【ENMI入门系列】06.自定义RPC文件图像正射校正

目录

自定义RPC文件图像正射校正    

1.    概述    

2.    详细操作步骤    

2.1    打开数据    

2.2    设置相机参数（内定向）    

2.3    外定向

2.4  正射校正    

  

1. 概述

     航空影像（框幅式和数码）和丢失RPC参数的卫星影像数据可以根据相机参数、传感器参数、外方位元素和地面控制点进行RPC文件的构建，从而实现RPC正射校正。ENVI的自定义RPC工具支持的数据包括扫描的框幅式航空相片、框幅中心投影的航空数码相片（如Vexcel UltraCamD）、线中心投影的航空数码相片（如ADS40）以及推扫式卫星（如ALOS PRISM/AVINIR, ASTER, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, GeoEye-1, IKONOS, IRS-C, KOMPSAT-2, MOMS, QuickBird, WorldView-1, SPOT）。自定义RPC文件正射校正一般步骤为：

(1) 内定向（Interior Orientation，只针对航空相片而言）——内定向将建立相机参数和航空像片之间的关系。它将使用航片间的条状控制点、相机框标点和相机的焦距，来进行内定向。

(2) 外定向（Exterior Orientation）——外定向将把航片或者卫片上的地物点同实际已知的地面位置（地理坐标）和高程联系起来。通过选取地面控制点，输入相应的地理坐标，来进行外定向。

(3) 使用数字高程模型（DEM）进行正射校正——这一步将对航片和卫片进行真正的正射校正。校正过程中将使用定向文件、卫星位置参数，以及共线方程（collinearity equations）。共线方程是由以上两步，并利用数字高程模型（DEM）共同建立生成的。

       本课程以一副丢失DIM文件的SPOT4全色影像为例，学习自定义RPC文件正射校正的操作过程。数据情况如下表。

表1.1 练习数据情况

文件	说明
spot_pan.tif	丢失DIM文件的SPOT4全色影像
Dem.img(以及.hdr)	DEM数据
NAPP_2m-ortho.tif	参考DOM图像，2米分辨率的航空影像

 

2. 详细操作步骤

       本节介绍ENVI下进行RPC自定义的详细操作步骤。用到的工具为Build RPCs，分别位于：

• ENVI 5.x：        Toolbox/Geometric Correction/Orthorectification/Build RPCs
• ENVI Classic    ：    Map > Build RPCs

       本节以ENVI 5.1为例，ENVI Classic下操作步骤类似。

 

2.1 打开数据

(1) 打开输入文件。菜单File > Open，选择影像文件"06.自定义RPC文件图像正射校正\数据\spot4pan\spot_pan.tif"；

(2) 在文件上右键选择View MetaData，可以看到SPOT全色影像的不包含RPC信息，如下图所示；

(3) 打开DEM数据。菜单File > Open，选择影像文件"06.自定义RPC文件图像正射校正\数据\spot4pan\Dem.img"；

图2.1 查看SPOT全色影像的元数据

2.2 设置相机参数（内定向）

       本步骤主要设置相机或传感器参数。

(1) 选择工具Build RPCs，路径为Toolbox/Geometric Correction/Orthorectification/Build RPCs；

(2) 在弹出对话框中选择输入文件，即spot_pan.tif，点击OK；

(3) 在Build RPCs面板根据需要设置相机参数。在本例中，选择Type为Pushbroom Sensor，其他参数设置如下图所示。参数含义详细介绍如下表所示。

图2.2 相机参数设置结果

表2.1 相机参数介绍

参数	含义	介绍
Type	相机类型	ENVI支持四种相机类型。
Focal Length（mm）	相机或传感器焦距	常见相机和传感器焦距参数见下表。
Principal Point x0（mm）	投影中心点x坐标	通常情况下设置为[0.0, 0.0]，即投影中心点位于图像中心。实验室校准报告一般包含此参数。
Principal Point y0（mm）	投影中心点y坐标
X Pixel Size（mm）	CCD的X像素大小	常见相机和传感器的像素大小见下表。
Y Pixel Size（mm）	CCD的Y像素大小
Incidence Angle Along Track	沿轨道方向入射角	只对Pushbroom Sensor设置。可在ENVI帮助中获取常见传感器的参数，如ASTER、Quickbird、SPOT、WorldView等。
Incidence Angle Across Track	垂直轨道方向入射角
Sensor Line Along Axis	传感器前进方向轴	可选为X或Y轴方向。
Polynomial Orders	多项式系数	根据需要选择。0表示整幅图像参数固定；1表示这些参数与y坐标有线性关系；2表示使用二次多项式进行建模。

