超高分辨率卫星影像（通用3篇）
超高分辨率卫星影像 篇1
近些年来随着航天技术、计算机技术、传感器技术、通信技术的巨大进步,使得当前卫星遥感技术进入前所未有的阶段。随着高分辨率遥感卫星的成功商业化应用,以其在较小的空间尺度观察地表的细节变化,大比例尺的遥感制图等,其在民用领域其发展前景广阔。
1 SPOT卫星系统简介
法国的SPOT5于2002年5月由Ariane4火箭发射中心成功送入太空。该星上载有2台高分辨率几何成像装置(HRG),1台高分辨率立体成像装置(HRS),1台宽视域植被探测仪(VGT)等,空间分辨率可达2.5m,在数据压缩存储和传输方面有显著提高,SPOT5采用推扫式线性阵列扫描成像,基本探测元件为CCD电子耦合器件。
SOPT5影像数据为DIMAP格式,它包括影像文件(Geo TIFF格式)和参数文件(XML格式)。SPOT5特有的重采样技术,利用两幅同时获取的5m分辨率的全色图像重采样到2.5m分辨率的全色图像,SPOT5的主要应用领域有军事目标探测,大型工程设施监控,农林地块精细识别,城市信息更新等。
2 遥感影像几何校正原理[6]
由于卫星获取图像时的成像方式、传感器外方为元素、地形起伏、大气折射等静态误差和动态误差的影响,使得某些地物在图像上的几何位置、尺寸和形状与实际当中的地物特性不一致,从而产生遥感影像的几何畸变,不能将其直接用于项目研究应用。所以在利用遥感影像进行项目应用之前必须进行影像的几何校正。几何校正的目的是纠正影像成像过程中的几何畸变,校正分为两类:几何粗校正和几何精校正。几何粗校正是系统级的误差校正,针对传感器内部畸变做出校正,它需要传感器的有关成像参数。几何精校正是利用控制点进行的几何校正,它是用一种数学模型来近似描述遥感图像的几何畸变过程,并利用畸变的遥感图像与标准地图之间的一些对应点求得这个几何畸变模型,然后利用此模型进行几何畸变的校正。
2.1 几何校正模型
几何校正模型通常分为物理校正模型和非物理校正模型,其中常用的通用传感器模型有:多项式模型、有理函数模型等。其中前者模型适用于小面积的经过系统几何校正的影像,后者使用于任何类型和大小的影像数据。
多项式模型此模型的基本原理是回避遥感成像的空间几何过程而直接对影像变形的本身进行数学模拟,因为它与传感器的特性无关是一种通用传感器模型,适合于地形起伏不大较平坦地区,其2D多项式模型数学方程为:
其中X,Y为地面坐标。x,y为像点坐标。i,j为整数增量。
二维多项式模型不考虑地形起伏引起的图像变形,它只限于小范围、地势较平坦的区域。所以当进行高分辨率遥感影像的精校正尤其是当地形起伏较大时,此模型已经不再适用。必须在多项式中引入坐标,建立3D多项式的模型:
多项式校正模型的精度依赖于地面控制点的分布、数量和精度。当控制点的精度越高则几何校正的精度也越高,但在解算多项式系数时,控制点处拟合较好而其它插值点处容易产生抖动。
有理函数模型该模型用于正射校正和3D特征提取,现在许多商业影像处理软件都支持此模型,用户可以方便地应用软件来处理单片和立体像对。此模型将像点坐标和物点坐标的关系描述为两个多项式的比值,其像点坐标表达方程为:
其中像点坐标(r,c),
有理函数模型不用知道传感器的几何细节性质,它独立于传感器类型。其构造形式简单,但是当RFM的参数增多时会带来处理的复杂和额外的内插误差。
2.2 地面控制点的选择
几何校正的过程就是要利用控制点来校正图像的畸变。GCP的选择和精度是校正质量的基础。其来源可以有数字栅格地图、数字正射影像和GPS外业测量等。在选择时应该那些容易控制的地面点例如:主路的交叉路口、运动场地、机场跑道等。GCP的最小数量(n+1)(n+2)/2,n为多项式次数。实际当中为了使图像拥有较好的质量通常选取的GCP数量远大于最小值。当GCP选择的数量过少、分布不均匀或者RMS值过大(通常要求RMS小于1)都会使图像发生变形和错位。
2.3 重采样方法
