天地圖·廣西高分辨率影像糾正方法探討

蒙秋萍

摘 要：介紹天地圖·廣西高分辨率影像基于ERDAS、Globalmapper、Photoshop等軟件的糾正方法。能夠在保證精度的前提下利用常用軟件進行影像糾正，讓生產(chǎn)工作即可保證工作效率也能節(jié)約成本，解決了天地圖·廣西影像的生產(chǎn)問題，為后續(xù)的影像切片服務(wù)提供數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：天地圖·廣西；影像糾正；常用軟件

1 引言

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設(shè)的地理信息綜合服務(wù)網(wǎng)站。是國家地理信息公共服務(wù)平臺的公眾版。“天地圖”的目的在于促進地理信息資源共享和高效利用，提高其公共服務(wù)能力，改進測繪地理信息成果的服務(wù)方式，更好地滿足國家信息化建設(shè)的需要，為社會公眾的工作和生活提供方便。天地圖裝載了覆蓋全球的地理信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以矢量、影像、三維三種模式展現(xiàn)。與其他模式相比，影像具有自己獨特的特點，如細節(jié)豐富、成像快速、直觀逼真等。而高分辨率遙感影像為此提供了重要的數(shù)據(jù)源，但是由于遙感平臺位置、運動狀態(tài)、地形起伏變化、地球曲率等方面的影響使遙感影像的幾何特征和幾何精度受到影響，對其后續(xù)的地圖應(yīng)用帶來不便。因此，高分辨率遙感影像需要進行糾正處理。

2 資料準(zhǔn)備

本次糾正任務(wù)選擇利用遙感影像的RPC參數(shù)以及DEM進行正射改正的方法。因此資料準(zhǔn)備包括了待糾正影像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備以及輔助資料準(zhǔn)備。待糾正影像主要包括高分1號影像（GF1）、高分2號影像（GF2）、北京2號影像等，本文介紹以GF2與北京2號影像為主。其中GF2的全色影像分辨率為1米，多光譜影像分辨率為4米，兩者融合后影像分辨率可達1米。北京二號影像的全色影像分辨率為0.8米，多光譜影像分辨率為3米，兩者融合后影像分辨率可達0.8米。輔助資料情況如下，參考影像為0.2米分辨率的統(tǒng)一航攝DOM，大地基準(zhǔn)CGCS2000，1985國家高程基準(zhǔn)，高斯—克呂格投影，作為采集同名控制點的參考依據(jù)。參考DEM為2.5米精度的統(tǒng)一航攝DEM，大地基準(zhǔn)CGCS2000，1985國家高程基準(zhǔn)，高斯—克呂格投影，3度分帶投影方式，局部為全國第一次地理國情普查DEM。由于正射影像是通過微分糾正技術(shù)從透視影像上獲取的。微分糾正可消除由于地形起伏造成的位移。通過使用DEM，影像上任意一點由地形起伏造成的位移都可被糾正過來。

2.1 糾正前資料處理

由于待糾正影像的坐標(biāo)為WGS84，因此需要將參考DOM與DEM的坐標(biāo)轉(zhuǎn)為與待糾正影像的坐標(biāo)一致。為了方便快捷，使用Globalmapper進行參考DOM和DEM數(shù)據(jù)的拼接及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

3 影像糾正要求

影像糾正的控制資料主要使用統(tǒng)一航攝參考DOM以及DEM，范圍涉及不到或DEM精度不達標(biāo)的再使用其他輔助資料，并且糾正后的影像需與參考影像比對，其套合的精度分別為：中誤差山地小于7米，丘陵小于5米，平地小于2米，全景影像限差不得超過2倍中誤差；上交成果要求為整景，大地基準(zhǔn)為CGCS2000，1985國家高程基準(zhǔn)，地圖投影為高斯—克呂格投影，3度分帶投影方式；并且要求為色調(diào)一致的IMG格式

4 影像糾正方法流程

鑒于本次遙感影像數(shù)據(jù)源具有嚴(yán)格的軌道參數(shù)，因此采用ERDAS軟件的RPC參數(shù)模型以及自動配準(zhǔn)模塊進行糾正。

4.1 全色影像糾正

1）建立工程。在ERDAS的Panchromatic模塊中的Control Points建立糾正工程，由于待糾正影像自帶RPC參數(shù)，因此一般高分影像采用QuickBird RPC模型進行糾正，而北京2影像則采用IKONOS模型。接著選擇相應(yīng)的參考DOM、參考DEM、RPC文件、輸出影像投影以及多項式次數(shù)等工程屬性信息。

