基于規(guī)劃需求的遙感影像正射糾正處理方法探討與研究

摘 要：目前，衛(wèi)星遙感影像應(yīng)用于世界上各行各業(yè)，有大量的處理衛(wèi)星影像的工作，特別遙感影像的幾何糾正，是實(shí)現(xiàn)影像應(yīng)用的前提。文章闡述了幾何糾正原理與方法和二次多項(xiàng)式變換。實(shí)驗(yàn)表明采用基于二次多項(xiàng)式變換，在平坦地區(qū)無(wú)DEM情況下能獲得相對(duì)較高的糾正精度，具備實(shí)際應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞：遙感 衛(wèi)星影像 幾何糾正 精度分析

中圖分類號(hào)：P23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-000-02

由于衛(wèi)星姿態(tài)、地球自轉(zhuǎn)、地球曲率等原因會(huì)導(dǎo)致圖像的幾何畸變，須進(jìn)行幾何校正，消除系統(tǒng)及非系統(tǒng)性因素引起的圖像幾何畸變，從而使之實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)圖像或具有特定投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的地圖完全套合配準(zhǔn)，并使其本身具有空間參數(shù)的特性包括圖像空間像素坐標(biāo)的變換和像素灰度值的計(jì)算，他包含遙感圖像的幾何粗處理和精處理；遙感圖像的光學(xué)糾正和數(shù)字微分糾正。光學(xué)糾正主要用于早期的遙感圖像的處理中，主要對(duì)框幅式的膠片航空影像進(jìn)行糾正，現(xiàn)在的應(yīng)用已經(jīng)不多。對(duì)于大多數(shù)動(dòng)態(tài)獲得的遙感影像只能進(jìn)行近似的糾正。該文主要探討遙感數(shù)字圖像的幾何糾正。

1 圖像幾何校正

幾何校正是由于搭載傳感器的遙感平臺(tái)飛行資態(tài)變化、地球自傳、地球曲率等原因引起的圖像幾何益畸變。改正原始遙感圖像中的幾何畸變，將遙感圖像投影到某一地理坐標(biāo)系中由校正方程（多項(xiàng)式、共線方程），圖像坐標(biāo)計(jì)算地理坐標(biāo)（還有重采樣）。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

幾何精校正的方法主要有三角形線性法、多項(xiàng)式法等。

二次變換或高次變換通常稱為多項(xiàng)式變換，經(jīng)常被用于圖像糾正，并且不需要傳感器參數(shù)方面的信息。該模型原理比較直觀，計(jì)算比較簡(jiǎn)單，特別是對(duì)地面相對(duì)平坦的情況，具有 足夠好 的糾正精度。該算法的基本思想是 回避成像的空間幾何過(guò)程，而直接對(duì)影像變形的本身進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。它認(rèn)為遙感影像的總體變形可以看作平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形的綜合作用結(jié)果，因而糾正前后影像相應(yīng)點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系可 以用一個(gè)適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來(lái)表達(dá)，其數(shù)學(xué)模型為。常用的二元齊次多項(xiàng)式校正變換公式可表達(dá)為。

式中，、為某像元的原始圖像坐標(biāo)；、為校正后同名點(diǎn)的地面（或地圖）坐標(biāo)；、為多項(xiàng)式系數(shù)。二次變換適用 于原 圖有非線性變換的情況，至少需要 6對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)及其理論值才能求出待定系數(shù)。具體步驟如下。

在ERDAS中，對(duì)影像進(jìn)行二次多項(xiàng)式和三次多項(xiàng)式糾正對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。

第一步：顯示圖象文件：打開(kāi)兩個(gè)視窗viewer1和viewer2，在1中打開(kāi)需要糾正的圖象；在2中打開(kāi)作為地理參考的校正過(guò)的

