4D产品在遥感影像纠正中的应用

张琳

【摘要】随着遥感成像技术的迅速发展，遥感影像在各个领域得到了广泛应用，但是遥感影像的变形经常会影响影像的精度，因此对遥感影像进行纠正是遥感领域需要解决的重要问题。本文讨论了基于数字产品4D技术用于遥感图像的变形纠正，以提高遥感图像的精度。

【关键词】4D技术；遥感影像；变形纠正

引言：随着科技的发展，特别是遥感成像技术的进步，遥感技术得到了广泛的应用。但是遙感影像由于地球曲率对的影响，都会存在一定的变形。在小范围、低精度的情况下，这种影响可以忽略，但是对于测量精度要求较高的情况下，就必须对这一变形进行必要的纠正，以获得准确可靠的地理信息。影响纠正的目的是纠正原始图形由于地球曲率影响造成的几何变形，以保证对图像进行判读和使用的有效精度。4D产品具有精度高、质量好的特征，因此将4D产品用于遥感图像的纠正具有重要的实际意义。

1.遥感影像纠正的难点

影像数字纠正是目前精度最高的一种纠正方式，其基本原理是在遥感地域上选取一定数量的数学模型控制点，然后以这些控制点为参照将原始影像和纠正后的影像之间进行必要的几何关系解算，也就是利用现代计算机技术对表现为离散结构的数字影像中的每一个影像单元均进行解析纠正处理。在进行数字纠正之前，首先要对数字影像进行必要的粗加工，以达到纠正算法的输入和输出的均为以像元为单位的数字式影像。其次，数字影像纠正的几何算法与其采用的数学模型有很大的关系。目前针对不同数学模型而采用的常用数学算法主要有两种：一是多项式纠正法；二是共线方程纠正法。无论在实际操作过程中采用的是上述方法中的何种方法，都必须要对数学模型中的系数进行解算，而解算过程需要一定量的坐标数据作为支撑，因此，选取遥感地域内的一定数量控制点就成为这一过程中必不可少又异常重要的工作。由于选取的控制点的数量、空间分布和坐标数据精度会对遥感影像的纠正结果产生直接影响，所以控制点选取也是这一过程中最为困难的工作。目前普遍采用的方法是利用相应的地形图来进行控制点选取。具体操作方法是在地形图上人工选取具有明显特征易于辨别的地物点或特征点作为控制点，并量取其平面坐标。由于解算过程经常会用到控制点的高程信息， 有这种需要时可以采用等高线内差估算的方法得到，当然也可采用一些其他方法。例如可以对使用的地形图上相关控制点的高程信息进行数字化采样，然后运用计算机处理技术建立数字地面模型 （DTM），然后再将地面模型 （DTM）中的控制点几何位置与输出图像范围进行配准，以便在输出图像能够对每个像素的平面位置进行认定，同时还能够从 DTM中提取到与之对应的该地点的高程数据，并在遥感影像上对同一地点进行目视判读。这种方法在原理上讲并不复杂，但是实际操作工作量和工作难度异常巨大，并且某些情况下的工作效果也不理想。其原因首先是由于需要人工目视判读，选取的控制点无论对于地形图还是遥感影像都要清晰可辨，不然很难找到对应点位置，但是考虑到遥感影像比例尺很小，这项目视辨别工作时常难以进行；其次，由于纸制地形图存在变形和人为的辨认误差的影响，会使控制点的读取精度受到严重干扰，造成辨别精度和工作效率低下；最后，平原和城市地区的自然地形、地貌中具有较多的特征点，因此特征点的选取相对比较容易，不仅可以选取相对较多的控制点，并且可以做到在遥感地域内的均匀分布，从而保证纠正的精度要求。但是对于草原和荒漠地区，地表的植被和具有明显特征的地物都十分稀少，这无疑会加大在地形图和影像上找到清晰的同名点的困难，并且还会因为选点精度不高或控制点过少而达不到纠正效果，从而影响到遥感影像在上述地区的使用。因此，要充分发挥遥感影像在上述地区的作用，必须要对以选择控制点为核心的影像纠正方法的改进。基于上述分析，利用现代化数字产品 4D数据来采集控制点，从理论上讲可以有效解决上述问题。将其用于遥感影像纠偏可以得到一条高精度、高效率的纠正方法。

