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第28卷增刊2014年4月资源环境与工程
ＲesourcesEnvironment＆EngineeringVol.28，Sup．Apr．，2014
多时相遥感影像分带镶嵌纠正方法
陈爱明
（湖北省地质调查院，湖北武汉430034）
摘要：为解决湖北省矿产资源潜力评价项目遥感专题中大面积多时相遥感影像镶嵌纠正难题，可先将全
省1∶5万地形图扫描图像经过校正、镶嵌形成校正基准地形图，并通过分带整体镶嵌纠正，局部色彩调整的方法，在湖北省1∶50万遥感影像图、1∶25万～1∶5万82个预测工作区遥感影像图镶嵌纠正中应用此方法，获得较为理想的遥感影像图。结果表明，此方法在实践中具有较高的应用价值。关键词：遥感影像;多时相;镶嵌;纠正;ETM+中图分类号：TP751
文献标识码：A
文章编号：1671－1211(2014)S1－0068－04
0引言
月24日—2002年7月9日，部分覆盖了少量云，采集
季节四季均有，少量景间色调差异较明显，后期影像色彩调整工作量大。
“湖北省矿产资源潜力评价”系湖北省地质调查
院承担的中国地质调查局全国矿产资源潜力评价（湖北部分）研究项目，所属遥感专项中的遥感图像不仅要求反映构造本身，还要反映构造的延续性及构造之间的关联性，因而图像必须在所研究的范围内相对几何
［1］
精度一致，灰度值一致，图像分辨率一致。项目需要1∶25万～1∶5万等多个尺度的遥感完成全省1∶50万、影像图制作，要求影像清晰、层次丰富、色调均匀、反差
［2］
适中。项目在工作中需要制作的遥感影像比例尺不同，相互间多有区域重叠，如何有效地进行遥感影像的
2遥感影像融合与镶嵌
根据项目的技术要求，用于制作1∶5万影像图原
始图像的分辨率应优于15m。ETM+遥感数据中1～5、7波段数据地面分辨率均为30m，另外还有一个全色波段地面分辨率为15m。遥感影像分辨率融合就是对不同空间分辨率遥感图像的融合处理，使处理后的遥感图像既具有较好的空间分辨率，又具有多光谱特征，从而达到图像增强的目的。2．1融合方法
遥感影像分辨率融合使用的是ETM+的多光谱波段和全色波段，两者是同时采集，不需要再配准，因而关键是融合方法的选择。EＲDASIMAGINE遥感图像处理系统技术先进，用户界面友好，操作方式灵活，提供了多种影像融合方法，分别为主成份分析法、乘积变Brovey变换法、HLS（IHS）亮度图像替换法、换法、高通滤波融合法、小波分析法。使用6种方法分别对123038景ETM+遥感影像进行融合实验，融合后影像的空间分辨率都有了明显提升，影像更清晰，更容易判读。结果对比发现，使用小波分析法的融合影像在整体上优于其他方法，不仅很好的继承了原全色影像的空间结构信息，而且最大程度地保留了原多光谱影像的光谱信息，影像色调更自然。小波变换具有变焦性、信息保持性和小波基选择灵活等优点，可将图像分解为一些具有不同空间分辨率、频率特性和方向特性的子信号（图像）。该变换能够将一信号分解为低频信
镶嵌，避免重复工作，需要解决精度统一问题；湖北省
跨2个6度带，需要解决分带接边问题；原始影像为多时相不同季节采集，部分影像偏色严重，需要解决整体色调统一问题。
1遥感影像概况
此次影像镶嵌工作使用的遥感影像源涉及16景LandSat－7ETM+遥感影像（图1）。产品级别为Lev-el2，也称为系统校正产品，该级别影像是经过辐射校正和几何校正的产品数据，并将校正后的图像数据映射到指定的地图投影坐标下。在地势起伏小的区域，Landsat－7系统校正产品的几何精度可以达到250m
［3］
以内。
湖北省地处中国中部，地貌分区包括中山区、低山区、丘陵区和平原区，区内植被较发育，中东部大量湖泊、河流密布。16景ETM+遥感影像需要进行多项式纠正才能满足1∶5万精度要求，时相跨度从1999年9
收稿日期：2013－12－13
资助项目：中国地质调查局全国矿产资源潜力评价项目（湖北部分）（1212010813016）。
作者简介：陈爱明（1971－），男，高级工程师，硕士，地质学专业，从事GIS应用与遥感地质工作。E－mail：mailcam@163.com
增刊陈爱明:多时相遥感影像分带镶嵌纠正方法
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图1湖北省ETM+遥感影像数据分布及其投影位置示意图
息（图像）和高频细节/纹理信息（图像），同时又不丢
［4］
