肖立強++姚月++李小華

摘 要：遙感影像糾正是制約國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣泛應用的重要環(huán)節(jié)。本文對02C數(shù)據(jù)衛(wèi)星HR全色數(shù)據(jù)進行了幾何校正試驗，總結出具有普遍性適合02C衛(wèi)星HR全色數(shù)據(jù)的最優(yōu)糾正模型和最佳控制點數(shù)量，為規(guī)?；a(chǎn)提供參考依據(jù)。

關鍵詞：02C衛(wèi)星 糾正模型 控制點數(shù)量

中圖分類號：P17 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0043-02

目前，運用遙感影像進行國土資源項目中的調(diào)查研究，體現(xiàn)了遙感衛(wèi)星的時效性、科學性及先進性。與此同時，面臨著所需遙感數(shù)據(jù)嚴重不足的情況，我國于2011年12月22日11時26分成功發(fā)射“資源一號”02C衛(wèi)星，將提升我國遙感數(shù)據(jù)的自給率。

影像糾正對于遙感影像的質(zhì)量是至關重要的，通過ERDAS軟件對02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行不同模型、不同控制點數(shù)量糾正的精度對比試驗，得出適合大規(guī)模投入生產(chǎn)02C數(shù)據(jù)的常規(guī)處理方法，為該衛(wèi)星數(shù)據(jù)的潛在用戶提供更合適的遙感影像糾正處理方法。

1 糾正方法

物理模型糾正方法運用共線方程模型，需要衛(wèi)星軌道星歷參數(shù)和傳感器參。這些資料在實際生產(chǎn)中用戶是無法獲得的，因此本次試驗重點采用多項式糾正模型和有理函數(shù)糾正模型。

1.1 多項式糾正模型

多項式糾正是不考慮影像成像過程中的空間幾何關系，直接對影像本身進行數(shù)學模。通常采用的圖像糾正方法主要是二次多項式法。利用控制點的地面坐標X、Y和像素坐標x，y建立多項式：

根據(jù)最小二乘原理，用上式解算二次多項式系數(shù)：，，，，，，，，，，。通過變換關系式，反算出輸出像元原影像上的坐標，然后將原影像該點處的亮度值取到輸出影像相應的坐標位置。只是以控制點“約束”進行影像拉伸變換，擬合程度與點數(shù)多少成正比，對于平原地區(qū)相對精度要好一些，對于山區(qū)等高程起伏較大的地區(qū)不提倡使用。

1.2 有理函數(shù)糾正模型

有理函數(shù)模型是利用地面控制點和數(shù)字高程模型進行糾正的。有理函數(shù)模型使用兩個多項式函數(shù)的比值計算圖像的行，兩個多項式的相似比計算圖像的。所有多項式都是地面坐標（經(jīng)度、緯度和高度）的函數(shù)。

該方法結合DEM數(shù)據(jù)可以解決地形高差引起的投影變形，完成影像的正射糾正。缺點是只能糾正控制點處的誤差，不能消除控制點之間的影像變形，糾正后影像的精度還會受到DEM精度的影響。

2 影像糾正試驗技術路線

以已有成熟技術為基礎進行“資源一號”02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)糾正方法優(yōu)選及參數(shù)優(yōu)選和“資源一號”02C衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)進行糾正處理方法的研究及對精度進行分析（見圖1）。

3 O2C試驗數(shù)據(jù)準備

3.1 數(shù)據(jù)準備

“資源一號”02C衛(wèi)星有兩臺HR相機和一臺全色/多光譜（PMS）相機，HR數(shù)據(jù)光譜范圍是0.51～0.8 m，空間分辨率是2.36 m。PMS的藍波段的分辨率是5 m，綠、紅、近紅外三個波段的分辨率是10 m。兩臺相機的原始數(shù)據(jù)根據(jù)對接收到的02C影像進行不同的處理，本次只針對1C級、2C級兩種級別的HR數(shù)據(jù)進行糾正試驗。

高程數(shù)據(jù)采用的是SRTM30 mDEM，控制資料是分辨率為0.5 m2010年的WV02影像。

3.2 控制點選點原則

控制點主要遵循以下原則：第一，控制點要能控制整個工作區(qū)，并盡可能均勻分布，特別是邊界要有控制點；第二，盡可能地選擇線條輪廓比較清晰的地物交叉點或拐點作為控制點（如道路交叉口、橋梁等明顯且較為固定的地物標志點）；第三，對于山區(qū)等控制點很難選取的地方一定要有控制點，可以選擇走向明顯的山脊交叉點或拐點作為控制點。

