基于ERDAS的天繪衛(wèi)星影像糾正方法

摘 要：本文介紹了天繪衛(wèi)星影像的一些特點，并詳細(xì)描述了在ERDAS下通過舍去天繪影像中自帶的RPC參數(shù)，通過與已有DOM成果匹配同名點進(jìn)行配準(zhǔn)的方式完成正攝影像糾正的方法，并進(jìn)行了相關(guān)注意事項的說明，為類似影像糾正工作提供參考。

關(guān)鍵詞：ERDAS 天繪衛(wèi)星影像 影像糾正

引 言

ERDAS IMAGINE 是美國ERDAS 公司開發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)。它以其先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，靈活操作方式，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，服務(wù)于不同層次用戶的模型開發(fā)工具以及高度的RS/GIS（遙感圖像處理和地理信息系統(tǒng)）集成功能，為遙感及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的用戶提供了內(nèi)容豐富而功能強大的圖像處理工具，在該行業(yè)中占有一定市場份額。

本文根據(jù)ERDAS相關(guān)功能和天繪衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)特點，介紹了在ERDAS下通過舍去天繪影像中自帶的RPC參數(shù)，通過與已有DOM成果匹配同名點進(jìn)行配準(zhǔn)的方式完成正攝影像糾正的方法，并進(jìn)行了相關(guān)注意事項的說明。

一、ERDAS IMAGINE工作原理

ERDAS作為專業(yè)遙感圖像處理軟件，具有方便直觀的操作界面，操作靈活，提供多種地圖投影系統(tǒng)，支持用戶添加自定義坐標(biāo)系，支持不同投影間的實時轉(zhuǎn)換、顯示、操作，為遙感及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的用戶提供了內(nèi)容豐富而功能強大的圖像處理工具[1]。其軟件處理技術(shù)覆蓋了土地分類、空間分析/建模、矢量數(shù)據(jù)更新、圖像校正與鑲嵌和立體顯示。其應(yīng)用領(lǐng)域包括科研、氣象、工程、水利等。獲取的衛(wèi)星影像要通過ERDAS IMAGINE 糾正才可以為測繪產(chǎn)品所用，糾正時控制點采集一般要求每景30個左右，并且應(yīng)當(dāng)均勻分布。生產(chǎn)過程中控制點的采集數(shù)目可根據(jù)情況適當(dāng)增加，以便控制影像的誤差，達(dá)到精度。在糾正的過程中，前六個點尤其重要，要均勻地分布在圖像的四周，不然很容易發(fā)生扭曲和變形，總之采集控制點是一項非常重要的工作，在糾正的過程中一定要均勻分布，再逐步加密。

二、天繪衛(wèi)星影像特點[2]

“天繪一號衛(wèi)星”，天繪一號是中國第一代傳輸型立體測繪衛(wèi)星，主要用于科學(xué)研究、國土資源普查、地圖測繪等領(lǐng)域的科學(xué)試驗任務(wù)，它特殊的地方就是它直屬國家測繪局。天繪衛(wèi)星采用了CAST2000衛(wèi)星平臺，一體化集成了三線陣CCD相機、2米高分辨率全色相機和多光譜相機等3類5個相機載荷。天繪衛(wèi)星能夠提供1A級、2級、1B級、3A級、3B級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，天繪衛(wèi)星具有如下特點：

（1）天繪衛(wèi)星可提供真正的5.0米分辨率同軌三線陣立體成像，前后視基高比約為0.6，且影像質(zhì)量較好，有利于立體觀察和自動影像匹配，須采用一定的影像預(yù)處理算法對原始影像進(jìn)行增強處理。

（2）天繪衛(wèi)星三線陣標(biāo)準(zhǔn)景影像為60×60km?。

天繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)存檔情況較好，現(xiàn)勢性較好；高分辨率全色影像分辨率為2.0米。

（4）天繪衛(wèi)星的1A級數(shù)據(jù)RPC參數(shù)模型與其他國產(chǎn)衛(wèi)星不同，視同于IKONOS有理函數(shù)模型參數(shù)。