小波变换失原信号所包含的信息。但算法时间上，的算法比较耗时。综合考虑多种因素，最终选择小波
分析法对所有影像进行融合处理，波段组合选择对地B4（绿）、B2（蓝）。质解译效果较好的B7（红）、2．2影像镶嵌
影像镶嵌是对若干幅互为邻接的遥感图像通过批次间的几何镶嵌、色调调整、去重叠等数字处理，镶合拼接成一幅统一的新图像
［5］
像在暗调、中间调和高光区域是否包含足够的细节。选取直方图总体尽量接近正态分布的图像作为基准
（本次采用123038景），然后根据基准图像对其他景进色阶拉伸、行调整。色调调整的方法包括直方图匹配，亮度对比度、色彩平衡、色度饱和度调整等。影像重采样方法包括最临近像元法、双线性内插法和三次立方卷积法。最临近像元法不破坏原来的像元值，处理速度快；双线性内插法计算量更大，且易损失高频信息；三次立方卷积法计算量最大但无高频信息的损失。经过实际处理实验比较，三种重采样方法处理效果没有明显的区别，因此选用处理速度快的最临近像元法进行影像重采样。
。卫星影像纠正一般采用
多项式法，但控制点的数量及点位分布状况会影响纠
正影像的精度。点位选得不准确，影像会产生变形；点位分布不合理，纠正模型在平差过程中，法方程系数矩阵会呈不良状态，导致同一张相片比例尺不均匀或局部影像变形，小比例尺影像图制作中，一般选取25～30个均匀分布的控制点即可满足要求［6］。传统的方法是将单景影像先进行纠正，再镶嵌为一幅整体图像。在实际工作中，每景影像边缘控制点选取相对困难，因而镶嵌部位精度并不完全一致而产生线状地物错位。ETM+遥感影像产品级别为Level2，经过了辐射校正和几何校正，且校正后映射到UTM地图投影坐标下，可以对这些ETM+影像直接进行镶嵌处理，能够获得较好的镶嵌效果，拼接结果中接缝地物错位不明显，对比实验表明，先镶嵌再几何精纠正较先进行多项式几何精纠正再镶嵌的影像效果更好。
为了保证镶嵌图的整体灰度值及色调一致，镶嵌前应分析每景影像的直方图，直方图以图形的形式显示了图像像素在各个色调区的分布情况，通过显示图
3影像纠正
20两跨19、湖北省东西为东经108°21'～116°07'，
个6度带，因而制作遥感影像图时应充分考虑邻带接
边的处理问题。采用整体校正处理，将全省1∶5万地形图扫描并逐格网校正、输出为GEOTIFF格式后，对邻带一侧两个1∶5万图幅范围内的所有地形底图均投影到相邻的6度分带，即19带靠近114°经线的跨经度30'的地形图投影到20带与该带其它地形图一起作为底图参与校正，反之20带靠近114°经线的跨经度30'的地形图投影到19带。在校正采集控制点时，对于处在邻带的控制点，注意采集同名点以保证分带接边处的精度。3．1
参照影像的选择与处理
几何精校正是通过寻找一定数量遥感影像上的明
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资源环境与工程2014年
显特征位置与其地面对应位置的控制点对来确定其对应关系，通过一定的算法与处理使之与其实际投影位置接近，从而达到提高整体位置精度的方法。参照影像的精度与地面控制点的选择直接影响到影像校正的精度。
收集工作区所在位置的共527幅地形图，其范围比实际工作区略大，以控制工作区边缘部位的校正精度。将这些地形图扫描成分辨率不低于300dpi的彩色栅格文件。纸质地形图由于受到温度、湿度等的影响不可避免地存在变形，另外由于扫描仪的精度问题，也进一步影响到扫描得到的数字栅格地形图的精度，因此需要先将其进行较高精度的校正处理。标准分幅的地形图存在四角经纬坐标及内部公里格网交叉点，这些交叉点的理论值是可以计算出来的，它使地形图
的精确校正成为可能。中地软件公司的MAPGIS6．7
软件图像分析模块具有DＲG生产功能，它能够快速生成标准图幅的理论坐标，并在四角初步定位的基础上
［7］
快速自动搜索实际位置点，再经用户交互检查、修改实际点位的正确性，最后经逐格网校正处理生成经精确校正处理的参照地形底图。校正完成后须将影像格式转换为带地理坐标的GEOTIFF格式，以利于作为参照影像在遥感处理软件中直接调用。
由于每个已知理论坐标的地理格网交叉点均作为控制点参与校正处理，也即图面上约10mm距离即存在一个控制点控制了相应位置的精度，并且生成的控制点分布均匀（图2），最终形成的地形底图完全可以满足作为ETM+遥感影像处理的参照影像的精度要求。
图2MAPGIS地形图精纠正屏幕截图
校正完成后的地形底图，由于数量较多，在EＲ-DAS软件中校正时调用极不方便，实际工作中将其拼接成更大的参考底图。3．2影像精纠正
