4D產(chǎn)品在遙感影像糾正中的應(yīng)用

張琳

【摘要】隨著遙感成像技術(shù)的迅速發(fā)展，遙感影像在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是遙感影像的變形經(jīng)常會影響影像的精度，因此對遙感影像進(jìn)行糾正是遙感領(lǐng)域需要解決的重要問題。本文討論了基于數(shù)字產(chǎn)品4D技術(shù)用于遙感圖像的變形糾正，以提高遙感圖像的精度。

【關(guān)鍵詞】4D技術(shù)；遙感影像；變形糾正

引言：隨著科技的發(fā)展，特別是遙感成像技術(shù)的進(jìn)步，遙感技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。但是遙感影像由于地球曲率對的影響，都會存在一定的變形。在小范圍、低精度的情況下，這種影響可以忽略，但是對于測量精度要求較高的情況下，就必須對這一變形進(jìn)行必要的糾正，以獲得準(zhǔn)確可靠的地理信息。影響糾正的目的是糾正原始圖形由于地球曲率影響造成的幾何變形，以保證對圖像進(jìn)行判讀和使用的有效精度。4D產(chǎn)品具有精度高、質(zhì)量好的特征，因此將4D產(chǎn)品用于遙感圖像的糾正具有重要的實(shí)際意義。

1.遙感影像糾正的難點(diǎn)

影像數(shù)字糾正是目前精度最高的一種糾正方式，其基本原理是在遙感地域上選取一定數(shù)量的數(shù)學(xué)模型控制點(diǎn)，然后以這些控制點(diǎn)為參照將原始影像和糾正后的影像之間進(jìn)行必要的幾何關(guān)系解算，也就是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對表現(xiàn)為離散結(jié)構(gòu)的數(shù)字影像中的每一個(gè)影像單元均進(jìn)行解析糾正處理。在進(jìn)行數(shù)字糾正之前，首先要對數(shù)字影像進(jìn)行必要的粗加工，以達(dá)到糾正算法的輸入和輸出的均為以像元為單位的數(shù)字式影像。其次，數(shù)字影像糾正的幾何算法與其采用的數(shù)學(xué)模型有很大的關(guān)系。目前針對不同數(shù)學(xué)模型而采用的常用數(shù)學(xué)算法主要有兩種：一是多項(xiàng)式糾正法；二是共線方程糾正法。無論在實(shí)際操作過程中采用的是上述方法中的何種方法，都必須要對數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)進(jìn)行解算，而解算過程需要一定量的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為支撐，因此，選取遙感地域內(nèi)的一定數(shù)量控制點(diǎn)就成為這一過程中必不可少又異常重要的工作。由于選取的控制點(diǎn)的數(shù)量、空間分布和坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度會對遙感影像的糾正結(jié)果產(chǎn)生直接影響，所以控制點(diǎn)選取也是這一過程中最為困難的工作。目前普遍采用的方法是利用相應(yīng)的地形圖來進(jìn)行控制點(diǎn)選取。具體操作方法是在地形圖上人工選取具有明顯特征易于辨別的地物點(diǎn)或特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并量取其平面坐標(biāo)。由于解算過程經(jīng)常會用到控制點(diǎn)的高程信息， 有這種需要時(shí)可以采用等高線內(nèi)差估算的方法得到，當(dāng)然也可采用一些其他方法。例如可以對使用的地形圖上相關(guān)控制點(diǎn)的高程信息進(jìn)行數(shù)字化采樣，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)建立數(shù)字地面模型 （DTM），然后再將地面模型 （DTM）中的控制點(diǎn)幾何位置與輸出圖像范圍進(jìn)行配準(zhǔn)，以便在輸出圖像能夠?qū)γ總€(gè)像素的平面位置進(jìn)行認(rèn)定，同時(shí)還能夠從 DTM中提取到與之對應(yīng)的該地點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，并在遙感影像上對同一地點(diǎn)進(jìn)行目視判讀。這種方法在原理上講并不復(fù)雜，但是實(shí)際操作工作量和工作難度異常巨大，并且某些情況下的工作效果也不理想。其原因首先是由于需要人工目視判讀，選取的控制點(diǎn)無論對于地形圖還是遙感影像都要清晰可辨，不然很難找到對應(yīng)點(diǎn)位置，但是考慮到遙感影像比例尺很小，這項(xiàng)目視辨別工作時(shí)常難以進(jìn)行；其次，由于紙制地形圖存在變形和人為的辨認(rèn)誤差的影響，會使控制點(diǎn)的讀取精度受到嚴(yán)重干擾，造成辨別精度和工作效率低下；最后，平原和城市地區(qū)的自然地形、地貌中具有較多的特征點(diǎn)，因此特征點(diǎn)的選取相對比較容易，不僅可以選取相對較多的控制點(diǎn)，并且可以做到在遙感地域內(nèi)的均勻分布，從而保證糾正的精度要求。但是對于草原和荒漠地區(qū)，地表的植被和具有明顯特征的地物都十分稀少，這無疑會加大在地形圖和影像上找到清晰的同名點(diǎn)的困難，并且還會因?yàn)檫x點(diǎn)精度不高或控制點(diǎn)過少而達(dá)不到糾正效果，從而影響到遙感影像在上述地區(qū)的使用。因此，要充分發(fā)揮遙感影像在上述地區(qū)的作用，必須要對以選擇控制點(diǎn)為核心的影像糾正方法的改進(jìn)?；谏鲜龇治?，利用現(xiàn)代化數(shù)字產(chǎn)品 4D數(shù)據(jù)來采集控制點(diǎn)，從理論上講可以有效解決上述問題。將其用于遙感影像糾偏可以得到一條高精度、高效率的糾正方法。

