QuickBird衛(wèi)星影像幾何校正研究.pdf

1、作為21世紀(jì)空間地理信息的主要數(shù)據(jù)來源，商業(yè)高分辨率衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于測繪、規(guī)劃、國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、政府管理等方面。隨著社會(huì)進(jìn)步和需求的進(jìn)一步增加，還會(huì)開發(fā)許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。高分辨率衛(wèi)星軌道低，體積小，機(jī)械設(shè)計(jì)更靈活，指向性好，最突出的優(yōu)勢是空間分辨率高，通過衛(wèi)星也可取得與航片相媲美的空間數(shù)據(jù)，尤其是QuickBird衛(wèi)星的發(fā)射成功和投入使用，更是遙感測繪行業(yè)具有劃時(shí)代意義的事件。QuickBird衛(wèi)星是專為高效、精準(zhǔn)獲取大面積、引領(lǐng)行業(yè)地

2、理定位精度的影像數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)，是目前在軌運(yùn)行的商業(yè)遙感衛(wèi)星中，具有最大幅寬、最大星上存儲(chǔ)和最高分辨的衛(wèi)星。其全色波段0.61m分辨率使遙感衛(wèi)星圖像的最高分辨率首次邁進(jìn)了亞米級(jí)的行列。
　　 然而衛(wèi)星在成像時(shí)，遙感衛(wèi)星影像會(huì)受到多種因素的影響而發(fā)生幾何畸變，因此必須對影像進(jìn)行幾何校正，實(shí)現(xiàn)精確的地理編碼，為后續(xù)的幾何測量、相互比較及復(fù)合分析提供支持。在產(chǎn)品增值需求旺盛的今天，衛(wèi)星影像幾何精校正方法進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對于高

3、分辨率的QuickBird衛(wèi)星影像而言，幾何精校正長期以來都是制約影像使用的一大難題，是數(shù)字圖像處理的“瓶頸”環(huán)節(jié)。為了解決這一問題，本文對QuickBird衛(wèi)星影像的幾何精校正進(jìn)行了深入研究。
　　 文章的主要內(nèi)容及成果如下：
　　 本文詳細(xì)介紹了QuickBird衛(wèi)星影像的產(chǎn)品特點(diǎn)，深入分析了QuickBird衛(wèi)星影像的幾何成像，從而對QuickBird衛(wèi)星影像的幾何精校正研究作了充分準(zhǔn)備。幾何校正模型作為幾何精校正

4、的基礎(chǔ)，反映了影像的構(gòu)像關(guān)系，是本文關(guān)注的重點(diǎn)，文章綜合研究了不同幾何模型的性能和精度，研究相關(guān)模型對于QuickBird影像幾何精校正的適用性，對實(shí)際應(yīng)用有積極意義。另外本文注意到地形起伏對QuickBird影像的幾何畸變的影響，對DEM在QuickBird影像的幾何精校正作用進(jìn)行了研究。
　　 1、出于商業(yè)保密的需要，Digital Globe公司不向用戶提供QuickBird衛(wèi)星的傳感參數(shù)，通過非物理模型對QuickBir

5、d影像進(jìn)行幾何精校正成為必然選擇。在眾多非物理校正模型中，以一般多項(xiàng)式模型使用最為廣泛；RPC模型不需要知道傳感器的參數(shù)，其系數(shù)包含了各種因素的影響，也逐漸成為倍受關(guān)注的焦點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，在QuickBird影像的幾何精校正處理中，起伏強(qiáng)烈的地區(qū)RPC模型的最佳校正精度為9.53個(gè)像元，小范圍的平坦地區(qū)RPC模型的最佳校正精度達(dá)到7.03個(gè)像元，精度高于直接線性模型和一般多項(xiàng)式模型的校正精度，是最適用于對QuickBird影像進(jìn)行幾何精校

6、正的非線性模型。
　　 2、地形起伏變化強(qiáng)烈地區(qū)的QuickBird影像變形是其幾何精校正的難點(diǎn)，DEM的使用是應(yīng)對這一問題的重要手段。實(shí)驗(yàn)證明，沒有DEM的RPC模型最佳校正精度為10.22像元，當(dāng)加入1:50000 DEM進(jìn)行幾何精校正后精度提高到7.38像元，加入1:10000 DEM時(shí)精度為7.20像元。DEM的RPC模型能明顯提高QuickBird影像幾何精校正的準(zhǔn)確性。1:50000 DEM與1:10000 DEM的

7、幾何校正精度僅相差0.18個(gè)像元，然而市面上1:5萬與1:1萬的DEM的售價(jià)差別卻很大，因此使用1:5萬DEM輔助幾何校正從而大大節(jié)省成本。
　　 3、影響QuickBird影像幾何精校正精度的主要因素有：幾何校正模型、地面控制點(diǎn)數(shù)目、地面控制點(diǎn)的分布、地形起伏等。其中任何一個(gè)因素都能明顯地影響最終的幾何精校正精度。
　　 ①實(shí)驗(yàn)顯示，在GCP分布均勻的情況下，多種幾何校正模型的總體趨勢是校正精度隨控制點(diǎn)數(shù)目的增多而提高

8、，當(dāng)GCP數(shù)目增加到一定程度后，精度提高的速度放緩。
　　 ②經(jīng)研究分析，圖像坐標(biāo)的位移與高程差成正比關(guān)系，所以對于起伏大的地區(qū)（如云南山區(qū)）的影像使用DEM輔助幾何精校正顯得尤為重要。
　　 ③控制點(diǎn)分布狀態(tài)良好，則校正結(jié)果精確。控制點(diǎn)分布不均，集中在影像某一局部地區(qū)，校正精度則降低。
　　 4、西南林學(xué)院參與的宜良縣林改宗地勘測，以1:1萬地形圖為標(biāo)準(zhǔn)校正空間，采用DEM輔助的3次RPC模型對該地的Quick