遙感數據預處理

§1輻射校正一、遙感圖像的輻射誤差主要有三個因素傳感器的光電變換（…)大氣的影響(…)光照條件(…)傳感器在光電變換的過程中，對各波段的靈敏度是有差異的，也就是說，傳感器對各波段的光譜響應是不同的，由此造成輻射畸變。另外，傳感器的光學鏡頭的非均勻性，會引起邊緣減光，也會造成圖像輻射的畸變。

地物（目標物）的輻射（反射）經過大氣層時，與大氣層發生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的輻射能量，引起輻射畸變。散射作用除降低地物的輻射能量外，大氣散射的部分輻射還會進入傳感器，直接疊加在目標地物的輻射能量之中，成為目標地物的噪聲，降低了圖像的質量。光照條件的不同也會引起輻射畸變，如太陽高度角、地面坡度等，都會引起輻射的畸變。

Tobecontinued…二、鏡頭輻射畸變的校正

在使用透鏡的光學系統中，由于透鏡光學特性，其鏡頭中心和邊緣的透射光強度不一致，使同類地物在圖像上不同位置有不同的灰度值，一般是邊緣部分比中間部分暗。在這類光學系統中，一幅圖像上各像點光的強度分布符合以下規律：

Ep=E0cos4θ

鏡頭的輻射畸變圖示§1輻射校正Tobecontinued…三、光電變換的輻射誤差校正光電變換的掃描儀，輻射誤差主要有兩類：(1)光電轉換誤差；(2)探測器增益變化引起的誤差。

對于該兩項誤差，衛星接收站地面處理系統通常采用楔校準模型和增益校準模型，對衛星圖像進行處理，消除傳感器的光電轉變輻射誤差和增益變化的誤差。Tobecontinued…§1輻射校正以陸地衛星（Landsat）可見光波段為例，校準模型為：

式中：Vr為未校正的輸入亮度值；Vc為校準后的輸出亮度值；為回歸分析所決定的系數，反映了傳感器傳輸特性的增益；K為太陽角校正系數。Tobecontinued…§1輻射校正對于Landsat衛星的MSS圖像和TM圖像按下式進行增益變化校正：

式中：V——已校正過的數據；

Dmax——校正系數，對于MSS為127，對TM為255；

Rmax——探測器能夠輸出的最大輻射亮度；

Rmin——探測器能夠輸出的最小輻射亮度；

R——傳感器輸出的未校正輻射亮度。

Tobecontinued…MSS和TM圖像的增益系數§1輻射校正MSS的Rmax和Rmin波段Rmax

和Rmin

Landsat-2Landsat-3Landsat-4Landsat-540.08/2.630.04/2.500.04/2.380.04/2.3850.06/1.760.03/2.000.04/1.640.04/1.6460.06/1.520.03/1.650.05/1.420.05/1.4270.11/3.910.03/4.500.12/3.490.12/3.49Tobecontinued…TM的Rmax和Rmin

波段Rmax

和Rmin

1-0.0099/1.0042-0.0227/2.4043-0.0083/1.4104-0.0194/2.6605-0.00799/0.58736-0.00375/0.359570.1534/1.896Tobecontinued…四、輻射值校準流程圖CCT回歸計算濾波處理校準處理CCTCiDi

ViVi

αn

bn

αs(n)

bs(n)輻射值校準流程圖CCT

回歸計算

濾波處理校準處理CCTTobecontinued…§1輻射校正五、大氣散射校正大氣校正就是指消除由大氣散射引起的輻射誤差的處理過程。大氣校正的方法:利用輻射傳遞方程進行大氣校正；利用地面實況數據進行大氣校正；利用輔助數據進行大氣校正。實際像場大氣的校正：野外現場波譜測試（回歸分析法）；大氣參數測量；波段對比分析（直方圖法）。Tobecontinued…§1輻射校正回歸分析法Tobecontinued…回歸分析校正法直方圖法

如果在某一像場中存在亮度值為零的目標地物，地物是平靜清潔的水面或地形陰影區，則任一波段亮度值都應為零。所以只要對選擇區域內波段的圖像進行灰度統計給出其直方圖，則直方圖上頻率最小的灰度值就是大氣改正值。大氣校正就是移動直方圖的最小值至零值位置。Tobecontinued…調整前直方圖亮度值亮度值調整后直方圖像元數百分比/%像元數百分比/%六、太陽高度角的輻射誤差校正太陽高度角引起的畸變校正是將太陽光線傾斜照射時獲取的圖像校正為太陽光線垂直照射時獲取的圖像。太陽的高度角θ可根據成像時刻的時間、季節和地理位置來確定，即：

sinθ=sin

·sinδ±cos

·cosδ·cost

太陽高度角的校正是通過調整一幅圖像內的平均灰度來實現的。多光譜圖像上的陰影可以通過圖像之間的比值予以消除。比值圖像是用同步獲取的相同地區的任意兩個波段圖像相除而得到的新圖像。Tobecontinued…§1輻射校正七、地形坡度輻射誤差校正太陽光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽光的輻射亮度和地面傾斜度有關。若處在坡度為α的傾斜面上的地物影像為g（x，y），則校正后的圖像f（x，y）為：

