幾何校正,正射校正,影像配準,輻射定標,輻射校正,大氣校正,地表反射率、表觀反射率 ,RS、GIS中的地理編碼

2021-12-28 小星學知識

註:本文摘自CSDN博主「冰清-小魔魚」的原創文章。原文連結:https://blog.csdn.net/lijie45655/article/details/80863515

遙感影像校正(糾正)分為幾何校正和輻射校正,幾何校正又細分為粗糾正,精糾正,混合糾正,正射校正等,輻射糾正分為輻射定標,輻射校正,大氣糾正等。這些概念容易混淆,在此予以澄清。

一、幾何校正


概念:指通過一系列的數學模型來改正和消除遙感影像成像時因攝影材料變形、物鏡畸變、大氣折光、地球曲率、地球自轉、地形起伏等因素導致的原始圖像上各地物的幾何位置、形狀、尺寸、方位等特徵與在參照系統中的表達要求不一致時產生的變形。

幾何校正是消除或改正遙感影像幾何誤差的過程。遙感影像的變形誤差,大體分為兩類:靜態誤差和動態誤差。參照兩種誤差類別,幾何校正分為幾種:幾何粗校正,幾何精校正,混合校正及正射校正。我們工作中常常提到的校正是指精糾正。

幾何粗校正:針對引起畸變原因而進行的校正。(畸變原因:攝影材料變形、物鏡畸變、地球曲率、地球自轉)

幾何精校正:利用控制點進行的幾何校正,它是用一種數學模型來近似描述遙感圖像的幾何畸變過程,並利用畸變的遙感圖像與標準 地圖之間的一些對應點(即控制點數據對)求得這個幾何畸變模型,然後利用此模型進行幾何畸變的校正,這種校正不考慮引起畸變的原因。

混合校正:將幾何粗校正和幾何精校正一起做,它常常把精密星曆也納入糾正模型中。

註:考慮到人們已習慣於用正射投影地圖,多數遙感影像的幾何校正以正射影像為基準進行,某種情況下,它又和影像配準比較相近。但幾何糾正初衷是消除影像的幾何誤差,而誤差依然是存在的。

二、影像配準

影像配準(Image registration)就是將不同時間、不同傳感器(成像設備)或不同條件下(天候、照度、攝像位置和角度等)獲取的兩幅或多幅圖像進行匹配、疊加的過程。影像配準則是從一幅影像到另一幅影像的匹配,大多數情況下,它是一種相對的匹配方式。

圖像配準(Registration):同一區域裡一幅圖像(基準圖像)對另一幅圖像校準,以使兩幅圖像中的同名像素配準。

圖像糾正(Rectification):藉助一組控制點,對一幅圖像進行地理坐標的校正。又叫地理參照(Geo-referencing)

圖像地理編碼(Geo-coding):特殊的圖像糾正方式,把圖像矯正到一種統一標準的坐標系。

圖像正射校正(Ortho-rectification):藉助於地形高程模型(DEM),對圖像中每個像元進行地形的校正,使圖像符合正射投影的要求。

三、正射校正

正射校正一般是通過在像片上選取一些地面控制點,並利用原來已經獲取的該像片範圍內的數字高程模型(DEM)數據,對影像同時進行傾斜改正和投影差改正,將影像重採樣成正射影像。將多個正射影像拼接鑲嵌在一起,並進行色彩平衡處理後,按照一定範圍內裁切出來的影像就是正射影像圖。。

註:正射校正是幾何校正的一種,它改正了因地形起伏和傳感器誤差而引起的像點位移的影像,需要高程點或DEM,在地形起伏較大的地區精度較高。正射糾正與一般幾何糾正的區別在於是否加入了數字高程模型。

四、輻射校正

1.概念:進入傳感器的輻射強度反映在圖像上就是亮度值(或灰度值)。輻射強度越大,亮度值就越大。該值主要受兩個物理量的影響:一是太陽輻射照射到地面的輻射強度,二是地物的光譜反射率。當太陽輻射相同時,圖像上亮度的差異直接反應了地面反射率的差異。但實際測量時,發現輻射強度值還受其他因素的影響,這一改變的部分就是需要校正的部分,故稱輻射畸變。

