基于ERDAS的天绘卫星影像纠正方法

摘 要：本文介绍了天绘卫星影像的一些特点，并详细描述了在ERDAS下通过舍去天绘影像中自带的RPC参数，通过与已有DOM成果匹配同名点进行配准的方式完成正摄影像纠正的方法，并进行了相关注意事项的说明，为类似影像纠正工作提供参考。

关键词：ERDAS 天绘卫星影像 影像纠正

引 言

ERDAS IMAGINE 是美国ERDAS 公司开发的遥感图像处理系统。它以其先进的图像处理技术，灵活操作方式，应用领域广阔，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，在该行业中占有一定市场份额。

本文根据ERDAS相关功能和天绘卫星影像数据特点，介绍了在ERDAS下通过舍去天绘影像中自带的RPC参数，通过与已有DOM成果匹配同名点进行配准的方式完成正摄影像纠正的方法，并进行了相关注意事项的说明。

一、ERDAS IMAGINE工作原理

ERDAS作为专业遥感图像处理软件，具有方便直观的操作界面，操作灵活，提供多种地图投影系统，支持用户添加自定义坐标系，支持不同投影间的实时转换、显示、操作，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具[1]。其软件处理技术覆盖了土地分类、空间分析/建模、矢量数据更新、图像校正与镶嵌和立体显示。其应用领域包括科研、气象、工程、水利等。获取的卫星影像要通过ERDAS IMAGINE 纠正才可以为测绘产品所用，纠正时控制点采集一般要求每景30个左右，并且应当均匀分布。生产过程中控制点的采集数目可根据情况适当增加，以便控制影像的误差，达到精度。在纠正的过程中，前六个点尤其重要，要均匀地分布在图像的四周，不然很容易发生扭曲和变形，总之采集控制点是一项非常重要的工作，在纠正的过程中一定要均匀分布，再逐步加密。

二、天绘卫星影像特点[2]

“天绘一号卫星”，天绘一号是中国第一代传输型立体测绘卫星，主要用于科学研究、国土资源普查、地图测绘等领域的科学试验任务，它特殊的地方就是它直属国家测绘局。天绘卫星采用了CAST2000卫星平台，一体化集成了三线阵CCD相机、2米高分辨率全色相机和多光谱相机等3类5个相机载荷。天绘卫星能够提供1A级、2级、1B级、3A级、3B级数据产品，天绘卫星具有如下特点：

（1）天绘卫星可提供真正的5.0米分辨率同轨三线阵立体成像，前后视基高比约为0.6，且影像质量较好，有利于立体观察和自动影像匹配，须采用一定的影像预处理算法对原始影像进行增强处理。

（2）天绘卫星三线阵标准景影像为60×60km?。

天绘卫星数据存档情况较好，现势性较好；高分辨率全色影像分辨率为2.0米。

（4）天绘卫星的1A级数据RPC参数模型与其他国产卫星不同，视同于IKONOS有理函数模型参数。

（5）天绘卫星三线阵影像数据的分辨率较高，可以获得更高分辨率测DEM数据。

1A级天绘影像不含坐标信息，我们以SPOT影像为基准图选取控制点，对天绘影像反复校正后以达到与另两幅影像的坐标一致。三幅影像选取相同区域，其中RapidEye影像因原始影像范围限制，裁剪后区域右上角缺少实际像素，但不影响其水体信息的提取。预处理后影像如图1，天绘影像的山体阴影和城区建筑阴影都更加明显，阴影和水体的光谱信息十分接近，使水体信息提取时容易混淆；颜色上来看，Rapideye假彩色图像色彩饱和度最高，天绘和SPOT影像次之。

三、利用ERDAS进行天绘影像纠正[3] [4]

已收集的资料包括：已有年代较旧的0.2米DOM；已有DEM；年代较新的天绘卫星1A级数据。

目的是对天绘卫星影像进行纠正处理。

由于天绘卫星的1A级数据RPC参数模型与其他国产卫星不同，ERDAS中没有模型可以替代。因此在纠正天绘卫星影像时，舍去天绘影像中自带的RPC参数通过与已有DOM成果同名点匹配，进行配准的方式完成影像纠正。

具体步骤如下：

（1）打开ERDAS图表面板菜单条：Session→Title Viewers然后，在Viewer1中打开需要校正的图像，在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的图像。

