森林資源調(diào)查中SPOT5全色與多光譜衛(wèi)星影像融合技術(shù)

梁春秋

現(xiàn)地進行各項因子調(diào)查存在參加人員多，工作周期長，勞動強度大，效率低等問題，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在市場經(jīng)濟下的森林資源調(diào)查工作。利用高分辨率衛(wèi)星影像進行森林資源調(diào)查的方法開始得到廣泛應(yīng)用，而由于Spot5衛(wèi)星影像分辨率高，多光譜影像能反映植被信息等特點，在森林資源調(diào)查中得到林業(yè)工作者的青睞。遙感信息融合可以充分發(fā)揮不同遙感信息各自特點，起到取長補短的作用。高分辨率全色影像空間結(jié)構(gòu)信息豐富，能夠詳細地表達地物的細節(jié)特征。低分辨率多光譜影像光譜信息豐富，有利于對地物的識別與解譯。利用影像融合技術(shù)生成高分辨率多光譜影像能夠綜合他們的優(yōu)勢，由Spot5全色波段和Spot多光譜影像融合得到的影像，兼有全色波段的高空間分辨率和多光譜影像的高光譜分辨率特征，可以滿足影像解譯的需求。

1.圖像融合的原理

圖像融合是將低空間分辨率的多光譜圖像與高空間分辨率的單波段圖像采樣，生成一副高分辨率多光譜遙感圖像的圖像處理技術(shù)，使得處理后的圖像既有較高的空間分辨率，又具有多光譜特征。

2.圖像處理方法

2.1影像配準

由于衛(wèi)星在掃描地面時，除星下點外都有一個傾斜角，而且由于地面的起伏、地球曲率、掃描誤差等因素，衛(wèi)星影像的原始數(shù)據(jù)都存在一定的幾何變形，用這樣的數(shù)據(jù)是不可靠的，因此必需對衛(wèi)星影像進行幾何校正。幾何校正能消除各種系統(tǒng)誤差，生成平面無變形的正射影像才能用于生產(chǎn)中。幾何校正一般是以1：5萬地形圖為基準，加數(shù)字高程模型進行。而1：5萬地形圖又是通過掃描儀輸入計算機，這個過程中不可避免地存在一些誤差，并且這種圖是沒有任何空間信息的，所以要先對其校正并疊加投影模型，消除其誤差并使其具有空間坐標。

在校正后的地形圖上尋找明顯的同名地物點作為衛(wèi)星影像配準的控制點，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在兩條河流的匯合處、主要公路的交叉點、公路與河流的交叉點等類型的地物點比較好找。不同軟件和不同的配準模型要求的控制點數(shù)是不一樣的，通常一幅影像要10～30個控制點，要求均勻分布在影像內(nèi)。在執(zhí)行校正前要先計算模型參數(shù)，如果達不到精度要求，就要增加控制點，同時對一些計算誤差較大的控制點分析是否找錯了，如果是找錯了就要刪除后在重新找。

計算精度達到要求后就可以執(zhí)行配準過程了，配準后的影像要與地形圖進行疊加對照檢查，看明顯地物是否在兩張圖上重合，例如兩條溝的交點、河流、公路等。如果局部不能很好地重合，需要分析這個地方的控制點是否正確，或是考慮在這個地方增加控制點。影像圖校正的精度直接影響到后期調(diào)查數(shù)據(jù)的精確度，因此必須仔細檢查影像的每個地方。

2.2分辨率融合

雖然Spot5衛(wèi)星的全色片精度可以達到2.5m，但全色片對地物的反映只是一個灰度值，而多光譜影像雖能反映地物的光譜信息，但分辨率又只有10m～30m，為了解決這一問題，需要運用分辨率融合技術(shù)，使得融合后的影像即有較高的空間分辨率，又有多光譜的特征。因此，融合模型的好壞直接影響到影像融合后的效果，一個好的模型融和出來的影像應(yīng)該既有全色片的紋理特征，又不損失多光譜信息，同時合成的假彩色又比較接近自然色。

