光学遥感常用基础知识-V1.0-20110314.doc

光学遥感常用基础知识1. 遥感与摄影测量概述l 遥感 Remote Sensing遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。l 遥感的分类（1）按遥感平台分地面遥感：传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。航空遥感：传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等。航天遥感：传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等。光学和雷达都属于航天遥感范畴。航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。（2）按传感器的探测波段分紫外遥感：探测波段在0.050.38m之间。可见光遥感：探测波段在0.380.76m之间。因受太阳光照条件的极大限制，加之红外摄影和多波段遥感的相继出现，可见光遥感已把工作波段外延至近红外区（约0. 9m）。在成像方式上也从单一的摄影成像发展为包括黑白摄影、红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影及多波段摄影和多波段扫描，其探测能力得到极大提高。因此我们常见的光学遥感属于可见光遥感范畴。红外遥感：探测波段在0.761000m之间。微波遥感：探测波段在1mm10m之间。雷达属于微波遥感范畴。多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分为若干窄波段来探测目标。（3）按传感器类型分主动遥感：主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。我们常用的雷达属于主动遥感范畴。被动遥感：被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。我们常用的光学属于被动遥感范畴。（4）按记录方式分成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像。非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。（5）按应用领域分可分为环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等等。l 遥感平台 Platform搭载传感器的工具。l 摄影成像摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影则通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转化，以数字信号来记录物体的影像。l 扫描成像扫描成像是依靠探测元件和扫描镜头对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。其探测波段可包括紫外、红外、可见光和微波波段，成像方式分为电子扫描成像、光学机械扫描成像、固体扫描成像三种。目前光学卫星常见的成像方式是固体扫描成像。固体扫描是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。 l 电子耦合器件CCD目前固体扫描成像常用的探测元件是电子耦合器件CCD。CCD是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件。具有感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、灵敏度高、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点。l 微波遥感与成像微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术。微波遥感具有能全天时全天候工作、对某些地物具有特殊波谱特征、对冰雪森林土壤具有一定穿透能力、对海洋遥感具有特殊意义等特点。微波遥感的工作方式分主动式（有源）和被动式（无源）两大类。我们常接触到的合成孔径雷达属于主动式微波遥感。l 合成孔径雷达 SAR合成孔径雷达SAR即Synthetic Aperture Radar的缩写。合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。l 摄影测量学 Photogrammetry摄影测量的含义是基于像片的量测。传统摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科和技术。