实习二 遥感图像的几何校正

――― 遥感数字图像处理试验报告二

（2011-2012第一学期）

题目：遥感图像的几何校正

班级：姓名：

学号：

实习二 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方法和步骤，深刻理解遥感图像几何校正的意

义。

二、实验数据

美国Georgia 州Atalanta 的一景SPOT 全色卫片；三幅哈萨克斯坦的LANDSAT （MSS 和TM ）

影像wasial_mss.img、wasia2_mss.img、wasia3_mss.img；美国西雅图的影像seattl.img ；美

国加利福利亚州圣迭戈的一景Landsat TM影像dmtm.img

三、实验内容

资源卫星数据的校正；图像的仿真变换；航片的正射校正；图像的镶嵌；图像投影变换等。

四、实验步骤

2.1 资源卫星数据Landsat 的校正

以美国Georgia 州Atalanta 的一景SPOT 全色卫片来对同一地区的Landsat 影像做图像对图

像的几何校正，SPOT 卫片已经具有State Plane地图投影，基本步骤为：

（1）显示图像文件

1>打开两个视窗Viewer#1和Viewer#2，在ERDAS 图标面板菜单条中点击Session/Tile

Viewers, 将Viewer#1和Viewer#2平铺放置

2>在视窗Viewer#1中打开需要校正的Landsat TM影像tmAtlanta.img ；Viewer#2中打开作为

地理参考的校正过的SPOT 影像：panAtlanta.img

（2）启动几何校正模块

1>在Viewer#1中点击Raster/Geometric Correction，选择多项式几何校正模型：Polynomial

点击OK ，同时打开如下两个对话框：如图 2-1所示

图 2-1

2>点击Appy ，在点击Close ，打开如下对话框（ 图2-2）：

图2-2 图2-3

注意：该实例采样视窗采点模式，作为地理参考模式的SPOT 图像已经含有投影信息，这里

无需定义投影信息。如果不是采用视窗采点模式，或者参考图像没有包含投影信息，则必须

在这里定义投影类型及其对应的投影参数。

（3）启动控制点工具

如上对话框，点击OK ，打开Viewer Selection Istructions指示器，在Viewer#2中点击左键，

打开如图2-3所示的对话框，点击OK ，整个屏幕自动变为两个主视窗、两个放大窗口

（Viewer#2和Viewer#3）、两个关联窗口（分别位于两个视窗中，指示放大视窗与主视窗的

关系）、控制点工具对话框、几何校正工具等，如图2-4，表面控制点工具被启动，进入控

制点采集状态。

图2-4

（4）采集地面控制点

在GCP 工具启动时，系统缺省设置为自动编辑状态，

1> 点击图标被激活。 ，进入GCP 选择状态，在GCP CellArray中右键点击Color 栏设置颜色。

2> 在Viewer#1中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，如道路交叉处等作为输入

GCP ，然后点击，并在Viewer#3点击左键定点，GCP 将记录刚输入的一个GCP ，

包括编号、标识码、X 坐标、Y 坐标。

3> 在Viewer#2中移动方框位置，寻找相应的地物特征点，作为参考GCP 。然后点击，

并在Viewer#4点击左键定点，系统将自动将参考点的坐标（X Reference,Y Reference ）

显示在GCP CellArray中。

4> 不断重复以上步骤，采用若干GCP ，直到满足所选定的几何校正模型为止，而后每采集

一个Input GCP,系统将自动生成一个Ref.GCP 可以逐步优化校正模型。控制点的总数一

般为方程 最高次方的4~6倍，要删去选中的GCP 时，只需在GCP CellArray 中右键单

击Point#栏，选择Delete Selection即可。

所有的输入GCP 和参考GCP 都可以直接保存在图像图像文件或参考图像文件中（Save Input

/ Save Reference），也可以保存在控制点文件中（Save Input As/ Save Reference As）便于以后

调用，如果是保存在图像文件中，只要打开GCP 工具，GCP 点即会出现在视窗中；如果保

存在GCP 文件中，可以通过加载调用（Load Input/Load Reference）。

（5）采集地面检查点

地面控制点用于控制点计算，建立转换模多项式方程，而地面检查点Check 用于检验

所建立的转换方程的精度和实用性。

1> 在GCP Tool菜单条单击Edit ，选择Set Point Type/Check；GCP Tool/Edit/Point Mathing，

