衛(wèi)星遙感圖像處理幾何精度分析評(píng)價(jià).pdf

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1、2005年中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集衛(wèi)星遙感圖像處理幾何精度分析評(píng)價(jià)⒈⒉蒲體信吳敏寧（⒈四川省國(guó)土勘測(cè)規(guī)劃研究院，成都610031；⒉成都市國(guó)土資源局，成都610031）摘要：本文通過(guò)高分辨率衛(wèi)星遙感圖像幾何校正的多種方法試驗(yàn)結(jié)果，分析闡述了在不同基礎(chǔ)控制精度、不同地面控制點(diǎn)數(shù)量等條件下，遙感圖像的幾何、正射糾正的制圖精度。對(duì)提高衛(wèi)星遙感圖像幾何校正精度，具有一定參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星遙感控制點(diǎn)圖像校正幾何精度一、引言進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)得到了突破性進(jìn)展，特別是近幾年法國(guó)的SPOT5、美國(guó)的QUOIKBIRD、I

2、KONOS高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品面世后，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了各應(yīng)用行業(yè)的科技進(jìn)步和管理水平，并產(chǎn)生了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。高分辨率衛(wèi)星遙感在國(guó)土資源調(diào)查評(píng)價(jià)、土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、土地變更調(diào)查以及中大比例尺地形圖測(cè)繪等方面已得到初步應(yīng)用，取得了可喜的成［1］果。高分辨率衛(wèi)星遙感圖像具有信息內(nèi)容豐富，現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、調(diào)查和成圖周期短、成本低的優(yōu)勢(shì),是當(dāng)前地圖更新和國(guó)土資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)、規(guī)劃首選的信息數(shù)據(jù)源，具有廣泛的應(yīng)用前景。高分辨率衛(wèi)星遙感在國(guó)土資源調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、土地變更調(diào)查以及地形圖測(cè)繪等方面應(yīng)用，需要經(jīng)過(guò)專業(yè)

3、的各種影像增強(qiáng)處理、分類(lèi)信息提取、遙感解譯、面積平差計(jì)算統(tǒng)計(jì)、野外檢查、綜合分析等，然后按不同專業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分別制作成專題系列圖，并建立圖形、圖像、專業(yè)屬性數(shù)據(jù)建庫(kù)及集成地理信息系統(tǒng)，對(duì)地面上具體地塊的定位、定量精度要求較高。遙感圖像的形成，由于受諸多因素如遙感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化、地形起伏、地球表面曲率的影響，在幾何位置上發(fā)生了變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對(duì)應(yīng)不準(zhǔn)確，地物形狀不規(guī)則變化等畸變。遙感影像的總體變形是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、變曲及其它多變形綜合影響的結(jié)果。產(chǎn)生畸變的圖像不能直接用于定位和定量分析。遙感數(shù)據(jù)接收

4、后，首先由接收單位對(duì)遙感平臺(tái)、地球傳感器的各種參數(shù)進(jìn)行部分處理和校正，但仍滿足不［2］了用戶的要求，需要作進(jìn)一步的幾何校正或正射校正。目前主要采用兩種數(shù)學(xué)模型對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何精度校正。平坦地區(qū)或地面高差較小的522衛(wèi)星遙感圖像處理幾何精度分析評(píng)價(jià)衛(wèi)星影像，一般采用二維多項(xiàng)式模型；地面起伏較大不能滿足定量分析或制圖精度的衛(wèi)星影像，采用三維數(shù)字微分糾正模型。二維多項(xiàng)式模型近似地描述了影像糾正前后的坐標(biāo)關(guān)系，并利用控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和理論坐標(biāo)（控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)或地形圖上坐標(biāo)），按最小二乘原理［3］求解出多項(xiàng)式中的系數(shù)，然后以此多項(xiàng)式對(duì)圖像進(jìn)行幾何

5、糾正。三維數(shù)字微分糾正模型是利用數(shù)字高程模型（DEM）進(jìn)行數(shù)字微分糾正，通過(guò)對(duì)圖像上因地面起伏引起的像點(diǎn)位移進(jìn)行逐點(diǎn)改正，得到影像比例尺完全一致的正射影像。大量實(shí)踐證明，遙感影像的幾何校正精度與地面控制點(diǎn)的位置、數(shù)量、定位精度等級(jí)有關(guān)，與遙感影像的分辨率有關(guān)，與數(shù)字高程模型（DEM）精度有關(guān)。二、不同控制布點(diǎn)數(shù)量幾何校正精度分析（一）Quickbird圖像二維校正航空攝影測(cè)量控制布點(diǎn)實(shí)踐表明，航空攝影測(cè)量的幾何精度與控制點(diǎn)本身精度等級(jí)、布點(diǎn)位置及布點(diǎn)數(shù)量密切相關(guān)，控制點(diǎn)數(shù)量并不是越多越好，控制點(diǎn)只要保證必需的位置分布和保持一定數(shù)量就可以了，

6、數(shù)量太多增大野外作業(yè)成本，數(shù)量太少不能滿足成圖精度要求。同樣,衛(wèi)星遙感圖像的幾何校正精度與控制點(diǎn)的精度等級(jí)、布點(diǎn)位置及布點(diǎn)數(shù)量有關(guān)，采用二維多項(xiàng)式模型最少需要4個(gè)控制點(diǎn)，為了增加多余觀測(cè)條件，以檢核粗差，一般布設(shè)的控制點(diǎn)數(shù)量不少于9個(gè)。下面是我們對(duì)一景范圍內(nèi)Quickbird遙感圖像,布設(shè)了25個(gè)GPS點(diǎn)，分別按10個(gè)、15個(gè)、20個(gè)GPS像控點(diǎn)和15個(gè)、10個(gè)、5個(gè)檢查點(diǎn)三種方案，采用二維多項(xiàng)式模型進(jìn)行校正的精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果。表1不同控制點(diǎn)數(shù)量幾何校正中誤差比較實(shí)地（m）圖上（mm）控制點(diǎn)數(shù)量△X△Y△S1∶5千1∶2千10個(gè)GPS點(diǎn)0.89

7、12.2242.3960.4791.19815個(gè)GPS點(diǎn)0.9042.3992.5670.5131.28320個(gè)GPS點(diǎn)0.8022.2612.4170.4831.2085232005年中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集不同控制點(diǎn)數(shù)量幾何校正中誤差比較圖3.0002.00010個(gè)GPS點(diǎn)15個(gè)GPS點(diǎn)1.00020個(gè)GPS點(diǎn)0.000△X△Y△S圖1不同控制點(diǎn)數(shù)量幾何校正中誤差比較圖從表1、圖1中三種不同控制布點(diǎn)幾何校正中誤差統(tǒng)計(jì)圖、表看，10個(gè)、15個(gè)、20個(gè)GPS像控點(diǎn)△X中誤差均小于1.0米,△Y中誤差均小于2.4米，平面距離△S中誤差均小于2.

8、6差。三種不同控制布點(diǎn)方案在坐標(biāo)X、Y方向和平面距離的誤差值差異很小，分別為0.10米、0.175米、0.171米，這說(shuō)明從10個(gè)控制點(diǎn)增加到20個(gè)控制點(diǎn)，遙感圖像幾何精度并沒(méi)有