基于ERDASIMAGINE的SPOT衛(wèi)星影像糾正

1、基于ERDAS IMAGINE的SPOT衛(wèi)星影像糾正王向飛（廣西地圖院 廣西南寧 ）【摘要】通過(guò)廣西壯族自治區(qū)邊境和沿海地區(qū)31景SPOT衛(wèi)星影像糾正項(xiàng)目，總結(jié)出一套適合此類項(xiàng)目生產(chǎn)的可行性技術(shù)方法和工藝流程。【關(guān)鍵詞】SPOT衛(wèi)星影像 ERDAS IMAGINE 糾正0 引言根據(jù)廣西壯族自治區(qū)測(cè)繪局基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)項(xiàng)目責(zé)任書(shū)（編號(hào)：2006S0402），由我院承擔(dān)廣西邊境和沿海地區(qū)31景SPOT衛(wèi)星影像糾正的工作。提供糾正后滿足精度要求的SPOT影像數(shù)據(jù)。今后可進(jìn)一步提供基于SPOT影像的中小比例尺影像地圖，更好地服務(wù)于廣西乃至北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展。SPOT衛(wèi)星影像：由SPOT衛(wèi)星高

2、分辨率多波段掃描儀（HRV）獲取的遙感影像。包括全色和多波段兩種?？臻g分辨率，前者為10米，后者為20米。這種高分辨率和立體觀測(cè)性能，使其具有比其它遙感影像如Landsat MSS和TM更為廣泛的應(yīng)用范圍和價(jià)值：可供快速制作正射影像地圖、測(cè)制110萬(wàn)地形圖、修測(cè)或更新15萬(wàn)地形圖以及制作各種專題地圖；用于資源調(diào)查。如耕地、森林、草場(chǎng)、水、礦產(chǎn)和海洋等調(diào)查；環(huán)境監(jiān)測(cè)的有效手段。如城市發(fā)展和城市化，災(zāi)害監(jiān)測(cè)，環(huán)境變遷和環(huán)境生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)；用于生產(chǎn)管理。如土地利用評(píng)估和農(nóng)作物估產(chǎn)，環(huán)境工程評(píng)價(jià)；國(guó)土整治。如區(qū)域規(guī)劃、管理和決策等。ERDAS IMAGINE：是美國(guó)ERDAS公司開(kāi)發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)，

3、它以其先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，友好、靈活的用戶界面和操作方式，面向廣闊應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品模塊，服務(wù)于不同層次用戶的模型開(kāi)發(fā)工具以及高度的RS/GIS（遙感圖像處理和地理信息系統(tǒng)）集成功能，為遙感及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的用戶提供了內(nèi)容豐富而功能強(qiáng)大的圖像處理工具。其軟件處理技術(shù)覆蓋了土地分類、空間分析/建模、ARC/INFO矢量數(shù)據(jù)更新、航測(cè)影像與硬拷貝地圖輸出、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、Virtual GIS、圖像校正與鑲嵌和立體顯示。其應(yīng)用領(lǐng)域包括：科研、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象、石油礦產(chǎn)勘探、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事、電訊、制圖、林業(yè)、自然資源管理、公用設(shè)施管理、工程、水利、海洋和城市與區(qū)域規(guī)劃等。1 技術(shù)路線與作業(yè)流程通過(guò)ERDAS

4、 IMAGINE的“SPOT糾正模型”進(jìn)行影像糾正是以DRG作為參考，在DRG和SPOT影像上采集同名控制點(diǎn)，同時(shí)引入DEM進(jìn)行糾正控制?？刂泣c(diǎn)采集數(shù)目一般要求每景30個(gè)左右，并且要求較均勻的分布。生產(chǎn)過(guò)程中控制點(diǎn)采集數(shù)目可作適當(dāng)增加，以便做控制點(diǎn)誤差檢驗(yàn)時(shí)，剔除一些錯(cuò)誤點(diǎn)和誤差較大的點(diǎn)。模型控制點(diǎn)的精度達(dá)到要求后，依據(jù)所建立的糾正模型對(duì)SPOT影像進(jìn)行糾正運(yùn)算，生成一幅校正的SPOT影像。對(duì)于糾正后的SOPT4影像，效果不好的，還需要進(jìn)行增強(qiáng)預(yù)處理，包括去模糊、去云等處理，在保持影像分辨率和層次的基礎(chǔ)上提高影像的清晰度。工藝流程如下：1.1 資料分析1.1.1 待糾正的SPOT4影像數(shù)據(jù)待糾

