RapidEye影像正射影像图生产工艺探讨

熊德科，尹 峰，李荆荆

（1.湖北省国土测绘院，湖北武汉430010；2.湖北省土地规划勘测院，湖北武汉430000）

RapidEye影像正射影像图生产工艺探讨

熊德科1，尹 峰2，李荆荆2

（1.湖北省国土测绘院，湖北武汉430010；2.湖北省土地规划勘测院，湖北武汉430000）

介绍了在正射影像生产中一些关键环节，如用Photoshop对有薄云的RapidEye影像进行去薄云融合处理；对山区影像用小面元微分纠正等。总结了针对RapidEye影像去薄云和山区纠正困难的一套快速有效生产工艺。

RapidEye；通道；色阶；纠正

数字正射影像图 (DOM)是对航空(或航天)相片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。随着遥感技术的发展，高分辨率、光谱信息丰富、获取快捷的卫星遥感正射影像，可作为地图分析背景控制信息，也可从中提取自然资源和社会经济发展的历史信息或最新信息,为土地利用变更调查、防治灾害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据；还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。对评价其他数据的精度、现实性和完整性都很优良。本文以RapidEye遥感卫星数据为基础，讨论山区及有云层覆盖区域的制作数字正射影像图的方法，以便满足土地利用变更调查的应用[2]。

1 RapidEye卫星影像

2008年8月29日，RapidEye地球探测卫星系列在拜科努尔发射场成功发射。RapidEye是由德国RapidEye AG公司运营并提供地理空间信息服务的高空间分辨率商业卫星星座[3]。该卫星的系列产品自2009年1月进入我国市场，在我国的农业、环境、保险及政府等领域具有很好的应用潜力。卫星相关参数如表1所示。

2 数字正射影像图的制作原理和方法

2.1 数字正射影像图的制作原理

影像通过数字元纠正形成正射投影的过程，其原理是将影像化为很多微小的区域，根据有关的参数利用相应的构像方程式或通过控制点解算相应的数学模型，然后利用数字高程模型对原始非正射影像进行纠正，将其转换为正射影像。此时正射影像既具有地图的几何特性，又具有相片的影像质量，它所表达的信息更为丰富、直观，具有更大的应用价值。

表1 卫星相关参数

小面元微分纠正。选择基准影像和待纠正影像同名点对，且这些点大部分都在山脊、山谷等特征线上，或者它们本身就是一些明显的特征点。将其构成 2个相互对应三角网。纠正成与基准影像对应的三角形全等。由于这种小面元纠正所用的控制点沿影像特征密集分布，对不同的遥感影像间的几何变形进行了精确的相对纠正，因而能很好地解决山区遥感影像的配准问题。

2.2 数字正射影像图的制作方法

制作DOM的具体流程如图1所示。

图1 制作DOM流程

1）卫星影像融合与处理。获取RapidEye影像后，要根据影像具体情况，视需要对影像进行增强处理，如调整亮度、对比度等，以使其清晰易读为易，这是保证量测精度和提高判读影像质量的前提条件。本实验区使用的实验数据为做过辐射校正和传感器校正的1B级基础产品。针对项目的要求和RapidEye影像数据特点（5个波段相同采样间隔，无全色和多光谱融合情况），通常不用配准而直接融合，效果如图2所示，基本无重影和模糊现象。

图2 RapidEye融合影像

融合后在Photoshop中进行影像增强处理，因RapidEye卫星影像本身含有红、绿、蓝3个波段的数据，所以一般直接用3、2、1三个波段分别对应红、绿、蓝进行融合，这样调整出的影像才会更加接近自然色，为后继的判读工作带来便利。对于有薄云的区域处理时有2种方法可以增强清晰度，提高判读质量。

方法一为在 Photoshop软件里局部选择有薄云区域，通过调整色阶来拉伸直方图，从而增强对比度，保证色彩自然，影像更加清晰，如图3和图4所示。

图3 有薄云区域影像

图4 通过色阶调整后效果

方法二为用RapidEye卫星影像的红外波段或红边波段（长波穿透云雾能力强）来全部或局部代替蓝色波段（短波穿透云雾能力差），替换后纹理更清晰，如图5和图6所示，但色彩不自然，对判读稍有影响，要对地物颜色重新认识，对比原始影像和波段替换后影像，如图7和图8所示。

图5 有薄云区域蓝色波段影像

图6 有薄云区域红外波段影像

图7 原始RGB影像

图8 红外波段替换蓝色波段后影像

2）山区控制点的选择和量测。控制点布设要尽可能均匀；要注意边缘控制点密度，保证成图范围和精度要求；对相邻两景影像之间选取一定的公共点进行连接，以保证接边的精度。

3）影像正射纠正和小面元微分纠正。使用ERDAS的DataPrep-ImageGeometricCorecction模块，结合卫星影像的PRC参数、DEM数据和控制点数据，用双线性插值采样方法对卫星影像进行微分纠正，即可获得正射影像;把生成的正射影像与基准影像或其他基础数据对比，看纠正后影像精度是否合限。影像纠正后的误差主要有 3个方面的来源，一是控制点的误差，此又分为基础底图的误差和人为选取控制点的误差；二是RapidEye数据的内部几何误差；三是DEM的误差。如果纠正后影像大部分区域超限，需返回检查是否控制点误差太大，修改和添加控制点来减小误差；如果纠正后影像局部超限，特别是山里公路和房屋产生位移，多因DEM的误差引起，通过小面元微分纠正可以很好地解决这个问题。

