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校正模型(多項式校正和布林薩模型及最小二乘引數解算)

      最近需要實現一個根據控制點進行座標校正的功能,查了資料發現校正模型比較多,由於是地理座標的校正,所以文章中主要提到的布林薩模型,由於之前接觸過影象的校正,在影象校正中則主要使用的是多項式校正。相對來說,多項式校正將影象變形看作是平移、縮放、旋轉、偏扭、彎曲以及更高層次的基本變形的的綜合作用的結果。理論上多項式校正模型應該也可以應用於地理座標的校正,然而大部分地理座標的校正或者轉換往往使用布林薩模型,經過分析,發現二者的區別主要如下:

     1.多項式校正
    基本思想(遙感影象為例):
    ①迴避成像的空間幾何過程,直接對影象變形的本身進行數學模擬。
    ②把遙感影象的總體變形看作是平移、縮放、旋轉、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形的綜合作用結果。
    ③把原始影象變形看成是某種曲面,輸出影象作為規則平面。從理論上講,任何曲面都能以適當高次的多項式來擬合。用一個適當的多項式來描述糾正前後影象相應點之間的座標關係。
    遙感影象多項式糾正的步驟:
    ①確定糾正的多項式模型
    ②選擇若干個控制點,利用有限個地面控制點的已知座標,解求多項式的係數
    ③將各像元的座標代入多項式進行計算,便可求得糾正後的座標
    ④位置進行變換,變換的同時進行灰度重取樣
    ⑤對結果進行精度評定
     多項式的係數利用地面控制點建立的方程組來解算,一般來說GCP的數量至少要大於(n+1)(n+2)/2,n是多項式的階數,一次多項式3個以上點, 二次多項式6個以上點, 三次多項式10個以上點。一般多項式校正模型如下:

     多項式模型係數的解算利用最小二乘法實現。其中(x,y)為原始影象座標,(X,Y)為同名點的地面或地圖座標。

     2.布林薩模型
     由於WGS84 橢球與北京54 座標系所屬的克拉索夫斯基橢球有差異,因為要將WGS84 空間座標系轉換為北京54 直角座標系,首先需完成WGS84 橢球到克拉索夫斯基橢球之間的轉換,兩不同參考橢球之間的空間轉換可採用布林薩公式:
     通過對以上兩個模型的分析,筆者認為地理座標使用布林薩模型進行座標轉換,主要是因為地理座標不存在偏扭、彎曲等更加複雜的變形過程,地理座標是一種相對座標,變形過程沒有遙感影象那麼複雜,所以大多使用布林薩模型進行座標轉換。而對於複雜的遙感圖形變,則使用多項式校正。
      另外,二者引數的求解都需要最小二乘,下面附圖對使用最小二乘求解布林薩模型七引數的原理進行說明。
      最小二乘求解布林薩模型七引數