? ? 遙感影像在成像過程中受太陽高度角、大氣狀況、地球曲率、地形起伏、傳感器自身的性能等因素影響，存在明顯的幾何和輻射畸形。在對(duì)遙感影像進(jìn)行信息提取和定量分析之前，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，主要包括:幾何校正、輻射校正、遙感圖像處理和影像制圖。經(jīng)過預(yù)處理的影像，需經(jīng)過圖像處理及影像制圖，再用于遙感解譯。

1.1 遙感影像幾何校正

? ? ? ?原始遙感影像通常存在嚴(yán)重的幾何變形，這種幾何變形一般分為系統(tǒng)性和非系統(tǒng)性兩大類。系統(tǒng)性幾何變形是有規(guī)律和可以預(yù)測(cè)的，因此可以應(yīng)用模擬遙感平臺(tái)及遙感器內(nèi)部變形的數(shù)學(xué)公式或模型來預(yù)測(cè)。非系統(tǒng)性幾何變形是不規(guī)律的，可以是遙感器平臺(tái)高度、經(jīng)緯度、速度和姿態(tài)等的不穩(wěn)定，以及地球曲率和空氣折射的變化等，一般很難預(yù)測(cè)。

? ? ? 遙感影像幾何校正的目的主要是消除影像上的幾何變形，使影像能與實(shí)地在空間位置關(guān)系上準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)起來。一般校正的內(nèi)容主要包括：系統(tǒng)幾何校正，投影變形校正和幾何精校正。其中，系統(tǒng)幾何校正和投影變形校正主要由地面接收站在向用戶提供資料之前，已經(jīng)按照常規(guī)的處理方案結(jié)合影像同時(shí)接收到的有關(guān)運(yùn)行姿態(tài)、傳感器性能指標(biāo)、大氣狀況、太陽高度角等數(shù)據(jù)對(duì)該幅影像的幾何畸變進(jìn)行了幾何粗校正。而對(duì)于廣大影象用戶拿到的影像數(shù)據(jù)，所要真正做的幾何校正是幾何精校正，也就是在保證精度達(dá)到要求的條件下，利用一定的數(shù)學(xué)模型將影像轉(zhuǎn)換到所需要的投影下，這樣就能使影像和其他具有相同地理參數(shù)的同地區(qū)數(shù)據(jù)在空間位置上相匹配。

? ? ? 幾何精校正通常采用多項(xiàng)式法進(jìn)行校正。該方法機(jī)理是通過若干控制點(diǎn)，建立不同影像間的多項(xiàng)式空間變換和像元插值運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)遙感影像與實(shí)際地理圖件間的配準(zhǔn)，達(dá)到消減及消除遙感影像的幾何畸變的目的。

1.1.1 地面控制點(diǎn)的選取及多項(xiàng)式校正模型

1. 地面控制點(diǎn)的選取

? ? ? 選取控制點(diǎn)是為于建立影像上像素點(diǎn)與實(shí)際地物同名點(diǎn)或地圖上對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，要求對(duì)控制點(diǎn)的選取數(shù)量要足夠多，精度也要有一定的保證?？刂泣c(diǎn)的精度和選取的難易度與影像質(zhì)量地物特征及影像空間分辨率密切相關(guān)，這是幾何校正中最重要的一步。地面控制點(diǎn)選取的原則如下：地面控制點(diǎn)在影像上有明顯的、清晰的地別標(biāo)志，如道路交叉點(diǎn)、河流岔口、建筑物邊界、農(nóng)田界線；地面控制點(diǎn)上的地物不隨時(shí)間而變化，以保證當(dāng)兩幅不同時(shí)段的影像或地圖在進(jìn)行幾何校正時(shí)，可以同時(shí)識(shí)來；在沒有做過地形校正的影像上選控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在同一地形高度上進(jìn)行；地面控轉(zhuǎn)應(yīng)當(dāng)均勻地分布在整幅影像內(nèi)，而且要有一定的數(shù)量保證。

