利用IKONOS遙感影像制作正射影像的方法淺析_圖文

1、IKONOS數(shù)字正射影像制作若干問題探討萬冉冉(江西省基礎地理信息中心南昌330046摘要:本文主要論述了利用IKONOS遙感影像制作正射影像的流程,并針對IKONOS影像自身的特點,對傳統(tǒng)的利用遙感影像制作正射影像中重采樣和融合方法進行探討,并加以改進。關鍵詞:數(shù)字正射影像,IKONOS,重采樣,融合1、概述數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto Map,簡稱DOM是利用數(shù)字高程模型(DEM對經掃描處理的數(shù)字化航空影像,經逐像元進行投影差改正、鑲嵌,按國家基本比例尺地形圖圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像數(shù)據集。它是同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像,具有精度高、信息豐富、直觀真實

2、等優(yōu)點。利用航空影像資料生產正射影像精度高,但生產周期長,費用高,難以滿足許多行業(yè)快速發(fā)展的需要。利用高分辨率衛(wèi)星影像制作正射影像,時效性好、數(shù)據獲取便捷、生產周期短,能很好的滿足社會許多行業(yè)的需要,可以大大節(jié)省生產成本并提高生產效率。本文將介紹利用遙感圖像處理系統(tǒng)ERDAS IMAGINE對IKONOS 衛(wèi)星影像數(shù)據處理制作正射影像的方法。2、IKONOS數(shù)字正射影像制作流程利用IKONOS遙感影像制作正射影像的原理是利用IKONOS遙感影像數(shù)據、DEM數(shù)據和DOM數(shù)據,通過控制點選取,對IKONOS各景遙感影像數(shù)據的全色波段和多光譜波段分別進行重采樣。分別拼接之后,將高幾何分辨率的全色波段

3、影像數(shù)據,與高光譜分辨率的多光譜影像數(shù)據進行融合。再根據所需圖幅的坐標,按坐標裁切,生成 1 : 10000 標準分幅的 DOM 。最后在PhotoShop下進行色調處理,使相鄰圖幅色調基本一致。最后進行圖幅整飾,生成數(shù)字正射影像地圖。制作過程的流程圖如下: 圖1 利用IKONOS遙感影像制作正射影像的流程圖2.1 數(shù)據源說明(1IKONOS影像數(shù)據各條帶的影像數(shù)據,包括全色波段和多光譜波段的影像數(shù)據,格式為.tif,以及各波段對應的.rpc文件。(2DEM數(shù)據采用1:10000DEM數(shù)據,數(shù)據格式為.dem。(3參考影像參考影像為1:10000DOM數(shù)據,數(shù)據格式為.tif。2.2 軟件說明

4、本文所采用的制作方法是在ERDAS IMAGINE軟件中完成。3、全色波段影像重采樣由于在數(shù)字影像獲取時,像素往往不能與任何坐標系統(tǒng)相匹配,重采樣是將原影像轉換到新的坐標系統(tǒng)所必需的。在對影像進行重采樣之前,首先要進行控制點的采集工作。3.1 控制點采集在重采樣之前,需要對原影像和參考影像進行控制點的采集,采集兩影像中一一對應的同名控制點。控制點采集是一項基礎而需要經驗的工作,在控制點選取時,應注意以下問題:控制點應足量均勻分布;控制點應盡量選擇在田塊轉角處,或小路的交叉處;控制點選取時的精度應滿足要求;修改并得到最佳的校正模型的參數(shù)。3.2 影像重采樣當將原始數(shù)據轉換到某一坐標系統(tǒng)格網時,數(shù)

5、據發(fā)生偏移,重采樣方法決定如何來為新的像素分配數(shù)據值。不同的重采樣方法分配新像素值的方法不同。常見的重采樣方法有:最鄰近法、雙線性內插、雙三次卷積內插法、8點正弦函數(shù)、調制解調函數(shù)(MTF算子。ERDAS IMAGEINE軟件中主要有最鄰近插值方法、雙線性內插法和雙三次卷積內插法。最鄰近插值方法:最簡單,離新的像素中心最近的原始影像的值被賦給新的像素。本方法不改變原始影像的亮度值,結果連續(xù)性差;原影像與新的格網不同的對應關系,從而造成一些數(shù)據值會丟失,另外一些會重復。本方法適用對原始影像的亮度值要求保留不變的情況。雙線性內插:計算較最鄰近插值方法復雜,離新的像素最近的原始影像中的4個像素亮度值

6、距離加權平均得到新像素的值。雙線性內插方法比最鄰近方法插值得到較為平滑的影像,但一些極值點數(shù)據文件值會丟失,而且會導致邊緣模糊。雙三次卷積內插法:是一種更為嚴格的重采樣方法,考慮原影像中離新像素最近的16 個像素值,通過對16個像素值多項式計算得到新的像素值。本方法比最鄰近方法重采樣的效果更為平滑,比雙線性內插方法的邊緣更為銳化。對于全色波段影像,采用最臨近插值法進行插值。由于影像的數(shù)據量大,雙三次卷積內插法速度很慢,因此在選擇影像重采樣方法時只考慮最鄰近插值法和雙線性內插法。由于全色波段影像為灰度影像,而在重采樣時選取的插值方式影響的是校正后影像的色彩,對于黑白影像來說則為其灰度值。對于灰度

