五 图像形状及颜色畸变的校正 一、 实验目的与要求 让学生了解数字图像的数学表达及相关概念,通过实验让学生加深对数学在相关学科的应用价值的认识,培养学生的实际操作能力,并引导他们建立基础学科在处理具体问题时方法上联系。 二、 问题描述 对于在颜色或形状上发生畸变的图像,通过数学的方法实现校正。 三、问题分析 先由教师讲授数字图像的基本概念(包括图像的数学化、采样、量化、灰度、各种数学图像的文件格式、表色系、颜色映像等),再通过具体的实例给学生示范对于在颜色或形状上发生畸变的图像如何通过数学的方法实现校正的过程。最后让学生动手完成对某些特殊畸变的图像的校正,写出数学原理和实验报告。 四、背景知识介绍 1. 数字图像的数值描述及分类 图像是对客观存在物体的一种相似性的生动模仿与描述,是物体的一种不完全的不精确的描述。数字图像是用一个数字阵列来表示的图像。数字阵列中的每个数字,表示数字图像的一个最小单位,称为像素。采样是将空域上或时域上连续的图像变换成离散采样点(像素)集合的一种操作。 对一幅图像采样后,若每行像素为M 个,每列像素为N 个,则图像大小为M ?N 个像素。例如,一幅640?480的图像,就表示这幅连续图像在长、宽方向上分别分成640个和480个像素。显然,想要得到更加清晰的图像质量,就要提高图像的采样像素点数,即使用更多的像素点来表示该图像。 客观世界是三维的,从客观场景中所拍摄到的图像是二维信息。因此,一幅图像可以定义为一个二维函数f(x,y),其中x,y 是空间坐标。对任何一对空间坐标(x,y)上的幅值f(x,y),成为表示图像在该点上的强度或灰度,或简称为像素值。因为矩阵是二维结构的数据,同时量化值取整数,因此,一幅数字图像可以用一个整数矩阵来表示。矩阵的元素位置(i,j),就对应于数字图像上的一个像素点的位置。矩阵元素的值f(i,j)就是对应像素点上的像素值。 值得注意的是矩阵中元素f(i,j)的坐标含义是i 为行坐标,j 是列坐标。而像素f(x,y )的坐标含义一般指直角坐标系中的坐标,两者的差异如下图: 对应于不同的场景内容,数字图像可以大致分为二值图像,灰度图像,彩色0 列坐标(j) 行坐标(i) 矩阵元素 f (i ,j) 0 纵坐标(y) 横坐标(x) 像素f(x,y) 图 1.1 矩阵坐标系与直角坐标系

数字图像处理-畸变校正

数字图像处理

图像畸变及校正 1 图像畸变介绍 从数字图像处理的观点来考察畸变校正, 实际上是一个图像恢复的过程, 是对一幅退化了的图像进行恢复。在图像处理中,图像质量的改善和校正技术,也就是图像复原,当初是在处理从人造卫星发送回来的劣质图像的过程中发展、完善的。目前,图像畸变校正的应用领域越来越广,几乎所有涉及应用扫描和成像的领域都需要畸变校正。图像在生成和传送的过程中,很可能会产生畸变,如:偏色、模糊、几何失真、几何倾斜等等。前几种失真主要是体现在显示器上,而后一种失真则多与图像集角度有关。不正确的显影,打印、扫描,抓拍受反射光线的影响等方式,都会使图像产生偏色现像。模糊、几何畸变主要是在仪器采集图片过程中产生,大多是因机器故障或操作不当影响导致,如在医学成像方面。而几何空间失真广泛存在于各种实际工程应用中,尤其是在遥感、遥测等领域。 2 畸变产生的原因 在图像的获取或显示过程中往往会产生各种失真(畸变):几何形状失真、灰度失真、颜色失真。引起图像失真的原因有:成像系统的象差、畸变、带宽有限、拍摄姿态、扫描非线性、相对运动等;传感器件自身非均匀性导致响应不一致、传感器件工作状态、非均匀光照条件或点光源照明等;显示器件光电特性不一致;图像畸变的存在影响视觉效果,也是影响图像检测系统的形状检测和几何尺寸测量精度的重要因素之一。 3 图像畸变校正过程所用到的重要工具 灰度直方图是关于灰度级分布的函数,是对图象中灰度级分布的统计。灰度直方图是将数字图象中的所有像素,按照灰度值的大小,统计其所出现的频度。

