遥感影像几何校正方法研究与应用

论文摘要

遥感数字影像是通过卫星高空拍摄地物电磁辐射记录,是地物三维信息的二维投影,是地物的波谱信息、空间信息和时间信息的综合描述。在遥感影像的成像过程中由于卫星飞行轨道高、飞行速度快、摄影视场角变化等因素,导致拍摄的遥感影像产生几何畸变,地物点在影像上的实际投影出现像点位移,所以首先要对影像进行几何校正,为后续的影像融合、影像分类等应用提供可靠基础。本文对遥感传感器成像模型、几何校正模型、几何畸变因素和地面控制点采集方法做了深入分析和研究,在此基础上结合基于视窗的采集模式以及一种影像自动匹配算法,设计并实现了遥感影像几何校正系统。研究了基于视窗的控制点采集模式,针对现有商业软件在地面控制点采集时,存在图像自动匹配失误时不能进行人工干预的问题,本文采用了自动匹配与人工干预相结合的方法,在进行图像自动匹配选择控制点之后,若控制点的误差不在允许范围内,则进行人工干预调整控制点位置,该采集模式综合图像自动匹配和人工判断的优点,仿真实验证明本方法能够提高控制点采集的精确度。采用了一种基于灰度归一化互相关和边缘归一化互相关相结合的自动匹配算法,影像匹配成功后,将不变质心点作为控制点参与校正模型解算,在进行地面控制点采集时能达到较高准确度。本文设计开发了遥感影像几何校正系统。该系统采用VC6.0为开发平台,利用MFC、OpenCV、HALCON进行开发,该系统的功能主要有影像存取、控制点管理、多项式几何校正等,该系统中实现了本文所确定的采集模式和影像自动匹配算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容及章节安排
• 2 遥感数字影像的性质和特点
• 2.1 遥感数字影像的性质
• 2.2 遥感数字影像的特点
• 2.3 遥感影像的成像设备分类和数据存储
• 2.4 小结
• 3 成像模型和几何畸变因素
• 3.1 遥感传感器成像模型
• 3.1.1 共线方程模型
• 3.1.2 多项式模型
• 3.1.3 有理函数模型
• 3.1.4 CCD线阵推扫式传感器模型
• 3.2 遥感影像几何畸变因素
• 3.2.1 外方位元素引起的影像畸变
• 3.2.2 大气折射引起的影像畸变
• 3.2.3 地球自传引起的影像畸变
• 3.2.4 地球曲率引起的影像畸变
• 3.2.5 地形起伏引起的影像畸变
• 3.3 小结
• 4 几何校正方法和控制点选择
• 4.1 几何校正方法
• 4.1.1 像素几何位置的变换
• 4.1.2 像素灰度重采样
• 4.2 地面控制点的采集模式
• 4.2.1 GCP的采集模式
• 4.2.2 目视判断原则
• 4.3 图像匹配算法
• 4.3.1 灰度归一化互相关
• 4.3.2 边缘归一化互相关
• 4.3.3 本文设计的自动匹配算法
• 4.3.4 仿真实验及结果分析
• 4.4 本文设计的控制点采集模式
• 4.5 小结
• 5 遥感影像几何校正系统的设计与实现
• 5.1 现有遥感几何校正系统功能及结构分析
• 5.2 遥感影像几何校正系统的设计
• 5.3 系统的开发环境与开发工具
• 5.4 遥感影像几何校正系统的实现
• 5.4.1 系统控制流程
• 5.4.2 系统界面
• 5.4.3 数据存取模块
• 5.4.4 几何校正模块
• 5.4.5 控制点采集模块
• 5.4.6 重采样模块
• 5.5 实验及结果分析
• 5.5.1 实验一
• 5.5.2 实验二
• 5.5.3 结论
• 5.6 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果