李英利 關(guān)路鵬 丁國(guó)麗 李輝

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第一次地理國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像快速糾正方法

李英利 關(guān)路鵬 丁國(guó)麗 李輝

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局第一航測(cè)遙感院 陜西西安 710054)

介紹了第一次地理國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像基于ERDAS軟件 AutoSync快速糾正及針對(duì)變化區(qū)域多項(xiàng)式的快速糾正方法，能夠在保證精度的前提下節(jié)省數(shù)據(jù)處理時(shí)間，提高工作效率，解決了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)普查底圖生產(chǎn)問題，為后續(xù)工作按時(shí)完成奠定了基礎(chǔ)。

地理國(guó)情 普查 時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn) 快速糾正

1 引言

第一次地理國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)為2015年6月30日，在普查數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段，所采用的遙感影像資料獲取時(shí)間為2011年至2014年，外業(yè)調(diào)查時(shí)間為2014年，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性參差不齊。通過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)工作，根據(jù)最新獲取的遙感影像資料，對(duì)普查數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段與普查時(shí)點(diǎn)階段之間的各要素變化通過最新糾正的時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行室內(nèi)更新，輔以必要的外業(yè)調(diào)查，形成達(dá)到普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)的普查數(shù)據(jù)，以反映地理國(guó)情在這一時(shí)點(diǎn)的實(shí)際狀況。而標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的原則是全面覆蓋，因此在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)最新收集的測(cè)區(qū)全部遙感影像進(jìn)行快速糾正則是時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)工作的先頭軍。

2 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像數(shù)據(jù)源

國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)所收集的影像主要是2015年3-5月的國(guó)產(chǎn)遙感影像數(shù)據(jù)源，包括資源3號(hào)影像(簡(jiǎn)稱Z3)、高分1號(hào)2號(hào)影像(簡(jiǎn)稱GF1 GF2)、天匯1號(hào)影像(簡(jiǎn)稱TH1)、資源1號(hào)影像(簡(jiǎn)稱ZY1)，影像資料以Z3、GF1 GF2為主，ZY1及TH1為輔，具體數(shù)據(jù)源信息如表1。

表1：國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像數(shù)據(jù)源

3 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像糾正要求及方法

3.1 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像糾正要求

3.2 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像快速糾正方法

鑒于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像糾正時(shí)間緊任務(wù)重以及數(shù)據(jù)源自身的特點(diǎn)，本次快速糾正根據(jù)數(shù)據(jù)源不同分別采用兩種糾正方法：Z3影像、GF1影像、GF2影像、ZY1影像數(shù)據(jù)具有嚴(yán)格的軌道模型，采用ERDAS軟件基于AutoSync的快速影像糾正方法；TH1影像數(shù)據(jù)由于軌道模型不嚴(yán)密，因此采用ERDAS軟件基于多項(xiàng)式的糾正方法。

AutoSync是從ERDAS IMAGINE 9.0版本后新增加的一個(gè)模塊，主要用于處理影像間的地理配準(zhǔn)和邊緣匹配，能在重疊的影像區(qū)域自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)千個(gè)同名點(diǎn)，同名點(diǎn)匹配的方式可以選擇自動(dòng)或手動(dòng)，并具有多種影像糾正配準(zhǔn)的幾何模型可供選擇，其匹配的幾何精度較高。

AutoSync的快速影像糾正方法是首先要預(yù)先設(shè)置影像匹配的一些參數(shù)，比如采用的影像波段、點(diǎn)位模板、匹配窗口大小等等。然后在AutoSync模塊下建立一個(gè)工程，設(shè)置用于糾正的DEM，導(dǎo)入需糾正影像及參考影像(所有需要的原始數(shù)據(jù)均需提前設(shè)置好投影方式) ，選擇RPC糾正模型、輸出的投影信息、自動(dòng)匹配窗口，然后進(jìn)行APM自動(dòng)匹配選點(diǎn)，檢查匹配同名點(diǎn)的殘差，最后進(jìn)行糾正輸出。

本次糾正過程中Z3影像選擇ZY3 RPC模型糾正，GF1影像、GF2影像、ZY1影像（包括HR1 HR2左右兩塊）選擇QUICKBIRD RPC模型糾正；在糾正過程自動(dòng)選點(diǎn)及手動(dòng)選點(diǎn)可以自由搭配進(jìn)行。整景影像質(zhì)量好的可以一次自動(dòng)匹配完成，點(diǎn)分布均勻剔除粗差即可直接進(jìn)行糾正；整景影像質(zhì)量一般的可以采用自動(dòng)匹配完成，再在點(diǎn)不均勻的地方手動(dòng)添加同名點(diǎn)，調(diào)整同名點(diǎn)誤差進(jìn)行糾正，也可以先手動(dòng)選取幾個(gè)精度高的基準(zhǔn)點(diǎn)，一般選取2—3個(gè)即可，人工選取基準(zhǔn)點(diǎn)要確保其準(zhǔn)確性和可靠性，如果是多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的話，應(yīng)盡量分布均勻，確保所控制的范圍，再通過基準(zhǔn)點(diǎn)引導(dǎo)運(yùn)行自動(dòng)模式提高匹配選點(diǎn)精度。