4）影像镶嵌与裁切。采用 photoshop平台 ReebotooPSPlugIn小插件进行镶嵌和裁切有诸多方便，大大减少了工作量。本实验区要求影像按县范围裁切，该插件可支持导入SHP格式的数据为选区，可保存坐标信息，并且一个县范围内常由2-6景影像镶嵌而成，利用图层的概念，既可单独保存每景影像的独立性，保存中间成果，也可随时镶嵌成一幅完整影像。

3 实验结果与分析

本实验区主要是利用RapidEye卫星影像进行正射校正获取地面分辨率为5m的DOM数据。实验区位于四川省芦山县，地形以山地为主，由3景有一定重叠区域的影像全覆盖，于2010年9月-12月之间摄影，部分区域有云雾，卫星影像为GeoTiff格式，影像只有多光谱影像，包括近红外、红边、红、绿、蓝5个波段，地面分辨率为6.5 m，每一景影像提供了 RPC参数文件，以GeoTiff格式二调基础底图作为控制点平面坐标来源，以ASTGTM的30m空间分辨率的GeoTiff格式DEM成果为控制点高程数据来源和基础进行DOM制作，坐标系统为1980西安坐标系，3°分带。具体制作时，每景卫星影像上需要选取30-40个地面控制点，特别在影像边缘和山间平坦地区多布设控制点；生成DOM后与二调基础底图进行对比，一般在山间平坦地区精度平均在2个像素之内，而起伏较大的山脊和山谷区域偏移较大，达到5-10个像素，主要原因是DEM精度较差引起，但经过加密控制点（100-200个控制点）进行小面元微分纠正后，精度平均可以达到2个像素之内。

通过对山区及有薄云覆盖的 RapidEye影像融合、正射纠正、小面元微分纠正和镶嵌裁切后，影像几何精度高、色彩自然、纹理清晰，更加有利于影像的判读和比对。在土地利用变更调查项目中，通过本生产工艺可以快速有效生产出合格的正射影像，通过与前时相影像叠加分析，容易发现色彩与纹理上的不同，利于寻找变化图斑。

4 结语

基于以上的实验，对山区有薄云的RapidEye影像处理后，对线状地物和图斑的判别清晰，尤其是对建设用地、水域、农用地和林地的判别较清晰，能很好地应用于土地利用变更调查监测，尤其在作业时间有限、卫星影像数据来源有限等不利条件下，利用现有数据，能较高效率地完成项目任务，提高遥感影像的有效利用率，节约数据采集成本，摆脱不良气候条件的约束。本生产工艺在RapidEye影像融合处理时，操作简单，易于理解，每一过程实时显示处理效果，可控性强，对生产人员专业知识要求不高，可在生产过程中迅速推广，有利于项目的高效生产。

但是目前在多种分辨率影像间及多种卫星波段影像间自动找同名点对的准确率上还存在一定问题，这使纠正时人工找同名点对的工作量仍较大。

[1] 党安荣，王晓栋，陈晓峰，等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法[M].北京:清华大学出版社，2003

[2] 陈臻，杜为静，倪建光.数字正射影像图制作流程及工艺[J].中国土地科学，2009，23(12):51-55

[3] 祝振江，周英杰，周萍，等.RapidEye卫星遥感影像几何精度的实验分析[J].中南林业科技大学学报，2010，30(4):107-111

[4] 李超，朱满，赵家平.多源遥感影像融合效果的定量评价研究[J].测绘与空间地理信息，2010，33(3):143-146

[5] 李琪，周军元.遥感技术在土地更新调查中的应用[J].地理空间信息，2010(6):62-64

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[7] 曹爽，李浩，马文.基于数学形态学的遥感影像薄云处理方法[J].地理与地理信息科学，2009，25(4):30-33

Discussion on the RapidEye Image Orthophoto Map Production Process

byXIONG Deke

This paper described the orthophoto production in some of the key link.For example,we used the photoshop software to remove and fusion a thin cloud of RapidEye images.For the mountainous area, the images were used the small unit of area differential to correct. Through this method we summed up a set of fast and efficient production processes for RapidEye image to remove the thin cloud and difficult mountain Image Correction.

RapidEye，channel，levels，correct

2011-03-25

P231

B

1672-4623(2011)03-0089-03

熊德科，工程师，主要从事航测、土地利用遥感监测相关工作。