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1、第26卷第2期遥感技术与应用Vol.26No.22011年4月REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICATIONApr.2011遥感影像几何校正的GCP残差模拟分析1,21王江浩,葛咏(1.中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京100101;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:多源遥感数据分析应用前需要评价影像几何校正或配准的质量以确保满足应用的需求。传统的均方根误差(RMSE)位置精度评价方法固然简单,然而无法描述校正后控制点(GCP)残差
2、的分布特性,因而具有一定局限性。采用交叉验证法并从GCP残差角度出发,分别引入了MoransI空间自相关系数和标准偏差椭圆用于评价GCP残差的随机性和方向性。模拟实验结果表明,MoransI和标准偏差椭圆可用于定量衡量GCP残差的空间随机性和分布方向性,从而更深入地分析几何校正的效果,指导选择恰当的校正模型,提高影像校正的精度。关键词:交叉验证法;MoransI;标准偏差椭圆;残差分析;几何校正中图分类号:TP75文献标志码:A文章编号:10040323(2011)020226071引言有平稳(Statio
3、nary)、相互独立(Independence)、统一分布(Uniformdistribution)、各向同性(Isotrop原始的遥感影像在获取过程中因环境的影响,[3]ic)等特征,然而现有的遥感影像校正系统中均会发生几何畸变,从而无法直接用于地理信息系统没有考虑这些问题。一些学者对GCP残差的定量或遥感制图等应用。因此,在分析应用前需要对遥[4]分析和评价已经做过相关研究。例如Buiten采感影像进行几何校正或配准,从而去除或削弱这些用二次多项式校正模型,定量地分析了GCP残差[1]误差的影响。几何校正是遥感图像预处理的重要在空
4、间中的分布状况,并引入了Ajne和Moore统组成部分,它的精度已成为提高多源数据分析(如多计检验方法,检验了GCP残差的方向变异特征,此源数据融合、目标变化监测、目标识别、图像镶嵌等)外Buiten在文中还借用了Spearman秩相关统计[2][5]精度的重要瓶颈。为此,在影像进行几何校正后,检验方法检验了GCP残差的独立性。Carlos分往往需要进行精度评价,从而判断几何校正的结果别采用二维和三维仿射模型和投影变换模型对是否满足应用的需求。QuickBird影像进行几何校正,评价模型的适应程在一般的遥感软件应用系统中,对于常用的经度
5、,并利用GCP残差插值得到整个影像误差分布[6]验校正模型,往往是通过输入地面控制点(GCP),图,反映误差的空间分布特征。Armston分析了采用最小二乘方法(OLS)来解算模型中的参数,然MSS、TM和ETM+用于土地覆被变化研究中几后对像元进行空间转换和重采样完成校正过程。何校正的重要性,讨论了3种传感器几何校正GCP校正的精度通常用GCP或验证点(CP)的均方根残差在扫描向和航向的误差分布规律,并从传感器误差(RMSE)来衡量。这种精度评价方法固然简机理角度给予解释。单明晰,但它仅仅解释了控制点的定位精度,很难本文在前人研究的基
6、础上,采用模拟分析的方反映几何校正误差在空间上的分布情况,对于校正法,运用4种几何校正模型来校正变形后的图像,研后残差的特性缺乏分析与评价。而且对于OLS估究几何校正后GCP残差特征。引入了标准偏差椭计方法,要求校正后GCP的残差在空间分布上具圆和自相关指数MoransI分别定量评价GCP残收稿日期:20100910;修订日期:20101112基金项目:国家自然科学基金项目(40971222),国家863重点项目(2006AA120106)资助。作者简介:王江浩(1985-),男,江苏宿迁人,博士研究生,主要从事空间数据不确定
7、性分析研究。Email:wangjh@lreis.ac.cn。通讯作者:葛咏(1972-),女,新疆奎屯人,博士,副研究员,主要从事空间数据分析与质量评价研究。Email:gey@lreis.ac.cn。第2期王江浩等:遥感影像几何校正的GCP残差模拟分析227差的空间各向同性、残差空间独立性和随机性,并结素的影响,图像发生几何畸变,根据变形的性质,通[7]合交叉验证方法得到的RMSE来评价校正模型适常可以分为全局变形和局域变形两种。全局变形应性和几何校正的效果。又称刚体变形,它描述了图像之间整体的形变,
8、用于全局变换的模型主要有仿射变换、多项式变换和投2实验数据的构建影变换等;局域变形可以描述由于地形起伏、大气折为了易于控制图像的变形特征和几何校正的控射、传感器微小移动等因素引起的几何变形,描述局制点残差