在本次糾正試驗中按照上述原則選擇控制點。

3.3 常用重采樣方法

遙感圖像的幾何處理中，常常要在數(shù)字圖像的各像素陣列中計算一個不在陣列位置上的新像元值，稱重采樣。重采樣中被抽樣點的像元值多數(shù)情況下落在圖像網(wǎng)格中幾個像元點之間。因而輸出圖像的像元值必須通過一定的內(nèi)插方法，由輸入圖像中的內(nèi)插點周圍的若干像元值來計算確定，也就是說對輸入圖像進行重采樣是圖像幾何處理（包括幾何精校正、投影變換等）必不可少的一部分。進行重采樣也可以消除圖像的畸變。常用的重采樣方法主要有3種：最鄰近法（Nearest Neighbor）、雙線性法（Bilinear Interpolation）和立方卷積法（Cubic Convolution）。

在本次糾正試驗中選擇的重采樣方法是雙線性法。

4 O2C衛(wèi)星HR數(shù)據(jù)影像糾正試驗

4.1 控制點定位試驗

5個作業(yè)人員分別對交叉路口中心、角點、廣場綠地與地面的角點等8個點進行定位（見表1）。

定位精度最好的為5號點（見圖2），點位為十字交叉路口（寬度10 m左右）角點，定位精度最差的為7號點，點位為非直角四叉路口（寬度10米左右）角點。

根據(jù)以上試驗結果，對控制點定位精度進行分檔，分為較好、一般、較差三檔。（1）定位精度較好的點位為：十字交叉路口角點，丁字路口中心點，建設用地拐點；（2）定位精度一般的點位為：農(nóng)用地塊、空閑地塊的角點，二叉路口的角點，十字交叉路口中心點；（3）定位精度較差的點位為：非直角四叉路口角點。

在糾正配準選點過程中，控制點布設在路口時，優(yōu)先選擇直角路口的角點或簡單直角路口（丁字路口）的中心點作為控制點，其次為非直角路口的角點或復雜直角路口（十字路口）的中心點作為控制點，盡量不選擇復雜的非直角路口作為控制點。控制點布設在地塊角點時，優(yōu)先選擇建設用地拐點作為控制點，其次為農(nóng)用地塊的角點。

4.2 不同糾正模型的精度分析

用ERDAS軟件對2C級的HR數(shù)據(jù)進行糾正，由于影像以平原為主，先用50個控制點均勻分布，用多項式模型一次、二次、三次分別進行糾正。然后添加SRTM30米的DEM數(shù)據(jù)通過有理函數(shù)模型一次、二次、三次分別進行糾正。endprint

同樣用ERDAS軟件對1C級的HR數(shù)據(jù)進行糾正，該影像以平原為主，先用40個控制點均勻分布，用多項式模型一次、二次、三次分別進行糾正，然后添加SRTM30米的DEM數(shù)據(jù)通過有理函數(shù)模型一次、二次、三次分別進行糾正。

將上述相同控制點數(shù)不同糾正模型時得到的影像，均勻選取10個檢查點，進行糾正后影像的精度對比。以控制資料上的點的坐標為基準，分別計算10個檢查點處的精度，最后得出2C級的HR試驗數(shù)據(jù)的不同糾正模型的平均較差和1C級的HR試驗數(shù)據(jù)的不同糾正模型的平均較差如4-2-1表所示。

由表2可知，對于02C衛(wèi)星影像的2C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為50的情況下，有理函數(shù)模型rational polynomial coefficient（RPC）三次的情況下的平均較差最小是4.62 m小于5 m（2倍采樣間）。1C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為40個的情況下，有理函數(shù)模型（RPC）二次的情況下的平均較差最小是3.91 m<5 m（2倍采樣間隔）。因此在今后02C衛(wèi)星2C級數(shù)據(jù)應用到大規(guī)模生產(chǎn)中，建議用有理函數(shù)模型的三次進行糾正影像，1C級數(shù)據(jù)應用到大規(guī)模生產(chǎn)中，建議用有理函數(shù)模型的二次進行糾正影像。

若采用1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)，由有理函數(shù)模型糾正輸出的影像的精度應該會更好一些，由于條件有限，沒有1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)。當沒有所需的DEM數(shù)據(jù)的時候可以采用多項式糾正模型，由上表可知1C級、2C級數(shù)據(jù)都應該采用三次多項式進行糾正時只針對地勢起伏不大的地區(qū)。