（5）天繪衛(wèi)星三線陣影像數(shù)據(jù)的分辨率較高，可以獲得更高分辨率測DEM數(shù)據(jù)。

1A級天繪影像不含坐標(biāo)信息，我們以SPOT影像為基準(zhǔn)圖選取控制點，對天繪影像反復(fù)校正后以達(dá)到與另兩幅影像的坐標(biāo)一致。三幅影像選取相同區(qū)域，其中RapidEye影像因原始影像范圍限制，裁剪后區(qū)域右上角缺少實際像素，但不影響其水體信息的提取。預(yù)處理后影像如圖1，天繪影像的山體陰影和城區(qū)建筑陰影都更加明顯，陰影和水體的光譜信息十分接近，使水體信息提取時容易混淆；顏色上來看，Rapideye假彩色圖像色彩飽和度最高，天繪和SPOT影像次之。

三、利用ERDAS進(jìn)行天繪影像糾正[3] [4]

已收集的資料包括：已有年代較舊的0.2米DOM；已有DEM；年代較新的天繪衛(wèi)星1A級數(shù)據(jù)。

目的是對天繪衛(wèi)星影像進(jìn)行糾正處理。

由于天繪衛(wèi)星的1A級數(shù)據(jù)RPC參數(shù)模型與其他國產(chǎn)衛(wèi)星不同，ERDAS中沒有模型可以替代。因此在糾正天繪衛(wèi)星影像時，舍去天繪影像中自帶的RPC參數(shù)通過與已有DOM成果同名點匹配，進(jìn)行配準(zhǔn)的方式完成影像糾正。

具體步驟如下：

（1）打開ERDAS圖表面板菜單條：Session→Title Viewers然后，在Viewer1中打開需要校正的圖像，在Viewer2中打開作為地理參考的校正過的圖像。

（2）打開ERDAS中的自動合成工作站，并新建工程，對工程進(jìn)行基本設(shè)置。

（3）分別加載待糾正的全色天繪影像和已拼接好的正射影像成果，作為輸入影像和參考影像。

說明：參考影像應(yīng)盡量與天繪的全色影像分辨率一致，避免分辨率不同在匹配時出現(xiàn)錯誤。本例中將原有0.2米分辨率DOM進(jìn)行重新采樣為2.0米分辨率，與天繪的全色影像分辨率一致。進(jìn)入控制點選取狀態(tài)，點擊所選擇的地物特征點；然后在Viewer2中移動關(guān)聯(lián)方框的位置，尋找對應(yīng)的地物特征點，同樣點擊，再單擊相應(yīng)的地物特征點；重復(fù)以上步驟6次直至6個控制點選擇完畢，得到RMS Error，從中判斷上一步所選控制點的準(zhǔn)確性。（一般要求RMS Error要小于15m）。注意：在先點的過程中可以先粗選，確定大致的位置，是否能達(dá)到均勻分布，然后在對每一個進(jìn)行細(xì)節(jié)的調(diào)整，在保證的前提下，時行微調(diào)整。

（4）關(guān)閉設(shè)置窗口回到主窗口。

說明：由于沒有使用RPC參數(shù)所以全色影像沒有任何地理信息，故首先要手動選擇若干同名點為全色影像進(jìn)行初始定位。手動選擇的同名點個數(shù)最少為3個。

由于上一個步驟中多項式迭代次數(shù)為1，當(dāng)多項式迭代為1時進(jìn)行平差計算需要最少的點數(shù)為6個，并且通過平差計算能夠檢查手動添加同名點的精度，同名點精度越高能夠有效提高下一步自動匹配的效率和精度，所以此處建議手動添加的同名點最少為6個。根據(jù)平差結(jié)果調(diào)整手動同名點的點位至滿意的精度后再次打開設(shè)置頁面將迭代次數(shù)調(diào)整為3，以提高解算精度。