l 摄影测量学分类根据摄影时摄影机所处的位置的不同，摄影测量学可分为：地面摄影测量、航空摄影测量和航天摄影测量。根据应用领域的不同，摄影测量学可分为：地形摄影测量与非地形摄影测量两大类。根据技术处理手段的不同（也是历史阶段的不同），摄影测量学可分为：模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量。2. 遥感产品基本概念l 4D产品是指DEM、DOM、DLG和DRG。l 数字高程模型 Digital Elevation Model，缩写DEM数字高程模型是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作DOM的基础数据。l 数字正射影像图 Digital Orthophoto Map ，缩写DOM数字正射影像图是对航空（或航天）像片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。l 数字线划地图 Digital Line Graphic，缩写DLG数字线划地图是与现有线划基本一致的各地图要素的矢量数据集，且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。数字线划地图的内容包括行政界线、地名、水系、交通网、等高线、高程注记点、地图数学基础等等。l 数字栅格地图 Digital Raster Graphic，缩写DRG数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品，是根据现有纸质、胶片等地形图经扫描和几何纠正及色彩校正后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格数据集。简单理解，DRG是DLG的栅格表现形式。l 数字地形模型 Digital Terrain Model，缩写DTM数字地形模型是利用大量选择的已知X、Y、Z坐标点，对连续地面的一个简单统计表示。或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。DEM与DTM的区别：除了平面坐标，DEM栅格结点的属性只包含海拔高度，DTM不仅包含海拔高度，还包含其他的地表形态属性，如坡度、坡向等。l 数字建筑高度模型 Digital Height Model，缩写DHM数字建筑高度模型展示城市建筑物高度信息。l 数字表面模型 Digital Surface Model，缩写DSM数字表面模型是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。DSM不仅涵盖了高程信息以及其它地表信息，还包含了建筑物高度信息。DSM=DHM+DTM。l 数字真正射影像图 True Orthophoto，缩写TDOM数字真正射影像是基于DSM对高重叠率的遥感影像进行纠正而获得。真正射影像的效果是一种垂直视角的观测效果，避免了一般正射影像在同一区域向不同方向倾斜的弊端。3. 与遥感影像相关的常见概念l 矢量数据结构矢量也叫向量，数学上是指具有大小和方向的量。矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。我们所说的DLG即是矢量数据结构，我们工作中常见的矢量格式有*.shp、*.tab等。l 栅格数据结构栅格数据结构是指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。每个网格即为一个像素。我们常说的DOM、DEM、DRG、DTM、DSM，以及我们所分发的个卫星原始数据均是栅格数据结构，我们工作中常见的栅格格式有*.img、*.tif、*.ntf、*.pix等。l 像素 Pixel像素也称像元，是构成影像的最小单位。l 空间分辨率 Resolution图像的空间分辨率是指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。如GeoEye-1的全色波段空间分辨率为0.41m，一个像素代表地面0.41m0.41m。原始数据或产品空间分辨率（星下点）GeoEye-1全色：0.41m多光谱：1.65mIKONOS全色：0.82m多光谱：3.2mIRS-P5前视：2.187m后视：2.452mRapidEye6.5mImage Earth-l 采样 & 采样间隔像片上的像点是连续分布的，但在影像数字化过程中不可能将每一个连续的像点全部数字化，而只能每隔一个间隔读一个点的灰度值，这个过程称为采样。相邻两次采样间的时间间隔或空间间隔即为采样间隔。l 地面采样间隔 Ground Sampling Distance，缩写GSD地面采样间隔是相邻像素中心的距离。地面采样间隔受限于空间分辨率。