三、遥感图像几何纠正
∙目的：
掌握遥感图像几何纠正的原理方法；熟悉遥感图像几何纠正的主要过程，特别是几何纠正中控制点的选择方法和要求；能针对具体的遥感图像独立完成其几何纠正，了解对结果作出评价的方法；
图像几何校正的一般流程
四、影像的裁剪
目的：
保留感兴趣区，把非处理对象区去掉，以减小文件占用的内存，加快运行速度。
步骤：
裁剪图像的操作方式有多种，可用查询框裁剪（如下述），也可用多边形裁剪等。
1.在Viewer中显示要裁减的图像，把光标置于图像上，单击右键，在弹出的菜单中选择InquireBox，框住感兴趣区，再点击Apply。
2.再点击DataPrep模块，在其下拉菜单中选择SubsetImage,在弹出的Subset对话框中输入要剪裁的图像文件，并确定输出文件名和路径，输出范围点击FromInqireBox选项。
输出的数据类型、波段数视需要而定。
都设置好后再点击OK即可。
第三部分NDVI计算建模
目的
熟悉建模工具的原理和功能，掌握ERDAS软件的建模工具的使用方法；掌握用建模工具从MODIS数据中提取NDVI的方法，以及对图像进行云掩膜、分级处理的实施过程。
对遇到的问题能自行分析解决。
步骤
NDVI计算建模过程如下流程图所示。
第四部分专题制图
目的:
使学生掌握用ERDAS软件的专题制图模块（MapComposer）进行专题制图编辑，即添加地图图廓线、比例尺、格网线、图例、指北针等辅助信息。
步骤
专题制图的一般流程
第五部分实习报告的编写
目的和要求：
熟悉实习报告的编写方法，用规范的格式编写本课程实习的报告。
课间实验指导
实验一摄影练习
（一）实验目的
进一步巩固课堂教授的关于摄影、焦距、成像、影像重叠度、成像比列尺等基本概念；掌握用数码相机照相的操作，能按照要求摄取具有60%重叠度的一个相对。
了解关于相机的一些基本参数的含义。
（二）实验内容
用富士相机摄取具有60%重叠度的一个相对，并核对摄影比例尺公式
（三）资料和仪器准备
数码富士相机，电脑。
（四）原理
摄影是指使用某种专门设备进行影像记录的过程，一般我们使用机械照相机或者数码照相机进行摄影。
有时摄影也会被称为照相，也就是通过物体所反射的光线使感光介质曝光的过程。
英文摄影Photography一词是源于希腊语φωςphos（光线）和γραφιςgraphis（绘画、绘图）或γραφηgraphê，两字一起的意思是“以光线绘图”。
是指使用某种专门设备进行影像记录的过程，一般我们使用机械照相机或者数码照相机进行摄影。
有时摄影也会被称为照相，也就是通过物体所反射的光线使感光介质曝光的过程。
在进行照相时，光通过小孔（更多时候是一个透镜组）进入暗盒，在暗盒背部（相对於光入射方向）的介质上成像。
根据实际光强度和介质感光能力的不同，要求的光照时间也不同。
在光照过程中，介质被感光。
照相进行完成后，介质所存留的影像信息必须通过转换而再度为人眼所读取。
具体方法依赖于感光手段和介质特性。
对于胶片照相机，会有定影，显影，放大等化学过程。
对于数码照相机，则需要处理器对数据进行计算，再通过电子设备输出。
（五）操作步骤
1．熟悉相机的基本参数；
2．按要求进行摄影；
3．对摄影结果进行分析，验证摄影比例尺公式。
实验二编写单片空间后方交会程序
（一）实验目的
用程序设计语言（C语言）编写一个完整的单片空间后方交会程序，通过对提供的试验数据进行计算，输出像片的外方位元素并评定精度。
本实验的目的在于让学生深入理解单片空间后方交会的原理，体会在有多余观测情况下，用最小二乘平差方法编程实现解求影像外方位元素的过程。
通过上机调试程序加强动手能力的培养，通过对实验结果的分析，增强学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。
（二）实验内容
利用一定数量的地面控制点，根据共线条件方程求解像片6个外方位元素。
原理图：
共线方程：
（三）数据准备
1.已知航摄仪的内方位元素：
fk=153.24mm，x0=y0=0.0mm，摄影比例尺为1:
50000；
2.四对点的影像坐标和地面坐标如下：
点号
像点坐标
地面点坐标
x（mm）
y（mm）
X（m）
Y（m）
Z（m）
1
-86.15
-68.99
36589.41
25273.32
2195.17
2
-53.40
82.21
37631.08
31324.51