5、正的SPOT4影像為全色波段，地面分辨率為10米。1.1.2 DRG（11萬(wàn)和15萬(wàn)）11萬(wàn)DRG采用的大地基準(zhǔn)為1954年北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1956黃海高程系或1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，地圖投影采用高斯-克呂格投影，3度分帶方式。是廣西境內(nèi)影像控制點(diǎn)采集的依據(jù)。15萬(wàn)DRG采用的大地基準(zhǔn)為1954年北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1956黃海高程系或1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，地圖投影采用高斯-克呂格投影，6度分帶方式。是廣西境外影像控制點(diǎn)采集的依據(jù)。1.1.3 15萬(wàn)DEMDEM在影像糾正過(guò)程中起到提供高程信息，提高糾正精度的作用。此次項(xiàng)目使用的15萬(wàn)DEM采用的大

6、地基準(zhǔn)是1980西安坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，地圖投影采用高斯-克呂格投影，6度分帶方式。1.2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)分幅糾正后SPOT4影像的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)定義為：大地基準(zhǔn)為1980西安坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，地圖投影為高斯-克呂格投影，投影參數(shù)如下：投影類型：高斯-克呂格橢球名稱：IAG75分帶方式：6中央經(jīng)線: 105（或111）橫軸加常數(shù)：米尺度比：1.00注：由于ERDAS IMAGINE 8.6自帶的投影文件并未收錄IAG75橢球的信息，所以必須手動(dòng)編輯投影文件，將IAG75橢球的信息輸入。1.3 作業(yè)方法1.3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備1.3.1.1 DRG數(shù)據(jù)DRG影像（

7、tif）本身不帶投影信息，所以要根據(jù)其自帶的元數(shù)據(jù)生成對(duì)應(yīng)的TFW文件，將其定位到大地左標(biāo)，供采集控制點(diǎn)使用。1.3.1.2 待糾正SPOT衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備檢查SPOT數(shù)據(jù)是否完整，然后用ERDAS IMAGINE將SPOT4影像格式轉(zhuǎn)換成*.img影像格式。1.3.1.3 參與糾正控制的DEM數(shù)據(jù)準(zhǔn)備確定并收集覆蓋需糾正的SPOT4衛(wèi)星影像范圍的所有15萬(wàn)DEM圖幅，用ERDAS IMAGINE的“Mosaic Images”功能將所需的DEM拼接，設(shè)置DEM的投影為高斯-克呂格投影，輸出*.img格式。涉及跨帶的DEM圖幅要先通過(guò)“Reproject Images”功能進(jìn)行換帶處理后，方可

8、進(jìn)行拼接。1.3.2 影像糾正1.3.2.1 建立糾正模型在ERDAS IMAGINE的Geometric Correction模塊中包含多種糾正模型，如仿射變換、多項(xiàng)式變換、IKONOS糾正模型、QUICK BIRD糾正模型等。我們選擇了SPOT影像的糾正模型，選擇好參與糾正的DEM文件，設(shè)置好目的投影后，便進(jìn)入了控制點(diǎn)采集界面。1.3.2.2 同名控制點(diǎn)采集在控制點(diǎn)采集界面可采集同名控制點(diǎn)。控制點(diǎn)采集應(yīng)遵循以下原則： 控制點(diǎn)采集前影像判讀要準(zhǔn)確，需仔細(xì)分清楚溝谷和河流； 考慮到SPOT影像和DRG在年份上的差異，應(yīng)盡量選擇隨時(shí)間推移變化較小的地物作為同名控制點(diǎn)。如兩條小路交叉點(diǎn)、小河上的小