原始数据或产品地面采样间隔正射影像采样为GeoEye-1全色：0.5m多光谱：2m0.5mIKONOS全色：1m多光谱：4m1mIRS-P52.5m2.5mRapidEye6.5m5mImage Earth-2.55ml 波谱分辨率 Spectral Range波谱分辨率是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，波谱分辨率越高。原始数据或产品波谱分辨率GeoEye-1全色：450-800nm蓝：450-510nm绿：510-580nm红：655-690nm近红外：780-920nmIKONOS全色：526-929nm蓝：445-516nm绿：506-595nm红：632-698nm近红外：757-853nmIRS-P5500-850nmRapidEye蓝：440-510nm绿：520-590nm红：630-685nm红边：690-730nm近红外：760-850nmImage Earth-l 波段 Band在指定的最低波长与最高波长之间的波长范围。我们常说的波段就是指卫星影像所包含的波谱。原始数据或产品波段情况GeoEye-11个全色波段和蓝、绿、红、近红外4个多光谱波段IKONOSIRS-P51个全色波段RapidEye蓝、绿、红、红边、近红外5个多光谱波段Image Earth蓝、绿、红3个波段l 全色 Panchromatic全色波段，一般指使用0.5微米到0.75微米左右的单波段，即从绿色往后的可见光波段。由于是单波段影像，全色影像在图上显示是灰度图片。全色遥感影像一般空间分辨率高，但无法显示地物色彩。 实际操作中，我们经常将全色影像与多光谱影像融合处理，得到既有全色影像的高分辨率，又有多光谱影像的彩色信息的影像。l 多光谱 Multispectral多波段遥感又称多光谱遥感，是利用具有两个以上波谱通道的传感器对地物进行同步成像的一种遥感技术，它将物体反射或辐射的电磁波信息分成若干波谱段进行接收和记录。我们常说的多光谱是指蓝（blue）、绿（green）、红（red）、红边（red edge）、近红外（Near Infra-red，缩写NIR）等波段。l 真彩色合成 True Color根据彩色合成原理，可选择同一目标的单个多光谱数据合成一幅彩色图像，当合成图像的红绿蓝三色与三个多光谱段相吻合，这幅图像就再现了地物的彩色原理，就称为真彩色合成。l 假彩色合成 False Color根据加色法彩色合成原理，选择遥感影像的某三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种原色，就可以合成彩色影像。由于原色的选择与原来遥感波段所代表的真实颜色不同，因此生成的合成色不是地物真实的颜色，因此这种合成叫做假彩色合成。我们多用的假彩色合成方式为近红外、红、绿组合。l 辐射分辨率 Dynamic Range辐射分辨率，即我们常说的量化值，也称动态范围，是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。原始数据或产品辐射分辨率GeoEye-111bitIKONOS11bitIRS-P510bitRapidEye12bitImage Earth8bitl 时间分辨率 Revisit Time时间分辨率是指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。原始数据或产品重访周期GeoEye-13天IKONOS3天IRS-P55天RapidEye每天Image Earth-l 时相所谓时相就是指时间段。l 世界标准时间 Coordinated Universal Time，缩写UTC世界标准时间又称格林尼治时间，是经度零度即子午线时间。我们影像元文件中记录的拍摄时间均为UTC时间。北京时间比格林尼治时间早8小时，即：北京时间=世界时+8小时。l 幅宽与标准景面积 Swath Width & Nominal Scene Size我们经常接触到的幅宽是指卫星扫描成像时纬向的有效宽度。我们所代理卫星的标准景面积除IRS-P5外均约为幅宽幅宽。原始数据或产品幅宽标准景面积GeoEye-115.2km约231km2IKONOS11.3km约121km2IRS-P5前视：26.24km后视：29.42km前视：26km30km约780km2后视：29km30km约870km2RapidEye77km约5929km2Image Earth-l 侧视角侧视角度是以卫星为中心的表示卫星星下点到地面的线与卫星观测入射线之间的夹角。l 采集高度角采集高度角是以采集目标为中心的表示地平线与卫星观测入射线之间的角度。不考虑地球曲率，侧视角度与采集采集高度角互为余角。侧视角度越大或采集高度角越小，空间分辨率越低。l 采集方位角影像中心扫描（线）方向与中心处真北方向夹角，顺时针为正。