通用RPC文件的衛(wèi)星影像正射糾正應(yīng)用

1、k 一論文發(fā)表專冢一 )中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) wwwrqikanwang,net基于通用RPCC件的衛(wèi)星影像正射糾正應(yīng)用摘要：利用航空或航天攝影像片制作正射影像圖，是當(dāng)前地理信 息系統(tǒng)建設(shè)和遙感應(yīng)用中非常重要的內(nèi)容。本文以 alos衛(wèi)星影像 為例，介紹在envi軟件中生成通用rpc和正射影像制作過程，本 方法通過實(shí)際生產(chǎn)，驗(yàn)證了其方法生產(chǎn)的正射影像精度可靠，解決 了無rpc文件時(shí)對(duì)山區(qū)影像很好消除地形高差引起的變形問題。關(guān)鍵詞：abstract: this paper take alos satellite images for example, introduced in the envi sof

2、tware to generate a general-purpose rpc and orthophoto production process, and by actualproduction, verify its method of production of orthophotoaccuracy to solve the rpc file on the mountain image very well eliminate the problem of deformation caused by the terrain elevation.中圖分類號(hào)：p185.18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章

3、編號(hào)：一.dom是指消除各種影像變形后與地面物體形狀相似，成一定 比例并帶有坐標(biāo)的數(shù)字影像地圖，也稱數(shù)字正射影像圖(digitalorthor map)。在測(cè)繪生產(chǎn)中， 4d產(chǎn)品dlg、drg、dem dom是目前 的主要內(nèi)容，正射影像圖dom做為其中一種新產(chǎn)品，以其直觀、信 息豐富等特點(diǎn)，成為測(cè)繪產(chǎn)中一重要部分。在dom產(chǎn)品指標(biāo)中，像點(diǎn)精度、地面分辨率、色彩、反差是主要的內(nèi)容，而dom影像點(diǎn)坐k 一論文發(fā)表專冢一 ）中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) www.qikanwang.nel標(biāo)精確度，是一項(xiàng)很重要指標(biāo)，如果不同像片的dom坐標(biāo)不一致，將無法做為影像圖使用，也無法完成相互之間的拼接，也就無法制 作合格的

4、dom產(chǎn)品。不論利用哪種影像生產(chǎn) dom其生產(chǎn)原理都是 相同的。就是在精確測(cè)定攝影機(jī)（或傳感器）內(nèi)部參數(shù)和空間姿態(tài) 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上（消除傳感器帶來的影像變形），根據(jù)有限地面控制點(diǎn)， 再結(jié)合dem數(shù)據(jù)，消除地面起伏帶來的影像變形，得到與地形圖位 置一致的影像圖dom其主要基礎(chǔ)理論公式，就是攝影測(cè)量中的共 線方程，這里就不再論述。二.在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于航空像片生產(chǎn) dom,通常是經(jīng)內(nèi)業(yè)空三 解算出各像片外方位元素后，通過相對(duì)絕對(duì)定向建立像對(duì)并在立體 模型上采集地面地物特征點(diǎn)和線，以此生成足夠精度的 dem然后 結(jié)合定向好的立體模型，對(duì)影像進(jìn)行高差投影差改正。對(duì)于單張像 片如果外方位未知，則可以通過地面

5、上有限控制點(diǎn)，進(jìn)行單像空間 后方交會(huì)，求得像片的外方位元素，然后利用 dem進(jìn)行正射糾正。 對(duì)于衛(wèi)星影像，由于能構(gòu)成立體像對(duì)的衛(wèi)星影像還不多，大都還是 單張影像進(jìn)行生產(chǎn)。為了消除地形投影差，衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供商一般會(huì) 在產(chǎn)品中附加每張像片的軌道參數(shù)模型或 rpc文件，以便確定衛(wèi)星 攝影或掃描時(shí)的傳感器姿態(tài)和位置，做為消除地面高差投影差的理 論依據(jù)。所謂 rpc 文件，是英文 rational polynomial cofficients 的頭字母縮寫，意思是數(shù)學(xué)意義的幾何成像模型，它是結(jié)合傳感器 的物理參數(shù)和軌道參數(shù)，并經(jīng)過若干地面控制點(diǎn)，經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算一論文發(fā)表專冢一 ）中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) wwwrq