在Point Mathing对话框中定义以下参数：

确定匹配参数：最大搜索半径：3 搜索窗口大小：X ：5 ，Y ：5

确定约束参数：相关阈值：0.8 删除不匹配的点：选择Discard Unmatced Point复选框

2> 确定地面检查点：在GCP Tool工具条选择图标，并点击图标，锁住Create GCP

功能，如同创建控制点那样，分别在Viewer#1和Viewer#2中定义5个检查点，定义完

毕后点击unlock 图标，解除Create GCP功能。

3> 计算检查点误差：在GCP Tool工具条中点击，检查点的误差就会显示在GCP Tool

的上方，只有所有检查点的总误差小于一个像元（Pixel ），才能继续进行合理的重采样。

一般而言，如果控制点定位选择比较准确的话，检查点匹配会较好。

ERDAS 采用均方根RMS Error 来描述GCP 点的单点误差和总误差。

（6）计算转换模型：点击，对话框中Parameters ：改变多项式次数；Transformation:提

供转换矩阵系数，并记录转换模型；Projection:查看和改变投影参数。

（7）图像重采样：

像元属性值的重采样是依据未校正的图像的灰度值，采用某种方法估算校正后的图像像元灰

度值的过程。ERDAS IMAGING 提供三种重采样算法：最近邻插值（将最邻近像元值直接

赋予输出像元）、双线性插值（用双线性方程和2*2窗口计算输出像元）、三次卷积插值（用

三次方程和4*4窗口计算输出像元值）。

点击，打开Resample 对话框，Resample Method：Bilinear Interpolation ；Output Cell Size：

X ：30、Y ：30，设置输出统计中忽略零值：Ignore Zero in Stats.

（8）保存几何校正模块：定义模式文见（*.gms）

（9）检验校正结果：

1>右键Viewer#1，点击Geo.Link/Unlink,左键单击Viewer#2,建立与Viewer#1的连接。

2>右键Viewer#1，点击Inquire Cursor ，打开光标查询对话框，移动光标，观测在两屏幕这

噢噢那个的位置和匹配程度，并注意查询光标在对话框中的数据变化。

2.2 图像的仿真变换

图像的仿射变换就是对图像进行旋转、平移、翻转、拉伸等一次线性变换，以便图像的

北方向真正朝上。

1>打开tmAtalanta.img, 点击Raster/Geometric Correction/Affine，设置参数。

2> 点击，进行图像重采样操作。

2.3图像镶嵌：

图像镶嵌是将具有地理参考的若干相邻图像拼接成一幅图像或一组图像，需要拼接的输入图

像必须含有地图投影信息，或者说输入图像必须经过几何校正处理或进行过校正标定。所以

输入的图像可以具有不同的投影类型、不同像元大小，但必须具有系统的波段数。

以三幅哈萨克斯坦的LANDSAT （MSS 和TM ）影像wasial_mss.img、wasia2_mss.img、

wasia3_mss.img为例。

（1）显示图像

在同一视窗中分别加载wasial_mss.img、wasia2_mss.img、wasia3_mss.img，并不选Clear

Display, 选择Background Transparent 和Fit to Fame.

（2）启动图像拼接工具：点击

（3）加载Mosaic 图像： 点

击，选择Mosaic Images ，分别添加wasial_mss.img、wasia2_mss.img、

wasia3_mss.img，并设置图像镶嵌区域：Compute Active Area

（4）图像重叠组合：点击选择与该模式对应的调整图像叠置次序的图标进行上下调整。

，将Matching Method：Overlap Area（匹配重叠区域），（5）图像色彩匹配设置：点击

点击 /，设置参数：Intersection Type(相交类型) ：Cutline Exists(已有裁切线) ；Select

Function(重叠区像元灰度值函数) ：Cut/Feather(羽化)

（6）定义输出图像：点击/，打开Output Image Options对话框：Define Output Map

Area(定义输出地图区域) ：Union of All Inputs

（7）运行Mosaic 工具：点击Process/Run Masaic，弹出的对话框设置输出图像区域：All

2.4 图像重投影变换

图像的重投影变换是将图像文件从一中地图投影类型转换到另外一种投影类型，一图像几何

校正过程中的投影变换相比，这种直接的投影变换可以避免多项式近似值的拟合，对大范围

图像的地理参考是非常有意义的。

以美国西雅图的影像为例，进行图像重投影变换练习。

（1）启动图像重投影变换：点击，选择Reproject Images.