l 太阳高度角对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，专业上讲太阳高度角是指某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角。l 太阳方位角太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。l 我们代理的各个卫星角度参数列表每景影像的各个角度参数记录在元文件中。原始数据或产品各个角度参数GeoEye-1Nominal Collection Azimuth：采集方位角Nominal Collection Elevation：采集高度角Sun Angle Azimuth：太阳方位角Sun Angle Elevation：太阳高度角IKONOSIRS-P5Sun Azimuth：太阳方位角Sun Elevation：太阳高度角Satellite Heading：传感器角度，即采集方位角Angle Incidence：接收倾角，即侧视角RapidEyeIllumination Azimuth Angle：太阳方位角Illumination Elevation Angle：太阳高度角Azimuth Angle：采集方位角Space Craft View Angle：卫星侧摆角度，即侧视角Image Earth-l 立体像对 Stereo卫星同轨或异轨采集的满足一定角度要求并且相互重叠的两个单片影像，可以用来进行摄影测量处理、生成DEM、三维建模等处理。原始数据或产品是否可以订购立体数据GeoEye-1是IKONOS是IRS-P5是RapidEye理论上可以，但一般没有客户订购Image Earth否l 立体夹角GeoEye系列卫星每个立体像对包含一个采集高度角较低（大于60）的单片和一个采集高度角较高（大于72）的单片，两片影像之间的收敛角介于3045。IRS-P5卫星两景单片采集高度角均约为60。l 基高比基高比是摄影基线长度与摄站高度之比。摄影基线是多站摄影时，遥感器连续两次曝光瞬间镜头中心间的距离，一般由曝光时间间隔来控制。摄站高度系镜头中心沿铅垂线到地面的距离，即相对航高。基高比决定相邻影像在航向上的重叠度。基高比越大，航向重叠越小，反之重叠度越大。而影像航向重叠越大，立体观测和高程量测精度越低。重叠度大，相邻两幅影像组成立体像对时构成的立体模型，其垂直比例尺夸大不明显，亦即立体效应差，影响观测。原始数据或产品基高比GeoEye-10.540.87IKONOS0.540.87IRS-P50.62RapidEye-Image Earth-l 航向重叠 & 旁向重叠同一条航线内相邻像片之间的影像重叠成为航向重叠。相邻航线的重叠成为旁向重叠。4. 数据订购常见概念l 存档 ArchiveGeoEye单片存档数据指采集91天后的数据，GeoEye立体数据存档和编程价格一样；其他的数据采集第二天开始即为存档数据。l 编程 New Collections当存档数据时相或质量不能满足要求时，需要卫星新采集数据。l 客户感兴趣区域 Area Of Interest，缩写AOI客户想要购买影像的区域。AOI一般提供经纬度坐标、WGS84格式的shapefile文件。无论编程预测还是数据订购，GeoEye要求AOI的shp矢量少于50个点，其它卫星厂商无具体要求。l 编程预测卫星运营商根据客户需求的范围大小、时间、地理位置、历史气象条件、竞争关系等对编程采集进行的可行性评估，是一个动态的过程，作为确定采集时间或价格的依据，有效期一般为1个月。l 编程订单终止编程订单到了结束时间，需要邮件要求卫星运营商终止，否则一些系统将继续采集。l 加急编程为了提高GeoEye订单的优先级别，每个独立的AOI需要38000元加急编程费，订单取消时，该费用不退。l 捆绑 BundleGeoEye系列卫星订购时经常会遇到捆绑订购的概念，即是指全色+多光谱波段一起订购。l 彩色 ColorGeoEye系列卫星订购时可以订购彩色影像，即融合好的数据。GeoEye可以免费进行数据融合处理，提供给客户4波段彩色影像/3波段真彩色/3波段假彩色等多种选择。但融合后影像像素灰度值可能发生改变，对于需要进行光谱分析的客户并不适用。彩色模式适用于不想自己进行融合处理的客户，但目前订购彩色模式的客户较少。l 云量标准云量一般为20%，不论云落在什么地物上，GeoEye公司云和雪分别评估，RapidEye公司雪和云一起评估。l 无云无雪区GeoEye订单每个独立的AOI可以要求2*2公里的无云无雪区，连同订单一起提供经纬度坐标、WGS84格式的shapefile文件即可。l 分批交货GeoEye订单而言，当采集时间由GeoEye公司指定时，到期没有完成采集，我们可以不接收已经采集到的数据；当采集时间由客户指定时，GeoEye公司将会把采集到的数据分批交付，到期客户需要支付收到货的款项。