引起輻射畸變的原因有:

(1)傳感器本身的誤差

(2)大氣對輻射的影響

(3)地形對輻射的影響(地形校正)

輻射校正是指對由於外界因素,數據獲取和傳輸系統產生的系統的、隨機的輻射失真或畸變進行的校正,消除或改正因輻射誤差而引起影像亮度畸變的過程。

2.輻射校正方法:(1)直方圖最小值去除法;(2)回歸分析法

3.針對引起輻射畸變的原因,完整的輻射校正包括:輻射校正、傳感器校正、大氣校正、地形校正和太陽高度角校正。

DN值(Digital Number ):遙感影像像元亮度值,記錄地物的灰度值。無單位,是一個整數值,值大小與傳感器的輻射解析度、地物發射率、大氣透過率和散射率等相關。反映地物的輻射率radiance

地表反射率:地面反射輻射量與入射輻射量之比,表徵地面對太陽輻射的吸收和反射能力。反射率越大,地面吸收太陽輻射越少;反射率越小,地面吸收太陽輻射越多,表示:surface albedo

表觀反射率:表觀反射率就是指大氣層頂的反射率,輻射定標的結果之一,大氣層頂表觀反射率,簡稱表觀反射率,又稱視反射率。

五、輻射定標

輻射定標是用戶需要計算地物的光譜反射率或光譜輻射亮度時,或者需要對不同時間、不同傳感器獲取的圖像進行比較時,都必須將圖像的亮度灰度值轉換為絕對的輻射亮度,這個過程就是輻射定標。輻射定標按照位置的不同有幾種定標方式:

實驗室定標:在遙感器發射之前對其進行的波長位置、輻射精度、空間定位等的定標,將儀器的輸出值轉換為輻射值。有的儀器內有內定定標系統。但是在儀器運行之後,還需要定期定標,以監測儀器性能的變化,相應調整定標參數。

光譜定標:其目的是確定遙感傳感器每個波段的中心波長和帶寬,以及光譜響應函數

絕對定標:通過各種標準輻射源,在不同波譜段建立成像光譜儀入瞳處的光譜輻射亮度值與成像光譜儀輸出的數字量化值之間的定量關係

相對定標:確定場景中各像元之間、各探測器之間、各波譜之間以及不同時間測得的輻射量的相對值。

機上定標用來經常性的檢查飛行中的遙感器定標情況,一般採用內定標的方法,即輻射定標源、定標光學系統都在飛行器上,在大氣層外,太陽的輻照度可以認為是一個常數,因此也可以選擇太陽作為基準光源,通過太陽定標系統對星載成像光譜儀器進行絕對定標。

場地定標指的是遙感器處於正常運行條件下,選擇輻射定標場地,通過地面同步測量對遙感器的定標,場地定標可以實現全孔徑、全視場、全動態範圍的定標,並考慮到了大氣傳輸和環境的影響。該定標方法可以實現對遙感器運行狀態下與獲取地面圖像完全相同條件的絕對校正,可以提供遙感器整個壽命期間的定標,對遙感器進行真實性檢驗和對一些模型進行正確性檢驗。但是地面目標應是典型的均勻穩定目標,地面定標還必須同時測量和計算遙感器過頂時的大氣環境參量和地物反射率。

六、大氣校正

1.概念

大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對地物反射的影響,獲取地物反射率、輻射、地表溫度等真實物理模型參數,用來消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧等對地物反射的影響,消除大氣分子和氣溶膠散射的影響。大多數情況下,大氣校正同時也是反演地物真實反射率的過程。

2.方法分類

絕對大氣校正方法:基於輻射傳輸的MORTRAN模型、LOWTRAN模型、ACTOR模型和6S模型等

相對大氣校正方法:基於統計的不變目標法、直方圖匹配法。

七、 地理編碼

GIS 中的地理編碼:是指將坐標對、地址或地名等位置描述轉換為地球表面上某位置的過程,它又叫地址匹配。

RS中的地理編碼:是一種特殊的圖像糾正方式,把圖像糾正到一種統一標準的坐標系。

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