通常,灰度直方图的横坐标表示灰度值,纵坐标为想像素个数。直方图上的一个点的含义是,图像存在的等于某个灰度值的像素个数的多少。这样通过灰度直方图就可以对图像的某些整体效果进行描述。从数学上讲,图像的灰度直方图是图像各灰度值统计特征与图像灰度值出现的频率。从图形上来讲,它是一个一维曲线,表征了图像的最基本的统计特征。 作为表征图像特征的信息而在图像处理中起着重要的作用。由于直方图反映了图像的灰度分布状况,所以从对图像的观察与分析,到对图像处理结果的评价,灰度直方图都可以说是最简单、最有效的工具。 4 图像颜色畸变校正介绍 图像颜色畸变现象可以是由摄像器材导致,也可以是由于真实环境本身就偏色导致,还有的是由于图像放置过久氧化、老化导致。无论其产生的原因如何,其校正方法都是类似的。 如果用Matlab显示颜色畸变的图像RGB基色直方图,发现相对正常图像,颜色畸变的图像的直方图的三种基色的直方图中至少有一个直方图的像素明显集中集中在一处,或则集中在0处或则集中在255处,而另一部分有空缺,或则集中在中间而两边空,因此通过调整该直方图的像素点的像素值在区间[0,255]上的分布来解决图像颜色畸变问题。如果直方图中像素集中在0一边则说明该基色偏暗,如果集中在255处则说明该基色偏亮。下图是一有颜色畸变的图像的基色B 的直方图。

遥感图像几何精校正实验报告

遥感图像几何精校正 实验名称:遥感图像的几何精校正。 实验目的:1.了解和熟悉envi软件的几何校正的原理 2.熟悉和掌握envi软件的几何校正的功能和使用方法; 3.对自己的图像先找到投影,再另存一幅图像,去掉投影,在其它软件中旋转一 角度,用原先的图像作为参考对旋转后的图像进行几何校正,使得其比较精确。实验原理:几何校正,主要方法是采用多项式法,机理是通过若干控制点,建立不同图像间的多项式控件变换和像元插值运算,实现遥感图像与实际地理图件间的配准,达 到消减以及消除遥感图像的几何畸变。 多项式几何校正激励实现的两大步: 1. 图像坐标的空间变换: 有几何畸变的遥感图像与没有几何畸变的遥感图像,其对应的像元的坐标是不一 样的,如下图1右边为无几何畸变的图像像元分布图,像元是均匀且不等距的分 布。为了在有几何畸变的图像上获取无几何畸变的像元坐标,需要进行两图像坐 标系统的空间装换。 图1:图像几何校正示意图 在数学方法上,对于不同二维笛卡儿坐标系统间的空间转换,通常采用的是二元 n次多项式,表达式如下: 其中x, y为变换前图像坐标, u, v为变换后图像坐标, aij , bij为多项式系数, n = 1, 2, 3, ?。 二元n次多项式将不同坐标系统下的对应点坐标联系起来, ( x, y )和( u, v )分别应 不同坐标系统中的像元坐标。这是一种多项式数字模拟坐标变换的方法,一旦有 了该多项式,就可以从一个坐标系统推算出另一个坐标系统中的对应点坐标。 如何获取和建立二元n次多项式,即二元n次多项式系数中a和b的求解,是几何 校正成败的关键。数学上有一套完善的计算方法,核心是通过已知若干存在于不 同图像上的同名点坐标,建立求解n次多项式系数的方程组,采用最小二乘法,得出 二元n次多项式系数。 不同的二元n次多项式,反映了几何畸变的遥感图像与无几何畸变的遥感图像间的 像元坐标的对应关系, 其中哪种多项式是最佳的空间变换模拟式,能达到图像间 坐标的完全配准,是需要考虑和分析的。 在二元n次多项式数字模拟中,从提高几何校正精度的角度考虑,需要兼顾的因素