2.多項(xiàng)式校正模型

? ? ? 控制點(diǎn)選擇好之后，要分別計(jì)算控制點(diǎn)在基準(zhǔn)影像和待配準(zhǔn)影像上的像元坐標(biāo)或相應(yīng)的地理坐標(biāo)。然后選擇合適的坐標(biāo)變換函數(shù)（即數(shù)學(xué)校正模型），建立基準(zhǔn)影像和待配準(zhǔn)影像之間的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系式，通常又稱為多項(xiàng)式校正模型。對(duì)于一般的幾何校正，可以使用一次線性多項(xiàng)式校正模型，對(duì)于精度要求較高的可以使用二次或三次多項(xiàng)式校正模型。對(duì)影像進(jìn)行多項(xiàng)式校正的目的是對(duì)待配準(zhǔn)影像的像元坐標(biāo)進(jìn)行重新定位，使其與基準(zhǔn)影像的坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。

1.1.2 影像重采樣

? ? ? 重新定位后的像元在原影像中的分布是不均勻的，即輸出影像像元點(diǎn)在輸人影像中的行列號(hào)不是或不全是整數(shù)關(guān)系。因此，需要根據(jù)輸出影像上的各像元在輸入影像中的位置，對(duì)原始影像按一定規(guī)則重新采樣，進(jìn)行亮度值的插值計(jì)算，建立新的影像矩陣。

?常用的內(nèi)插方法包括：

? ? ? ①最鄰近法，是將最鄰近的像元值賦予新像元，如將原影像中某像元的亮度值賦給輸出影像中對(duì)應(yīng)的帶陰影的像元。該方法的優(yōu)點(diǎn)是輸出影像仍然保持原來的像元值，過程簡(jiǎn)單，處理速度快。但是該方法也有局限性，即該方法最大可產(chǎn)生半個(gè)像元的位置偏移，可能造成輸出影像中某些地物的不連貫。

? ? ? ②雙線性內(nèi)插法，是使用鄰近4個(gè)點(diǎn)的像元值，按照其距內(nèi)插點(diǎn)的距離賦予不同的權(quán)重，進(jìn)行線性內(nèi)插。該方法具有平均化的濾波效果，邊緣受到平滑作用，從而產(chǎn)生一個(gè)比較連貫的輸出影像。其缺點(diǎn)是破壞了原來的像元值，在之后的波譜識(shí)別分類分析中，會(huì)引起一些問題。

? ? ? ③三次卷積內(nèi)插法，是使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的16個(gè)像元值，用三次卷積函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插。這是三種重采樣方法中較為復(fù)雜的一種，它對(duì)影像特征邊緣有所增強(qiáng)，并具有均衡化和清晰化的效果，但是它仍然破壞了原來的像元值，且計(jì)算量較大。

? ? ? 影像重采樣不僅是在幾何校正中重要的一步，而且在一些圖像處理中也是需要的，如在對(duì)不同時(shí)段、不同空間分辨率影像之間，以及與GIS中其他數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)和不同層之間復(fù)合。

1.2 遙感影像輻射校正

? ? ? 國內(nèi)外對(duì)大氣校正的研究有許多成果，主要是采用不同的校正模型來處理，主要包括如下方法：

? ? ? ①圖像特征模型法：這是一種相對(duì)的大氣校正法，不需要測(cè)量實(shí)際的大氣環(huán)境情況及實(shí)際地面光譜，僅僅是利用遙感影像所包含的信息，如一些植被指數(shù)運(yùn)算可以部分消除大氣影響，以及暗目標(biāo)法等。一般只適用于小范圍，并且處理后的影像存在不同的噪聲，效果不是很好。

? ? ? ②統(tǒng)計(jì)模型法：即利用遙感影像上選定的地物的灰度值和相應(yīng)成像時(shí)間實(shí)地所測(cè)的地物反射光譜值，建立統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算校正量來對(duì)整幅影像進(jìn)行校正。該方法需要成像時(shí)的實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)，對(duì)于以往沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的歷史影像和實(shí)地條件困難無法進(jìn)行實(shí)測(cè)的影像數(shù)據(jù)，不能用此方法來校正。