重采样就是由已知采样点的灰度值内插求出非采样点的灰度值。原图像中所有删格数据层都要进行重采样,常使用的重采样方法有以下几种:双三次卷积法,双线性内插法,最临近点内插法等。
双三次卷积法:此方法是用三次样条函数。公式如下:
近似代替采样定理中卷积核函数,计算时需要选择16个像素灰度值,这样近似卷积核的同时增加了计算量比较耗时。优点是使影像的细节效果增强保证了校正后图像的质量。
双线性内插法:此方法是用一个三角函数。公式如下:
来近似代替卷积定理中的卷积核函数,计算时需要选择4个像素灰度值,其计算量明显比双三次卷积小,但是此方法对影像有平滑作用,使得影像中那些对比度明显的部位变的模糊。
最临近内插法:此方法是选择与输出点最临近的像元灰度值做为新像元点的灰度值,误差保持在0.5个像元位置。计算最为简单省时,但是处理后的影像容易产生锯齿效应具有亮度不连续性。有利于保持原始图像中的灰度级,但对图像中的几何结构损坏较大,前两种方法保留了图像原有的几何结构等。
此三种方法中从运算量和精度上来衡量,双线性内插法的精度和计算量适中,三次卷积法精度高但是运算量大,最临近法精度小但是计算量小节省时间。
3 几何校正的试验步骤[5]
校正的基本思路:
第一步,选择校正模型。在文章实验当中选择二维二次多项式校正模型,因为所研究区域地势较为平坦,模型本身原理简单,计算相对简单。应用ERDAS处理软件中的几何校正模块。
第二步,选择控制点和检查点。控制点用于控制计算,建立转换模型及多项式方程。
第三步,选择重采样方法。ERDAS IMAGE提供了三种最常用的重采样方法。在本文中校正模型选择多项式校正模型,控制点和检查点选择信息如图5所示,重采样方法选择的是双线性内插法和最邻近内插法分别进行校正。
校正结果和分析:
图1为原始影像数据:武汉市SPOT5高分辨率遥感影像。图2为参考正射影像。图3为采用双线性内插法校正结果,图4为采用最邻近法校正结果。
对图像进行校正之后的检验通过在ERDAS中的视窗地理连接功能及光标查询功能进行目视性的定性检验,两个窗口中的十字线指示同一个地物点,控制点的误差保持在1个像元内保证了校正精度,校正结果比较理想。
4 结论
几何校正是遥感影像应用过程中解决遥感影像的几何变形问题的重要一步,在此基础之上才能对图像进行各种分析和制作遥感专题图等,比如在地面控制点的选择上,校正模型的选取等方面应从实际需要出发理论结合实际综合选择,该文对目前应用中常的校正方法进行了介绍与分析,并在此基础上针对武汉市的一景SPOT5遥感影像,选择ERDAS IMAGINE软件对影像进行了几何校正,并对其校正结果进行了分析。总之随着高分辨率卫星影像的应用发展,在对其成像原理和几何畸变原理深入研究理解之后,再应用现有强大的遥感图像处理软件作出更高质量的专题图,从而为国民经济生活提供便利。
摘要：该文首先对遥感影像的变形机理与几何校正方法进行研究讨论,论述了多项式模型和有理函数模型等遥感图像几何校正模型,介绍了双三次卷积内插方法、最临近内插方法、双线性内插法等数字图像重采样方法,同时论述了地面控制点(GCP)及检查点的选取方法。在此基础上论述了遥感图像几何校正的一般步骤:根据现有数据特点,利用ERDAS对影像数据进行几何校正。最后对校正精度进行分析,结果符合预期要求,说明实验中所采取的方法与流程具有较高可靠性。
关键词：几何畸变,几何校正,校正模型,地面控制点
参考文献
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超高分辨率卫星影像 篇2