遥感图像的几何校正实验报告

实验报告 实验名称:遥感图像的几何校正课程名称:《遥感导论》 教师: 院系:矿业工程学院 班级: 姓名:

遥感图像的几何校正实验报告 一、实验目的 通过实习操作,掌握遥感图像几何校正的基本原理和和方法,理解遥感图像几何校正的意义。 二、实验环境 操作系统:windows 8.1 软件:ENVI 4.3 三、实验内容 ERDAS 软件中图像预处理模块下的图像几何校正 几何校正的必要性: 由于遥感平台位置和运动状态的变化、地形起伏、地球表面曲率、大气折射、地球自转等因素的影响,遥感图像在几何位置上会发生变化,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,称为遥感图像的几何畸变。产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难,因此在遥感数据接收后需要对图像进行几何校正以使其能够反映出接近真实的地理状况。 几何校正的原理: 遥感影像相对于地图投影坐标系统进行配准校正,即要找到遥感影像与地图投影坐标系统之间的数学函数关系,通过这种函数关系可计算出原遥感影像中每个像元在地图投影坐标系统上的位置从而得到校正后的图像 遥感影像相对于地图投影坐标系统进行配准校正,即要找到遥感影像与地图投影坐标系统之间的数学函数关系,通过这种函数关系可计算出原遥感影像中每个像元在地图投影坐标系统上的位置从而得到校正后的图像。 在本次实验中采用的是Polynomial(多项式变换)的模型,通过在遥感影像和参考图像上分别选取相应的控制点,求出二元二次多项式函数:25243210'2 5243210'y b x b xy b y b x b b y y a x a xy a y a x a a x +++++=+++++=,得到变换后的图像坐标(x ′,y ′)与参考图 像坐标的关系,从而对图像进行几何校正。 实验步骤: 运行ENVI 软件

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。 ERDAS IMAGINE 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

浅谈遥感图像的几何校正

浅谈遥感图像的几何校正 摘要 遥感是在不直接接触的情况下,对目标物或自然现象远距离感知的一门探测技术。ERDAS IMAGINE是一款遥感图像处理系统软件。遥感图像的几何处理是遥感信息处理过程中的一个重要环节,必须先用ERDAS IMAGINE进行几何精纠正,只有消除了几何变形,才能进一步分析研究,进一步开展图像解译、专题分类等分析研究工作。 关键词:遥感,erdas imagine,几何纠正

1.前言 遥感是在不直接接触的情况下,对目标物或自然现象远距离感知的一门探测技术。具体地讲,是指在高空和外层空间的各种平台上,运用各种传感器获取反应地表特征的各种数据,通过传输,变换和处理,提取有用的信息,实现研究地物空间形状,位置,性质,变化及其与环境的相互关系的一门现代应用技术科学。遥感图像处理硬件系统也从光学处理设备全面转向数字处理系统,内外存容量的迅速扩大,处理速度急速增加,使处理海量遥感数据成为现实,网络的出现将使数据实时传输和实时处理成为现实。遥感图像处理软件系统更是不断翻新,从开始的人机对话操作方式发展到视窗方式,未来将向智能化方向发展。ERDAS IMAGINE是一款遥感图像处理系统软件。ERDAS IMAGINE是美国ERDAS 公司开发的遥感图像处理系统。它以其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的RS/GIS(遥感图像处理和地理信息系统)集成功能,为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而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。 遥感图像作为空间数据,具有空间地理位置的概念,在应用遥感图像之前,必须将其投影到需要的地理坐标系中。因此,遥感图像的几何处理是遥感信息处理过程中的一个重要环节。 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,获得的遥感图像相对于地表目标存在一定的几何变形,使得图像上的几何图形与该物体在所选定的地图投影中的几何图形产生差异,造成形状或位置的失真,这主要表现为位移、旋转、缩放、仿射、弯曲和更高阶的歪曲,且其精度直接影响到后续处理工作的质量。要在这样的遥感图像上进行研究,必须先用ERDAS IMAGINE进行几何精纠正,只有消除了几何变形,才能进一步分析研究,进一步开展图像解译、专题分类等分析研究工作。 2.国内外发展状况 2.1国内发展状况

