基于規劃需求的遙感影像正射糾正處理方法探討與研究

摘 要：目前，衛星遙感影像應用于世界上各行各業，有大量的處理衛星影像的工作，特別遙感影像的幾何糾正，是實現影像應用的前提。文章闡述了幾何糾正原理與方法和二次多項式變換。實驗表明采用基于二次多項式變換，在平坦地區無DEM情況下能獲得相對較高的糾正精度，具備實際應用的可行性。

關鍵詞：遙感 衛星影像 幾何糾正 精度分析

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-000-02

由于衛星姿態、地球自轉、地球曲率等原因會導致圖像的幾何畸變，須進行幾何校正，消除系統及非系統性因素引起的圖像幾何畸變，從而使之實現與標準圖像或具有特定投影和坐標系統的地圖完全套合配準，并使其本身具有空間參數的特性包括圖像空間像素坐標的變換和像素灰度值的計算，他包含遙感圖像的幾何粗處理和精處理；遙感圖像的光學糾正和數字微分糾正。光學糾正主要用于早期的遙感圖像的處理中，主要對框幅式的膠片航空影像進行糾正，現在的應用已經不多。對于大多數動態獲得的遙感影像只能進行近似的糾正。該文主要探討遙感數字圖像的幾何糾正。

1 圖像幾何校正

幾何校正是由于搭載傳感器的遙感平臺飛行資態變化、地球自傳、地球曲率等原因引起的圖像幾何益畸變。改正原始遙感圖像中的幾何畸變，將遙感圖像投影到某一地理坐標系中由校正方程（多項式、共線方程），圖像坐標計算地理坐標（還有重采樣）。

2 數據來源與研究方法

幾何精校正的方法主要有三角形線性法、多項式法等。

二次變換或高次變換通常稱為多項式變換，經常被用于圖像糾正，并且不需要傳感器參數方面的信息。該模型原理比較直觀，計算比較簡單，特別是對地面相對平坦的情況，具有 足夠好 的糾正精度。該算法的基本思想是 回避成像的空間幾何過程，而直接對影像變形的本身進行數學模擬。它認為遙感影像的總體變形可以看作平移、縮放、旋轉、仿射、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形的綜合作用結果，因而糾正前后影像相應點之間的坐標關系可 以用一個適當的多項式來表達，其數學模型為。常用的二元齊次多項式校正變換公式可表達為。

式中，、為某像元的原始圖像坐標；、為校正后同名點的地面（或地圖）坐標；、為多項式系數。二次變換適用 于原 圖有非線性變換的情況，至少需要 6對控制點坐標及其理論值才能求出待定系數。具體步驟如下。

在ERDAS中，對影像進行二次多項式和三次多項式糾正對比試驗結果。

第一步：顯示圖象文件：打開兩個視窗viewer1和viewer2，在1中打開需要糾正的圖象；在2中打開作為地理參考的校正過的

圖象。

第二步：啟動幾何校正模塊：在viewer1中，raster→geometric correction→選擇多項式幾何校正計算模型polynomial→ok→在polynomial model properties對話框中，定義多項式模型參數及投影參數，polynomial order為2→apply→close。

第三步：在打開的GCP tool reference setup對話框中，選擇existing viewer→ok→打開viewer selection instructions 指示器，在viewer2中點左鍵→打開reference map information對話框→ok。

第四步：采集地面控制點：在viewer1中選中一個控制點GCP后，緊接著在viewer2中選一個位置相對應的點.采集若干GCP，直到滿足所選定的幾何校正模型為止。利用有限的控制點的已知坐標，解求多項式的系數，確定變換函數。然后將各個像元帶入多項式進行計算，得到糾正后的坐標。

實際工作中，多項式系數求出后，根據上述公式可以求解原始圖像任一像元的坐標，并對圖像灰度進行內插，獲取某種投影的糾正圖像。一般選擇最小控制點的數量為：（n+1）（n+2）/2，為多項式次數。

第五步：圖象重采樣：在geo correction tools對話框中選擇image resample圖標，打開對話框，定義參數：重采樣方法方法（resample method）選擇nearest neighbor，其他默認即可。

第六步：檢驗校正效果：在geo correction tools對話框中點擊exit按紐退出幾何校正過程，按照系統提示保存圖象幾何校正模式，并定義模式文件 （*.gms），下次直接使用。

3 實驗結果及精度分析

在實驗區域 內采集了20個控制點作為數學模型的公共點，并評定其內符合精度，12個地物特征點作為檢查點，評定各數學模型的外符合精度。實驗結果表明。

（1）如果正射影像只為城市規劃用途時，對于1∶10000比例尺的地形圖，點位中誤差應不大于±5 m。

（2）關于二次變換 和高次變換，比如三次變換等，指出三次與二次多項式的精度相對差別不大，而在用時方面，三次多項式糾正所需時間遠大于二次多項式糾正所需的時間 引，故本實驗未對高次變換進行分析。

（3）從控制點個數與糾正精度上分析，二次變換幾何糾正所需要的控制點的數至少要15個以上才能滿足糾正精度要求，。

4 結語

該文以具體案例為背景，基于ERDAS9.2軟件，對二次變換的幾何糾正方法。研究表明，在小區域內，地勢起伏較平坦的地區，并且根據實踐經驗二次變換的數學模型精度是滿足規劃精度要求的要求的，控制點要均衡分布、點位清晰，幾何糾正中，遙感影像的控制點不要漏選和錯選，并查看一下誤差的大小是否滿足精度要求，從而提高成圖的質量和可信度。

因此，對于1∶10000的城市規劃用圖，利用 SPOT5衛星正射影像進行矢量化是一種經濟、有效、實用的方法。

參考文獻

[1]李衛國，高飛.基于QuickBird衛星遙感影像的幾何糾正方法對比[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2012，35（2）.

[2]鐘仕全，胡自寧，石劍龍.SPOT衛星數據圖像處理方法及應用[J].南方國土資源，2002，15（4）：23-25.

[3]張庸.法國斯波特系統（SPOT）及其圖像簡介[J].長春地質學院，1987（2）：1-10.

[4]渡靜娟，閻守琶，丁紀，等.SPOT圖像可用性初探[J].中國科學院遙感應用研究所，1988，3（3）：164.

[5]陳于林，秦軍.LANDSAT-7衛星圖像預處理的幾何糾正[J].鐵道勘察，2005（4）：16—18.

[6]李爽，李小娟，孫英君，等.遙感制圖中幾何糾正精度評價[J].首都師范大學學報：自然科學版，2008，29（6）：89—92.