? ? ? ③理論模型法：主要利用大氣輻射傳輸理論建立方程，建立大氣改正模型來校正大氣干擾。該方法基于嚴(yán)密的物理模型，是一種絕對(duì)大氣校正方法。

1.3 遙感圖像處理及影像制圖

1.3.1 遙感圖像融合和增強(qiáng)

1.遙感圖像融合

? ? ? 圖像融合是通過一種特定的算法將兩幅或多幅圖像合成一幅新圖像。多源遙感影像數(shù)據(jù)所含有的信息具有合作性、互補(bǔ)性，以及影像數(shù)據(jù)的冗余性。為了更加合理、有效地利用數(shù)據(jù)的信息，遙感圖像融合能使分別具有一定空間分辨率、波譜分辨率和時(shí)間分辨率的一組圖像數(shù)據(jù)全部納入統(tǒng)一的時(shí)空內(nèi)，構(gòu)成一組新的空間信息，融合成一幅新的圖像，彌補(bǔ)了單一信息的不足，達(dá)到了多種信息資源的相互補(bǔ)充，改善了目標(biāo)識(shí)別的視覺效果，提高了綜合分析的精度。

2.遙感圖像增強(qiáng)

? ? ? 遙感圖像增強(qiáng)的目的是突出相關(guān)的主題信息，提高圖像的視覺效果。常用的圖像增強(qiáng)方法包括：圖像反差調(diào)整、圖像平滑、圖像銳化、多光譜圖像四則預(yù)算等。

1.3.2 圖像鑲嵌和影像制圖

1.圖像鑲嵌

? ? ? 當(dāng)工作區(qū)域涉及不同景數(shù)據(jù)時(shí)，影像制圖過程中必須進(jìn)行鑲嵌處理，鑲嵌處理過程實(shí)質(zhì)是一個(gè)在數(shù)據(jù)重疊范圍內(nèi)的配準(zhǔn)和色調(diào)調(diào)整的過程。應(yīng)根據(jù)圖幅分布情況，選出處于工作區(qū)中心部位的一幅圖像作為鑲嵌的基準(zhǔn)像幅，其他圖像以此為基準(zhǔn)依次準(zhǔn)近到遠(yuǎn)進(jìn)行鑲嵌。

（1）圖像幾何配準(zhǔn)

? ? ? 對(duì)要鑲嵌的圖像進(jìn)行精確配準(zhǔn)，使它們處于同樣的空間坐標(biāo)系統(tǒng)之下。一般采用在圖像之間利用控制點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)，另外再使用同名點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)，即依據(jù)兩景數(shù)據(jù)上的同名量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到另外一景數(shù)據(jù)的過程中，使兩幅圖像重疊部位幾何上更趨于一致。

（2）相鄰圖像顏色匹配

? ? ? 針對(duì)一定方法對(duì)相鄰圖像進(jìn)行顏色匹配，使不同時(shí)相的圖像在顏色上相互協(xié)調(diào)致。為了使建立的顏色匹配方程更準(zhǔn)確，所選的用于相鄰兩圖像色調(diào)匹配、調(diào)整的共同區(qū)域要盡可能大，選擇有代表性的區(qū)域用于色調(diào)匹配。在遙感圖像上有時(shí)會(huì)有云及各種噪聲，在選擇匹配區(qū)域時(shí)要避開這些區(qū)域，否則會(huì)對(duì)匹配方程產(chǎn)生影響，從而降低色調(diào)匹配的精度。采用不規(guī)則的多邊形（而不是簡(jiǎn)單的矩形）來界定用于建立色調(diào)匹配方程的圖像區(qū)域。這樣既可避開云、噪聲，又可獲得盡可能大的、有代表性的圖像色調(diào)匹配區(qū)域，以便均衡化鑲嵌后輸出圖像的亮度值和對(duì)比度。相鄰圖像顏色匹配處理過程中要滿足“先整體后局部，逐步對(duì)地物細(xì)節(jié)調(diào)整”的原則。

