通用RPC文件的卫星影像正射纠正应用

1、k 一论文发表专冢一 )中国学术期刊网 wwwrqikanwang,net基于通用RPCC件的卫星影像正射纠正应用摘要：利用航空或航天摄影像片制作正射影像图，是当前地理信 息系统建设和遥感应用中非常重要的内容。本文以 alos卫星影像 为例，介绍在envi软件中生成通用rpc和正射影像制作过程，本 方法通过实际生产，验证了其方法生产的正射影像精度可靠，解决 了无rpc文件时对山区影像很好消除地形高差引起的变形问题。关键词：abstract: this paper take alos satellite images for example, introduced in the envi sof

2、tware to generate a general-purpose rpc and orthophoto production process, and by actualproduction, verify its method of production of orthophotoaccuracy to solve the rpc file on the mountain image very well eliminate the problem of deformation caused by the terrain elevation.中图分类号：p185.18 文献标识码：a文章

3、编号：一.dom是指消除各种影像变形后与地面物体形状相似，成一定 比例并带有坐标的数字影像地图，也称数字正射影像图(digitalorthor map)。在测绘生产中， 4d产品dlg、drg、dem dom是目前 的主要内容，正射影像图dom做为其中一种新产品，以其直观、信 息丰富等特点，成为测绘产中一重要部分。在dom产品指标中，像点精度、地面分辨率、色彩、反差是主要的内容，而dom影像点坐k 一论文发表专冢一 ）中国学术期刊网 www.qikanwang.nel标精确度，是一项很重要指标，如果不同像片的dom坐标不一致，将无法做为影像图使用，也无法完成相互之间的拼接，也就无法制 作合格的

4、dom产品。不论利用哪种影像生产 dom其生产原理都是 相同的。就是在精确测定摄影机（或传感器）内部参数和空间姿态 数据基础上（消除传感器带来的影像变形），根据有限地面控制点， 再结合dem数据，消除地面起伏带来的影像变形，得到与地形图位 置一致的影像图dom其主要基础理论公式，就是摄影测量中的共 线方程，这里就不再论述。二.在实际生产中，对于航空像片生产 dom,通常是经内业空三 解算出各像片外方位元素后，通过相对绝对定向建立像对并在立体 模型上采集地面地物特征点和线，以此生成足够精度的 dem然后 结合定向好的立体模型，对影像进行高差投影差改正。对于单张像 片如果外方位未知，则可以通过地面

5、上有限控制点，进行单像空间 后方交会，求得像片的外方位元素，然后利用 dem进行正射纠正。 对于卫星影像，由于能构成立体像对的卫星影像还不多，大都还是 单张影像进行生产。为了消除地形投影差，卫星数据提供商一般会 在产品中附加每张像片的轨道参数模型或 rpc文件，以便确定卫星 摄影或扫描时的传感器姿态和位置，做为消除地面高差投影差的理 论依据。所谓 rpc 文件，是英文 rational polynomial cofficients 的头字母缩写，意思是数学意义的几何成像模型，它是结合传感器 的物理参数和轨道参数，并经过若干地面控制点，经过复杂的计算一论文发表专冢一 ）中国学术期刊网 wwwrq

6、ikanwang,net 所得到的变换系数矩阵，在这里它的实际意义就是相当于航空像片 获得外方位元素后由共线方程建立起来的光束模型。但是，生产中 不是所有卫星数据提供商都会提供给用户该类型文件或用户没有 购买该产品，在这种情况下，纠正软件一般是采用多项式拟合法进 行纠正，由于卫星影像比例尺相对较小，对于平原和低丘岭地区， dom的点位精度受影响不大，对于山区或高山区，影像的高差投影 差就无法有效的消除，尤其在不同景影像接连时影像错位较大甚至 无法接边。下图是无rpc的多项式拟合的dom与原文件套合的情况。 本文所用数据为日alos卫星avnir-2传感器levelb2产品，提供 方已作了辐射校

7、正和粗几何校正（该产品只有在日本本土才使用 den）,提供的产品在山区有局部的变形。图1图1中，上部分是无rpc文件和dem纠正得到的影像，下部分是 做为控制的etm影像。下图2为错位处的放大图。图2明显看出，山区的高低处影像出现了很大的错位并且不同处错位 量不一致，最大片约有十来个像元。三.为了解决上述问题，本文以 envi软件中build rpc的功能， 创建了通用 rpc 文件，并利用 envi4.5 的 orthorectify using rpc 生成了精度较好的dom具体实现过程如下：1 .从网上下载免费90米或30米的dem数据，如果dem坐标系k 一论文发表专冢一 )中国学术期