6、ikanwang,net 所得到的變換系數(shù)矩陣，在這里它的實(shí)際意義就是相當(dāng)于航空像片 獲得外方位元素后由共線方程建立起來的光束模型。但是，生產(chǎn)中 不是所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供商都會(huì)提供給用戶該類型文件或用戶沒有 購買該產(chǎn)品，在這種情況下，糾正軟件一般是采用多項(xiàng)式擬合法進(jìn) 行糾正，由于衛(wèi)星影像比例尺相對(duì)較小，對(duì)于平原和低丘嶺地區(qū)， dom的點(diǎn)位精度受影響不大，對(duì)于山區(qū)或高山區(qū)，影像的高差投影 差就無法有效的消除，尤其在不同景影像接連時(shí)影像錯(cuò)位較大甚至 無法接邊。下圖是無rpc的多項(xiàng)式擬合的dom與原文件套合的情況。 本文所用數(shù)據(jù)為日alos衛(wèi)星avnir-2傳感器levelb2產(chǎn)品，提供 方已作了輻射校

7、正和粗幾何校正（該產(chǎn)品只有在日本本土才使用 den）,提供的產(chǎn)品在山區(qū)有局部的變形。圖1圖1中，上部分是無rpc文件和dem糾正得到的影像，下部分是 做為控制的etm影像。下圖2為錯(cuò)位處的放大圖。圖2明顯看出，山區(qū)的高低處影像出現(xiàn)了很大的錯(cuò)位并且不同處錯(cuò)位 量不一致，最大片約有十來個(gè)像元。三.為了解決上述問題，本文以 envi軟件中build rpc的功能， 創(chuàng)建了通用 rpc 文件，并利用 envi4.5 的 orthorectify using rpc 生成了精度較好的dom具體實(shí)現(xiàn)過程如下：1 .從網(wǎng)上下載免費(fèi)90米或30米的dem數(shù)據(jù)，如果dem坐標(biāo)系k 一論文發(fā)表專冢一 )中國學(xué)術(shù)期

8、刊網(wǎng) www.qikanwang.nel統(tǒng)與糾正所用的控制影像數(shù)據(jù)不一致時(shí)，注意要進(jìn)行投影變換。本 人所用etm數(shù)據(jù)與dem一致，不需要轉(zhuǎn)換。2 .在envi中，打開要糾正的影像，并同時(shí)打開控制影像或用其 它工具打開控制影像和dem影像，本文采用gobal maper打開，因 為此軟件對(duì)數(shù)據(jù)格式支持和顯示較好，特別是 dem同時(shí)顯示坐標(biāo)和 高程。3.在envi中啟動(dòng)build rpc 工具如圖3。圖3圖4如圖4當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置后，一定要認(rèn)真填寫，不同的傳感器的參 數(shù)是不一樣的。(1)傳感器類型，有框幅像機(jī)，數(shù)碼框幅和線陣像機(jī)以及推掃式 傳感器4種，一般衛(wèi)星是推掃式的。(2)對(duì)于像主點(diǎn)，如果不知，

9、可填 0(3)傳感器ccd物理單元大小，這個(gè)參數(shù)要從供應(yīng)商獲取或從網(wǎng) 上下載。(4)光軸中心的入射角，分與軌道方向夾角和與軌道垂直方向的 夾角，對(duì)于alos avnir-2 傳感器，影像都是星下點(diǎn)。其它數(shù)據(jù)影 像一定要知道入射角的數(shù)值或概略值。(5)多項(xiàng)式系數(shù)取2,效果會(huì)更好些。當(dāng)選點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)圖5時(shí)，a區(qū)為在糾正的影像上所選點(diǎn)的像元坐 標(biāo)，當(dāng)選定一個(gè)點(diǎn)后，就不要再動(dòng)。b區(qū)是在控制影像上同樣位置k 一論文發(fā)表專冢一 ）中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) www.qikanwang.nel點(diǎn)擊后，所得到的控制點(diǎn)坐標(biāo)，因?yàn)槭窃谄渌浖ぞ叽蜷_，所以 這里要人工復(fù)制填寫進(jìn)去。c區(qū)是高程信息，是在dem影像上人工 按b區(qū)的