（3）重采樣

? ? ? 重采樣是從高分辨率遙感影像中提取低分辨率影像的過程。重采樣可以提高圖像處理效率，常見的重采樣方法有最鄰近像元法、雙線性內(nèi)插法及雙三次卷積法等。在正射糾正過程中要準(zhǔn)確地應(yīng)用重采樣方法，同時(shí)應(yīng)確保影像糾正的像素大小和重采樣方式滿足項(xiàng)目成圖和項(xiàng)目本身要求。

4）單景影像處理

a.去云霧

? ? ? 衛(wèi)星影像云霧的存在會(huì)對(duì)影像的判讀產(chǎn)生影響，可選擇合適的算法或者用不同時(shí)相的影像替換的方法進(jìn)行去云霧處理。

b.去陰影

? ? ? 陰影區(qū)域可以通過人眼確認(rèn)其范圍，在陰影區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行亮度和對(duì)比度的局部調(diào)整可以去除陰影。處理后的陰影區(qū)域和非陰影區(qū)域的色調(diào)和亮度值會(huì)有一定程度的差異，因此需要對(duì)整張影像進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧炼燃皩?duì)比度的調(diào)整來過渡，以達(dá)到良好的視覺效果。

c.偏色處理

? ? ? 一般要處理的影像是選取多光譜中的R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）通道進(jìn)行合成從而生成的彩色影像。在RGB色彩系統(tǒng)中，每個(gè)通道都有0到255共256種亮度值，而三個(gè)通道的值混合后（256×256×256）就能夠產(chǎn)生大約1677萬種顏色，應(yīng)通過對(duì)不同通道的亮度值進(jìn)行調(diào)整達(dá)到地物的真實(shí)色彩。

d.多景影像一致性調(diào)整

? ? ? 當(dāng)一景影像的顏色調(diào)到了最真實(shí)的色調(diào)后就可以將其他影像的色調(diào)向其靠攏，這一過程較為復(fù)雜，需要反復(fù)嘗試積累經(jīng)驗(yàn)。

e.鑲嵌接邊

? ? ? （1）設(shè)定合適的羽化值。走鑲嵌線時(shí)應(yīng)選擇合適的羽化值，一般同軌影像間差異較小，其羽化值也應(yīng)比異軌影像選擇的羽化值小。

? ? ? （2）走鑲嵌線。多幅影像的拼接時(shí)應(yīng)使質(zhì)量好的影像壓蓋質(zhì)量差的影像，新影像壓蓋舊影像，其拼接后幾何接邊常常會(huì)產(chǎn)生很明顯的硬接邊，走鑲嵌線可以消除影像拼接后接邊線明顯的問題，但應(yīng)注意鑲嵌線要盡量避開道路、河流等地物，如果不能避免則應(yīng)增大羽化值。

2. 影像制圖原則

（1）影像必須層次豐富、顏色均勻、反差適中、清晰、不變色。

（2）影像圖上隨機(jī)抽取地物點(diǎn)的平面位置中誤差不大于+0.5mm，特殊情況下不大于+0.75mm。

（3）圖廓線的實(shí)際尺寸和理論尺寸的絕對(duì)值不應(yīng)該超限，展點(diǎn)圖邊長0.15mm，對(duì)角線0.20mm，影像原圖邊長0.20mm，對(duì)角線0.30mm。

（4）制作彩色影像圖應(yīng)選擇3個(gè)或以上的多光譜波段影像，波段之間配準(zhǔn)誤差不大于0.2mm，圖像套合誤差不大于0.3mm，制作彩色遙感影像圖要求選擇全色波段或根據(jù)需要選擇一個(gè)波段的影像。