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《多時相遙感圖像配準實驗報告.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、HarbinInstituteofTechnology多時相遙感圖像配準實驗報告課程名稱：遙感信息處理導論院系：電子與信息工程學院姓名：學號：授課教師：哈爾濱工業(yè)大學1.實驗目的對于通過遙感平臺獲取的遙感數(shù)字影像，由于掃描過程中受地球曲率、地球自轉、平臺姿態(tài)、掃描方式等因素的影響，所獲取的圖像往往會產(chǎn)生不同程度的幾何誤差，這些誤差如若不經(jīng)處理，對圖像的后續(xù)應用如分類、目標檢測等會產(chǎn)生很大影響。本實驗的目的就是利用多項式映射和重采樣等方法對兩幅不同時間采集的遙感圖像進行幾何校正處理，從而方便從配準圖像中找到不同時相內(nèi)
2、發(fā)生變化的地物目標信息。2.實驗原理圖像的配準過程主要可以分為三個過程：控制點對選?。ㄗ詣踊蚴謩樱⒆鴺擞成浜瘮?shù)擬合、映射后像素重采樣。1)控制點對選取對于圖像匹配過程，首先要通過控制點對建立兩幅圖像間的坐標聯(lián)系?？刂泣c的選取有可分為自動和手動兩種方式。對于自動選取，可以采用SIFT等算法實現(xiàn)；對于手動選取，需要實驗人員通過目測觀察的方法找到不同時相的遙感圖像中的相同目標，這些控制點可以是建筑物的頂點、道路等的交叉點等或其他較容易分辨的位置。選出控制點后將這些點的坐標信息記錄下來，值得注意的是所選控制點的數(shù)量、分布
3、情況以及精度會直接影響配準結果的精度和質(zhì)量。2)圖像幾何校正圖像的配準實質(zhì)上就是通過圖像的幾何校正，將產(chǎn)生幾何失真的圖像轉換為標準的數(shù)字圖像。采用的方法就是通過一定的映射函數(shù)將原圖像的像素坐標轉換為標準圖像中的坐標其中表示原圖像中的像素坐標值，表示參考圖像中的像素坐標值。映射函數(shù)的選擇可以有多種形式，一般較為簡單常用的是多項式函數(shù)，以二次多項式函數(shù)為例，映射函數(shù)的具體形式為其中，，分別表示二次多項式橫縱坐標映射函數(shù)中對應項的系數(shù)，通過選定控制點，可以將這些系數(shù)項求解出來。假設在兩幅圖像中總共選擇了n對控制點，根據(jù)n
4、對控制點的坐標可以得到如下兩個方程組，如果另，，，，那么上述兩個方程組的向量和矩陣形式便可以寫作對于二次多項式來講，每個方程組都有6個未知數(shù)，所以至少需要6對控制點才可以求解出各次項的系數(shù)，在實際實驗中，為了使得到的模型更加準確，一般會選擇多于6對的控制點進行計算，求解出最小二乘意義下最優(yōu)系數(shù)和。此處的誤差根據(jù)映射后的待配準像素坐標和參考像素坐標間差的絕對值求平均來計算，橫縱坐標的誤差計算公式分別為其中，表示向量或矩陣中所有元素的絕對值之和。在計算出多項式系數(shù)后便得到了圖像的幾何校正多項式模型，根據(jù)待配準圖像中每一
5、像素的坐標值便可以計算出其在參考圖像中的位置。3)圖像重采樣/柵格化經(jīng)過二次多項式映射后的各像素坐標并不能保證在參考圖像的坐標系中處于整數(shù)點位置，它們在二維平面中的分布可能是散亂的無規(guī)律點，所以需要經(jīng)過一個重采樣/柵格化過程，根據(jù)這些無規(guī)律分布點的像素值將其對應的整數(shù)點位置的像素值計算出來。一般常用的方法有最近鄰插值、雙線性插值、三次卷積插值。其原理示意圖如下所示：圖1(a)最近鄰插值圖1(b)雙線性插值圖1(c)三次多項式插值1.實驗步驟本次遙感圖像配準實驗是在MATLAB平臺下實現(xiàn)的，大致步驟如下：1)圖像數(shù)據(jù)
6、的導入和控制點選擇首先將兩幅不同時間獲取的遙感影像數(shù)據(jù)600X900_.jpg和600X900_.jpg導入到MATLAB的工作區(qū)中，可以看到兩幅圖像分別存儲在矩陣變量x600X900_和x600X900_中。然后用cpslect函數(shù)實現(xiàn)控制點的手動選取，命令為cpslect(‘x600X900_’,’x600X900_’);其中前者為待配準圖像，后者為參考圖像。在控制點選擇窗口中，通過目測觀察，尋找兩幅圖像中較為明顯的相同的地物目標，并將其貼上相同的標簽號碼，本實驗共選取了27對控制點，并使其在圖像范圍內(nèi)分布較為
7、均勻。下圖2即為控制點選擇結果。圖2控制點對選擇結果圖在完成控制點對的選擇后，在控制點選擇窗口中選擇file→ExportPointstoWorkspace命令，將選取的控制點對信息保存，然后在MATLAB的工作區(qū)中就會出現(xiàn)兩個變量，其中，movingPoints中存儲的是待配準圖像中的控制點坐標，fixedPoints中存儲的是參考圖像中的控制點坐標。2)幾何校正模型參數(shù)計算及坐標映射以選擇二次多項式校正模型為例，根據(jù)控制點坐標信息計算出待配準控制點信息矩陣A，然后結合參考控制點坐標計算出二次多項式系數(shù)的最小二乘
8、解、，從而確定坐標映射函數(shù)的具體形式。下面兩個表格分別給出了一次和二次多項式映射函數(shù)的系數(shù)。對于待配準圖像中的每一像素坐標，通過多項式映射函數(shù)計算出其對應的參考圖像坐標系中的坐標，表1一次多項式映射系數(shù)i01241.59690.99989.00e-0410.56134.22e-040.9987表2二次多項式映射系數(shù)i01234541.35741.00000.
