專利名稱：一種普適的遙感數(shù)據(jù)規(guī)則格網(wǎng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本算法屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。本發(fā)明是一種將非規(guī)則格網(wǎng)的遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī) 則格網(wǎng)的遙感數(shù)據(jù)或者將規(guī)則格網(wǎng)遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一種規(guī)則格網(wǎng)遙感數(shù)據(jù)的方法，特別 是一種能夠?qū)Ω鞣N類型非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)都適用的規(guī)則格網(wǎng)化方法。
背景技術(shù)：
在遙感圖像中加入空間坐標(biāo)定位信息是遙感應(yīng)用的基礎(chǔ)過程，一方面可建立圖像 與地表特征間的聯(lián)系，另一方面也可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)相、不同類型數(shù)據(jù)的集成處理。在目前的圖 像幾何糾正中，對于規(guī)則的遙感圖像，如掃描幅度較小的Landsat TM數(shù)據(jù)，一般均采用控制 點(diǎn)方法，即在原始圖像中找出某些特征點(diǎn)的空間位置，以這些點(diǎn)的坐標(biāo)，采用某種多項(xiàng)式算 法獲得原始圖像中的所有點(diǎn)的坐標(biāo)信息，然后將原始圖像中的像素點(diǎn)通過某種方式映射至 目標(biāo)的圖像中，這個(gè)映射過程也叫圖像的格網(wǎng)化，而控制點(diǎn)加入的過程稱為源圖像地理定 位。圖像規(guī)則格網(wǎng)化的方法有兩種，一種是前向映射法，即從待轉(zhuǎn)換的源圖像中尋找一點(diǎn)， 映射至目標(biāo)圖像的格網(wǎng)中最相鄰的點(diǎn)；另一種是從目標(biāo)圖像坐標(biāo)中的一點(diǎn)從源圖像中找到 相對應(yīng)的點(diǎn)。前向映射也稱為直接法，每一個(gè)源圖像的點(diǎn)分配給其落入的目標(biāo)格網(wǎng)單元。當(dāng) 多個(gè)點(diǎn)落入到相同的目標(biāo)單元內(nèi)時(shí)，在這些點(diǎn)中根據(jù)某種方法進(jìn)行取舍，通常的取舍方法 是取中心點(diǎn)最近的點(diǎn)的值。逆向映射法又稱間接法，目標(biāo)格網(wǎng)單元的中心映射至原始遙感 影像中，然后通過周圍點(diǎn)插值獲得該點(diǎn)的值。插值過程又成為圖像重采樣，臨近像元采樣直 接分配最近點(diǎn)的像元的值至目標(biāo)格網(wǎng)中，更復(fù)雜的采樣算法包括雙線性采樣、三重卷積采 樣等。前向映射方法與逆向映射方法的最近距離采樣結(jié)果相同，方法的缺點(diǎn)是會造成像元 點(diǎn)的坐標(biāo)位置扭曲以及會丟掉一些觀測值。對規(guī)則或者變形很小的遙感圖像，因?yàn)樵磮D像的像元可以看成是規(guī)則的或近似規(guī) 則的，像元間的距離相等或近似相等，通過簡單的數(shù)學(xué)變換就很容易找到某一空間坐標(biāo)值 對應(yīng)的圖像行列數(shù)，從而獲得該坐標(biāo)的像元值，這種遙感圖像采用后向映射的規(guī)則格網(wǎng)化 方法是很容易的，已經(jīng)被各種遙感軟件廣泛使用，如ENVI，ERDAS等。對于掃描較寬的遙感 數(shù)據(jù)，由于地球曲率影響，遠(yuǎn)離星下點(diǎn)時(shí)會造成圖像扭曲，后向映射的格網(wǎng)化方法很難從指 定坐標(biāo)值找到其所對應(yīng)的像元點(diǎn)。特別是，遙感圖像掃描的方式很多，圖像變形多種多樣， 例如MODIS數(shù)據(jù)不同波段的同時(shí)掃描行數(shù)是10，20,40行，相鄰兩次掃描圖像存在大量的重 疊；NOAA AVHRR數(shù)據(jù)采用單行掃描，雖然邊緣變形依然存在，但相鄰掃描圖像不存在重疊； 而即將發(fā)射的NPOESS采用變速采樣方式，從星下點(diǎn)到圖像邊緣的不但像元大小是變化的， 而且這種變化是也是不規(guī)則的。對于這些種類繁多的各種費(fèi)規(guī)則遙感圖像，目前采用的后 向映射格網(wǎng)化算法只能針對每一種數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)專用的算法，而且只能使用逐點(diǎn)比較以找到坐 標(biāo)對應(yīng)的圖像行列數(shù)[1]，這樣實(shí)現(xiàn)效率低下。為了提高效率，采用復(fù)雜的梯度查找算法[2]。 確定對應(yīng)的源圖像的空間坐標(biāo)的點(diǎn)，前向映射會導(dǎo)致大量點(diǎn)的重疊。采用前向映射與后向 映射結(jié)合的方法可較快實(shí)現(xiàn)對對這類圖像的規(guī)則格網(wǎng)化[3]，但該算法無法對各種數(shù)據(jù)具有 普適性，實(shí)現(xiàn)雙線性采樣、三重卷積采樣也非常困難。后向映射的算法包括下列步驟