（2）图像重投影变换操作：设置参数如下图2-5：

图2-5 图2-6

2.5图像子集裁剪：

（1）矩形子集裁剪：矩形子集的裁剪是指裁剪图像的边界范围是一个矩形，通过左上角和

右下角两点的坐标确定图像的裁剪位置。

以美国加利福利亚州圣迭戈的一景Landsat TM影像dmtm.img 为例介绍其操作方法。 点击，选择Subset Image，定义参数，如图2-6：

（2）多边形子集裁剪：

1>AOI多边形裁剪

2>多边形Coverage 子集裁剪

按照行政区划或者自然区划边界进行图像的裁剪，往往是先利用ArcGIS 或ERDAS 的矢量

模块绘制精确的边界多边形Polygon ，然后以此Polygon 为边界进行图像裁剪，过程：

● 将多边形转换成栅格图像文件

在ERDAS IMAGING图标面板菜单条中点击Main/Image Interpreter/Utilities/Vector to Raster,

打开如图2-7所示对话框，并设置参数：

图2-7 图2-8

● 然后通过掩膜运算实现图像不规则裁剪

在ERDAS IMAGING图标面板菜单条中点击Main/Image Interpreter/Utilities/Mask,设置参数

如图2-8，点击OK 。

校正结果对比：

校正前图像

校正后的图像 参考图像

五、实习心得

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。产生的畸变给定

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准以使其接近真

实的地理状况。

遥感影像相对于地图投影坐标系统进行配准校正，需要找到遥感影像与地图投影系统之

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

上位置从而得到校正后的图像。Erads 软件中提供了7种几何校正模型，具体如下：

相应的控制点，求出二元二次多项式函数x ' =a 0+a 1x +a 2y +a 3xy +a 4x 2+a 5y 2

y =b 0+b 1x +b 2y +b 3xy +b 4x +b 5y ' 22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。

几何校正后，我们进一步判断所选控制点的准确性，一般要求RMS 要小于0.5，若没有

达到要求应重选点或者对所选点进行调整。在控制点采集过程中，随着控制点采集的完成，

转换模型就自动生成，单击Geometric Correction Tools 对话框中的图标

Transformatin 可查阅多项式参数。如下图所示： ，对画框中

几何校正后，通过三幅图像的对比，可以发现校正后的图像相对于校正前的影像房屋、道路等影像信息发生了变化，像元的坐标发生了变化，而其变化后的地物特征更加接近参考图像的地物特征。

通过本次上机实验及实验报告的撰写，对遥感图像几何校正的原理、方法和具体步骤有了一个清晰的认识，几何校正能在很大程度上对遥感影像在几何位置上发生的变化进行调整，减少地形起伏、地球曲率等因素对遥感影像的影响，从而为各种科学研究提供反应真是情况的遥感影像。

在几何校正的过程中应注意操作的规范性和态度的严谨，尤其在控制点的采点过程中应注意以下内容：

1) 控制点选取的最低限额是按未知系数的多少来确定的。一次多项式有6个系数，

需要6个方程来求解，因此需要3个控制点的3对坐标值，及6个坐标数。二次多项式有12个系数，需要12个方程，即6个控制点。依次类推，对于n 次多项式，控制点的最少数目为（n+1）（n+2）/2；

2) 在条件允许的情况下，控制点的选取要大于最低数很多，从而保证几何校正的效

果；

3) 控制点的选择要以配准对象为依据，关键在于建立待匹配的两种坐标的对应点关

系；

4) 控制点应选取图像上易分辨且较精细的特征点，如道路交叉点、或分叉处、房屋

墙角等；

5) 特征变化大地区应该多选控制点；