“資源一號”02c衛(wèi)星數(shù)據(jù)說明及處理

，，

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730070)

2011年12月22日，“資源一號”02C衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心被“長征四號乙”運載火箭成功發(fā)射升空。在軌測試數(shù)據(jù)表明，衛(wèi)星運行正常，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了工程研制總要求，數(shù)據(jù)精度滿足國土資源調(diào)查1:2.5萬-1:10萬監(jiān)測要求，監(jiān)測圖斑最小面積達(dá)到0.2畝，適用于區(qū)域資源現(xiàn)狀的高分辨率數(shù)據(jù)監(jiān)測與研究。融合后的影像改變了國內(nèi)高分辨率遙感數(shù)據(jù)空白的現(xiàn)狀，可廣泛用于土地利用變更調(diào)查與動態(tài)監(jiān)測、農(nóng)林水利、資源開發(fā)利用和保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與災(zāi)情監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域[1]。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

文縣位于甘肅省最南端，處于甘、川兩省交界處，是進(jìn)出甘川之重要門戶，北部與武都縣接壤，西及西北部與舟曲縣和四川省南坪縣相連，東南和四川省平武縣、南川縣毗鄰。東西長217 km，南北寬約156 km，總面積4 994 km2。文縣地處秦嶺褶皺山地南部，境內(nèi)山高谷深，溝壑縱橫，地形起伏強(qiáng)烈，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，巖體破碎，暴雨頻繁，地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育，是我省滑坡、泥石流嚴(yán)重發(fā)育區(qū)之一。

1.2 數(shù)據(jù)源情況

ZY-1 02C搭載著10 m分辨率P/MS多光譜相機(jī)和5米分辨率的全色相機(jī)，以及兩臺分辨率為2.36 m的HR相機(jī)，可使影像覆蓋幅寬達(dá)到54 km[2]。三個相機(jī)對同一地區(qū)拍攝獲得的數(shù)據(jù)對應(yīng)三個文件夾[3]：

(1)HRC數(shù)據(jù)：高分辨率全色遙感影像。*_HRC文件夾中存儲兩臺HR相機(jī)獲取的全色影像*HR1.tiff和*HR2.tiff，依據(jù)其對應(yīng)的RPC文件*.rpb，可進(jìn)行正射糾正處理。

(2)MUX數(shù)據(jù)：低分辨率真彩色影像。*_MUX文件夾內(nèi)儲存P/MS相機(jī)獲取的多光譜影像數(shù)據(jù)，*.tiff和RPC文件*.rpb可進(jìn)行影像正射糾正。文件夾中*.txt文件主要記錄了控制點及幾何精度的信息，*-mux.xml可用于后期的大氣校正處理，記錄了如成像時間、太陽高度角等元數(shù)據(jù)信息。

(3)PAN數(shù)據(jù)：該文件夾內(nèi)儲存P/MS相機(jī)獲取的全色影像數(shù)據(jù)，與MUX數(shù)據(jù)類似。

“資源一號02c數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)”提供了按圖幅、行政邊界、經(jīng)緯度范圍等方式來查詢目標(biāo)區(qū)域02c原始數(shù)據(jù)的覆蓋情況，通常以影像覆蓋面積大、拼接圖幅少、含云量低為原則，選取為研究區(qū)原始影像[4]。如圖 1所示，黃色多邊形為研究區(qū)，藍(lán)色多邊形為與研究區(qū)相關(guān)的衛(wèi)星影像覆蓋情況。

圖1 研究區(qū)資源一號02c數(shù)據(jù)覆蓋情況

2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理

“資源一號”02C原始數(shù)據(jù)存在4～5個像元，約10 m左右的偏差，不能直接用于鑲嵌拼接，需經(jīng)過一系列影像處理消除大部分高差引起的影像變形，整個處理流程如圖 2所示[5][6]。

圖2 影像處理流程圖

2.1 正射糾正

通用傳感器模型RPC(Rational Polynomial Cofficients)的實質(zhì)是有理函數(shù)糾正模型(Rational Function Model - RFM)，即將像點坐標(biāo)(r，c)表示為以相應(yīng)地面點空間坐標(biāo)(X，Y，Z)為自變量的多項式比值。鑒于技術(shù)保密要求，部分高性能衛(wèi)星傳感器的鏡頭結(jié)構(gòu)、軌道參數(shù)和成像方式等信息不能對外公布，而RPC模型通過一系列數(shù)學(xué)函數(shù)建立了地面點坐標(biāo)和影像坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這些函數(shù)的構(gòu)建無需傳感器成像的物理模型信息，具有與傳感器無關(guān)性[7]，因此能夠較好地用于ZY-1 02C全色和真彩色數(shù)據(jù)的正射糾正，如圖 3所示。

2.2 HR影像鑲嵌

影像鑲嵌是將拓?fù)溧徑拥娜舾煞跋裢ㄟ^空間拼接、勻光勻色、去重疊等操作，處理為一幅整體影像的過程。資源一號02C衛(wèi)星搭載兩臺HR相機(jī)，空間分辨率為2.36 m，拼接后的幅寬可達(dá)到54 km。圖 4為兩臺HR相機(jī)拍攝的全色影像數(shù)據(jù)HR1和HR2，并完成了HR的影像鑲嵌。

