熊德科，尹 峰，李荊荊

（1.湖北省國土測(cè)繪院，湖北武漢430010；2.湖北省土地規(guī)劃勘測(cè)院，湖北武漢430000）

RapidEye影像正射影像圖生產(chǎn)工藝探討

熊德科1，尹 峰2，李荊荊2

（1.湖北省國土測(cè)繪院，湖北武漢430010；2.湖北省土地規(guī)劃勘測(cè)院，湖北武漢430000）

介紹了在正射影像生產(chǎn)中一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如用Photoshop對(duì)有薄云的RapidEye影像進(jìn)行去薄云融合處理；對(duì)山區(qū)影像用小面元微分糾正等?？偨Y(jié)了針對(duì)RapidEye影像去薄云和山區(qū)糾正困難的一套快速有效生產(chǎn)工藝。

RapidEye；通道；色階；糾正

數(shù)字正射影像圖 (DOM)是對(duì)航空(或航天)相片進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集。它是同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征的圖像。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，高分辨率、光譜信息豐富、獲取快捷的衛(wèi)星遙感正射影像，可作為地圖分析背景控制信息，也可從中提取自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史信息或最新信息,為土地利用變更調(diào)查、防治災(zāi)害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)；還可從中提取和派生新的信息，實(shí)現(xiàn)地圖的修測(cè)更新。對(duì)評(píng)價(jià)其他數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)實(shí)性和完整性都很優(yōu)良。本文以RapidEye遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，討論山區(qū)及有云層覆蓋區(qū)域的制作數(shù)字正射影像圖的方法，以便滿足土地利用變更調(diào)查的應(yīng)用[2]。

1 RapidEye衛(wèi)星影像

2008年8月29日，RapidEye地球探測(cè)衛(wèi)星系列在拜科努爾發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。RapidEye是由德國RapidEye AG公司運(yùn)營并提供地理空間信息服務(wù)的高空間分辨率商業(yè)衛(wèi)星星座[3]。該衛(wèi)星的系列產(chǎn)品自2009年1月進(jìn)入我國市場(chǎng)，在我國的農(nóng)業(yè)、環(huán)境、保險(xiǎn)及政府等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用潛力。衛(wèi)星相關(guān)參數(shù)如表1所示。

2 數(shù)字正射影像圖的制作原理和方法

2.1 數(shù)字正射影像圖的制作原理

影像通過數(shù)字元糾正形成正射投影的過程，其原理是將影像化為很多微小的區(qū)域，根據(jù)有關(guān)的參數(shù)利用相應(yīng)的構(gòu)像方程式或通過控制點(diǎn)解算相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后利用數(shù)字高程模型對(duì)原始非正射影像進(jìn)行糾正，將其轉(zhuǎn)換為正射影像。此時(shí)正射影像既具有地圖的幾何特性，又具有相片的影像質(zhì)量，它所表達(dá)的信息更為豐富、直觀，具有更大的應(yīng)用價(jià)值。

表1 衛(wèi)星相關(guān)參數(shù)

小面元微分糾正。選擇基準(zhǔn)影像和待糾正影像同名點(diǎn)對(duì)，且這些點(diǎn)大部分都在山脊、山谷等特征線上，或者它們本身就是一些明顯的特征點(diǎn)。將其構(gòu)成 2個(gè)相互對(duì)應(yīng)三角網(wǎng)。糾正成與基準(zhǔn)影像對(duì)應(yīng)的三角形全等。由于這種小面元糾正所用的控制點(diǎn)沿影像特征密集分布，對(duì)不同的遙感影像間的幾何變形進(jìn)行了精確的相對(duì)糾正，因而能很好地解決山區(qū)遙感影像的配準(zhǔn)問題。

2.2 數(shù)字正射影像圖的制作方法

制作DOM的具體流程如圖1所示。

圖1 制作DOM流程

1）衛(wèi)星影像融合與處理。獲取RapidEye影像后，要根據(jù)影像具體情況，視需要對(duì)影像進(jìn)行增強(qiáng)處理，如調(diào)整亮度、對(duì)比度等，以使其清晰易讀為易，這是保證量測(cè)精度和提高判讀影像質(zhì)量的前提條件。本實(shí)驗(yàn)區(qū)使用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為做過輻射校正和傳感器校正的1B級(jí)基礎(chǔ)產(chǎn)品。針對(duì)項(xiàng)目的要求和RapidEye影像數(shù)據(jù)特點(diǎn)（5個(gè)波段相同采樣間隔，無全色和多光譜融合情況），通常不用配準(zhǔn)而直接融合，效果如圖2所示，基本無重影和模糊現(xiàn)象。