4.3 不同控制點數(shù)量的精度分析

由4.2的試驗得到2C級數(shù)據(jù)應用有理函數(shù)模型三次進行控制點數(shù)量試驗，在控制點盡可能均勻分布的前提下，控制點數(shù)量減少至40個、30個、25個和20個時分別輸出影像，對輸出的影像整景選取10個檢查點，然后對其精度進行對比。

1C級數(shù)據(jù)用有理函數(shù)模型二次進行控制點數(shù)量試驗，在控制點盡可能均勻分布的前提下，控制點數(shù)量減少至30個、25個、20個和15個時分別輸出影像，對輸出的影像整景選取10個檢查點，然后對其精度進行對比，得到表3所示。

由于糾正后的影像的分辨率是2.5 m，如表3所示2C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)為40個時的平均較差是4.77 m，控制點數(shù)為50個的時候平均較差是4.43 m均小于5 m（2倍采樣間隔），滿足生產(chǎn)要求。1C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為30個時的平均較差最小是4.15 m，在20個、25個和40個控制點時也小于5 m（2倍采樣間隔）。

因此對于2C級數(shù)據(jù)投入生產(chǎn)時可以由實際情況而采用40個至50個之間的控制點數(shù)量均能滿足要求；1C級數(shù)據(jù)投入生產(chǎn)時可以由實際情況而采用20個至40個之間的控制點數(shù)量均能滿足要求。

5 結論

“資源一號”02C衛(wèi)星遙感影像可以為土地利用現(xiàn)狀和監(jiān)測調(diào)查提供準確的基礎數(shù)據(jù)，本試驗結果為“資源一號”02C衛(wèi)星影像在有高程數(shù)據(jù)時，1C級數(shù)據(jù)采用有理函數(shù)模型二次，控制點數(shù)量在20～40個之間；2C級數(shù)據(jù)采用有理函數(shù)模型三次，控制點數(shù)量在40～50個之間。在沒有合適的高程數(shù)據(jù)并且影像覆蓋轄區(qū)地勢起伏不大時，1C級數(shù)據(jù)采用三次多項式，控制點數(shù)量在20～40個之間；2C級數(shù)據(jù)采用三次多項式，控制點數(shù)量在40～50個之間。在以后的實際生產(chǎn)中可以將上述結論運用到02C衛(wèi)星的1C級、2C級數(shù)據(jù)得大規(guī)模生產(chǎn)中，對保證土地利用現(xiàn)狀和監(jiān)測調(diào)查的精度會起到重要的作用。

參考文獻

[1] 孫富貴，馮樹輝.基于1∶1萬DEM的SPOT5遙感影像正射糾正[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（2）：830-833.

[2] 趙東晨.遙感影像圖幾何糾正方法的探討[J].城市建設理論研究：電子版，2011（33）.

[3] 余樹影，王海燕，韓鵬飛，等.淺談遙感影像糾正方法及精度分析[J].測繪技術設備，2010，12（2）.

[4] 2011年全國土地變更調(diào)查監(jiān)測與核查遙感監(jiān)測技術方案[S].中國土地勘測規(guī)劃院，2011（8）.endprint

同樣用ERDAS軟件對1C級的HR數(shù)據(jù)進行糾正，該影像以平原為主，先用40個控制點均勻分布，用多項式模型一次、二次、三次分別進行糾正，然后添加SRTM30米的DEM數(shù)據(jù)通過有理函數(shù)模型一次、二次、三次分別進行糾正。

將上述相同控制點數(shù)不同糾正模型時得到的影像，均勻選取10個檢查點，進行糾正后影像的精度對比。以控制資料上的點的坐標為基準，分別計算10個檢查點處的精度，最后得出2C級的HR試驗數(shù)據(jù)的不同糾正模型的平均較差和1C級的HR試驗數(shù)據(jù)的不同糾正模型的平均較差如4-2-1表所示。

由表2可知，對于02C衛(wèi)星影像的2C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為50的情況下，有理函數(shù)模型rational polynomial coefficient（RPC）三次的情況下的平均較差最小是4.62 m小于5 m（2倍采樣間）。1C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為40個的情況下，有理函數(shù)模型（RPC）二次的情況下的平均較差最小是3.91 m<5 m（2倍采樣間隔）。因此在今后02C衛(wèi)星2C級數(shù)據(jù)應用到大規(guī)模生產(chǎn)中，建議用有理函數(shù)模型的三次進行糾正影像，1C級數(shù)據(jù)應用到大規(guī)模生產(chǎn)中，建議用有理函數(shù)模型的二次進行糾正影像。