2.4D数据在遥感影像纠正中的应用

4D数据产品来源于基于全数字摄影测量系统的航空摄影测量方法生产得到，相对于传统数字产品其具有精度高、质量好以及负载信息量大的明显优势。根据4D数据产品多年生产使用经验来看，将其应用于遥感影像纠正处理过程，对于提高纠正精度，提高工作效率都能取得良好的效果。但是在具体应用过程中的一些细节问题还是需要有效的方法和措施保障，下面对相关问题作进一步的探讨。

2.1控制点的选择

2.1.1控制点的选择

控制点的选择是影像纠正的第一步，无论采用何种数学模型和纠正法，都需要一定数量的地面控制点坐标数据进行解算。首先控制点数量的选取要适量，控制点选取太多，会增加数据量容量，增大计算的难度和时间，同时也会增加特征点较少地区的选点困难；如果控制点选取数量过少，则会对纠正精度产生严重影像，不利于纠正的目的的达成。因此，在实际操作中对于每幅影像控制点的选取建议设定在10—30个之间，并且这些控制点均匀分布于影像范围内，以做到对整个影像的纠正范围的控制，尽量减少纠正过程中的局部变形，提高纠正精度。此外，控制点的个数的确定也可依据成遥感图像的比例尺，以图幅边长为间距来进行确定。

2.1.2控制点的采集

控制点选择完成后就需要对各个控制点进行采集，这是遥感影像纠正处理过程中的一项非常重要却又相当繁琐的工作。所选用的控制点必须在遥感影像上能够清晰找到相应的同名点。目前采集控制点的主要方法有：通过数字栅格地图 （DRG）、数字线划地图（DLG）、数字正射影像图（DOM）、外业测量。这几种测量采集方法中，外业测量得到的控制点的精度最高，但是户外作业无疑会加大采集成本，同时工作量也很大。利用 4D产品，特别是其中利用数字正射影像图DOM，能十分便捷的找到遥感影像和地形图上的同名点，因此可以有效降低点位判读误差，从而提高遥感图像的纠正精度，同时这种方法的控制点的采集也相对容易和方便，特别是对于其他方法采点比较困难的地区，其技术优势更加明显。

2.2遥感影像纠正的需要注意的问题

1、在相对平坦的地区，在DLG、DRG或DOM上直接读取各个控制点的平面坐标，并用于控制计算，使用多项式纠正法对遥感影像进行纠正，就可以满足纠正的精度要求，并且在计算过程中多项式的阶次通常不会超过3次。在地形起伏较大的山地情况下，由于各个控制点的高差较大，因此在纠正过程中宜采DEM得到相关的高程信息，采用共线方程纠正法可以得到较为理想的纠正效果。

2、为了保证纠正的最终精度，选取的4D产品的精度一定要高于成图精度。

3、纠正精度与遥感影像的空间分辨率有较大关联，遥感影像的空间分辨率越高， 纠正精度也越高。因为遥感图像分辨率越高，点位就越清晰，寻找起来也更方便；反之，点位就比较模糊，甚至就找不到相应的点位。

4、遥感影像上的控制点坐标要尽可能读到子像素。

3.结束语

纠正处理是提高遥感影像精度的重要手段，实践证明4D数据在遥感影像纠正处理中能够发挥较大的技术优势，充分利用4D数据来选取控制点进行遥感影像的纠正处理，是对遥感图像纠正处理的重要方法。这种方法不仅可以减少选取控制点的困难，还可以大幅提高影像的纠正精度。但是遥感影像处理是复杂的技术过程，本文结论并不能遥影像纠正中的所有问题，因此仍需作进一步的研究。

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