DigitalGlobe公司的World View-3卫星所采集的全球范围内最高分辨率的卫星影像, 将能够帮助企业改善决策制定, 实现更高效的运营, 同时有助于深化卫星影像在政府、能源、矿业和全球发展等领域的多种应用。此外, 此前依赖于航拍成像的客户也将能够通过选用DigitalGlobe公司提供的30cm卫星影像, 从而获得更高的经济效益、更好的全球范围内的可用性以及更快的更新速率。在此之前, 同一分辨率的影像仅能够通过航拍成像的高空作业平台提供, 成像困难、昂贵, 并且在全球范围内的许多地方都无法获取。即便对于那些航拍影像已经覆盖的地方, DigitalGlobe公司提供的30cm图像产品也是一个更加快速且经济的替代选择。与航拍影像数月的交付时间相比, 在很多情况下, 卫星影像新的订单在数日或数周内即可交付, 同时客户还可以利用DigitalGlobe公司提供的持续增长的30cm分辨率存档影像库。“今天对于DigitalGlobe公司的广大客户来说是一个全新的里程碑。从今天开始, 他们将能够从前所未有的高质量卫星影像中受益。”DigitalGlobe公司产品管理和营销高级副总裁Hyune Hand表示, “这些产品将会帮助我们的客户进一步挽救生命、节约资源并节省时间, 同时进一步推动DigitalGlobe公司‘发现更美好世界’的愿景。”30cm分辨率的卫星影像在航拍成像应用中的适用度已经得到了NIIRS国家图像解译等级的认证, 后者是成像行业通用的对成像系统的图像质量及表现进行确定和衡量的标准。DigitalGlobe公司的30cm分辨率的影像所获评级为NIIRS 5.7, 这意味着它可以分辨出地面上的物体, 例如社区内地表之上的公用管线、井盖、建筑通风口、消防栓以及机车上的独立焊缝。
“Digital Globe公司的World View-3卫星提供的影像数据是Photo Sat所处理过的最高质量的卫星影像数据。”Photo Sat公司总裁Gerry Mitchell说, “Photo Sat是世界领先的卫星高程测绘服务提供商, 服务于能源、矿业及工程行业客户。在一次测试中, 从World View-3提供的立体卫星影像中提取的高程测绘网格, 比高精度的Li DA R高程网格还要精细15cm。这项结果使得卫星高程测绘得以在工程设计及建筑领域获得更广泛的应用, 并在冲积平原监测等领域与Li DAR和高分辨率航拍测绘直接竞争。”
DigitalGlobe公司的WorldView-3卫星可提供高达30cm地面取样分辨率的商业成像卫星, 该卫星更提供独特的短波红外 (SWIR) 功能, 实现一系列全新的应用功能, 比如透过烟雾分辨矿物质与人造材料, 以及评定农作物和植被的健康状况。在World View-3之前, 短波红外影像从未以如此高的空间及光谱分辨率向商业用户提供过, 现在它将给能源、矿业及其他行业用户带来独特的价值。今天, DigitalGlobe公司也启动了一项针对7.5m短波红外影像的测试项目, 旨在与合作伙伴、客户及广大用户一起探索短波红外功能的新应用。
超高分辨率卫星影像 篇3
随着卫星遥感技术的发展, 通过遥感获得的地理信息越来越多, 卫星影像成为地理信息系统非常重要的信息源。高分辨率卫星影像上, 地物的线性形状特征信息是非常丰富的。应用高分辨率卫星影像进行农村集体土地所有权调查, 彻底改变传统工作方式, 把大量艰苦的外业工作变成内业工, 做到了省时、省力、减少成本, 同时还能获得更加准确客观的结果, 具有传统方法所不可比拟的优点。文章利用Quick Bird遥感影像进行权属界线调查, 总结了高分辨率影像用于集体土地所有权调查权属界线划定的方法、实际效果、存在的问题及解决方法。
1 高分辨率卫星影像及其特点
高分辨率的卫星影像通常是指像素的空间分辨率在10m以内的遥感影像。目前应用较多的高分辨率影像有法国的SPOT 5、中国的资源卫星二号和资源卫星三号、美国的IKONOS、Quick Bird和World View2。与传统的低空间分辨率的卫星影像相比, 高分辨率卫星影像具有单幅影像的数据量多、成像光谱波段变窄、地物的几何结构和纹理信息更加明显、高时间分辨率等特点。
高分辨率影像的特点, 是利用卫星影像进行所有权调查的有利条件之一。集体土地所有权调查中, 需要根据地物的纹理特征确定权属界线的走向;集体土地所有权调查办法中, 要求采用比例尺不小于1:5000比例尺的影像图作为调查底图, 影像图的地面分辨率应在0.5m左右, 以此推算, 只有Quick Bird和World View两种影像满足制图要求。但成图时间限制, 有些地区在Quick Bird影像质量不好的情况下, 也采用2.5m SPOT5影像做补充, 但外业调绘精度一般要求在2.5m以内。