7、值,采用最鄰近插值方法與采用雙線性插值法得到的影像,在平面精度上相差不大,而采用雙線性插值法得到的影像相對來說雖然色彩比較均勻,但在視覺效果尚比較模糊。綜合各方面因素,選取最鄰近插值方法對全色波段影像進行重采樣。圖1為全色波段重采樣后的影像。3.3 多光譜波段影像重采樣多波段影像是將藍、綠、紅、紅外波段的單波段影像依次組合得到的。由于IKONOS 多波段影像的分辨率為4m,而全色波段的影像分辨率為1m,為使兩者校正后影像獲得更好的融合效果,在對多波段影像進行重采樣之前,先將其采樣間隔為1m分辨率的影像。雙線性內插方法算法簡單,并具有一定的亮度抽樣精度。最鄰近插值方法最簡單,但它將造成像點在一個

8、像素范圍內的位移,其幾何精度不是很高。對于多波段影像來說,采樣方式在兩個處理過程中都可選擇。其一,是在將4m分辨率的影像轉換為1m分辨率影像時;其二是進行重采樣的過程時。實驗證明,在分辨率轉換時采用雙線性內插法,在重采樣時同樣采用雙線性內插法,與在分辨率轉換時采用雙線性內插法而在重采樣時采用最鄰近插值方法,兩者的效果是相同的。而在分辨率轉換及重采樣過程中均采用最鄰近插值方法時,獲得的重采樣效果不佳,其定位精度也不能得到保證。在分辨率轉換時采用最鄰近插值方法,而在重采樣過程中采用雙線性內插法,獲得的采樣結果同樣有比較嚴重的柵格現(xiàn)象。由于最鄰近插值方法相對來說,算法簡單,速度較快,因此,在要求處理

9、效果和處理速度達到最佳的情況下,選擇在分辨率轉換時采用雙線性內插法而在重采樣時采用最鄰近插值方法。 圖2 全色波段重采樣后的影像圖3 4m分辨率的多波段影像 圖4 采用最鄰近插值方法重采樣的多波段影像圖5 采用雙線性內插法重采樣的多波段影像4、影像融合ERDAS IMAGINE軟件中自帶的影像融合模塊主要是針對8位影像,而本次項目中的IKONOS影像的原影像為11位影像,每個像素有211=2048個可能的亮度值。由于計算機不能讀取11 比特數(shù)據,交付給用戶的數(shù)據為8比特或16比特格式。8比特需要對11比特的數(shù)據進行壓縮,從而將2048個值插值為256個值。如果用戶訂購16比特數(shù)據,將11比特數(shù)

10、據存儲為16比特就可以了。加占位符來填補5比特的差異,沒有圖像拉伸處理。本次實驗影像為16比特的數(shù)據。由于ERDAS軟件是針對TM影像設計算法的,而TM影像的位深為8位,那么,如果用ERDAS自帶模塊進行影像融合,主要存在兩方面的問題,一是顏色偏差較大,融合影像與原始多光譜影像的顏色差異比較明顯;二是融合的質量依賴于操作者和數(shù)據源,不同的操作者或數(shù)據集都可能導致不同的融合效果。為此,選用專門針對IKONOS 16位影像的影像融合模塊。此模塊需要的原始影像為全色波段校正后影像及多波段校正后影像,經模塊融合處理后影像的分辨率為1m,即獲得在精度和色彩上均能滿足要求的高分辨率彩色IKONOS正射影像

11、(如圖6所示。 圖6 融合后高分辨率彩色IKONOS正射影像融合時采用的是主成分變換方法。主成分分析,是在統(tǒng)計特征基礎上進行的一種多維(多波段 正交線性變換,數(shù)學上稱為K2L交換。利用PCA方法完成融合,首先將IKONOS的4個多光譜波段PCA變換為4個獨立的主成分,第一主成分包含4個波段共同和唯一的光譜信息,用IKONOS全色波段代替第一主成分進行主成分逆變換完成融合。融合之后目標的細部特征更加清晰, 光譜信息更加豐富。5、總結本文中所采用的利用IKONOS高分辨率遙感影像生成數(shù)字正射影像的方法,主要是在影像重采樣和影像融合的部分與一般方法有所不同。在影像重采樣是對比了各種重采樣方法對影像進

12、行重采樣的結果,針對全色波段和多波段影像分別采用不同的重采樣方法,速度快效果好的得到結果影像。在融合過程中,同樣對比了ERDAS IMAGINE軟件自帶的融合模塊和本文中所采用的融合模塊的不同,通過實驗得知,自帶的融合模塊得到的影像雖然幾何分辨率可以達到要求,但光譜退化較嚴重,而本文中所采用的融合模塊得到的影像光譜退化最小, 同時也較高程度地保持了高幾何分辨率的空間信息。因此,通過本文中所提供的制作正射影像的流程,加上本文對重采樣和融合方法的改進,可以快速的得到高分辨率高色彩保真度的數(shù)字正射影像地圖。從我們利用IKONOS影像進行的試驗中可以看出,其比用航片生產能減少外業(yè)工作量,如果使用多景影像進行空三加密,更能節(jié)省外業(yè)控制點的使用數(shù)量。對于內業(yè)工作來說,不需要影像掃描與色調調整、空中三角測量、內定向,在DTM編輯、DOM調色上工作量也要小很多,因此使用IKONOS影像進行測繪產品的生產是可行的辦