由上式看出，地形坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對應地區的DEM數據，校正較為麻煩，一般情況下對地形坡度引起的誤差不做校正。下一節本節結束返回§1輻射校正§2幾何校正

一、遙感圖像的幾何變形有兩層含義一是指衛星在運行過程中，由于姿態、地球曲率、地形起伏、地球旋轉、大氣折射、以及傳感器自身性能所引起的幾何位置偏差。二是指圖像上像元的坐標與地圖坐標系統中相應坐標之間的差異。Tobecontinued…二、幾何變形的校正幾何粗校正：這種校正是針對引起幾何畸變的原因進行的，地面接收站在提供給用戶資料前，已按常規處理方案與圖像同時接收到的有關運行姿態、傳感器性能指標、大氣狀態、太陽高度角對該幅圖像幾何畸變進行了校正。幾何粗校正是針對衛星運行和成像過程中引起的幾何畸變進行的校正，即衛星姿態不穩、地球自轉、地球曲率、地形起伏、大氣折射等因素引起的變形。幾何精校正：利用地面控制點進行的幾何校正稱為幾何精校正。Tobecontinued…§2幾何校正三、衛星姿態引起的圖像變形Tobecontinued…§2幾何校正位移變化高度變化速度變化偏航變化俯仰變化側翻變化四、動態掃描圖像的變形Tobecontinued…§2幾何校正五、地球曲率地球曲率引起的像點位移類似于地形起伏引起的像點位移。Δh看作是一種系統的地形起伏，就可以利用像點位移公式來估計地球曲率所引起的像點位移。地球曲率的變形圖示（tobecontinued…)。Tobecontinued…§2幾何校正地球曲率的變形圖示Tobecontinued…§2幾何校正六、大氣折射整個大氣層不是一個均勻的介質，因此電磁波在大氣層中傳播時的折射率也隨高度的變化而變化，使電磁波傳播的路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點的位移，這種像點移位就是大氣折光差（參見下一頁示圖）。對側視雷達圖像的影響（…)。

側視雷達是按斜距投影原理成像的。雷達電磁波在大氣中傳播時，一方面會因大氣折射率的變化而產生路徑彎曲，使傳播路徑變長；另一方面使電磁波傳播速度減慢，傳播時間增加。

Tobecontinued…§2幾何校正大氣折光差示圖Tobecontinued…七、遙感圖像幾何校正方法系統幾何校正（…)。數字圖像幾何校正也稱圖像糾正，其目的是改正原始影像的幾何變形，產生一幅符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像。基本環節有兩個：一是像素坐標變換；二是像素亮度重采樣。按圖像引起幾何畸變的原因，推導出畸變校正公式，這類校正公式一般與傳感器的有關參數、傳感器的位置、姿勢等數據有關，將這些數據代入公式對原始圖像進行幾何校正，叫做系統性校正。

Tobecontinued…§2幾何校正數字圖像糾正的處理過程框圖準備工作

輸入原始數字圖像

建立糾正變換函數

影像范圍確定輸出

逐個像素的幾何位置變換像素亮度值重采樣

輸出糾正后的圖像

Tobecontinued…直接法和間接法糾正方案返回本節結束下一節§3遙感數據的鑲嵌處理數字影像鑲嵌(Mosaicking)是將兩幅或多幅數字影像(它們有可能是在不同的攝影條件下獲取的)拼在一起，構成一幅整體圖像的技術過程。在遙感應用中，影像鑲嵌有著重要的應用。Tobecontinued…一、數字影像鑲嵌原理影像鑲嵌的原理是：如何將多幅影像從幾何上拼接起來，這一步通常是先對每幅圖像進行幾何校正，將它們規劃到統一的坐標系中，然后對它們進行裁剪，去掉重疊的部分，再將裁剪后的多幅影像裝配起來形成一幅大幅面的影像。Tobecontinued…§3遙感數據的鑲嵌處理二、消除拼接縫的算法把待拼接的兩幅圖像先按小波分解的方法，將它們分解為不同頻帶的小波分量。