圖3 MUX影像數(shù)據(jù)正射糾正

圖4 兩臺HR相機(jī)拍攝的全色影像鑲嵌

2.3 幾何配準(zhǔn)

幾何配準(zhǔn)即將不同時段、不同場景和視角、不同成像方式或傳感器類型所獲取的兩幅甚至多幅影像，經(jīng)平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等幾何變換后，同名像點在空間方位和位置上重疊的操作。本文以ZY-1 02C全色數(shù)據(jù)做為基準(zhǔn)影像，利用ENVI軟件自動生成一定數(shù)量的匹配控制點，手動調(diào)節(jié)后，將誤差值控制在2m以下，并利用三次卷積法重采樣，完成了全色和多光譜影像的幾何配準(zhǔn)，如圖 5所示。

圖5 全色和多光譜影像的幾何配準(zhǔn)

圖6 多光譜與全色影像融合

2.4 影像融合

影像融合是將同一地區(qū)通過不同傳感器類型、不同成像方式、不同成像時間等獲得的兩幅影像，按照一定的規(guī)則(或算法)進(jìn)行冗余或互補(bǔ)處理，融合為一幅比任何單一影像波譜信息更豐富，空間、時間特征更精準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)。

本文將資源一號02C的2.36 m全色高分辨率影像和10 m多光譜低分辨率影像數(shù)據(jù)利用Brovey方法進(jìn)行融合，彩色圖像中的每一個波段都乘以高分辨率數(shù)據(jù)與彩色波段總和的比值后，輸出與高分辨率影像像元大小相同的RGB圖像[8]，如圖 6所示。

2.5 影像真彩色模擬

真彩色模擬的首要條件是圖像具有紅、綠、藍(lán)波段[9]。ZY-1 02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)只有綠色、紅色、近紅外三個波段，類似于SPOT、IRS-1C等均缺少藍(lán)光波段，不能直接進(jìn)行真彩色合成顯示，通?？赏ㄟ^波段模擬來解決ZY-1 02C圖像真彩色合成問題，即利用先驗數(shù)據(jù)來計算獲得特定傳感器不具有的波段信息。方法大致可分為三類：(1)基于波段相關(guān)性的方法，主要有加權(quán)法、均值法、不確定參數(shù)法等；(2)基于地物波譜的譜模擬方法，主要有基于物理光譜庫模型的波段模擬和以影像光譜庫為基礎(chǔ)的波段模擬方法；(3)基于參考遙感圖像的圖模擬方法，主要包括線性回歸法，光譜坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等非線性回歸擬合法。

本文結(jié)合已有的針對SPOT 系列數(shù)據(jù)和彩紅外攝影數(shù)據(jù)的模擬真彩色研究，利用已有的波段計算出藍(lán)光波段，并與紅、綠波段進(jìn)行組合以得到模擬真彩色影像[10]，歸納出五種線性的波段運算模型，分別利用R、G、B三個波段的光譜信息構(gòu)建藍(lán)色波段，選擇最適合于02C 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的模型得到真彩色圖像[11][12]。其中，R、G和NIR分別代表多光譜影像的紅、綠、近紅外波段，R'、G'和B'代表真彩色圖像的紅、綠、藍(lán)波段，五種線性波段運算模型如表1所示。

表1 五種線性波段運算模型

從圖 7可以看出，采用模型一、二、三、四變換后的圖像整體色調(diào)與自然色差距較大；采用模型五變換的圖像整體色調(diào)最接近于自然色。

圖7 真彩色模擬后局部圖像顯示效果

3 結(jié)語

ZY-1 02C是我國首顆民用寬覆蓋高分辨率遙感影像，也是我國首顆根據(jù)國土資源主題業(yè)務(wù)需求定制的業(yè)務(wù)衛(wèi)星[13]?；诓ǘ尉€性相關(guān)性模型進(jìn)行影像真彩色模擬，可有效地解決ZY-1 02C影像由于缺少藍(lán)色波段而出現(xiàn)的色彩失真問題，能較好地滿足用戶對高分辨率衛(wèi)星遙感影像資料的應(yīng)用需求。同時，使用國產(chǎn)衛(wèi)星影像相對于WorldView、SPOT等國外影像，成本大大降低。本研究也為后續(xù)資源三號、四號系列衛(wèi)星和其他國產(chǎn)高分衛(wèi)星影像處理及應(yīng)用提供了參考和依據(jù)。

[1]資源一號02C衛(wèi)星在軌交付儀式舉行[N].http://02c.agrs.cn/layout3/layout3_gzdt_5.html.2012-06-01.

[2]資源一號02C和資源三號衛(wèi)星地面系統(tǒng)介紹[N].http://www.cresda.com/n16/n1145/n179077/index.html.

[3]資源一號02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)概況[N].http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d01019quk.html.2013-08-02.

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[5]邢顧蓮.“資源一號”02C遙感數(shù)據(jù)處理流程初步探索——以云南楚雄彝族自治州南華縣為例[N].http://www.docin.com/p-718702689.html.

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