表2.2 常见传感器的焦距与像素大小

传感器	Focal Length (mm)	Image Pixel Size (mm)
ADS40	62.77	(0.0065, 0.0065)
ALOS AVNIR-2	800.0	(0.0115, 0.0115)
ALOS PRISM	1939.0	(0.007 cross-track, 0.0055 along-track)
ASTER	329.0 (Bands 1, 2, 3N) 376.3 (Band 3B)	(0.007, 0.007) Bands 1, 2, 3N, 3B
EROS-A1	3500	(0.013, 0.013)
FORMOSAT-2	2896	(0.0065, 0.0065) Pan
IKONOS-2	10000	(0.012, 0.012) Pan
IRS-1C	982	(0.007, 0.007) Pan
IRS-1D	974.8	(0.007, 0.007) Pan
KOMPSAT-2	900 Pan 2250 Multispectral	(0.013, 0.013)
Kodak DCS420	28	(0.009, 0.009)
MOMS-02	660	(0.01, 0.01)
QuickBird	8836.2	(0.013745, 0.013745)
SPOT-1 ~4	1082	(0.013, 0.013) Pan
SPOT-5 HRS	580	(0.0065, 0.0065) Pan
STARLABO TLS	60	(0.007, 0.007)
Vexcel UltraCamD	101.4	(0.009, 0.009) Pan
Z/I Imaging DMC	120	(0.012, 0.012)

 

2.3 外定向

       (1) 在Build RPCs面板中，单击Select GCPs in Display按钮，在Select GCPs in Display选择框中选择Select Projection for GCPs，设置GCP点的投影信息。设置结果如下图所示，然后点击OK；

注：如果已有现成的ENVI控制点文件（.pts），可选择Restore GCPs from ASCII File…。

(2) 在弹出的Exterior Orientation GCPs对话框中进行控制点的输入。此步骤与图像正射校正中控制点的选择方式一样，这里不再赘述；

图2.3 设置GCPs投影坐标系

(3) 这里我们使用已有的控制点文件。在Exterior Orientation GCPs面板打开菜单File > Restore GCPs from ASCII…，选择文件"\数据\spot4pan\GCP.pts"，点击OK将控制点导入到此面板，结果如下图所示。

图2.4 导入的GCPs信息

(4) 在Exterior Orientation GCPs面板，选择Options > Export GCPs to Build RPCs。计算得到外方位元素，如下图所示。

图2.5 计算得到的外方位元素

(5) 在Build RPCs面板中，点击OK，按照默认生成的Minimum Elevation 和Maximum Elevation即可。生成的RPC信息会自动保存在图像的头文件中，在ENVI中可以通过View MetaData查看RPC info，如下图所示。

注：如果构建RPC后没有自动打开数据，需要重新打开即可。

图2.6 构建的RPC信息

2.4 正射校正

       后续的操作详细操作流程可参考"05.图像正射校正"里边的视频和文档。在不同的ENVI版本中使用的工具如下：

       ENVI 5.x：Toolbox/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow

       ENVI Classic：Map > Orthorectification > Generic RPC and RSM > Orthorectify using RPC or RSM

       下面以ENVI5.1为例，介绍详细操作步骤：

(1) 打开正射校正流程工具。Toolbox/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow。

(2) 在工具面板选择输入文件，Input File为待校正文件（"spot_pan.tif"），DEM File为正射校正用到的DEM数据，这里选择"Dem.img"，然后点击Next进入下一步；

(3) 在PRC Refinement页面进行参数的设置和控制点的输入。本次操作不使用控制点，直接切换到Advanced选项卡（如下图所示），设置输出像元大小Output Pixel Size为10.0米，其他参数默认；然后切换到Export选项卡，设置输出路径，点击Finish即可进行正射校正。

注：在参数和控制点设置完毕后，可以点击面板左下角的Preview进行正射校正结果的预览，有助于修改参数和控制点。

图2.7 Advanced选项卡参数设定

(4) 查看最终结果如下图所示。左图为正射校正结果，右图为含有RPC信息的原始图像。

图2.8 正射校正结果