9、橋等； 控制點(diǎn)最好選擇“十”字交叉點(diǎn)，而盡量避免選擇“人”字交叉點(diǎn)； 控制點(diǎn)的分布要均勻，在地形起伏較大的區(qū)域可適當(dāng)加密控制點(diǎn)，對(duì)于DEM現(xiàn)勢(shì)性較差的區(qū)域也可加密控制點(diǎn)； 避免采集較大河流（特別是季節(jié)性較強(qiáng)的河流）的交匯處作為控制點(diǎn)；1.3.2.3 控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換用于采集控制點(diǎn)的DRG存在兩種坐標(biāo)系：1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系。為了統(tǒng)一，首先要把1954坐標(biāo)系的控制點(diǎn)通過(guò)改正數(shù)轉(zhuǎn)換到1980坐標(biāo)系。然后再把所有的控制點(diǎn)進(jìn)行換帶處理后（3度-6度），才能用于糾正。1.3.2.4 影像重采樣采用鍵盤(pán)輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)的形式，將之前轉(zhuǎn)換好的控制點(diǎn)坐標(biāo)輸入。依據(jù)所建立的糾正模型對(duì)SPOT4影

10、像進(jìn)行糾正運(yùn)算，生成一幅校正的SPOT4影像。1.3.3 影像增強(qiáng)對(duì)于糾正后的SOPT影像，應(yīng)當(dāng)在PHOTOSHOP軟件中進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚恚ㄈ缯{(diào)整色階、羽化等），在保持影像分辨率和層次的基礎(chǔ)上提高影像的清晰度。影像成果應(yīng)線劃清晰，色彩層次清楚，色調(diào)飽滿大方、亮麗明快，突出影像的可讀性與美觀性。1.3.4 糾正影像檢查a.檢查糾正中使用的所有數(shù)據(jù)的正確性及各種數(shù)據(jù)之間的匹配精度。b.檢查采集的控制點(diǎn)精度。c.將糾正后的SPOT4影像與11萬(wàn)、15萬(wàn)DRG疊合在一起，查看相互吻合狀態(tài)，著重檢查SPOT4影像中控制點(diǎn)誤差較大的地方，要求誤差小于下表所規(guī)定的數(shù)值。地形類別平面中誤差（米）接邊限差（米

11、）平地2030丘陵地2030山地3045高山地3045d.影像接邊檢查。1.3.5 制作數(shù)字正射影像圖元數(shù)據(jù)文件。2 總結(jié)2.1 本次任務(wù)，在廣西境內(nèi)有完整的15萬(wàn)DEM和11萬(wàn)DRG，但缺少?gòu)V西境外的15萬(wàn)DEM和11萬(wàn)DRG。而部分SPOT影像位于廣西邊界地區(qū)，存在單景影像跨省、跨國(guó)的現(xiàn)象。由此衍生出的問(wèn)題如下：a.部分影像由于跨省、跨國(guó)，廣西境外無(wú)15萬(wàn)DEM覆蓋，造成這些影像在糾正后，沿15萬(wàn)DEM覆蓋范圍被裁切，區(qū)外或國(guó)外的圖像丟失。b.在跨省、跨國(guó)的影像中，廣西境外無(wú)11萬(wàn)DRG覆蓋，整景影像控制點(diǎn)分布不均勻（廣西境外只有很少甚至沒(méi)有控制點(diǎn)），造成廣西境外部分的影像在糾正后誤差較大?，F(xiàn)采取以下解決辦法：a.保持影像被裁切的現(xiàn)狀；b.在保證廣西境內(nèi)影像精度符合要求的前提下，境外部分影像可以在15萬(wàn)DRG上采集控制點(diǎn)。糾正后的影像，處于廣西境外的部分，精度要求可以適當(dāng)放寬。2.2 影像在糾正后若按ERDAS IMAGINE軟件的默認(rèn)設(shè)置輸出TIF會(huì)出現(xiàn)影像發(fā)白的情況，現(xiàn)采取以下方法解決：在從ERDA