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遥感图像几何校正实验报告
一、实验目的
1.掌握遥感图像几何校正的基本原理和方法。
2.熟悉常用遥感图像处理软件在几何校正中的操作流程。
3.提高遥感图像的几何精度，使其能够更准确地反映地物的空间位置和形状，为后续的遥感应用提供可靠的数据基础。
二、实验原理
遥感图像几何校正的目的是纠正原始遥感图像因传感器、平台运动、地球曲率、地形起伏等因素引起的几何变形，使其与地图或另一幅已知几何精度的图像在空间位置上一致。基本原理是通过建立原始图像坐标与目标图像坐标（如地图坐标或基准图像坐标）之间的转换关系，采用一定的重采样方法将原始图像的像素值重新映射到目标图像坐标系中。
常见的几何校正方法包括多项式纠正法、相似变换法、仿射变换法等。多项式纠正法是利用地面控制点（GCPs）建立原始图像坐标与目标图像坐标之间的多项式关系，一般可采用一阶、二阶或三阶多项式。相似变换法和仿射变换法适用于特定的几何变形情况，如相似变换法保持图形的形状、大小和角度不变，仿射变换法可处理平移、缩放、旋转和倾斜等变形。
三、实验数据与软件
1.实验数据
选取某地区的Landsat卫星遥感影像作为需要几何校正的原始图像，其具有多光谱波段，分辨率为30m。同时，选择该地区的高分辨率航拍影像作为参考图像，该航拍影像已具备较高的几何精度，可作为几何校正的基准。
收集该地区的少量地理空间数据，如地理坐标点（经纬度）作为地面控制点（GCPs）数据，用于建立原始图像与目标空间坐标系之间的联系。
2.实验软件
使用ERDASIMAGINE遥感图像处理软件进行几何校正实验。该软件提供了丰富的几何校正工具和功能模块，能够方便地进行地面控制点的选取、变换模型的建立以及重采样等操作。
四、实验步骤
1.数据预处理
将原始Landsat遥感影像和参考航拍影像导入ERDASIMAGINE软件中，并检查图像的完整性、波段信息等基本属性，确保数据能够正常读取和显示。
对原始Landsat影像和参考航拍影像进行必要的辐射校正，以消除大气等因素对图像辐射值的影响，提高图像的质量和可比性。
2.选取地面控制点（GCPs）
在参考航拍影像上选取若干个均匀分布且易于识别的地物点作为GCPs，如道路交叉点、建筑物角点、河流拐弯处等。同时，在原始Landsat影像上找到对应的同名点。
记录每个GCP在参考航拍影像（目标图像）中的地理坐标（经纬度）以及在原始Landsat影像（原始图像）中的行、列坐标。为保证几何校正的精度，选取至少6-10个GCPs。
3.选择几何校正模型
根据实验要求和数据特点，选择多项式纠正法作为本次几何校正的模型。经过初步分析，确定采用二阶多项式，因为它能够在一定程度上适应遥感图像的非线性变形，同时计算复杂度相对适中。
4.建立变换模型并计算变换参数
在ERDASIMAGINE软件中，利用选取的GCPs和选定的多项式模型，通过最小二乘法等参数估计方法，计算出多项式变换的系数。这些系数反映了原始图像坐标与目标图像坐标之间的转换关系。
软件会自动输出多项式变换的误差统计信息，如均方根误差（RMSE）等，用于评估变换模型的精度。检查RMSE值，确保其在可接受的范围内（一般要求RMSE小于1个像元）。
5.重采样
选择合适的重采样方法对原始Landsat影像进行重采样。常用的重采样方法有最近邻法、双线性内插法和三次卷积法。本次实验采用三次卷积法，因为它能够综合考虑周围多个像素的信息，使重采样后的图像在保持原始图像信息的同时，具有较好的平滑效果。
根据建立的变换模型和选择的重采样方法，将原始Landsat影像的像素值重新映射到目标图像坐标系中，生成几何校正后的遥感图像。
6.结果检验与精度评估
目视检查：将几何校正后的Landsat影像与参考航拍影像进行叠加显示，观察两幅图像上地物的匹配情况。检查道路、建筑物、河流等线状地物是否对齐，以及图像的整体几何形状是否合理。若存在明显的错位或变形，需要分析原因并重新进行几何校正。
精度评估：计算几何校正后图像的残差，即几何校正后的像元坐标与理想目标坐标之间的差异。统计残差的均方根误差（RMSE）等精度指标，以定量评估几何校正的精度。一般要求RMSE在0.5个像元以内，表示几何校正达到了较高的精度。
五、实验结果与分析
1.实验结果
经过几何校正后，原始Landsat遥感影像的几何位置得到了有效的纠正。与参考航拍影像进行叠加对比时，大部分地物能够较好地对齐，如主要道路、大型建筑物等基本吻合，图像的几何形状更加接近实际情况。
通过精度评估计算得出，几何校正后的Landsat影像的均方根误差（RMSE）在各个波段均小于0.5个像元，满足预期的几何校正精度要求。
2.结果分析
正确选取的地面控制点（GCPs）对几何校正结果起到了关键作用。GCPs的数量、分布和准确性