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基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

刘茂华

将卫星图像与地形图或其它图件进行匹配,与地理信息相叠加,这对图像的识别分类及解译是非常重要的。因此几何校正是陆地卫星图像数据处理的关键问题之一。利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。

几何精校正是利用地面控制点(Ground Control Point,以下简称GCP)进行的。它通过GCP数据对原始卫星图像的几何畸变过程进行数学模拟,建立原始的畸变图像空间与地理制图用的标准空间(即校正空间)之间的某种对应关系,然后利用这种对应关系把畸变图像空间中的全部元素变换到校正图像空间中去,从而实现几何精校正。校正空间在我国为高斯—克里格投影空间。

1 ERDAS IMAGINE软件进行几何精校正的步骤

目前最好的图象处理系统之一。它的特点是在视窗系统上进行显示和操作,处理速度快,功能强大,使用方便,同时可打开许多窗口,进行多任务操作。几何精校正是它的基本功能之一。几何精校正的具体步骤如下:

1.1 参数设置

进入ERDAS IMAGINE软件,打开待校正的图像,选择Dataprep模块中Image Geometric Correction,选择依据纠正图像,根据具体情况选择参数为:坐标为公里网坐标(Easting/Northing), Geometric Model一般选polynomial(多项式),几何位置转换(Rectification Polynomial Order)为二元三次多项式。

1.2 控制点输入及校正

ERDAS IMAGINE软件中,为用户提供了两种控制点输入的方法,一种是在图像上直接点取,另一种是通过键盘输入。在几何精校正时出现三个窗口,一个为整景图像窗口,一个为部分图像放大窗口,另一个为显示控制点坐标的窗口。通过图像漫游,可方便用户寻找控制点。ERDAS IMAGINE软件中输入六个控制点,可算出误差精度,第七个点用来检合。对于误差较大的点,对照地形图和图像检查修改错误,剔除明显错误和不合理的点,在误差范围内进行微调,直到满足精度,最后存入GCP文件,按顺序退出。如果精度在允许范围内,就说明图像纠正合格。下图为几何精校正流程图

基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

图1 几何精校正流程图

2 GCP的确定

GCP把原始图象空间与校正空间(给定的标准空间)联系起来,确定GCP是几何精校正的最关键问题。

2.1 GCP的对象

GCP应是在原始TM图象中可寻找出来的、能正确识别和定位、在地形图上可精确定位的一些特征点、特征线(取其中点)等自然要素或人文要素。如河流拐弯处或交叉处、小岛、小水塘、桥梁、机场跑道、铁路、水坝和交叉路口等。

2.2 GCP的检测定位

GCP在校正空间中的位置可以采用大比例尺地形图直接从中量测出来。GCP 在原始图像空间中的图像坐标就是扫描线号和采样点号(即象元行号和象元列号),GCP只要在原始图像空间中一被检测出来,其在原始图像空间中的坐标值就可以知道了。

为了突出地物信息从而便于寻找,可以对数字图像进行密度分割或采用其它增强技术预先进行处理。例如图像锐化。

3 影响几何精校正的因素

GCP对于几何精校正精度的影响,主要表现在GCP的数量、分布和本身的定位精度。校正方法 (包括数学模型、确定亮度值的方法)不同,影响也不同。

3.1 GCP的数量与分布

GCP数量的增加可以提高校正精度,但却带来了寻找GCP的困难。GCP的数量也不宜过多,因为过多将不再显著提高精度,而同时却使计算量大大增加。一般控制点数量要求每幅图内取有1~2个控制点,图像边缘地区选取2 ~3个控制点,每幅图像6个控制点即可。

几何精校正要求GCP均匀分布。若GCP分布很不均匀,则在GCP密集区校正后图像与实际图像相符较好,而在GCP分布稀疏的区域,将会出现较大的拟合误差。对于整幅图像的校正,为了尽可能减少校正图像与实际图像的平均对准误差,GCP还应该在原始图像的边缘区域环绕待校正区域均匀分布。

3.2 GCP的精度

GCP的位置精度越高,几何精校正效果越好。对于同时属于几个三角形的公共点,将会对这几个三角形的校正带来影响,对于这样的点的确定要格外慎重并力求准确。

3.3几何位置转换的数学模型

常采用三角形线性法和二元多项式法。

三角形线性法数学模型为:X=L1(ξ,η)=a ξ+b η+c

Y=L2(ξ,η)=d ξ+e η+f(1)

该方法简单,计算量小速度快,能满足一定精度要求。

基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

二元多项式法数学模型为:

基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

(2)

二元多项式法比较简单,而且精度高。该方法的精度与所用的校正多项式的次数有关,多项式的次数越高,位置拟合误差越小,所获得图像精度越高。数学模型不同,影响也不同。

4 精度分析

在校正区域内选择若干点进行误差量测,以确定校正精度。能够反映图像二维空间特征的参数,包括长度、面积、方位和形状等。本次我们根据某地区“一类”清查的具体要求,对两明显地物间的距离进行量测,以检验长度误差,即象点间平面误差;量算公里网中心点到不同方位明显地位点间的距离以检验位移误差,即点位间的定点误差。表1、表2分别为某地区1∶5万地形图象点间平面误差和点位间的定点误差。

基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

注:平均误差

基于ERDAS IMAGINE的遥感影象几何精校正

注:平均误差

用ERDAS IMAGINE软件进行几何精校正方便快捷,可获得高精度的可供定量分析的数字图像,为地理制图、土地利用调查、森林资源调查等服务。TM影像几何精校正,GCP所选点位应图像清晰,在地形图及图像上均能正确识别和定位,并且要求GCP均匀分布,每景图像不少于6个控制点。几何位置转换的数学模型一般宜选用二元三次多项式。

参考文献

1郭德方.遥感图像的计算机处理和模式识别[M].北京:电子工业出版社,1987 2ERDAS IMAGINE 8.5 Reference3

3中华人民共和国国家标准.GB15968—1995.遥感影像平面图制作规范[S].北京:中国标准出版社,1995