3
后向映射的方法示意圖如圖1所示。目標(biāo)圖像的A點(diǎn)經(jīng)過逆向映射得到其在源圖 像中所對應(yīng)的A'點(diǎn)，即需要求源圖像中A'的值來賦給目標(biāo)圖像中A點(diǎn)的值。但是在源圖 像中，數(shù)據(jù)點(diǎn)是位于A'周圍的1、2、3、4格網(wǎng)點(diǎn)，如果源圖像的格網(wǎng)是均勻的，則可根據(jù)A' 的坐標(biāo)值計(jì)算1、2、3、4格網(wǎng)點(diǎn)的儲存的行與列以讀取其對應(yīng)的數(shù)值。但對于非規(guī)則圖像， 則無法根據(jù)A'的坐標(biāo)快速計(jì)算其周圍格網(wǎng)點(diǎn)1、2、3、4格網(wǎng)點(diǎn)的儲存的行與列。另外，得到 了周圍各點(diǎn)的值，也需要一定的采樣算法從其周圍點(diǎn)以計(jì)算A'的值。在源圖像為非規(guī)則柵格時(shí)，逆向映射的算法無法計(jì)算其周圍點(diǎn)的行和列數(shù)，這樣 就也無法得到A點(diǎn)所對應(yīng)的A'的值。這時(shí)候，經(jīng)常采用圖2的前向映射算法，將源圖像A' 的值映射至目標(biāo)圖像B點(diǎn)，并賦給與B點(diǎn)距離最近的柵格點(diǎn)A。這種映射方式的缺陷是有時(shí) 目標(biāo)格點(diǎn)出現(xiàn)重復(fù)賦值或有些格點(diǎn)沒有賦值，而且，這種方法沒有采樣處理，會造成目標(biāo)數(shù) 據(jù)坐標(biāo)局部扭曲。上述對非規(guī)則遙感影像的規(guī)則格網(wǎng)化方法的不足之處可歸納為基于后向映射查 找的方法能避免目標(biāo)圖像出現(xiàn)空洞的問題，但從規(guī)則圖像的坐標(biāo)去查找對應(yīng)坐標(biāo)的非規(guī)則 圖像的像元點(diǎn)非常困難，基于前向映射的方法又會使目標(biāo)圖像出現(xiàn)空洞。并且，這些方法都 是針對某一類遙感影像的，不能適用于不同類型的遙感圖像。參考文獻(xiàn)[1], Wolfe, R. Ε., et al. ,1998, MODIS land data storage, gridding, and compositing methodology :Level 2 grid. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，36(4)，1324-1338.[2]. Khlopenkov, K. V. and A. P. Trishchenko, 2008, Implementation and Evaluation of Concurrent GradientSearch Method for Reprojection of MODIS Level IB Imagery, IEEE Transactions on Geoscience andRemote Sensing,46(7) :2016_2027·[3],蔣耿明，劉榮高等，2004，MODIS IB數(shù)據(jù)幾何糾正方法研究和軟件開發(fā)，遙感 學(xué)報(bào)，8 (2) 158-164。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種將非規(guī)則格網(wǎng)的遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī) 則格網(wǎng)的遙感數(shù)據(jù)或者將一種規(guī)則格網(wǎng)遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一種規(guī)則格網(wǎng)遙感數(shù)據(jù)的規(guī)則 格網(wǎng)化方法，特別是一種能夠?qū)Ω鞣N類型遙感數(shù)據(jù)都適用的規(guī)則格網(wǎng)化方法。