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1、S P O T5 卫星影像正射纠正与融合处理张大新( 北京视宝卫星图像有限公司)1S P O T5 卫星影像正射纠正1 1S P O T5 卫星影像必须进行正射纠正才能达到符合制图要求的几何精度，这主要是由以下几方面的因素决定的：S P O T 成像原理，即C C D 线阵推扫，多数情况下，通过地面编程指令控制卫星倾斜观测，平台自身位置扰动( 三轴姿态) ，时间误差，大地参考系统误差，地形效应，地球曲率、自转。1 2S P O T5 卫星几何变形模型考虑的因子如下：时间误差：沿着轨道方向的位置误差轨道定位误差：法线与切线方向误差导致的位嚣误差，径向误差导致的变形三轴姿态误差：俯仰与翻滚误差导致
2、的位置误差，摇摆误差导致的变形观测角度误差：位置误差与变形1 3 S P O T5 正射纠正的原理及方法：正射纠正的基本条件：星历参数与物理模型，D E M ，控制点物理模型：几何模型是联系原始影像坐标系统与指定制图坐标系统的数学函数。物理模型是对获取影像时的传感器观测条件的重构，能够将三维影像点与地面上相对应的点关联在一起。重构的计算过程是通过影像辅助数据( 也H q 数据获取参数或星历参数) 来执行的。每个观测点的制图坐标( X ，Y ，h ) 可由观测方向与制图的地球模型相交得到。物理模型建立了影像坐标( 行、列) 与制图坐标之间基于真实物理现象的转换关系。因此，物理模型考虑所有来自传感
3、器的变形。物理模型考虑传感器坐标系到平台坐标系再到轨道坐标系最后到选定制图参考系之间的转换。，通常，对S P O T5 卫星影像正射纠正的方法是通过星历参数建立物理模型，再以控制点及高程予以改正，然后使用改正后的精确物理模型与数字高程模型对原始1 A 级影像执行正射纠正。1 4 对于S P O T5 卫星影像正射纠正的残差分析，可以通过经验公式来分析确定。 具体如下：对于正射影像产品，其误差来源有三：( 1 ) L 何模型误差：S P O T 5 内部几何的严格物理模型的几何误差约为0 5 个像素。( 2 ) 大地控制点( G C P ) 的上图误差与选点定位误差分别为0 2 m m 木地图比
4、例尺1 0 0 0 ；0 4 个像素( 3 ) 高程误著影响的平面误著D E M 的高程误差( 通常为0 5 个点距)t g ( 影像的入射角)则总的平面误差公式为：( 中误差) 2 = ( 1 ) 2 + ( 2 ) 2 + ( 3 ) 2如果以纠正S P O T 52 5 米影像来计算，地形图比例尺为1 ：1 0 0 0 0 ，l ：5 0 0 0 0D E M 的精度为0 5 个点距，则可以得出正射影像在侧视角为极限情况2 7 度时中误差约为6 9 米。在侧视角为2 0 度时，中误差可以达到5 2 米。更小的侧视角将能够得到更小的中误差。如果考虑到将6 度带的D E M 坐标与3 度带的
5、坐标之间以及不同坐标系( 如北京5 4 坐标系与谣安8 0坐标系) 之间的转换误差，则上述结果可能稍大一些。如果上面条件中D E M 的比例尺为1 0 0 0 0 ，点距为1 0 米，则在侧视角为2 7 度时中误差约为3 6 米。在侧视角为1 5 皮时中误差约为2 9 米。更小的侧视角将能够得到更小的中误差。因此，正射纠正理想的参考条件是采用l ：1 0 0 0 0 比例尺或与之精度相当的控制点及D E M 。2 融合的原理、方法与第四波段的应用2 1 数据融合数据融合是在成本效益分析的基础上发展起来多源数据复合处理技术，通常是将信息量相对丰富的较高分辨率的全色波段影像与波段合成色彩相对丰富但
6、分辨率较低的多光谱影像进行融合处理，以得到兼具二者优点的较高分辨率的多波段影像。2 2 多光谱波段特性与融合所用波段组合选择S P O T5 卫星有4 个多波谱波段，其中b 1 ( 0 4 9 - 0 6 1 u 曲、b 2 ( 0 5 9 - 0 6 8 u 而和b 3 ( o 7 8 - 0 8 9 u 曲三个波段的分辨率为l O m , 5 4 ( 1 5 8 - 1 7 5u 曲的原分辨率为2 0 m 。影像融合时，选择b l b 3 b 4 或5 2 5 3 5 4三个1 0 米分辨率的多波谱波段组合。b l 与b 2 波段具有较强的相关性，可以仔细观察效果后再选择其一。波段组合确定