高分辨率圖像的一個特點就是全色波段分辨率較高，但只能以灰度成圖，多光譜波段可以組合成色彩豐富的彩色圖像，但分辨率較低。采用融合技術(shù)形成的圖像可取兩者之長，既擁有全色波段的高分辨率，又有豐富的色彩。用這種方法融合的影像在色彩上能正確地反映出地面上各主要地類及植被信息，在空間上也能分辨出各種地物，為外業(yè)調(diào)查提供了可靠的依據(jù)。圖像融合時，Spot5的全色波段作為高空間分辨率數(shù)據(jù)，其空間分辨率為5米；多光譜數(shù)據(jù)作為低空間分辨率數(shù)據(jù)，其分辨率為10米。

2.3影像拼接

一個縣需要幾幅衛(wèi)星影像才能完全覆蓋，為了便于使用，通常要將幾幅衛(wèi)星影像拼成為一整幅。由于每幅衛(wèi)星影像在縣內(nèi)的大小不同，為了減少數(shù)據(jù)處理量，在拼接前先對影像進行裁切，只保留需要部分，這樣可以加快處理速度。為保證需要部分不被裁去，要準備縣界的矢量數(shù)據(jù)，用來控制裁切的邊界。每幅衛(wèi)星影像的掃描的時間不同的，這就存在太陽高度角、大氣輻射量等各種因素的影響，造成各幅影像合成的假彩色的色彩差別很大。如果這樣的影像用于外業(yè)調(diào)查，就需要分別對每幅影像進行判讀建標，加大了外業(yè)工作量。因此需要對影像做直方圖匹配，使一幅影像各個波段的直方圖與另一幅影像的對應(yīng)波段相似。經(jīng)過直方圖匹配后合成出來的假彩色也就比較相似了。

為了影像便于肉眼判讀，需要對影像進行色彩增強處理。方法是調(diào)整亮度、對比度；改變光譜數(shù)據(jù)分級，使光譜數(shù)據(jù)顯示主要部分，舍去次要部分。這種方法會丟失部分信息。處理好的衛(wèi)星影像就可以輸出使用了。但是用于資源二類調(diào)查的影像還需要增加一些信息，主要有工作區(qū)各種行政界限、權(quán)屬界、林班網(wǎng)、林班號、小地名、大地坐標網(wǎng)及坐標值等。設(shè)定好比例尺后，按地形圖標準分幅輸出。

3.結(jié)論

Spot5影像在森林資源調(diào)查中發(fā)揮了極大作用，比起傳統(tǒng)調(diào)查方法，工作效率、區(qū)劃精度等得到明顯提高。但是受到地面天氣及衛(wèi)星運行周期影響，在短期內(nèi)收集齊一個地區(qū)的衛(wèi)星影像比較困難。所以部分森林資源調(diào)查中就使用了TM影像作為替代。影像配準是以地形圖控制的，但地形圖的成圖時間比較早，許多地物已發(fā)生了變遷，增加了控制點的尋找難度。建議使用GPS到現(xiàn)地采集控制點，以保證控制點的精度。

不同融合方法有不同的優(yōu)勢，需要根據(jù)具體的應(yīng)用進行選擇。融合后影像具有與Spot5原數(shù)據(jù)影像相同的4個波段，能夠根據(jù)需要進行不同的波段選擇，既能較好保持原多光譜影像的光譜特性，又能較大地增強其空間細節(jié)信息，是目前比較理想的搞空間分辨率遙感影像融合方法。

分辨率融合是影像效果好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，影響到判讀效果。而影像配準則是精度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有準確無誤地配準，才能得到可信的調(diào)查結(jié)果。把握好這兩個環(huán)節(jié)，處理出來的影像數(shù)據(jù)才能應(yīng)用于生產(chǎn)中。spot5衛(wèi)星影像分辨率高，但它是全色光影像對地面反映只是一個灰度值，不能直接用于生產(chǎn)，我們一般用TM多光譜影像與其進行融合，TM影像分辨率低，但色彩信息豐富。HSV變換后色彩差異與原影像相差最大，不同地物間色彩差異較小，此融合方法不利于植被分類。 [科]