【ENVI入门系列】06.自定义RPC文件图像正射校正

1. 概述

2. 详细操作步骤

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	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。
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	常见相机和传感器的像素大小见下表。
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)