本次遥感影像图制作几何纠正使用EＲDASI-MAGINE9．1软件，以经过精确校正处理的比例尺为1∶5万的数字栅格地形图为参照影像。遥感图像纠正的方法包括多项式法、共线方程法、有理函数模型法，选择最常使用的多项式法。由于控制点选取的好坏将直接影响到遥感影像纠正的质量及后续成果的精度，因此遵循以下原则：控制点分布均匀；控制点数量尽量
多；选择易于识别、定位的点位如公路或水系交汇中心点、线性地物交叉点、独立的地物标志点等；同时由于遥感影像与参照影像并非同一时期的产品，需要注意避免水位变化及后期人类改造痕迹等的影响。最终19带镶嵌影像所选取的控制点数达105个，20带镶嵌影像所选取的控制点数达81个，能够有效地保证几何校正精度。
校正结果的验证可以通过在EＲDASIMAGINE中进行，将参考影像和校正后的影像同时在视窗中打开，通过数据叠加显示（混合显示blend，卷帘显示swipe，闪烁显示flicker），用目视查看影像接边情况及实际校
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a
图3
Photoshop处理遥感影像前后对比
b
无明显变形、无锯正效果。校正完成的影像平整清晰、
齿，符合工作精度要求。由于采用1∶5万地形图作为参照影像，最终影像的精度能够满足1∶5万及更小比例尺成图精度的要求。
影像投影为兰伯特等角圆锥投影，拼接为全省1∶50万遥感影像图。
5结语
4影像后处理
EＲDASIMAGINE软件对影像的色彩调整处理效
湖北省矿产资源潜力评价遥感影像制作，经过对比实验研究，采取EＲDAS软件分带整体镶嵌纠正，Photoshop局部色彩调整的方法，最终完成全省1∶501∶25万～1∶5万预测工作区遥感万遥感影像图1幅、影像图82幅，这些遥感影像图总体影像清晰、层次丰富、色调均匀、反差适中，满足了项目工作的需要。该方法较好地解决了遥感影像融合、镶嵌、纠正处理中的精度统一、跨带和偏色问题，在大面积多时相遥感影像镶嵌纠正工作中也有较强的实用性。参考文献：
［1］徐智勇．大面积多时相遥感图像无缝镶嵌法［J］．电力勘测设计，
1995（4）：50－53．
［2］于学政，曾朝铭，燕云鹏，等．全国矿产资源潜力评价技术要求系
．北京：地质出版社，2010．列丛书：遥感资料应用技术要求［M］
［3］中国科学院对地观测与数字地球科学中心．LANDSAT－7卫星数
据产品价格［EB/OL］．（2008－09－18）．［2013－08－13］．ht-tp：//www．ceode．cas．cn/sjyhfw/sjdg/pcjm/200809/t20080918_2371704．html．［4］［5］
王智均，李德仁，李清泉．利用小波变换对影像进行融合的研究［J］．武汉测绘科技大学学报，2000（2）：137－142．
．杭州：浙江大学黄智才，赵元洪．遥感数字图像处理［M］章孝灿，1997．出版社，
［6］张娟．关于卫星影像多项式法纠正中若干问题的分析［J］．山东国
2004（2）：67－69．土资源，
．武［7］中地软件丛书编委会．MAPGIS地理信息系统实用教程［M］
2003．汉：中地数码集团，
果并不十分理想，全省16景ETM+遥感影像镶嵌在一
起，部分拼接线两侧色彩差异明显，同一地区不同时相的影像云的覆盖位置不一致，部分景影像色彩偏色严
a）。重（图3-选择著名的图像处理软件AdobePhotoshopCS2对
镶嵌遥感图像做后期处理。该软件功能强大，通过灵Alpha通道等工具，活合理地利用图层、选择、羽化、辅以图像色阶、曲线、平衡、亮度/对比度调节，即可获得b）。由于Photoshop处理完成比较理想的效果（图3-后的TIFF影像并不保存坐标信息，工作过程中是将img格式的遥感影像输出为GEOTIFF文件，输出的文件同时会生成一个与影像文件同名但扩展名为．tfw的文件，该文件是关于TIFF影像坐标信息的文本文件，定义了影像象素坐标与实际地理坐标的仿射关系。这样处理完成后的TIFF文件仍然可以转换到EＲDAS或MAPGIS软件中。需要注意Photoshop处理过程中不能修改影像的分辨率及图像大小，否则其坐标信息可能不正确。
处理完成后的影像经裁切和图幅整饰（内图廓、外图廓、坐标注记以及标注图名、图幅接合表、数字比例尺、线比例尺等），最后得到不同比例尺的相应预测工作区遥感影像底图，其投影方式均采用6度分带的高B4、B2、B8。将跨带斯—克吕格投影，波段组合为B7、
(责任编辑:陈文宝)