728.69
3
-14.78
-76.63
39100.97
24934.98
2386.50
4
10.46
64.43
40426.54
30319.81
757.31
（四）操作步骤
1.获取已知数据。
从摄影资料中查取影像比例尺1/m，平均摄影的航高H，内方位元素x0、y0、f；获取控制点的空间坐标Xt、Yt、Zt。
2．量测控制点的像点坐标并进行必要的影像坐标系统误差改正，得到像点坐标（见上表）。
3．确定未知数的初始值。
单像空间后方交会必须给出待定参数的初始值，在竖直航空摄影且地面控制点大体对称分布的情况下，可按如下方法确定初始值：
式中，m为摄影比例尺分母，n为控制点个数。
可在航迹图上找到，或根据控制点坐标通过坐标正反变换求出。
4．计算旋转矩阵R,利用角元素近似值按下式计算方向余弦，组成R阵。
5．逐点计算像点坐标的近似值。
利用未知数的近似值按共线条件式计算控制点像点坐标的近似值（x）（y）。
例如，计算第一个控制点对应的像点坐标的近似值时，XA、YA、ZA就是第一个控制点的地面坐标。
6．逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程式。
7．计算法方程的系数矩阵A与常数项L，组成法方程式。
8．解求外方位元素。
根据法方程，按（2-5-12）式解求外方位元素改正数，并与相应的近似值求和，得到外方位元素新的近似值。
9．检查计算是否收敛。
将所求得的外方位元素的改正数与规定的限差比较，通常对φ、ω、κ的改正数△φ、△ω、△κ给予限差，这个限差通常为0.1′，当3个改正数均小于0.1′时，迭代停止。
否则用新的近似值重复4~8步骤的计算，直到满足要求为止。
上机调试程序并打印结果。
实验三立体观察
（一）实验目的
了解立体观测仪的结构，并在立体观测仪上观察一个立体像对所形成的立体影像。
通过本实习使学生在像片坐标量测过程中形成人造立体视觉，学会立体观察。
（二）实验内容
熟悉立体观测仪的基本结构，并进行立体观察。
（三）资料和仪器准备
资料：
一个18cm×18cm的立体影像对
左像片
右像片
仪器：
立体观察镜
（四）操作步骤
1.在立体镜下摆放一个像对，左片放在左镜片下，右片放在右镜片下，两片间距与人眼基线相当；
2.固定左片不动，上下左右移动右片，观察者保持左眼看左片，右眼看右片，直到产生立体效应。
实验四全自动数字摄影测量系统认知实验
（一）实验目的
通过本次实验，使学生了解国内数字摄影测量系统的硬件构成、软件构成和其产品，了解数字摄影测量作业的一般流程，为后续实验和实习打下基础。
（二）实验内容
1．参看VirtuoZo数字摄影测量系统的硬件构成、软件构成和其产品
2．参观MapMatrix摄影测量系统的硬件构成、软件构成和其产品
（三）资料准备
1．VirtuoZo数字摄影测量系统简介
2．MapMatrix数字摄影测量系统
（四）操作步骤
1.了解立体视觉的模式
2.了解VirtuoZo数字摄影测量系统的构成
3.了解MapMatrix数字摄影测量系统
实验五编写数字高程模型（DEM）内插程序
（四）实验目的
通过本次实习，使学生进一步理解移动曲面法数字高程模型内插原理，掌握移动曲面法数字高程模型内插原理及其内插子程序的设计方法，了解其它逐点高程内插方法的基本原理。
（五）实验内容
根据提供的10个数据点的坐标（Xn,Yn,Zn）和待求点的平面坐标（Xp,Yp），要求利用移动二次曲面拟合法，由格网点P（Xp,Yp）周围的10个已知点内插出待求格网点P的高程，编制相应的程序并进行调试，最后解算出格网点P的高程并提交源程序代码。
（六）资料准备
已知数据点坐标如下表,编程计算点（110,110）上的高程。
点号
X
Y
Z
1
102
110
15
2
109
113
18
3
105
115
19
4
103
103
17
5
108
105
21
6
105
108
15
7
115
104
20
8
118
108
15
9
116
113
17
10
113
118
22
（七）操作步骤
1.读入已知点的坐标，建立以待定点为原点的局部坐标系；
2.建立误差方程式：
3.组成法方程，解算六个系数：
x=（MTPM）-1MTPZ
4.整理计算结果，以实习报告的形式递交成果。
实验六遥感影像的认知
（一）实验目的
了解航空影像和卫星遥感影像的基本信息。