图像畸变校正word版

实验五 图像形状及颜色畸变的校正 一、 实验目的与要求 让学生了解数字图像的数学表达及相关概念,通过实验让学生加深对数学在相关学科的应用价值的认识,培养学生的实际操作能力,并引导他们建立基础学科在处理具体问题时方法上联系。 二、 问题描述 对于在颜色或形状上发生畸变的图像,通过数学的方法实现校正。 三、问题分析 先由教师讲授数字图像的基本概念(包括图像的数学化、采样、量化、灰度、各种数学图像的文件格式、表色系、颜色映像等),再通过具体的实例给学生示范对于在颜色或形状上发生畸变的图像如何通过数学的方法实现校正的过程。最后让学生动手完成对某些特殊畸变的图像的校正,写出数学原理和实验报告。 四、背景知识介绍 1. 数字图像的数值描述及分类 图像是对客观存在物体的一种相似性的生动模仿与描述,是物体的一种不完全的不精确的描述。数字图像是用一个数字阵列来表示的图像。数字阵列中的每个数字,表示数字图像的一个最小单位,称为像素。采样是将空域上或时域上连续的图像变换成离散采样点(像素)集合的一种操作。 对一幅图像采样后,若每行像素为M 个,每列像素为N 个,则图像大小为M ?N 个像素。例如,一幅640?480的图像,就表示这幅连续图像在长、宽方向上分别分成640个和480个像素。显然,想要得到更加清晰的图像质量,就要提高图像的采样像素点数,即使用更多的像素点来表示该图像。 客观世界是三维的,从客观场景中所拍摄到的图像是二维信息。因此,一幅图像可以定义为一个二维函数f(x,y),其中x,y 是空间坐标。对任何一对空间坐标(x,y)上的幅值f(x,y),成为表示图像在该点上的强度或灰度,或简称为像素值。因为矩阵是二维结构的数据,同时量化值取整数,因此,一幅数字图像可以用一个整数矩阵来表示。矩阵的元素位置(i,j),就对应于数字图像上的一个像素点的位置。矩阵元素的值f(i,j)就是对应像素点上的像素值。 值得注意的是矩阵中元素f(i,j)的坐标含义是i 为行坐标,j 是列坐标。而像素f(x,y )的坐标含义一般指直角坐标系中的坐标,两者的差异如下图: 对应于不同的场景内容,数字图像可以大致分为二值图像,灰度图像,彩色 列坐标(j) 行坐标(i) 矩阵元素 f (i ,j) 0 纵坐标(y) 横坐标(x) 像素f(x,y) 图 1.1 矩阵坐标系与直角坐标系

实验二遥感图像的几何校正与镶嵌实验报告

实验二遥感图像的几何校正与镶嵌实验报告 实验目的: 通过本实验熟练操作遥感图像处理的专业软件进行基础图像处理,包括图像几何校正、镶嵌等。 实验容: 1、熟悉图像几何校正、镶嵌的基本原理; 2、学习图像几何校正具体操作; 3、学习图像镶嵌正具体操作。 本实验的图像几何校正是通过“像图配准”的方式获取地面控制点的方里网坐标的,并对传统的从纸质地形图上量算坐标的方法进行改进,利用Auto CAD或Photoshop等软件从扫描后的电子地形图上直接量算坐标。 实验步骤: 第一步、熟悉图像几何校正、镶嵌的基本原理 第二步、图像几何校正 运行PCI,选择GCPWorks模块,在Source of GCPs选择User Entered Coordinates(用户输入投影坐标系统),点击Accept后,弹出校正模块: 选择第一项加载需要校正的图像(由实验一方法导出的125-42.pix)->点击