對于規(guī)則及 非規(guī)則的原始圖像，本方法都能夠進(jìn)行規(guī)則格網(wǎng)化，并能實(shí)現(xiàn)雙線性、三次卷積等數(shù)據(jù)采 樣，是一種快速、簡單、普適的從非規(guī)則遙感圖像轉(zhuǎn)換為規(guī)則遙感圖像的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于包含如下步驟(1) 由非規(guī)則源圖像的控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算獲得源圖像中每個(gè)像元的坐標(biāo)；(2)生成指定坐標(biāo)或投 影方式及分辨率的目標(biāo)圖像的規(guī)則格網(wǎng)；(3)依次將源圖像各像元點(diǎn)的坐標(biāo)由投影函數(shù)轉(zhuǎn) 換為目標(biāo)坐標(biāo)投影；(4)從源圖像中取一個(gè)像元點(diǎn)，并由其相鄰的三個(gè)點(diǎn)組成一個(gè)四方形， 將此四方形對應(yīng)的目標(biāo)坐標(biāo)投影求得完全包含此四方形的最小矩形。根據(jù)此最小矩形的 四個(gè)角坐標(biāo)，計(jì)算此矩形所覆蓋的目標(biāo)圖像的所有像元點(diǎn)的行列位置，以及這些被包含的 每個(gè)像元點(diǎn)在此最小矩形的位置；(5)根據(jù)(4)中目標(biāo)像元點(diǎn)所對應(yīng)的最小矩形位置，確定形成此最小矩形的四個(gè)源圖像的各點(diǎn)對所包含的目標(biāo)圖像的每個(gè)點(diǎn)的貢獻(xiàn)權(quán)重；(6)根據(jù) (5)中的源圖像四個(gè)點(diǎn)的權(quán)重值，乘以源圖像的測量值，得到源圖像像元對目標(biāo)像元的貢 獻(xiàn)值，并相加得到總貢獻(xiàn)值，并將目標(biāo)圖像格點(diǎn)的總貢獻(xiàn)值除以總權(quán)重值，得到目標(biāo)像元的 值；(7)對源圖像的所有點(diǎn)重復(fù)⑷至(6)的操作，最后獲得標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的目標(biāo)圖像。所屬像元點(diǎn)查找方法，從源圖像中四個(gè)點(diǎn)直接映射查找所包含的目標(biāo)像元點(diǎn)，從 非規(guī)則點(diǎn)直接向規(guī)則點(diǎn)映射，從而極大的提高查找速度和降低軟件實(shí)現(xiàn)的難度；所述圖像控制點(diǎn)的的獲取途徑⑴用戶根據(jù)圖像中的信息特征與地面信息特征 的匹配，輸入圖像某些特征點(diǎn)的坐標(biāo)信息作為控制點(diǎn)信息；(2)根據(jù)衛(wèi)星軌道計(jì)算獲得每 一像元點(diǎn)的坐標(biāo)。所述像元采樣途徑圖像的權(quán)重計(jì)算可以采用臨近差值、雙線性插值、三次卷積插 值及距離倒數(shù)插值等計(jì)算方法。所述三次卷積插值的像元點(diǎn)查找對于權(quán)利1中(4)的周圍點(diǎn)的個(gè)數(shù)，查找像元點(diǎn) 取四個(gè)點(diǎn)，特殊地，對三次卷積插值則從源圖像中的四個(gè)像元再加入周圍的十二個(gè)像元作 為計(jì)算權(quán)重的像元。所述像元映射具有廣泛適應(yīng)性，此方法可用任何非規(guī)則的遙感影像的格網(wǎng)化轉(zhuǎn) 換，而且這種轉(zhuǎn)換對不同的非規(guī)則遙感影像數(shù)據(jù)都是相同的。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明采用源圖像相鄰四個(gè)像元同時(shí)前向映射獲取四個(gè)像元所構(gòu)成多邊形對應(yīng) 的全部目標(biāo)像元，然后利用這些目標(biāo)像元在多邊形中所對應(yīng)的位置，確定源圖像各多邊形 像元對目標(biāo)像元的權(quán)重貢獻(xiàn)，由權(quán)重乘以像元值相加在除以權(quán)重加和，得到目標(biāo)像元的值。本發(fā)明包括源圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、相鄰四個(gè)像元前向映射查找所對應(yīng)的目標(biāo)像元、源 圖像像元對目標(biāo)圖像像元的貢獻(xiàn)權(quán)重確定、計(jì)算目標(biāo)像元值四部分。源圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將源 圖像每個(gè)像元所對應(yīng)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)像元的空間坐標(biāo)；用前向映射查找源圖像四個(gè) 相鄰像元所包含的全部目標(biāo)圖像坐標(biāo)范圍以獲其包含的全部目標(biāo)像元；對包含目標(biāo)像元的 四個(gè)源圖像像元進(jìn)行權(quán)重累加以獲得源圖像像元對目標(biāo)圖像的貢獻(xiàn)量；由于源圖像四個(gè)像 元的值和它們分別對目標(biāo)圖像像元的貢獻(xiàn)量，獲得全部覆蓋目標(biāo)像元的值。本發(fā)明與現(xiàn)在技術(shù)相比有如下特點(diǎn)(1)由于采用四個(gè)像元的直接映射，克服了現(xiàn)在只進(jìn)行單個(gè)像元前向映射存在的 目標(biāo)圖像空洞問題；(2)由于采用從非規(guī)則圖像到規(guī)則圖像的直接映射，通過簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算可以直 接得到源圖像空間范圍對應(yīng)的目標(biāo)圖像像元點(diǎn)，克服了目前采用的后向映射建立兩者聯(lián)系 的難題；(3)由于這種映射方式對源圖像的非規(guī)則性沒有要求，因此可適用于任何類型的 非規(guī)則遙感圖像，也可用于源圖像規(guī)則的遙感影像的坐標(biāo)變換。