圖2 RapidEye融合影像

融合后在Photoshop中進(jìn)行影像增強(qiáng)處理，因RapidEye衛(wèi)星影像本身含有紅、綠、藍(lán)3個(gè)波段的數(shù)據(jù)，所以一般直接用3、2、1三個(gè)波段分別對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)進(jìn)行融合，這樣調(diào)整出的影像才會(huì)更加接近自然色，為后繼的判讀工作帶來便利。對(duì)于有薄云的區(qū)域處理時(shí)有2種方法可以增強(qiáng)清晰度，提高判讀質(zhì)量。

方法一為在 Photoshop軟件里局部選擇有薄云區(qū)域，通過調(diào)整色階來拉伸直方圖，從而增強(qiáng)對(duì)比度，保證色彩自然，影像更加清晰，如圖3和圖4所示。

圖3 有薄云區(qū)域影像

圖4 通過色階調(diào)整后效果

方法二為用RapidEye衛(wèi)星影像的紅外波段或紅邊波段（長波穿透云霧能力強(qiáng)）來全部或局部代替藍(lán)色波段（短波穿透云霧能力差），替換后紋理更清晰，如圖5和圖6所示，但色彩不自然，對(duì)判讀稍有影響，要對(duì)地物顏色重新認(rèn)識(shí)，對(duì)比原始影像和波段替換后影像，如圖7和圖8所示。

圖5 有薄云區(qū)域藍(lán)色波段影像

圖6 有薄云區(qū)域紅外波段影像

圖7 原始RGB影像

圖8 紅外波段替換藍(lán)色波段后影像

2）山區(qū)控制點(diǎn)的選擇和量測(cè)?？刂泣c(diǎn)布設(shè)要盡可能均勻；要注意邊緣控制點(diǎn)密度，保證成圖范圍和精度要求；對(duì)相鄰兩景影像之間選取一定的公共點(diǎn)進(jìn)行連接，以保證接邊的精度。

3）影像正射糾正和小面元微分糾正。使用ERDAS的DataPrep-ImageGeometricCorecction模塊，結(jié)合衛(wèi)星影像的PRC參數(shù)、DEM數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，用雙線性插值采樣方法對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行微分糾正，即可獲得正射影像;把生成的正射影像與基準(zhǔn)影像或其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比，看糾正后影像精度是否合限。影像糾正后的誤差主要有 3個(gè)方面的來源，一是控制點(diǎn)的誤差，此又分為基礎(chǔ)底圖的誤差和人為選取控制點(diǎn)的誤差；二是RapidEye數(shù)據(jù)的內(nèi)部幾何誤差；三是DEM的誤差。如果糾正后影像大部分區(qū)域超限，需返回檢查是否控制點(diǎn)誤差太大，修改和添加控制點(diǎn)來減小誤差；如果糾正后影像局部超限，特別是山里公路和房屋產(chǎn)生位移，多因DEM的誤差引起，通過小面元微分糾正可以很好地解決這個(gè)問題。