10、坐標(biāo)定位，獲得該點(diǎn)的內(nèi)插得到的高程并填入 c區(qū)位置。選點(diǎn)時(shí)要注意盡量均勻分布于影像上，在地形變化區(qū)要選點(diǎn)適當(dāng) 多些。當(dāng)達(dá)到足夠點(diǎn)數(shù)后，可按圖 4中的ok進(jìn)行糾正。糾正后打 開生成的dom影像并將原錯(cuò)位處放大圖如圖6。圖6在圖6中可以看到，錯(cuò)位被消除，糾正效果很理想。本次糾正影像為甘肅白銀市及周邊共 19景，其中山區(qū)點(diǎn)90%最 后經(jīng)鑲嵌，接邊非常好，只有個(gè)別地方有約 2像元的錯(cuò)位。在不考 慮影像輻射校正帶來的誤差及dem本身高程誤差的前提下，現(xiàn)分析 原因如下：dem采樣間隔精度不夠，本次用的 dem采樣間隔只有90m遠(yuǎn)低 于待糾正的影像地面分辨率10m本次糾正影像所在區(qū)域是高山區(qū)， 坡度較大，如

11、果山梁或山谷正好落在 dem兩個(gè)采樣點(diǎn)中間時(shí)，如圖 7, d為地面點(diǎn),黑點(diǎn)為dem點(diǎn),1和2兩點(diǎn)為dem相鄰點(diǎn),此時(shí)山 頂沒有采樣，則此處的dem值為山頂周圍點(diǎn)經(jīng)線性內(nèi)插后所得值， 按圖中則與1、2兩點(diǎn)接近。d點(diǎn)的影像進(jìn)行投影差改正時(shí)所采用的 高度值減小了 So S對(duì)影像投影差改正值的影響是隨它與傳感器位 置不同而不同，在星正下方時(shí)，則無影響，當(dāng)偏離星下水平距離越 遠(yuǎn)，則影響越大，其投影改正示意圖如圖 8。圖中，s為傳感器，pk 一論文發(fā)表專冢一 ）中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng) www.qikanwang.nel為影像面，xoy為掃描影像對(duì)應(yīng)的地面，。為星下點(diǎn)，r為影像中最 后用到的影像點(diǎn)與星下點(diǎn)的最大偏移

12、距離。對(duì)于上述情況的d點(diǎn)，改正后的位置應(yīng)為d0,而實(shí)際只改到了 s-d'的延長線上。即，對(duì) 應(yīng)于地面改正距離，應(yīng)改位移為 S0,實(shí)際改正S',剩下的S并未 改正。對(duì)于殘余高差S ,可以估算，本次作業(yè)山區(qū)，按平均坡度 45 度計(jì)，按圖7則S為dem間隔的二分之一，本dem為90m,則S =45m 按圖8, S =r* S/h ,對(duì)于alos衛(wèi)星，h=690km影像對(duì)應(yīng)地面為 邊長70km矩形，所以r最大取值為70km*1.414,約為99000m考 慮到相鄰景有重疊區(qū)，鑲嵌時(shí)不會(huì)到最邊緣，取90000m則8 "6m, 如果分辨率為10m時(shí)，誤差近一個(gè)象元。當(dāng)坡度為 65度左右時(shí)， S=90m S=12,當(dāng)坡度達(dá)75度時(shí)，318。對(duì)應(yīng)像片上，誤差 為2個(gè)象元。因此在接邊時(shí)兩景影像相互錯(cuò)動(dòng)最大值可能會(huì)達(dá)到4個(gè)像元.。所以要得到更好的糾正效果，應(yīng)選擇采樣精度較高的dem 同時(shí)注意，在提取高程時(shí)，所用軟件對(duì)所選點(diǎn)的高程值應(yīng)該是由 dem 內(nèi)插所得，有的軟件只取相近dem格網(wǎng)點(diǎn)高程值，這個(gè)一定要注意?？刂泣c(diǎn)選點(diǎn)誤差，因糾正影像與控制片往往在分辨率不同、時(shí)相 不同、傳感器類型不同，所以選點(diǎn)時(shí)很難選在同一點(diǎn)位，常常會(huì)有 一個(gè)像元的誤差。通過本測(cè)區(qū)的糾正實(shí)驗(yàn)，