（5）進(jìn)入apm設(shè)置頁面。

選擇define pattern打開advanced setting。勾選use manual tie points for initial connection between images（在圖像之間使用手動連接點進(jìn)行初始連接）和Exclude background Area（不包括背景區(qū)域）。

（6）關(guān)閉設(shè)置頁面開始匹配同名點。

打開自動平差輸入想要刪除點的錯誤值并選擇大于該值的點刪除選擇的點，開始輸出。在控制點采集過程中，隨著控制點采集的完成，轉(zhuǎn)換模型就自動生成，單擊Geometric Correction Tools對話框中的轉(zhuǎn)換圖標(biāo)→Transformation可以查閱多項式參數(shù)

說明：刪點的過程中不要一次刪大量點，先根據(jù)錯誤值擇刪除最大值，判斷時否有所改變，逐級逐級刪減，判斷出影響較大的點刪減后，保留錯誤值小于1.5（此值可根據(jù)剩余點的量適當(dāng)浮動）的點。當(dāng)所有點采集完畢后，需進(jìn)行檢查，檢查誤差點會顯示在GGP Tool工具欄的上方，只有所有檢查點誤差均小于一個像素，才能進(jìn)行重采樣，重采樣以后即可輸出一幅具有地理坐標(biāo)的校正影像。[7]注意重采樣后要進(jìn)行重采樣數(shù)據(jù)的輸出，在輸出TIF時，將影像拉伸的勾去掉，在不損失影像圖面信息的前提下，盡量提高影像的清晰度，將重采樣時產(chǎn)生的檢查點誤差結(jié)果文件一并導(dǎo)出，以便保留。

四、結(jié)束語

天繪影像本身影像質(zhì)量相較于其他國產(chǎn)衛(wèi)星較差，噪聲多，掃描條帶明顯。且用本例中的方法校正時由于是根據(jù)影像本身進(jìn)行匹配某些區(qū)域會出現(xiàn)點量較少或分布不均勻的情況，導(dǎo)致這些區(qū)域的精度可控性小。所以當(dāng)有替代影像時應(yīng)盡量縮小天繪影像的使用范圍。此方案中對于精度的控制主要在點量的多少，在滿足精度要求，后盡量保留更多的同名點。如果匹配點量較少可參考worldview影像流程中關(guān)于advanced setting中參數(shù)的調(diào)整方法進(jìn)行調(diào)整。本例中最后保留了2600多的同名點參照0.2mDOM對影像進(jìn)行100個點位的精度統(tǒng)計。結(jié)果中誤差為2.4m基本滿足精度要求。[6]

參考文獻(xiàn)

[1] 喬煒.單靜.章琳等. 基于ERDAS9.2的影像幾何糾正探討[J]. 燕山大學(xué)， 2013，（11）：81-83

[2] 汪凌，卜毅博. 高分辨率遙感衛(wèi)星及其應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展[J].測繪技術(shù)裝備，2006，8（4）：3-5.

[3] 王巖.楊愛玲.劉秀娟 基于ERDAS軟件遙感正射影像制作[J]. 測繪與空間地理信息 2007年05期

[4] 黨安榮 ERDAS IMAGINE 遙感圖像處理方法[M] 北京：清華大學(xué)出版社發(fā)行部 2003.4.1

[5] 韋玉春 遙感數(shù)字圖像處理[M] 實驗教程科學(xué)出版社 2011.08

[6] 尼克松 特征提取與圖像處理[M] 電子工業(yè)出版社 2010.10.1

[7] 凌婷婷 用ERDAS IMAGINE進(jìn)行衛(wèi)星影像幾何糾正的方法

作者：杜蕾，1981年5月出生，漢族，籍貫遼寧錦州，副高級工程師，遼寧省基礎(chǔ)測繪院工作，大學(xué)本科學(xué)歷，2006年畢業(yè)于中南大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，又于2016年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)測繪工程專業(yè)，多年從事測繪內(nèi)業(yè)航測、質(zhì)量檢查等工作等。