Default->Load & Close->得到下图: 选择第二项,选择Other确定投影系统: 注意输入6度带的中央经度与向东平移500公里(500000米):

点击Earth Model确定地球模型: 点击Accept:

选择第三项采集地面控制点。在采集地面控制点之前,利用Photoshop软件打开扫描后的电子地形图。 分别在遥感图像和地形图中找到一个同名点,如下图(可以用放大遥感图)。 然后在地形图中量算出该点的坐标,精确到米,X坐标为6位(要去掉2位6度带的带号),Y坐标7位(运用测出)。再将坐标输入到GCP编辑窗口中,并点击Accept as GCP接受为一个控制点。

数字图像处理畸变校正

数字图像处理 图像畸变及校正 1 图像畸变介绍 从数字图像处理的观点来考察畸变校正, 实际上就是一个图像恢复的过程, 就是对一幅退化了的图像进行恢复。在图像处理中,图像质量的改善与校正技术,也就就是图像复原,当初就是在处理从人造卫星发送回来的劣质图像的过程中发展、完善的。目前,图像畸变校正的应用领域越来越广,几乎所有涉及应用扫描与成像的领域都需要畸变校正。图像在生成与传送的过程中,很可能会产生畸变,如:偏色、模糊、几何失真、几何倾斜等等。前几种失真主要就是体现在显示器上,而后一种失真则多与图像集角度有关。不正确的显影,打印、扫描,抓拍受反射光线的影响等方式,都会使图像产生偏色现像。模糊、几何畸变主要就是在仪器采集图片过程中产生,大多就是因机器故障或操作不当影响导致,如在医学成像方面。而几何空间失真广泛存在于各种实际工程应用中,尤其就是在遥感、遥测等领域。 2 畸变产生的原因 在图像的获取或显示过程中往往会产生各种失真(畸变):几何形状失真、灰度失真、颜色失真。引起图像失真的原因有:成像系统的象差、畸变、带宽有限、拍摄姿态、扫描非线性、相对运动等;传感器件自身非均匀性导致响应不一致、传感器件工作状态、非均匀光照条件或点光源照明等;显示器件光电特性不一致;图像畸变的存在影响视觉效果,也就是影响图像检测系统的形状检测与几何尺寸测量精度的重要因素之一。 3图像畸变校正过程所用到的重要工具 灰度直方图就是关于灰度级分布的函数,就是对图象中灰度级分布的统计。灰度直方图就是将数字图象中的所有像素,按照灰度值的大小,统计其所出现的频度。通常,灰度直方图的横坐标表示灰度值,纵坐标为想像素个数。直方图上的一个点的含义就是,图像存在的等于某个灰度值的像素个数的多少。这样通过灰度直方图就可以对图像的某些整体效果进行描述。从数学上讲,图像的灰度直方图就是图像各灰度值统计特征与图像灰度值出现的频率。从图形上来讲,它就是一个一维曲线,表征了图像的最基本的统计特征。 作为表征图像特征的信息而在图像处理中起着重要的作用。由于直方图反映了

遥感图像的几何校正实验报告

遥感图像的几何校正 一、实验目的 通过实习操作,掌握遥感图像几何校正的基本原理和和方法,理解遥感图像几何校正的意义。 二、实验环境 操作系统:Windows Vista 软件:Erdas Imagine 8.4 三、实验内容 ERDAS软件中图像预处理模块下的图像几何校正。 几何校正的必要性: 由于遥感平台位置和运动状态的变化、地形起伏、地球表面曲率、大气折射、地球自转等因素的影响,遥感图像在几何位置上会发生变化,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,称为遥感图像的几何畸变。产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难,因此在遥感数据接收后需要对图像进行几何校正以使其能够反映出接近真实的地理状况。 几何校正的原理: 遥感影像相对于地图投影坐标系统进行配准校正,即要找到遥感影像与地图投影坐标系统之间的数学函数关系,通过这种函数关系可计算出原遥感影像中每个像元在地图投影坐标系统上的位置从而得到校正后的图像。 Erdas软件中提供了7中几何校正的模型,具体如下: 表 1 几何校正计算机模型与功能 模型功能 Affine 图像仿射变换(不做投影变换) Polynomial 多项式变换(同时作投影变换) Reproject 投影变换(转换调用多项式变换) Rubber Sheeting 非线性变换、非均匀变换 Camera 航空影像正射校正 Landsat Landsat卫星图像正射校正 Spot Spot卫星图像正射校正

