自定义RPC文件的影像正射校正

航空影像（框幅式和数码）和丢失RPC参数（缺少）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。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）、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等)。正射校正一般步骤为：

（1）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 进行内定向（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。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（2）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 进行外定向（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。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（3）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 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。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

下面以一副SPOT4 PAN数据为例，以Tiff格式提供，介绍自定义RPC法正射校正卫星图像的操作过程，其他数据具有类似的操作过程。

第一步、准备数据

<wbr><wbr><wbr> 除了SPOT4图像数据外，还需要6个以上的地面控制点信息（包括高程信息），以及一些图像的属性信息，包括焦距长度、像元大小、入射角大小。图像所在地区的DEM数据文件。</wbr></wbr></wbr>

第二步、构建RPC文件

首先在ENVI中打开SPOT4图像数据，按照以下步骤构建RPC文件。

一、<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 内定向</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

在主菜单中，选择Map->Build RPC。在Select Input File对话框中，选择SPOT4图像数据文件，单击OK按钮，打开Build RPC面板，下面设置Build RPC面板中的参数。

l Type（相机类型）：Pushbroom Sensor

l Focal Length（焦距长度）：1082.0

l Principal Point x0（像中心点x坐标）&Principal Point y0（像中心点坐标）：0

l X Pixel Size（mm）&Y Pixel Size（mm）（X/Y像素大小）：0.013

l Incidence Angle Along Track（沿轨道方向入射角）：0

l Incidence Angle Across Track（垂直轨道方向入射角）：16.8

l Sensor Line Along Axis（传感器前进方向轴）：X

l Polynomial Orders（多项式系数）：都选择2

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Sensor Name	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)

表 常见传感器焦距长度和像元分辨率

二、<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 外定向</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（1）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 在Build RPC面板中，单击Select GCPs in Dsiplay按钮，在打开的Select GCPs in Display对话框中（图1），选择Select Projection for GCPs，设置控制点的投影参数，单击OK进入控制点选择界面（Exterior Orientation GCPs）。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

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图1 Select GCPs in Display对话框

（2）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 控制点的选择与几何校正中的选择方式一样，这里就不叙述。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（3）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 选择12个控制点，RMS控制在1个像素左右，在Exterior Orientation GCPs对话框中，选择Options-&gt; Export GCPs to Build RPCs Widget，根据控制点信息计算外方位元素。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

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图2 利用GCP计算的外方位元素

（4）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 回到Build RPC面板中，可以看到计算得到的外方位元素。单击OK按钮，出现最大与最小高程选择（Minimum Elevation、Maximum Elevation），系统会自动计算一个默认值，可通过其他途径获取图像所在地区的高程信息。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（5）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 单击OK，执行RPCs计算。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

计算得到的RPCs信息会自动保存在数据文件的头文件中（.hdr），并与图像文件相关联。

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图3 <wbr>Build RPCs参数设置结果</wbr>

第三步、执行正射校正

这一步使用Generic RPC and RSM菜单，提供两种正射纠正方法：地面控制点和无地面控制点。

（1）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 在主菜单中，选择Map-&gt;Orthorectification-&gt;Generic RPC and RSM-&gt; Orthorectify using RPC or RSM。在打开的Select File to Orthorectify对话框中选择SPOT4文件。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（2）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 在打开的Orthorectification Parameters对话框中，选择DEM文件等相应的正射校正输出参数。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

（3）<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr> 单击OK按钮，执行正射校正过程。</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

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图4 正射校正输出参数设置

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摘自《ENVI遥感图像处理方法》科学出版社2012 第三次印刷