圖象。

第二步：?jiǎn)?dòng)幾何校正模塊：在viewer1中，raster→geometric correction→選擇多項(xiàng)式幾何校正計(jì)算模型polynomial→ok→在polynomial model properties對(duì)話框中，定義多項(xiàng)式模型參數(shù)及投影參數(shù)，polynomial order為2→apply→close。

第三步：在打開(kāi)的GCP tool reference setup對(duì)話框中，選擇existing viewer→ok→打開(kāi)viewer selection instructions 指示器，在viewer2中點(diǎn)左鍵→打開(kāi)reference map information對(duì)話框→ok。

第四步：采集地面控制點(diǎn)：在viewer1中選中一個(gè)控制點(diǎn)GCP后，緊接著在viewer2中選一個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的點(diǎn).采集若干GCP，直到滿足所選定的幾何校正模型為止。利用有限的控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)，解求多項(xiàng)式的系數(shù)，確定變換函數(shù)。然后將各個(gè)像元帶入多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算，得到糾正后的坐標(biāo)。

實(shí)際工作中，多項(xiàng)式系數(shù)求出后，根據(jù)上述公式可以求解原始圖像任一像元的坐標(biāo)，并對(duì)圖像灰度進(jìn)行內(nèi)插，獲取某種投影的糾正圖像。一般選擇最小控制點(diǎn)的數(shù)量為：（n+1）（n+2）/2，為多項(xiàng)式次數(shù)。

第五步：圖象重采樣：在geo correction tools對(duì)話框中選擇image resample圖標(biāo)，打開(kāi)對(duì)話框，定義參數(shù)：重采樣方法方法（resample method）選擇nearest neighbor，其他默認(rèn)即可。

第六步：檢驗(yàn)校正效果：在geo correction tools對(duì)話框中點(diǎn)擊exit按紐退出幾何校正過(guò)程，按照系統(tǒng)提示保存圖象幾何校正模式，并定義模式文件 （*.gms），下次直接使用。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及精度分析

在實(shí)驗(yàn)區(qū)域 內(nèi)采集了20個(gè)控制點(diǎn)作為數(shù)學(xué)模型的公共點(diǎn)，并評(píng)定其內(nèi)符合精度，12個(gè)地物特征點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，評(píng)定各數(shù)學(xué)模型的外符合精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。

（1）如果正射影像只為城市規(guī)劃用途時(shí)，對(duì)于1∶10000比例尺的地形圖，點(diǎn)位中誤差應(yīng)不大于±5 m。

（2）關(guān)于二次變換 和高次變換，比如三次變換等，指出三次與二次多項(xiàng)式的精度相對(duì)差別不大，而在用時(shí)方面，三次多項(xiàng)式糾正所需時(shí)間遠(yuǎn)大于二次多項(xiàng)式糾正所需的時(shí)間 引，故本實(shí)驗(yàn)未對(duì)高次變換進(jìn)行分析。

（3）從控制點(diǎn)個(gè)數(shù)與糾正精度上分析，二次變換幾何糾正所需要的控制點(diǎn)的數(shù)至少要15個(gè)以上才能滿足糾正精度要求，。

4 結(jié)語(yǔ)

該文以具體案例為背景，基于ERDAS9.2軟件，對(duì)二次變換的幾何糾正方法。研究表明，在小區(qū)域內(nèi)，地勢(shì)起伏較平坦的地區(qū)，并且根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)二次變換的數(shù)學(xué)模型精度是滿足規(guī)劃精度要求的要求的，控制點(diǎn)要均衡分布、點(diǎn)位清晰，幾何糾正中，遙感影像的控制點(diǎn)不要漏選和錯(cuò)選，并查看一下誤差的大小是否滿足精度要求，從而提高成圖的質(zhì)量和可信度。

因此，對(duì)于1∶10000的城市規(guī)劃用圖，利用 SPOT5衛(wèi)星正射影像進(jìn)行矢量化是一種經(jīng)濟(jì)、有效、實(shí)用的方法。

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