2 利用Quick Bird遥感影像进行权属界线调查
安定镇辖区面积共89710718.645平方公里, 权属界线调查采用全野外调查方式现场调查, 本次调查涉及14行政村300个村民小组, 辖区内有国有用地818宗。工作中, 根据影像纹理特征和现场调查结果, 划分了国有用地界线和各村小组界线, 影像判读的主要纹理特征如下。
2.1 国有用地的判读
国有用地指国有设施用地, 例如多为集中连片的厂房、独立工矿和学校等, 在影像省纹理较明显。但独立工矿用地易和设施农用地混淆, 必须到现场实地踏勘才能区分。图1 (a) 、 (b) 图分别为大型工矿用地和独立工矿用地影像图。
河流和水库在影像多呈暗色纹理, 现场容易判读和划定, 如图2。
国有铁路和公路在影像上多呈暗灰色纹理, 铁路多为直线或缓曲线, 而公路根据地形条件的不同, 呈缓曲线和曲线形状, 图3为公路影像图。
2.2 农村集体用地的判读
农村道路多为灰白色纹理, 边界不清或宽带不定, 也易于和国有道路区分开;农村居民地多零散分布, 建筑纹理细小且散乱, 需要仔细判读。分别见图4、图5。
农村村民小组之间多以乡村道路、河流、山脊和田间地坎或地埂区分界线, 道路、河流、山脊较容易划分, 在影像清晰的地区, 地埂是可以区分的, 如图6。
但在有灌木分布的区域, 或部分影像模糊的区域, 地埂很难区分, 需要根据周边明显地物进行现场推测。
3 影像模糊地区权属界线的判读
3.1 利用明显地物影像推测权属界线
安定镇遥感影像, 多为2.5m分辨率的SPOT5替补影像, 分辨率偏低。一些细小的权属界线, 例如灌木丛内的地埂, 无法在遥感影像上准确判读, 需要根据相邻明显地物影像来推测。图7中黄色线条实际是灌木中的地埂, 在影像上纹理不清, 判读时需要根据东侧东西向的小路走向判断地埂东侧起点, 根据西侧东北方向狭长空地和中上方向的狭长空地来判断地埂的位置走向。
3.2 利用调绘和差分GPS实测法确定权属界线
安定镇四周多林地, 当权属界线完全无纹理特征时, 如图8, 则需要用差分实测权属界线和界址点。差分GPS使用合众思壮公司的GIS采集器, 该仪器使用码相位和载波相位结合的差分技术, 仪器标称精度为亚米级, 符合权属调查的精度要求。
4 结论
高分辨率遥感影像地物清晰、色彩鲜艳, 接近于自然地物的真实形状和色彩, 用它来作为集体土地确权调查的工作底图, 省时, 省力, 效果显著, 但是在确权调查时一定要结合外业调查进行。一些在图上难以判断的确权界线必须结合相邻明显地物的纹理特征进行推测, 其位置无法在图上直接标出时必须进行实地的野外测量。
在遥感影像图上判断权属界线有时会存在一些问题, 当影像分辨率偏低时, 一些地类之间的界限并不是十分的分明, 这会影响到权属界线划定的精度。因此选择高分辨率的遥感影像至关重要。
在林区, 因纹理特征单一, 权属界线区分困难, 遥感手段还无法替代常规的技术方法。显然仅仅用遥感手段还是不够的, 需要采取遥感和地面测量结合的方法。
随着遥感技术的发展, 高分辨率影像应用于土地调查技术日趋成熟, 遥感技术具有宏观、动态、便捷、可重复和成本低等诸多优点, 已成为快速、客观、准确监测土地所有权变化状况及其变化规律的重要手段, 将其应用到土地所有权数据库更新中来, 具有十分重要的研究意义和使用价值。
摘要：分析了高分辨率影像用于集体土地所有权调查权属界线划定的方法、实际效果、存在的问题及解决方法。提出了在影像模糊的区域, 利用周边明显地物推测权属界线的方法, 希望对类似工作有借鉴意义。
关键词：卫星影像,权属界限,判读
参考文献
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