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文檔簡介
1、k 一論文發(fā)表專冢一 )中國學術期刊網 wwwrqikanwang,net基于通用RPCC件的衛(wèi)星影像正射糾正應用摘要:利用航空或航天攝影像片制作正射影像圖,是當前地理信 息系統(tǒng)建設和遙感應用中非常重要的內容。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 方法通過實際生產,驗證了其方法生產的正射影像精度可靠,解決 了無rpc文件時對山區(qū)影像很好消除地形高差引起的變形問題。關鍵詞: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:p185.18 文獻標識碼:a文章
3、編號: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 比例并帶有坐標的數(shù)字影像地圖,也稱數(shù)字正射影像圖(digitalorthor map)。在測繪生產中, 4d產品dlg、drg、dem dom是目前 的主要內容,正射影像圖dom做為其中一種新產品,以其直觀、信 息豐富等特點,成為測繪產中一重要部分。在dom產品指標中,像點精度、地面分辨率、色彩、反差是主要的內容,而dom影像點坐k 一論文發(fā)表專冢一 )中國學術期刊網 www.qikanwang.nel標精確度,是一項很重要指標,如果不同像片的dom坐標不一致,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產品。不論利用哪種影像生產 dom其生產原理都是 相同的。就是在精確測定攝影機(或傳感器)內部參數(shù)和空間姿態(tài) 數(shù)據(jù)基礎上(消除傳感器帶來的影像變形),根據(jù)有限地面控制點, 再結合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其主要基礎理論公式,就是攝影測量中的共 線方程,這里就不再論述。二.在實際生產中,對于航空像片生產 dom,通常是經內業(yè)空三 解算出各像片外方位元素后,通過相對絕對定向建立像對并在立體 模型上采集地面地物特征點和線,以此生成足夠精度的 dem然后 結合定向好的立體模型,對影像進行高差投影差改正。對于單張像 片如果外方位未知,則可以通過地面
5、上有限控制點,進行單像空間 后方交會,求得像片的外方位元素,然后利用 dem進行正射糾正。 對于衛(wèi)星影像,由于能構成立體像對的衛(wèi)星影像還不多,大都還是 單張影像進行生產。為了消除地形投影差,衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供商一般會 在產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)學意義的幾何成像模型,它是結合傳感器 的物理參數(shù)和軌道參數(shù),并經過若干地面控制點,經過復雜的計算一論文發(fā)表專冢一 )中國學術期刊網 wwwrq
6、ikanwang,net 所得到的變換系數(shù)矩陣,在這里它的實際意義就是相當于航空像片 獲得外方位元素后由共線方程建立起來的光束模型。但是,生產中 不是所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供商都會提供給用戶該類型文件或用戶沒有 購買該產品,在這種情況下,糾正軟件一般是采用多項式擬合法進 行糾正,由于衛(wèi)星影像比例尺相對較小,對于平原和低丘嶺地區(qū), dom的點位精度受影響不大,對于山區(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影像錯位較大甚至 無法接邊。下圖是無rpc的多項式擬合的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產品,提供 方已作了輻射校
7、正和粗幾何校正(該產品只有在日本本土才使用 den),提供的產品在山區(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)了很大的錯位并且不同處錯位 量不一致,最大片約有十來個像元。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具體實現(xiàn)過程如下:1 .從網上下載免費90米或30米的dem數(shù)據(jù),如果dem坐標系k 一論文發(fā)表專冢一 )中國學術期
8、刊網 www.qikanwang.nel統(tǒng)與糾正所用的控制影像數(shù)據(jù)不一致時,注意要進行投影變換。本 人所用etm數(shù)據(jù)與dem一致,不需要轉換。2 .在envi中,打開要糾正的影像,并同時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 為此軟件對數(shù)據(jù)格式支持和顯示較好,特別是 dem同時顯示坐標和 高程。3.在envi中啟動build rpc 工具如圖3。圖3圖4如圖4當出現(xiàn)參數(shù)設置后,一定要認真填寫,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,數(shù)碼框幅和線陣像機以及推掃式 傳感器4種,一般衛(wèi)星是推掃式的。(2)對于像主點,如果不知,
9、可填 0(3)傳感器ccd物理單元大小,這個參數(shù)要從供應商獲取或從網 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,對于alos avnir-2 傳感器,影像都是星下點。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)多項式系數(shù)取2,效果會更好些。當選點時,出現(xiàn)圖5時,a區(qū)為在糾正的影像上所選點的像元坐 標,當選定一個點后,就不要再動。b區(qū)是在控制影像上同樣位置k 一論文發(fā)表專冢一 )中國學術期刊網 www.qikanwang.nel點擊后,所得到的控制點坐標,因為是在其他軟件工具打開,所以 這里要人工復制填寫進去。c區(qū)是高程信息,是在dem影像上人工 按b區(qū)的
10、坐標定位,獲得該點的內插得到的高程并填入 c區(qū)位置。選點時要注意盡量均勻分布于影像上,在地形變化區(qū)要選點適當 多些。當達到足夠點數(shù)后,可按圖 4中的ok進行糾正。糾正后打 開生成的dom影像并將原錯位處放大圖如圖6。圖6在圖6中可以看到,錯位被消除,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90%最 后經鑲嵌,接邊非常好,只有個別地方有約 2像元的錯位。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兩個采樣點中間時,如圖 7, d為地面點,黑點為dem點,1和2兩點為dem相鄰點,此時山 頂沒有采樣,則此處的dem值為山頂周圍點經線性內插后所得值, 按圖中則與1、2兩點接近。d點的影像進行投影差改正時所采用的 高度值減小了 So S對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,則無影響,當偏離星下水平距離越 遠,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 )中國學術期刊網 www.qikanwang.nel為影像面,xoy為掃描影像對應的地面,。為星下點,r為影像中最 后用到的影像點與星下點的最大偏移
12、距離。對于上述情況的d點,改正后的位置應為d0,而實際只改到了 s-d'的延長線上。即,對 應于地面改正距離,應改位移為 S0,實際改正S',剩下的S并未 改正。對于殘余高差S ,可以估算,本次作業(yè)山區(qū),按平均坡度 45 度計,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 ,對于alos衛(wèi)星,h=690km影像對應地面為 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),鑲嵌時不會到最邊緣,取90000m則8 "6m, 如果分辨率為10m時,誤差近一個象元。當坡度為 65度左右時, S=90m S=12,當坡度達75度時,318。對應像片上,誤差 為2個象元。因此在接邊時兩景影像相互錯動最大值可能會達到4個像元.。所以要得到更好的糾正效果,應選擇采樣精度較高的dem 同時注意,在提取高程時,所用軟件對所選點的高程值應該是由 dem 內插所得,有的軟件只取相近dem格網點高程值,這個一定要注意??刂泣c選點誤差,因糾正影像與控制片往往在分辨率不同、時相 不同、傳感器類型不同,所以選點時很難選在同一點位,常常會有 一個像元的誤差。通過本測區(qū)的糾正實驗,
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