8、刊网 www.qikanwang.nel统与纠正所用的控制影像数据不一致时，注意要进行投影变换。本 人所用etm数据与dem一致，不需要转换。2 .在envi中，打开要纠正的影像，并同时打开控制影像或用其 它工具打开控制影像和dem影像，本文采用gobal maper打开，因 为此软件对数据格式支持和显示较好，特别是 dem同时显示坐标和 高程。3.在envi中启动build rpc 工具如图3。图3图4如图4当出现参数设置后，一定要认真填写，不同的传感器的参 数是不一样的。(1)传感器类型，有框幅像机，数码框幅和线阵像机以及推扫式 传感器4种，一般卫星是推扫式的。(2)对于像主点，如果不知，

9、可填 0(3)传感器ccd物理单元大小，这个参数要从供应商获取或从网 上下载。(4)光轴中心的入射角，分与轨道方向夹角和与轨道垂直方向的 夹角，对于alos avnir-2 传感器，影像都是星下点。其它数据影 像一定要知道入射角的数值或概略值。(5)多项式系数取2,效果会更好些。当选点时，出现图5时，a区为在纠正的影像上所选点的像元坐 标，当选定一个点后，就不要再动。b区是在控制影像上同样位置k 一论文发表专冢一 ）中国学术期刊网 www.qikanwang.nel点击后，所得到的控制点坐标，因为是在其他软件工具打开，所以 这里要人工复制填写进去。c区是高程信息，是在dem影像上人工 按b区的

10、坐标定位，获得该点的内插得到的高程并填入 c区位置。选点时要注意尽量均匀分布于影像上，在地形变化区要选点适当 多些。当达到足够点数后，可按图 4中的ok进行纠正。纠正后打 开生成的dom影像并将原错位处放大图如图6。图6在图6中可以看到，错位被消除，纠正效果很理想。本次纠正影像为甘肃白银市及周边共 19景，其中山区点90%最 后经镶嵌，接边非常好，只有个别地方有约 2像元的错位。在不考 虑影像辐射校正带来的误差及dem本身高程误差的前提下，现分析 原因如下：dem采样间隔精度不够，本次用的 dem采样间隔只有90m远低 于待纠正的影像地面分辨率10m本次纠正影像所在区域是高山区， 坡度较大，如

11、果山梁或山谷正好落在 dem两个采样点中间时，如图 7, d为地面点,黑点为dem点,1和2两点为dem相邻点,此时山 顶没有采样，则此处的dem值为山顶周围点经线性内插后所得值， 按图中则与1、2两点接近。d点的影像进行投影差改正时所采用的 高度值减小了 So S对影像投影差改正值的影响是随它与传感器位 置不同而不同，在星正下方时，则无影响，当偏离星下水平距离越 远，则影响越大，其投影改正示意图如图 8。图中，s为传感器，pk 一论文发表专冢一 ）中国学术期刊网 www.qikanwang.nel为影像面，xoy为扫描影像对应的地面，。为星下点，r为影像中最 后用到的影像点与星下点的最大偏移

12、距离。对于上述情况的d点，改正后的位置应为d0,而实际只改到了 s-d'的延长线上。即，对 应于地面改正距离，应改位移为 S0,实际改正S',剩下的S并未 改正。对于残余高差S ,可以估算，本次作业山区，按平均坡度 45 度计，按图7则S为dem间隔的二分之一，本dem为90m,则S =45m 按图8, S =r* S/h ,对于alos卫星，h=690km影像对应地面为 边长70km矩形，所以r最大取值为70km*1.414,约为99000m考 虑到相邻景有重叠区，镶嵌时不会到最边缘，取90000m则8 "6m, 如果分辨率为10m时，误差近一个象元。当坡度为 65度左右时， S=90m S=12,当坡度达75度时，318。对应像片上，误差 为2个象元。因此在接边时两景影像相互错动最大值可能会达到4个像元.。所以要得到更好的纠正效果，应选择采样精度较高的dem 同时注意，在提取高程时，所用软件对所选点的高程值应该是由 dem 内插所得，有的软件只取相近dem格网点高程值，这个一定要注意。控制点选点误差，因纠正影像与控制片往往在分辨率不同、时相 不同、传感器类型不同，所以选点时很难选在同一点位，常常会有 一个像元的误差。通过本测区的纠正实验，