2）同名控制點的采集。同名控制點的選取是進行遙感影像糾正中的重要步驟，工作量大且不易選取，且控制點選取的質(zhì)量直接影響糾正的精度，進而影響影像的成圖質(zhì)量。因此在選取同名控制點時要遵循以下原則：采集控制點首先從影像的四角開始選取，整景影像選點數(shù)至少為（n+1）（n+2）/2個，其中n為多項式的次數(shù)。實際工作中一般選擇25-30個左右且均勻分布的控制點，可根據(jù)需要以及精度要求適當(dāng)增加個數(shù)，以便在誤差檢驗時剔除誤差較大的控制點；控制點選取的位置一般為不易發(fā)生變化的地方，如兩條小路的十字交叉路口、水渠一角、地界交匯處等。

3）影像重采樣。同名控制點采集后，需進行重采樣輸出。重采樣過程就是依據(jù)未校正圖像的像元值計算生成一幅校正圖像的過程，ERDAS重采樣的方法有鄰近點插值法、雙線性插值法、立方卷積插值法。作業(yè)可根據(jù)需要選擇不同的方法進行重采樣輸出。

4）檢驗糾正結(jié)果。在ERDAS中同時打開糾正后的全色影像以及參考影像，在Utility模塊中的Transition Type利用卷簾工具檢查糾正后的影像是否超出所規(guī)定的精度。

4.2 多光譜影像糾正

利用ERDAS中的Auto Sync模塊以已完成糾正的全色影像作為參考底圖對多光譜影像進行自動配準(zhǔn)。打開AutoSync模塊，建立自動配準(zhǔn)工程，并在相應(yīng)的窗口中加載待糾正的多光譜影像以及作為參考的全色影像。接著在工程屬性窗口中選擇配準(zhǔn)所使用的方法，由于影像自帶RPC參數(shù)，因此可在Geometric Mode模塊中選擇Specific Sensor Mode模型，從中選擇相應(yīng)的RPC參數(shù)模型作為自動配準(zhǔn)的模型參數(shù)。參數(shù)設(shè)置后即可進行自動配準(zhǔn)，由于自動配準(zhǔn)由軟件自動匹配同名控制點，因此會產(chǎn)生大量的匹配點，一般保留誤差在一個影像像素內(nèi)的匹配點。最后即可進行重采樣的輸出以及糾正成果的檢查。

5 影像融合

完成糾正的全色影像與多光譜影像需要進行影像融合才能生成DOM成果。遙感影像融合的關(guān)鍵就是選擇合適的融合方法。ERDAS提供了多種影像融合的方法。包括 刪減法融合、高通濾波融合、改進IHS融合、小波變換融合、Ehlers融合、HCS融合、分辨率融合、投影變換融合。

6 影像修補

由于影像正射糾正時橋梁、高架路橋部分的高程值被所在地面高程值替代而非利用其真實高程，因此導(dǎo)致橋梁和高架路橋或塌陷、或拱起、或扭曲，不能真實地表達出地表情況；且在地形起伏大、高程落差大的山區(qū)或者背向投影中心的坡面，影像上往往會產(chǎn)生“拉花”現(xiàn)象，使得地物模糊難以區(qū)分。以上兩種情況都會嚴(yán)重影響DOM的圖面效果。針對這些情況需要利用其他正確的替補影像在PS中進行修補。

7 影像增強

糾正后每景影像色彩不一致，因此需要在PS中進行加工處理。根據(jù)同一色彩模版利用色階、色相、飽和度等對影像進行色彩調(diào)整以及薄霧去除，使得影像既能夠保持分辨率也能夠提高影像的清晰度以及層次感。

8 糾正中的問題

由于本次任務(wù)中確權(quán)DEM沒有覆蓋整個廣西，在中越邊境處以及梧州、賀州部分使用的是廣西第一次地理國情普查DEM成果，其現(xiàn)勢性不足導(dǎo)致影像的質(zhì)量有待提高；在國界以及省界處，由于DEM以及參考影像沒有覆蓋到廣西區(qū)外，導(dǎo)致整景影像糾正時控制點分布不均勻，造成在廣西邊界處的影像糾正后誤差較大；本次任務(wù)中包括了臨海地區(qū)以及海島，存在填海造地的情況，這就造成了已有的DEM成果數(shù)據(jù)范圍不足，缺少填海造地部分的DEM數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了糾正后的影像不完整。

9 結(jié)束語

基于ERDAS軟件的影像糾正方法使用廣泛，實用性強，適合各種數(shù)據(jù)源的糾正。在待糾正影像具有RPC參數(shù)的情況下，使用ERDAS提供的具有RPC參數(shù)的模型，結(jié)合DEM進行影像的糾正能夠很大程度的提高影像糾正的精度，無論是全色影像糾正的人工選點還是多光譜影像糾正的自動配準(zhǔn)，其所糾正的影像精度都符合任務(wù)所規(guī)定的要求。并結(jié)合Globalmapper、PS等多個軟件進行糾正前的工作準(zhǔn)備以及后續(xù)的影像增強，使得生產(chǎn)工作在保證精度的基礎(chǔ)上了節(jié)約成本，為更好地完成后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。