4）影像鑲嵌與裁切。采用 photoshop平臺(tái) ReebotooPSPlugIn小插件進(jìn)行鑲嵌和裁切有諸多方便，大大減少了工作量。本實(shí)驗(yàn)區(qū)要求影像按縣范圍裁切，該插件可支持導(dǎo)入SHP格式的數(shù)據(jù)為選區(qū)，可保存坐標(biāo)信息，并且一個(gè)縣范圍內(nèi)常由2-6景影像鑲嵌而成，利用圖層的概念，既可單獨(dú)保存每景影像的獨(dú)立性，保存中間成果，也可隨時(shí)鑲嵌成一幅完整影像。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本實(shí)驗(yàn)區(qū)主要是利用RapidEye衛(wèi)星影像進(jìn)行正射校正獲取地面分辨率為5m的DOM數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)區(qū)位于四川省蘆山縣，地形以山地為主，由3景有一定重疊區(qū)域的影像全覆蓋，于2010年9月-12月之間攝影，部分區(qū)域有云霧，衛(wèi)星影像為GeoTiff格式，影像只有多光譜影像，包括近紅外、紅邊、紅、綠、藍(lán)5個(gè)波段，地面分辨率為6.5 m，每一景影像提供了 RPC參數(shù)文件，以GeoTiff格式二調(diào)基礎(chǔ)底圖作為控制點(diǎn)平面坐標(biāo)來源，以ASTGTM的30m空間分辨率的GeoTiff格式DEM成果為控制點(diǎn)高程數(shù)據(jù)來源和基礎(chǔ)進(jìn)行DOM制作，坐標(biāo)系統(tǒng)為1980西安坐標(biāo)系，3°分帶。具體制作時(shí)，每景衛(wèi)星影像上需要選取30-40個(gè)地面控制點(diǎn)，特別在影像邊緣和山間平坦地區(qū)多布設(shè)控制點(diǎn)；生成DOM后與二調(diào)基礎(chǔ)底圖進(jìn)行對(duì)比，一般在山間平坦地區(qū)精度平均在2個(gè)像素之內(nèi)，而起伏較大的山脊和山谷區(qū)域偏移較大，達(dá)到5-10個(gè)像素，主要原因是DEM精度較差引起，但經(jīng)過加密控制點(diǎn)（100-200個(gè)控制點(diǎn)）進(jìn)行小面元微分糾正后，精度平均可以達(dá)到2個(gè)像素之內(nèi)。

通過對(duì)山區(qū)及有薄云覆蓋的 RapidEye影像融合、正射糾正、小面元微分糾正和鑲嵌裁切后，影像幾何精度高、色彩自然、紋理清晰，更加有利于影像的判讀和比對(duì)。在土地利用變更調(diào)查項(xiàng)目中，通過本生產(chǎn)工藝可以快速有效生產(chǎn)出合格的正射影像，通過與前時(shí)相影像疊加分析，容易發(fā)現(xiàn)色彩與紋理上的不同，利于尋找變化圖斑。

4 結(jié)語

基于以上的實(shí)驗(yàn)，對(duì)山區(qū)有薄云的RapidEye影像處理后，對(duì)線狀地物和圖斑的判別清晰，尤其是對(duì)建設(shè)用地、水域、農(nóng)用地和林地的判別較清晰，能很好地應(yīng)用于土地利用變更調(diào)查監(jiān)測(cè)，尤其在作業(yè)時(shí)間有限、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來源有限等不利條件下，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，能較高效率地完成項(xiàng)目任務(wù)，提高遙感影像的有效利用率，節(jié)約數(shù)據(jù)采集成本，擺脫不良?xì)夂驐l件的約束。本生產(chǎn)工藝在RapidEye影像融合處理時(shí)，操作簡單，易于理解，每一過程實(shí)時(shí)顯示處理效果，可控性強(qiáng)，對(duì)生產(chǎn)人員專業(yè)知識(shí)要求不高，可在生產(chǎn)過程中迅速推廣，有利于項(xiàng)目的高效生產(chǎn)。

但是目前在多種分辨率影像間及多種衛(wèi)星波段影像間自動(dòng)找同名點(diǎn)對(duì)的準(zhǔn)確率上還存在一定問題，這使糾正時(shí)人工找同名點(diǎn)對(duì)的工作量仍較大。

[1] 黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.ERDAS IMAGINE遙感圖像處理方法[M].北京:清華大學(xué)出版社，2003

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Discussion on the RapidEye Image Orthophoto Map Production Process

byXIONG Deke

This paper described the orthophoto production in some of the key link.For example,we used the photoshop software to remove and fusion a thin cloud of RapidEye images.For the mountainous area, the images were used the small unit of area differential to correct. Through this method we summed up a set of fast and efficient production processes for RapidEye image to remove the thin cloud and difficult mountain Image Correction.

RapidEye，channel，levels，correct

2011-03-25

P231

B

1672-4623(2011)03-0089-03

熊德科，工程師，主要從事航測(cè)、土地利用遙感監(jiān)測(cè)相關(guān)工作。