（2）打开ERDAS中的自动合成工作站，并新建工程，对工程進行基本设置。

（3）分别加载待纠正的全色天绘影像和已拼接好的正射影像成果，作为输入影像和参考影像。

说明：参考影像应尽量与天绘的全色影像分辨率一致，避免分辨率不同在匹配时出现错误。本例中将原有0.2米分辨率DOM进行重新采样为2.0米分辨率，与天绘的全色影像分辨率一致。进入控制点选取状态，点击所选择的地物特征点；然后在Viewer2中移动关联方框的位置，寻找对应的地物特征点，同样点击，再单击相应的地物特征点；重复以上步骤6次直至6个控制点选择完毕，得到RMS Error，从中判断上一步所选控制点的准确性。（一般要求RMS Error要小于15m）。注意：在先点的过程中可以先粗选，确定大致的位置，是否能达到均匀分布，然后在对每一个进行细节的调整，在保证的前提下，时行微调整。

（4）关闭设置窗口回到主窗口。

说明：由于没有使用RPC参数所以全色影像没有任何地理信息，故首先要手动选择若干同名点为全色影像进行初始定位。手动选择的同名点个数最少为3个。

由于上一个步骤中多项式迭代次数为1，当多项式迭代为1时进行平差计算需要最少的点数为6个，并且通过平差计算能够检查手动添加同名点的精度，同名点精度越高能够有效提高下一步自动匹配的效率和精度，所以此处建议手动添加的同名点最少为6个。根据平差结果调整手动同名点的点位至满意的精度后再次打开设置页面将迭代次数调整为3，以提高解算精度。

（5）进入apm设置页面。

选择define pattern打开advanced setting。勾选use manual tie points for initial connection between images（在图像之间使用手动连接点进行初始连接）和Exclude background Area（不包括背景区域）。

（6）关闭设置页面开始匹配同名点。

打开自动平差输入想要删除点的错误值并选择大于该值的点删除选择的点，开始输出。在控制点采集过程中，随着控制点采集的完成，转换模型就自动生成，单击Geometric Correction Tools对话框中的转换图标→Transformation可以查阅多项式参数

说明：删点的过程中不要一次删大量点，先根据错误值择删除最大值，判断时否有所改变，逐级逐级删减，判断出影响较大的点删减后，保留错误值小于1.5（此值可根据剩余点的量适当浮动）的点。当所有点采集完毕后，需进行检查，检查误差点会显示在GGP Tool工具栏的上方，只有所有检查点误差均小于一个像素，才能进行重采样，重采样以后即可输出一幅具有地理坐标的校正影像。[7]注意重采样后要进行重采样数据的输出，在输出TIF时，将影像拉伸的勾去掉，在不损失影像图面信息的前提下，尽量提高影像的清晰度，将重采样时产生的检查点误差结果文件一并导出，以便保留。

四、结束语

天绘影像本身影像质量相较于其他国产卫星较差，噪声多，扫描条带明显。且用本例中的方法校正时由于是根据影像本身进行匹配某些区域会出现点量较少或分布不均匀的情况，导致这些区域的精度可控性小。所以当有替代影像时应尽量缩小天绘影像的使用范围。此方案中对于精度的控制主要在点量的多少，在满足精度要求，后尽量保留更多的同名点。如果匹配点量较少可参考worldview影像流程中关于advanced setting中参数的调整方法进行调整。本例中最后保留了2600多的同名点参照0.2mDOM对影像进行100个点位的精度统计。结果中误差为2.4m基本满足精度要求。[6]

参考文献

[1] 乔炜.单静.章琳等. 基于ERDAS9.2的影像几何纠正探讨[J]. 燕山大学， 2013，（11）：81-83

[2] 汪凌，卜毅博. 高分辨率遥感卫星及其应用现状和发展[J].测绘技术装备，2006，8（4）：3-5.

[3] 王岩.杨爱玲.刘秀娟 基于ERDAS软件遥感正射影像制作[J]. 測绘与空间地理信息 2007年05期

[4] 党安荣 ERDAS IMAGINE 遥感图像处理方法[M] 北京：清华大学出版社发行部 2003.4.1

[5] 韦玉春 遥感数字图像处理[M] 实验教程科学出版社 2011.08

[6] 尼克松 特征提取与图像处理[M] 电子工业出版社 2010.10.1

[7] 凌婷婷 用ERDAS IMAGINE进行卫星影像几何纠正的方法

作者：杜蕾，1981年5月出生，汉族，籍贯辽宁锦州，副高级工程师，辽宁省基础测绘院工作，大学本科学历，2006年毕业于中南大学计算机科学与技术专业，又于2016年毕业于辽宁工程技术大学测绘工程专业，多年从事测绘内业航测、质量检查等工作等。