圖1逆向映射的算法示意圖；圖2本發(fā)明基于前向映射的規(guī)則格網(wǎng)化流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的非規(guī)則遙感圖像規(guī)則格網(wǎng)化的流程如圖2所示。圖2包括源圖像坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換單元2、相鄰四個(gè)像元前向映射查找所對應(yīng)的目標(biāo)像元單元4、源圖像像元對目標(biāo)圖 像像元的貢獻(xiàn)權(quán)重確定單元6、計(jì)算目標(biāo)像元值單元8。單元2由源圖像的控制點(diǎn)坐標(biāo)信息 計(jì)算獲得源圖像中每點(diǎn)的坐標(biāo)信息，這些控制點(diǎn)可以是根據(jù)圖像中的信息特征與地面信息 特征的匹配，輸入其坐標(biāo)信息作為控制點(diǎn)信息，也可以根據(jù)衛(wèi)星軌道計(jì)算得到。生成指定坐 標(biāo)、投影(既指定的映射方法)及分辨率的目標(biāo)圖像的格網(wǎng)。然后進(jìn)入映射單元4。單元4對源圖像逐點(diǎn)掃描，依次將各點(diǎn)的坐標(biāo)由坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換函數(shù)映射至目標(biāo)圖 像坐標(biāo)，計(jì)算該點(diǎn)坐標(biāo)對應(yīng)的目標(biāo)圖像位置，獲得周圍的圖像行列數(shù)；周圍點(diǎn)的個(gè)數(shù)，一般 取與映射點(diǎn)最近的四個(gè)點(diǎn)。然后進(jìn)入單元6。單元6根據(jù)映射點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置，確定源圖像四個(gè)點(diǎn)對目標(biāo)圖像所包含的各個(gè) 點(diǎn)的權(quán)重，權(quán)重的確定可采用雙線性插值、三次卷積插值及距離倒數(shù)插值方法。進(jìn)入單元8。單元8根據(jù)權(quán)重值乘以源映射點(diǎn)的值，得到映射點(diǎn)對周圍點(diǎn)的貢獻(xiàn)值，并與周圍 點(diǎn)已有的貢獻(xiàn)值相加；在對源圖像的所有點(diǎn)掃描后，將目標(biāo)圖像格點(diǎn)的總貢獻(xiàn)值除以總權(quán) 重值，得到目標(biāo)規(guī)則圖像對應(yīng)像元的值。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā) 明，但不以任何方式限制本發(fā)明。因此，盡管本說明書參照附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明已進(jìn) 行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以都本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替 換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和技術(shù)實(shí)質(zhì)的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專 利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于包含如下步驟(1)由非規(guī)則源圖像的控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算獲得源圖像中每個(gè)像元的坐標(biāo)；(2)生成指定坐標(biāo)或投影方式及分辨率的目標(biāo)圖像的規(guī)則格網(wǎng)；(3)依次將源圖像各像元點(diǎn)的坐標(biāo)由投影函數(shù)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)坐標(biāo)投影；(4)從源圖像中取一個(gè)像元點(diǎn)，并由其相鄰的三個(gè)點(diǎn)組成一個(gè)四方形，將此四方形對應(yīng)的目標(biāo)坐標(biāo)投影求得完全包含此四方形的最小矩形。