若采用1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)，由有理函數(shù)模型糾正輸出的影像的精度應該會更好一些，由于條件有限，沒有1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)。當沒有所需的DEM數(shù)據(jù)的時候可以采用多項式糾正模型，由上表可知1C級、2C級數(shù)據(jù)都應該采用三次多項式進行糾正時只針對地勢起伏不大的地區(qū)。

4.3 不同控制點數(shù)量的精度分析

由4.2的試驗得到2C級數(shù)據(jù)應用有理函數(shù)模型三次進行控制點數(shù)量試驗，在控制點盡可能均勻分布的前提下，控制點數(shù)量減少至40個、30個、25個和20個時分別輸出影像，對輸出的影像整景選取10個檢查點，然后對其精度進行對比。

1C級數(shù)據(jù)用有理函數(shù)模型二次進行控制點數(shù)量試驗，在控制點盡可能均勻分布的前提下，控制點數(shù)量減少至30個、25個、20個和15個時分別輸出影像，對輸出的影像整景選取10個檢查點，然后對其精度進行對比，得到表3所示。

由于糾正后的影像的分辨率是2.5 m，如表3所示2C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)為40個時的平均較差是4.77 m，控制點數(shù)為50個的時候平均較差是4.43 m均小于5 m（2倍采樣間隔），滿足生產(chǎn)要求。1C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為30個時的平均較差最小是4.15 m，在20個、25個和40個控制點時也小于5 m（2倍采樣間隔）。

因此對于2C級數(shù)據(jù)投入生產(chǎn)時可以由實際情況而采用40個至50個之間的控制點數(shù)量均能滿足要求；1C級數(shù)據(jù)投入生產(chǎn)時可以由實際情況而采用20個至40個之間的控制點數(shù)量均能滿足要求。

5 結論

“資源一號”02C衛(wèi)星遙感影像可以為土地利用現(xiàn)狀和監(jiān)測調(diào)查提供準確的基礎數(shù)據(jù)，本試驗結果為“資源一號”02C衛(wèi)星影像在有高程數(shù)據(jù)時，1C級數(shù)據(jù)采用有理函數(shù)模型二次，控制點數(shù)量在20～40個之間；2C級數(shù)據(jù)采用有理函數(shù)模型三次，控制點數(shù)量在40～50個之間。在沒有合適的高程數(shù)據(jù)并且影像覆蓋轄區(qū)地勢起伏不大時，1C級數(shù)據(jù)采用三次多項式，控制點數(shù)量在20～40個之間；2C級數(shù)據(jù)采用三次多項式，控制點數(shù)量在40～50個之間。在以后的實際生產(chǎn)中可以將上述結論運用到02C衛(wèi)星的1C級、2C級數(shù)據(jù)得大規(guī)模生產(chǎn)中，對保證土地利用現(xiàn)狀和監(jiān)測調(diào)查的精度會起到重要的作用。

參考文獻

[1] 孫富貴，馮樹輝.基于1∶1萬DEM的SPOT5遙感影像正射糾正[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（2）：830-833.

[2] 趙東晨.遙感影像圖幾何糾正方法的探討[J].城市建設理論研究：電子版，2011（33）.

[3] 余樹影，王海燕，韓鵬飛，等.淺談遙感影像糾正方法及精度分析[J].測繪技術設備，2010，12（2）.

[4] 2011年全國土地變更調(diào)查監(jiān)測與核查遙感監(jiān)測技術方案[S].中國土地勘測規(guī)劃院，2011（8）.endprint

同樣用ERDAS軟件對1C級的HR數(shù)據(jù)進行糾正，該影像以平原為主，先用40個控制點均勻分布，用多項式模型一次、二次、三次分別進行糾正，然后添加SRTM30米的DEM數(shù)據(jù)通過有理函數(shù)模型一次、二次、三次分別進行糾正。

將上述相同控制點數(shù)不同糾正模型時得到的影像，均勻選取10個檢查點，進行糾正后影像的精度對比。以控制資料上的點的坐標為基準，分別計算10個檢查點處的精度，最后得出2C級的HR試驗數(shù)據(jù)的不同糾正模型的平均較差和1C級的HR試驗數(shù)據(jù)的不同糾正模型的平均較差如4-2-1表所示。