在本次实验中采用的是Polynomial(多项式变换)的模型,通过在遥感影像和参考图像上分别选取相应的控制点,求出二元二次多项式函数: 2 52 43210' 2 52 43210' y b x b xy b y b x b b y y a x a xy a y a x a a x +++++=+++++=, 得到变换后的图像坐标(x ′,y ′)与参考图像坐标的关系,从而对图像进行几何校正。 四、实验步骤 运行Erdas Imagine 软件 第一步:显示图像文件 1) 在Erdas 图标面板中单击Viewer 图标两次,打开两个视窗:Viewer 1和 Viewer 2; 2) 在Viewer 1视窗下打开需要校正的遥感影像wucesourse.img , 在Viewer 2 视窗下打开参考图像wucepoint.img ; 第二步:启动几何校正模块(Set Geometric Model ) 单击Viewer 1视窗菜单栏中的Raster →Geometric Correction →打开Set Geometric Model 对话框(见图1) →选择多项式几何校正模型 Polynomial →OK →打开Geometric Correction Tools 对话框(见图2)和Polynomial Model Properties 对话框(见图3) →在Polynomial Model Properties 对话框中定义多项式次方(Polynomial Order )为2(见图3) →单击Apply →单击Close →打开GCP Tool Reference Setup 对话框(见图4 ) 图1 Set Geometric Model 对话框 图2 Geometric Correction Tools 对话框

图像畸变校正程序一

图像畸变校正OPENCV 使用USB摄像头,采集一副图像,然后对图像畸变校正。摄像头事先标定好 #include "cv.h" #include "highgui.h" #include "cxcore.h" #include "cvcam.h" //图像的像素直接提取 #define _I(img,x,y) ((unsigned char*)((img)->imageData + (img)->widthStep*(y)))[(x)] //亚像素级灰度值 #define _IF(image,x,y) ( ((int)(x+1)-(x))*((int)(y+1)-(y))*_I((image),(int)(x),(int)(y)) + ((int )(x+1)-(x))*((y)-(int)(y))*_I((image),(int)(x),(int)(y+1)) + ((x)-(int)(x))*((int)(y+1)-(y))*_I((imag e),(int)(x+1),(int)(y)) + ((x)-(int)(x))*((y)-(int)(y))*_I((image),(int)(x+1),(int)(y+1)) )//插值后的像素值(IN表示interpolation),x、y可以为小数 void callback(IplImage* image); void main() { int ncams = cvcamGetCamerasCount( );//返回可以访问的摄像头数目 HWND mywin; cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_ENABLE, CVCAMTRUE); cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_RENDER, CVCAMTRUE); mywin = (HWND)cvGetWindowHandle("cvcam window"); cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_WINDOW, &mywin); cvcamSetProperty(0, CVCAM_PROP_CALLBACK, callback); //cvcamGetProperty(0, CVCAM_VIDEOFORMA T,NULL); cvNamedWindow( "径向矫正1", 1 );//创建窗口 cvNamedWindow( "径向矫正2", 1 );//创建窗口 cvcamInit( ); cvcamStart( ); cvWaitKey(0); cvcamStop( ); cvcamExit( ); cvDestroyWindow( "径向矫正1" );//销毁窗口 cvDestroyWindow( "径向矫正2" );//销毁窗口

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