通过本次实验，使学生进一步理解数字遥感影像，掌握查阅遥感影像相关信息的基本方法，为后续章节的学习打下基础。
（二）实验内容
1.认识高、中、低分辨率的各种遥感影像；
2.借助相关软件查阅影像的几何信息、辐射信息以及其他辅助信息。
（三）资料准备
1.TM、SPOT、MODIS以及雷达影像；
2.ERDAS遥感图像处理软件。
（四）操作步骤
1.对ERDAS遥感图像处理软件的各功能模块进行逐一介绍。
1．用ERDAS软件的viewer打开一幅QuickBird影像，点击Mapinfo图标，从弹出的窗口中，查看关于此影像的各种信息。
2．用ERDAS软件的viewer打开一幅TM影像，点击Mapinfo图标，从弹出的窗口中，查看关于此影像的各种信息。
3．用ERDAS软件的viewer打开一幅MODIS影像，点击Mapinfo图标，从弹出的窗口中，查看关于此影像的各种信息。
实验七遥感图像的几何纠正
（一）实验目的
掌握遥感图像几何纠正的原理方法；
掌握遥感图像几何纠正的主要过程；
熟悉几何纠正中控制点的选择方法和要求；
熟练掌握有关遥感图像软件的性能和操作；
（二）实验内容
以多项式拟合法纠正法进行遥感图像的几何纠正。
（三）实验原理
几何校正（GeometricCorrection）
几何校正是将图像数据投影到平面上，使其符合（Conform）地图投影系统的过程。
将地图坐标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从于一定的地图坐标系统，所以几何校正过程包含了地理参考过程。
1.多项式纠正：
把遥感图像的总体变形看作是图像的平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果，这样的变形用一个严格的数学表达式来描述是困难的，而可以用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。
纠正监督可以满足要求。
2.多项式纠正变换公式为（一般采用二次项）：
式中：
x，y为某像素原始图像坐标；X，Y为同名像素的地面（或地图）坐标。
多项式的项数（即系数个数）N与其阶数n有着固定的关系：
N=（n+1）（n+2）/2
数字图像亮度（或灰度）值的重采样
各像素坐标计算值不为整数时，原始图像阵列中该非整数点位上并无现成的亮度存在，于是就必须采用适当的方法把该点位周围邻近整数点位上亮度值对该点的亮度贡献累积起来，构成该点位的新亮度值，即称为数字图像亮度（或图像灰度）值的重采样。
三种常用的重采样算法。
１）最邻近像元采样法
2）双线性内插法
3）双三次卷积法
（四）资料准备
1.一幅MODIS遥感影像，一幅标准影像；
2.ERDAS遥感图像处理软件。
（五）操作步骤
1.图像几何校正概述（IntroductiontoGeometricCorrection）
在正式开始介绍图像几何校正方法和过程之前，首先对ERDASIMAGINE图像几何校正过程中的几何普遍性问题进行简要说明。
1.1图像几何校正途径（GeometricCorrectionProcess）
在ERDASIMAGINE系统中进行图像几何校正，通常有两种途径启动几何校正模块。
（1）数据预处理途径（StartfromDataPreparation）
ERDAS图标面板菜单条：
MainDataPreparationImageGeometricCorrection打开SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图4.1）
图4.1
图4.2
ERDAS图标面板工具条：
点击DataPrep图标ImageGeometricCorrection打开SetGeo-CorrectionInputFile对话框（图4.1）
在SetGeo-CorrectionInputFile对话框中，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（SelectViewer）
打开SetGeometricModel对话框（图4.2）
选择几何校正计算模型（SelectGeometricModel）OK
打开校正模型参数与投影参数设置对话框
定义校正模型参数与投影参数ApplyClose
打开GCPToolReferenceSetup对话框
确定采点模式，采点校正…..