由表2可知，對于02C衛(wèi)星影像的2C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為50的情況下，有理函數(shù)模型rational polynomial coefficient（RPC）三次的情況下的平均較差最小是4.62 m小于5 m（2倍采樣間）。1C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為40個的情況下，有理函數(shù)模型（RPC）二次的情況下的平均較差最小是3.91 m<5 m（2倍采樣間隔）。因此在今后02C衛(wèi)星2C級數(shù)據(jù)應用到大規(guī)模生產(chǎn)中，建議用有理函數(shù)模型的三次進行糾正影像，1C級數(shù)據(jù)應用到大規(guī)模生產(chǎn)中，建議用有理函數(shù)模型的二次進行糾正影像。

若采用1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)，由有理函數(shù)模型糾正輸出的影像的精度應該會更好一些，由于條件有限，沒有1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)。當沒有所需的DEM數(shù)據(jù)的時候可以采用多項式糾正模型，由上表可知1C級、2C級數(shù)據(jù)都應該采用三次多項式進行糾正時只針對地勢起伏不大的地區(qū)。

4.3 不同控制點數(shù)量的精度分析

由4.2的試驗得到2C級數(shù)據(jù)應用有理函數(shù)模型三次進行控制點數(shù)量試驗，在控制點盡可能均勻分布的前提下，控制點數(shù)量減少至40個、30個、25個和20個時分別輸出影像，對輸出的影像整景選取10個檢查點，然后對其精度進行對比。

1C級數(shù)據(jù)用有理函數(shù)模型二次進行控制點數(shù)量試驗，在控制點盡可能均勻分布的前提下，控制點數(shù)量減少至30個、25個、20個和15個時分別輸出影像，對輸出的影像整景選取10個檢查點，然后對其精度進行對比，得到表3所示。

由于糾正后的影像的分辨率是2.5 m，如表3所示2C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)為40個時的平均較差是4.77 m，控制點數(shù)為50個的時候平均較差是4.43 m均小于5 m（2倍采樣間隔），滿足生產(chǎn)要求。1C級數(shù)據(jù)在控制點數(shù)量為30個時的平均較差最小是4.15 m，在20個、25個和40個控制點時也小于5 m（2倍采樣間隔）。

因此對于2C級數(shù)據(jù)投入生產(chǎn)時可以由實際情況而采用40個至50個之間的控制點數(shù)量均能滿足要求；1C級數(shù)據(jù)投入生產(chǎn)時可以由實際情況而采用20個至40個之間的控制點數(shù)量均能滿足要求。

5 結論

“資源一號”02C衛(wèi)星遙感影像可以為土地利用現(xiàn)狀和監(jiān)測調(diào)查提供準確的基礎數(shù)據(jù)，本試驗結果為“資源一號”02C衛(wèi)星影像在有高程數(shù)據(jù)時，1C級數(shù)據(jù)采用有理函數(shù)模型二次，控制點數(shù)量在20～40個之間；2C級數(shù)據(jù)采用有理函數(shù)模型三次，控制點數(shù)量在40～50個之間。在沒有合適的高程數(shù)據(jù)并且影像覆蓋轄區(qū)地勢起伏不大時，1C級數(shù)據(jù)采用三次多項式，控制點數(shù)量在20～40個之間；2C級數(shù)據(jù)采用三次多項式，控制點數(shù)量在40～50個之間。在以后的實際生產(chǎn)中可以將上述結論運用到02C衛(wèi)星的1C級、2C級數(shù)據(jù)得大規(guī)模生產(chǎn)中，對保證土地利用現(xiàn)狀和監(jiān)測調(diào)查的精度會起到重要的作用。

參考文獻

[1] 孫富貴，馮樹輝.基于1∶1萬DEM的SPOT5遙感影像正射糾正[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（2）：830-833.

[2] 趙東晨.遙感影像圖幾何糾正方法的探討[J].城市建設理論研究：電子版，2011（33）.

[3] 余樹影，王海燕，韓鵬飛，等.淺談遙感影像糾正方法及精度分析[J].測繪技術設備，2010，12（2）.

[4] 2011年全國土地變更調(diào)查監(jiān)測與核查遙感監(jiān)測技術方案[S].中國土地勘測規(guī)劃院，2011（8）.endprint