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遥感图像的几何校正实验报告
一、实验概述
（一）实验名称
遥感图像的几何校正实验
（二）实验目的
1.掌握遥感图像几何校正的基本原理和方法。
2.学会使用专业软件对遥感图像进行几何校正操作。
3.分析几何校正前后图像的几何精度变化，评估校正效果。
（三）实验意义
遥感图像在获取过程中，由于传感器成像方式、平台姿态变化、地球曲率、大气折射等因素的影响，会产生几何变形，导致图像中的地物位置、形状和大小与实际情况不符。几何校正能够消除这些变形，提高遥感图像的几何精度，使其更准确地反映地面实际情况，为后续的图像分析、信息提取和应用（如土地利用分类、地形测绘、资源调查等）提供可靠的数据基础。
二、实验原理
（一）几何变形原因
传感器成像方式：不同的遥感传感器（如框幅式相机、推扫式扫描仪、合成孔径雷达等）具有不同的成像几何特性，会导致图像产生不同类型的几何变形。例如，框幅式相机成像时，由于镜头畸变、像片倾斜等因素，会产生透视变形；推扫式扫描仪成像时，由于扫描线与飞行方向的不垂直、扫描速度的不均匀等，会产生几何畸变。
平台姿态变化：遥感平台（如卫星、飞机）在飞行过程中，会受到大气湍流、地球引力等因素的影响，导致平台的姿态（如航向、俯仰、侧滚）发生变化，从而使获取的图像产生几何变形。
地球曲率和地形起伏：地球是一个曲面，而遥感图像通常是二维平面图像，地球曲率会导致图像产生几何变形；此外，地形起伏会使地面点在图像上的投影位置发生变化，产生投影变形。
大气折射：电磁波在穿过大气层时，会受到大气折射的影响，导致传播路径发生弯曲，从而使图像产生几何变形。
（二）几何校正基本原理
几何校正的基本思想是通过建立图像坐标与地面坐标之间的数学关系，将变形的图像校正到指定的地图投影坐标系中。具体来说，就是首先在变形图像和参考图像（或地面控制点数据）上选取一定数量的同名点（地面控制点），然后利用这些同名点建立几何校正模型（如多项式模型、共线方程模型等），最后根据该模型对变形图像进行几何变换和重采样，得到校正后的图像。
三、实验数据与仪器设备
（一）实验数据
原始遥感图像：本次实验选用了某地区的一幅多光谱遥感图像，成像传感器为Landsat8OLI，成像时间为2023年10月15日，包含7个波段（蓝、绿、红、近红外、短波红外1、短波红外2、全色波段），图像分辨率为30米（多光谱波段）和15米（全色波段）。该图像存在明显的几何变形，主要是由于卫星平台姿态变化和地球曲率等因素引起的。
地面控制点数据：通过实地测量或使用已有的高精度地图数据，获取了该地区的20个地面控制点，这些控制点分布在不同的地物类型上（如道路交叉口、桥梁端点、建筑物角点等），具有明确的地理坐标（经纬度和高程）。
（二）仪器设备
计算机：配置为IntelCorei7处理器、16GB内存、512GB固态硬盘，安装了Windows10操作系统。
遥感图像处理软件：ENVI5.6，该软件是一款专业的遥感图像处理软件，具备强大的几何校正功能，支持多种几何校正模型和重采样方法。
四、实验步骤
（一）数据准备
打开ENVI软件，导入原始遥感图像数据，查看图像的基本信息（如波段数、分辨率、成像时间等）。
导入地面控制点数据，将其转换为ENVI软件支持的格式（如ASCII文本文件），确保控制点的坐标系统与参考地图投影坐标系一致（本次实验采用WGS84坐标系）。
（二）几何校正模型选择
根据实验数据的特点和校正精度要求，选择多项式几何校正模型。多项式模型是一种常用的几何校正模型，适用于小范围、地形起伏较小的区域，具有计算简单、精度较高的优点。本次实验选择二次多项式模型，该模型可以表示为：
\begin{cases}x=a_0+a_1X+a_2Y+a_3X^2+a_4XY+a_5Y^2\\y=b_0+b_1X+b_2Y+b_3X^2+b_4XY+b_5Y^2\end{cases}
其中，(x,y)为图像坐标，(X,Y)为地面坐标，a_i和b_i为多项式系数。
（三）地面控制点选取与匹配
在ENVI软件中打开几何校正模块，加载原始遥感图像和地面控制点数据。
在图像上手动选取地面控制点，确保每个控制点在图像上有明显的特征，并且分布均匀覆盖整个图像区域。选取过程中，通过放大图像细节，提高控制点的定位精度。
将选取的控制点与地面控制点数据进行匹配，检查匹配精度，确保每个控制点的误差在允许范围内（本次实验要求均方根误差小于1个像元）。对于误差较大的控制点，重新选取或调整其位置，直到满足精度要求为止。本次实验共选取了20个地面控制点，其中15个用于建立几何校正模型，5个用于模型验证。
（四）几何校正模型建立
利用选取的15个地面控制点，计算多项式模型的系数。在ENVI软件中，通过几何校正模块的自动计算功能，得到多项式系数。
计