同名點(diǎn)自動(dòng)匹配窗口大小要根據(jù)情況進(jìn)行設(shè)置。程序默認(rèn)為256，但在生產(chǎn)過程中分別根據(jù)景的大小和主機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行了調(diào)整，資源3號(hào)窗口設(shè)置為1000，高分1號(hào)2號(hào)及資源1號(hào)的HR1 HR2窗口設(shè)置為600，匹配結(jié)果同名點(diǎn)個(gè)數(shù)大約在1700個(gè)左右，這樣避免了點(diǎn)數(shù)過少影響精度增加人工選點(diǎn)的工作量，也避免了點(diǎn)數(shù)過多影響人工調(diào)整點(diǎn)誤差主機(jī)運(yùn)行速度慢的情況。

對(duì)于少量的TH1影像數(shù)據(jù)若通過選擇RPC軌道模型，無論自動(dòng)還是人工選點(diǎn)均無法達(dá)到整景滿足精度的要求，在此種情況下為了達(dá)到快速糾正目的，則采用ERDAS軟件多項(xiàng)式只針對(duì)變化區(qū)域的糾正方法，該糾正方法不需要RPC軌道模型參數(shù)，不需要DEM數(shù)據(jù)，通過人工手動(dòng)尋找三個(gè)以上同名點(diǎn)，程序會(huì)自動(dòng)識(shí)別后續(xù)添加的同名點(diǎn)，對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整即可，這樣只針對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)選點(diǎn)進(jìn)行糾正，保證變化區(qū)域的糾正精度，變化區(qū)域以外將其裁切掉，則形成整景分塊影像。該方法對(duì)原始數(shù)據(jù)要求不高，適應(yīng)性廣，因此TH1影像均采用的此種糾正方法，提高了糾正速度滿足了項(xiàng)目的要求。

下面通過整景局部圖片舉例說明三種不同糾正方法的同名點(diǎn)匹配情況及精度和效率：

圖1 ：質(zhì)量好自動(dòng)匹配直接完成的整景圖片

圖1：該景屬于高分1號(hào)影像，匹配同名點(diǎn)總數(shù)1754個(gè)，采用20個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果中誤差：3.16m，最大誤差：7.52m，自動(dòng)匹配及剔粗差點(diǎn)時(shí)間約15分鐘，糾正約5分鐘。此種情況主要用于時(shí)相及影像紋理好的平地丘陵地貌。

圖2 ：質(zhì)量一般自動(dòng)匹配加人工加點(diǎn)完成的整景圖片

圖2：該景屬于資源3號(hào)影像，匹配同名點(diǎn)總數(shù)965個(gè)，采用24個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果中誤差：3.07m，最大誤差：7.39m，自動(dòng)匹配和人工加點(diǎn)及剔粗差點(diǎn)時(shí)間約25分鐘，糾正約10分鐘(ZY3覆蓋面積大糾正時(shí)間長(zhǎng))。此種情況在生產(chǎn)中主要應(yīng)用。

圖3 ：采用多項(xiàng)式純?nèi)斯ぶ会槍?duì)變化區(qū)選點(diǎn)完成的整景圖片

圖3：該景屬于天匯1號(hào)影像，人工選取同名點(diǎn)總數(shù)9個(gè)，采用7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果中誤差：3.99m，最大誤差：5.05m，人工選點(diǎn)時(shí)間約40分鐘（若誤差不能滿足需反復(fù)調(diào)整點(diǎn)位耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)），糾正約10分鐘。此種情況在生產(chǎn)中主要應(yīng)用于天匯影像及個(gè)別ZYI 的HR1（提供原始影像存在拼縫，無法用RPC軌道模型糾正）。

4 結(jié)束語

隨著遙感、計(jì)算機(jī)和傳感器等技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感影像的獲取方式越來越多，影像的空間、時(shí)間分辨率越來越高，數(shù)據(jù)的獲取能力也越來越強(qiáng)，這使得遙感影像的數(shù)據(jù)資源也越來越豐富。面對(duì)這些多類型多時(shí)相多尺度的海量遙感影像數(shù)據(jù)，基于ERDAS軟件的AutoSync的影像快速糾正及變化區(qū)域多項(xiàng)式的快速糾正方法：自動(dòng)化程度較高，人工干預(yù)很少；實(shí)用性非常強(qiáng)，它不需要用戶對(duì)原始影像的數(shù)據(jù)特點(diǎn)、傳感器模型有深入的了解，適合各種數(shù)據(jù)源的糾正；在具備較高精度的參考影像情況下可靠性高。因此，該方法在保證精度的前提下節(jié)省數(shù)據(jù)處理時(shí)間，提高工作效率，解決了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)普查底圖快速生產(chǎn)問題，為后續(xù)工作按時(shí)完成奠定了基礎(chǔ)。

[1] 趙英時(shí)，遙感應(yīng)用分析原理與方法．北京，科學(xué)出版社，2003，6

[2] 張永生，鞏丹超．高分辨率遙感衛(wèi)尾應(yīng)用——成像模型，處理算法及應(yīng)用技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2004，5

[3] 黃健，利用AutoSync進(jìn)行遙感影像的小面元微分糾正，上海,《第五屆長(zhǎng)三角科技論壇論文》 2008.10