7、之后，还要进一步根据人眼对各种颜色的分辨能力、习惯要求以及图像适用范围选择合适的彩色合成方案。若采用b 4 ( 红) 、b 3 ( 绿) 、b 2 ( 蓝) 或b 4 ( 红) 、b 3 ( 绿) 、b l( 蓝) 合成方案，彩色合成图像中植被近似于自然彩色，并使得在光谱匕对近红外和中红外敏感的地物得到充分显示，例如对近红外强反射的植被呈各种丰富的绿色与黄色色阶，对近红外吸收的水系呈深蓝或蓝黑色，岩石土壤呈褐或红褐色，等等，清晰可辨。2 3 关于S P O T5 第四波段S P O T 5 的第四波段波长为1 5 8 _ 1 7 5um ，原始分辨率为2 0 米，供货分辨率为1 0 米。植被响
8、应 值较近红外波段( 0 舢8 9 p 而弱、而较红波段( o 5 9 - 0 6 8 p I I O 及绿波段( 0 4 9 - 0 6 1 P f 曲强，对水分较敏感。在，L 何方面与其他三个波段存在1 个像素左右的误差。使用第四波段参与的波段合成影像可以得到较丰富的色阶，但纹理略有损失。但第四波段在J L 何精度与分辨率两个方面的缺点在融合影像中可以克服，依据如下：1 ) 融合影像需要较高的相对配准精度，即低分辨率的多光谱影像与高分辨率的全色波段影像应当进行相对几何配准，才能得到高质量的融合影像，但相对配准的，1 何精度在1 个像素左右即可满足要求。鉴于第四波段与其他波段的配准误差与不同
9、分辨率影像之间的配准误差具有某种程度匕的一致I 生，在进行影像融合处理时，第四波段的f 1 何精度可以容入最后的结果。1 1 22 ) 融合技术的原理是使用高分辨率全色波段影像的纹理和多光谱波段合成的颜色。第四波段的颜色可以容入融合结果，而其较低的分辨率则不会影响结果的纹理。总上所述，第四波段可以满足各种应用需要。2 4 融合方法数据融合可采用蚤变换、主成分变换、小波变换、四则复合运算或者多种方法结合运算等方法，可在融合前对卫星影像进行增强处理，对于高分辨率全色影像选择突出其边界的处理方法，对于多光谱影像则选择突出其色阶的处理方法。可对融合后的影像进行根据需要进行各种处理，如果以挂图为目的，则
10、可突出其反差及色差；如果以量测为目的，则应突出其清晰度，避免过饱和拉伸效果。3 关于S P O T5 卫星影像正射纠正与融合处理的技术路线对于同星同传感器( H R G ) 的两个探测器( 全色和多光谱) 同时相( 前后相差仅3 秒左右) 以同角度( 入射角仅相差千分之二左右) 获取的全色波段影像与多光谱影像数据，可以采用两种技术路线得到符合制图精度要求的融合影像：流程一：先对两种数据分别正射纠正并配准，后融合。具体过程如下，首先对全色影像做正射纠正，然后以纠正结果为参考源对多光谱影像做正射纠正，结果影像的分辨率可根据所采用的不同融合方法决定是否重采样至全色影像的分辨率。最后，选择合适的方法做
11、融合。此流程的处理过程相对简单些，但因为纠正后的结果影像的数据量比较原始影像有较大增加( 最大可达2 倍左右) ，对于某些采用波段变换执行的融合方法，需要较高的计算机配置。流程二：先在原始J L 何基础上配准融合，后正射纠正。具体过程如下，首先给全色影像设置一个投影及坐标，然后以其为参考对多光谱影像选择7 9 个控制点采用二阶多项式执行相对配准纠正，通常中误差最高可达到0 0 1 个像素。配准纠正的结果影像的分辨率也根据采用的融合方法来确定。由于原始星历参数是与原始l A 级影像的行列数相对应的，接下来需要将融合影像按照原始1 A 级全色影像的范围裁出。这里需要根据不同软件融合的结果，分两种情况来处理。第一种情况，融合结果是全色影像与多光谱影像的公共部分，则首先将融合结果镶嵌到原始l A 级全色影像中，然后采用其星历参数执行正射纠正；第二种情况，融合结果是全色影像与多光谱影像包含的最大范围，则首先按照原始l A级全色影像的范围裁切融合结果影像，然后对裁切的结果影像采用星历参数执行正射纠正。此流程的处理过程相对复杂些，但因为可以对融合结果影像分波段进行正射纠正，因此，对计算机的性能要求相对较低。不过，在某些地形起伏较大的地区，以较大入射角获取的数据可能不能精确配准。此时，只能选用流程一。其他条件下获取的全色波段与多光谱影像因为原始l A 级影像不能精确地相对配准而只能采用流程一。3