其二：
首先确定来自文件（FromImageFile）然后选择输入图像（InputImageFile）
打开SetGeomatricModel对话框
选择几何校正模型（SelectGeometricModel）OK
打开校正模型参数与投影参数设置对话框
定义校正模型参数与投影参数ApplyClose
打开GCPToolReferenceSetup对话框
确定采点模式，采点校正…..
对于第一种情况，必须事先在一个视窗中打开需要几何校正的图像，否则无法进行选择。
（2）视窗栅格操作途径（StartfromViewerRaster）
这种途径是首先在一个视窗中打开需要校正的图像，然后在栅格操作菜单中启动几何校正模块，具体过程如下：
视窗菜单条：
RasterGeometricCorrectiom
打开SetGeometricModel对话框（图4.2）
选择几何校正模型（SelectGeometricModel）OK
打开校正模型参数与投影参数设置对话框
定义校正模型参数与投影参数ApplyClose
打开GCPToolReferenceSetup对话框
确定采点模式，采点校正…..
1.2几何校正计算模型（GeometricCorrectionModel）
ERDAS提供了7种图像几何校正计算模型，具体功能如表7.1所列：
表7.1
模型
功能
Affine
图像仿射变换（不做投影变换）
Polynomial
多项式变换（同时做投影变换）
Reproject
投影变换
RubberSheeting
非线性、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
1.3几何校正采点模式（RecordGroundControlPoint）
ERDAS软件提供了9种控制点采点模式，这些模式可以归纳为三大类，具体类型与含义如下表7.2。
表7.2
模式
含义
ViewertoViewer:
ExistingViewer
ImageLayer（NewViewer）
VectorLayer（NewViewer）
AnnotationLayer（NewViewer）
视窗采点模式：
在已打开的视窗中采点
在新打开的图像视窗中采点
在新打开的矢量视窗中采点
在新打开的注记视窗中采点
FiletoViewer:
GCPFile（*.gcc）
ASCIIFile
文件采点模式：
在控制点文件中读点
在ASCII码文件中读点
MaptoViewer:
DigitizingTablet（Current）
DigitizingTablet（New）
地图采点模式：
在当前数字化仪上采点
在新配置数字化仪上采点
上表所列的三类几何校正采点模式，分别应用于不同的情况：
如果已经拥有需要校正图像区域的数字地图、或经过校正的图像、或注记层的话，就可以应用第一种模式（视窗采点模式），直接以数字地图、或经过校正的图像、或注记层作为地理参考，在另一个视窗中打开相应的数据层，从中采集控制点。
如果事先已经通过GPS测量、或摄影测量、或其他途径获得了控制点的坐标数据，并保存为ERDASIMAGINE的控制点文件格式或ASCII数据文件的话，就应该采用文件采点模式，直接在数据文件中读取控制点坐标。
如果前两种条件都不符合，只有硬拷贝的地图或坐标纸作为参考的话，则只好采用第三种类型（地图采点模式），要么先在地图上选点并量算坐标再通过键盘输入坐标数据；要么在地图上选点后，借助数字化仪来采集控制点坐标。
在实际工作中，这三种采点模式都是可以遇到的。
卫星影像几何校正的一般流程（GeneralRectificationWorkflow）
第一步：
显示图像文件（DisplayImageFiles）
首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图标两次，打开两个视窗（Viewer#1、Viewer#2），并将两个视窗平铺放置，操作过程如下：
ERDAS图标面板菜单条：
SessionTileViewers
然后，在Viewer#1中打开需要校正的图像：
***.img，在Viewer#2中打开作为地理参考的校正过的图像：
****.img。
第二步：
启动几何校正模块（GeometricCorrectionTool）
Viewer#1菜单条：
RasterGeometricCorrection
打开SetGeometricModel对话框（图4.2）
选择多项式几何校正计算模型：
PolynomialOK
同时打开Geo-CorrectionTools对话框（图）和PolynomialModelProperties对话框（图4.3）
图4.3
在PolynomialModelPropert
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