2.4D數(shù)據(jù)在遙感影像糾正中的應(yīng)用

4D數(shù)據(jù)產(chǎn)品來源于基于全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的航空攝影測量方法生產(chǎn)得到，相對于傳統(tǒng)數(shù)字產(chǎn)品其具有精度高、質(zhì)量好以及負(fù)載信息量大的明顯優(yōu)勢。根據(jù)4D數(shù)據(jù)產(chǎn)品多年生產(chǎn)使用經(jīng)驗(yàn)來看，將其應(yīng)用于遙感影像糾正處理過程，對于提高糾正精度，提高工作效率都能取得良好的效果。但是在具體應(yīng)用過程中的一些細(xì)節(jié)問題還是需要有效的方法和措施保障，下面對相關(guān)問題作進(jìn)一步的探討。

2.1控制點(diǎn)的選擇

2.1.1控制點(diǎn)的選擇

控制點(diǎn)的選擇是影像糾正的第一步，無論采用何種數(shù)學(xué)模型和糾正法，都需要一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。首先控制點(diǎn)數(shù)量的選取要適量，控制點(diǎn)選取太多，會增加數(shù)據(jù)量容量，增大計(jì)算的難度和時(shí)間，同時(shí)也會增加特征點(diǎn)較少地區(qū)的選點(diǎn)困難；如果控制點(diǎn)選取數(shù)量過少，則會對糾正精度產(chǎn)生嚴(yán)重影像，不利于糾正的目的的達(dá)成。因此，在實(shí)際操作中對于每幅影像控制點(diǎn)的選取建議設(shè)定在10—30個(gè)之間，并且這些控制點(diǎn)均勻分布于影像范圍內(nèi)，以做到對整個(gè)影像的糾正范圍的控制，盡量減少糾正過程中的局部變形，提高糾正精度。此外，控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)的確定也可依據(jù)成遙感圖像的比例尺，以圖幅邊長為間距來進(jìn)行確定。

2.1.2控制點(diǎn)的采集

控制點(diǎn)選擇完成后就需要對各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行采集，這是遙感影像糾正處理過程中的一項(xiàng)非常重要卻又相當(dāng)繁瑣的工作。所選用的控制點(diǎn)必須在遙感影像上能夠清晰找到相應(yīng)的同名點(diǎn)。目前采集控制點(diǎn)的主要方法有：通過數(shù)字柵格地圖 （DRG）、數(shù)字線劃地圖（DLG）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、外業(yè)測量。這幾種測量采集方法中，外業(yè)測量得到的控制點(diǎn)的精度最高，但是戶外作業(yè)無疑會加大采集成本，同時(shí)工作量也很大。利用 4D產(chǎn)品，特別是其中利用數(shù)字正射影像圖DOM，能十分便捷的找到遙感影像和地形圖上的同名點(diǎn)，因此可以有效降低點(diǎn)位判讀誤差，從而提高遙感圖像的糾正精度，同時(shí)這種方法的控制點(diǎn)的采集也相對容易和方便，特別是對于其他方法采點(diǎn)比較困難的地區(qū)，其技術(shù)優(yōu)勢更加明顯。

2.2遙感影像糾正的需要注意的問題

1、在相對平坦的地區(qū)，在DLG、DRG或DOM上直接讀取各個(gè)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并用于控制計(jì)算，使用多項(xiàng)式糾正法對遙感影像進(jìn)行糾正，就可以滿足糾正的精度要求，并且在計(jì)算過程中多項(xiàng)式的階次通常不會超過3次。在地形起伏較大的山地情況下，由于各個(gè)控制點(diǎn)的高差較大，因此在糾正過程中宜采DEM得到相關(guān)的高程信息，采用共線方程糾正法可以得到較為理想的糾正效果。

2、為了保證糾正的最終精度，選取的4D產(chǎn)品的精度一定要高于成圖精度。

3、糾正精度與遙感影像的空間分辨率有較大關(guān)聯(lián)，遙感影像的空間分辨率越高， 糾正精度也越高。因?yàn)檫b感圖像分辨率越高，點(diǎn)位就越清晰，尋找起來也更方便；反之，點(diǎn)位就比較模糊，甚至就找不到相應(yīng)的點(diǎn)位。

4、遙感影像上的控制點(diǎn)坐標(biāo)要盡可能讀到子像素。

3.結(jié)束語

糾正處理是提高遙感影像精度的重要手段，實(shí)踐證明4D數(shù)據(jù)在遙感影像糾正處理中能夠發(fā)揮較大的技術(shù)優(yōu)勢，充分利用4D數(shù)據(jù)來選取控制點(diǎn)進(jìn)行遙感影像的糾正處理，是對遙感圖像糾正處理的重要方法。這種方法不僅可以減少選取控制點(diǎn)的困難，還可以大幅提高影像的糾正精度。但是遙感影像處理是復(fù)雜的技術(shù)過程，本文結(jié)論并不能遙影像糾正中的所有問題，因此仍需作進(jìn)一步的研究。

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