根據(jù)此最小矩形的四個(gè)角坐標(biāo)，計(jì)算此矩形所覆蓋的目標(biāo)圖像的所有像元點(diǎn)的行列位置，以及這些被包含的每個(gè)像元點(diǎn)在此最小矩形的位置；(5)根據(jù)(4)中目標(biāo)像元點(diǎn)所對應(yīng)的最小矩形位置，確定形成此最小矩形的四個(gè)源圖像的各點(diǎn)對所包含的目標(biāo)圖像的每個(gè)點(diǎn)的貢獻(xiàn)權(quán)重；(6)根據(jù)(5)中的源圖像四個(gè)點(diǎn)的權(quán)重值，乘以源圖像的測量值，得到源圖像像元對目標(biāo)像元的貢獻(xiàn)值，并相加得到總貢獻(xiàn)值，并將目標(biāo)圖像格點(diǎn)的總貢獻(xiàn)值除以總權(quán)重值，得到目標(biāo)像元的值；(7)對源圖像的所有點(diǎn)重復(fù)(4)至(6)的操作，最后獲得標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的目標(biāo)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于從 源圖像中四個(gè)點(diǎn)直接映射查找所包含的目標(biāo)像元點(diǎn)，從非規(guī)則點(diǎn)直接向規(guī)則點(diǎn)映射，從而 極大的提高查找速度和降低軟件實(shí)現(xiàn)的難度；
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于圖 像控制點(diǎn)的信息可由下列途徑獲得(1)用戶根據(jù)圖像中的信息特征與地面信息特征的匹 配，輸入圖像某些特征點(diǎn)的坐標(biāo)信息作為控制點(diǎn)信息；(2)根據(jù)衛(wèi)星軌道計(jì)算獲得每一像 元點(diǎn)的坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于圖 像的權(quán)重計(jì)算可以采用臨近差值、雙線性插值、三次卷積插值及距離倒數(shù)插值等計(jì)算方法。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于對 于權(quán)利1中⑷的周圍點(diǎn)的個(gè)數(shù)，查找像元點(diǎn)取四個(gè)點(diǎn)，特殊地，對三次卷積插值則從源圖 像中的四個(gè)像元再加入周圍的十二個(gè)像元作為計(jì)算權(quán)重的像元。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的一種對非規(guī)則遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化的方法，其特征在于此 標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化方法可用任何非規(guī)則的遙感影像的格網(wǎng)化轉(zhuǎn)換，而且這種轉(zhuǎn)換對不同的非規(guī)則 遙感影像數(shù)據(jù)都是相同的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種普適的遙感數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)化方法。其特征在于采用基于前向映射的方法建立目標(biāo)點(diǎn)和源數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，從而快速找到目標(biāo)圖像像元所對應(yīng)的源圖像點(diǎn)，使格網(wǎng)化的運(yùn)算成本達(dá)到最??；同時(shí)，因?yàn)槭菑姆菢?biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)向標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)的直接映射，相同的核心算法可以適用于各種不同變形的遙感數(shù)據(jù)，也可適用于規(guī)則格網(wǎng)化數(shù)據(jù)之間的坐標(biāo)變換。本發(fā)明可使非規(guī)則遙感圖像的速度得到極大提高，并能適用各種類型遙感數(shù)據(jù)，包括將來出現(xiàn)的遙感數(shù)據(jù)。
文檔編號G01S17/89GK101900817SQ20091008490
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者劉洋, 劉榮高 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所