l 采集特殊要求每种卫星都有标准产品的指标参数，当客户有特殊要求时，一般通过支付特殊要求的费用来调节，具体细节可以咨询订单专员。l 坐标系统 Coordinate System确定地面点与空间目标位置所采用的参考系称为坐标系。坐标系的种类很多，与测绘密切相关的有地理坐标系和平面坐标系等。地理坐标系：地理坐标系是用经纬度表示地面点位置的球面坐标系。我们所有数据查询和下订单，都需要提供经纬度坐标系统表示的AOI。平面坐标系：将地球椭球体面上的点投影到平面（地图）上时，通常使用平面坐标系，即平面极坐标系和平面直角坐标系。地图投影是地球曲面与地图平面间点与点的对应数学关系。高程系：由高程基准面起算的地面点的高度称为高程。一般一个国家只采用一个平均海水面作为统一的高程基准面，由此高程基准面建立的高程系统称为国家高程系，否则称为地方高程系。 1985年前，我国采用“1956年黄海高程系”，1985年开始启用“1985国家高程基准”。原始数据或产品数据订购坐标系统数据发货坐标系统GeoEye-1经纬度有多种选择，一般选择UTMIKONOSIRS-P5经纬度经纬度RapidEye经纬度经纬度Image Earth经纬度经纬度l 投影 Projection要想将地球表面上的点转移到平面上去，则需要采用一定的数学方法来确定其地理坐标与平面坐标之间的关系。这种在球面与平面之间建立点与点之间对应关系的数学方法，称为地图投影。我们常见的地图投影有：UTM（Universal Transverse Mercator，通用横轴墨卡托投影）、北京54、西安80等。GeoEye-1和IKONOS立体产品订购时可提供地图投影和核线投影。地图投影产品，是独立的两景立体像对，采用UTM地图投影WGS84基准面。该产品可以直接用于立体测图，其显著的优点是采集的整个立体条带作为一个像对，不用分幅处理，这样一个像对就可以覆盖很大的地面范围，面积可以达到上千平方公里，在区域平差时只需要少数的连接点与控制点，且当大区域测图时需要的接边工作也很少。缺点是一些应用程序不能直接处理地图投影产品，须把它转换成核线影像。核线投影产品就是该数据在出厂时按照核线方向重排影像。这种情况下，应用程序可以直接定向建模，进而提取DEM或实现立体测图。但为了确保核线影像的重排精度，该类数据在出厂时，覆盖面积受到限制，一般不能大于200km2。核线影像一般是立体条带数据按照一定规则分块裁切，之后再进行核线重采样得到的，它大致相对于原数据右旋了90，且为了保证分块影像数据接边的立体重叠，造成了较大的数据冗余。这样，对于一个不规则的大面积测区，数据量可能会成倍增加，而且区域平差时也需要更多的连接点与控制点，测图时还不得不频繁处理接边问题。GeoEye提供的核线投影数据为Epipolar WGS84 TIF6.0格式，可根据用户需求在下订单时进行选择。l 基准面 Datum基准面即为观测的起算面。我们常用的基准面是全球WGS84基准面，全称为World Geodetic System 1984。l 动态范围调整 Dynamic Range Adjustment，缩写DRA动态范围调整是一种对比度拉伸增强方法，目的是为了提高影像目视分析效果。订购高分辨率卫星影像时，可以选择是否做动态范围调整。选择“是”，将做动态范围调整，以增强视觉效果；选择“否”，将提供保持绝对辐射精度全范围用于科学分析的产品。如果客户没有特别要求，一般我们选择“否”。l 元数据文件我们订购的原始数据文件夹中除了包含影像图像之外，还包括元数据文件等辅助数据文件。元数据文件中记录了订单参数、原始影像参数以及产品文件描述等。订单参数包括AOI、光谱波段、坐标系统。原始影像描述包括获取时间、太阳高度角、拍摄几何参数等等。产品文件描述包括地理编码、光谱波段以及覆盖区等等。GeoEye-1和IKONOS数据元文件为*_metadata.txt。IRS-P5数据元文件为*_MET.TXT。RapidEye数据元文件为*_metadata.xml。其中，RapidEye数据元文件较大，打开较慢。GeoEye-1、IKONOS以及RapidEye原始数据文件夹中的其它辅助数据还包括：许可文件、shape文件、快视图等。5. 数据生产常见概念l DEM、DOM、DLG生产流程客户经常需要进行3D产品的生产，3D产品生产的总体流程如下：l 我们常用的软件我们常见的ArcGIS、MapInfo、GeoWay、GeoMedia等属于GIS软件，多用于矢量数据制作、矢量与栅格数据套合、空间分析等方面。ERDAS、ENVI、PCI等属于遥感软件，多用于栅格数据查看与生产、失栅套合等方面。ImageInfo（PixelGrid、FeatureStation）、VirtuoZo、JX-4、DPGrid等属于摄影测量软件。像素工厂属于海量数据处理软件。但这些软件之间也穿插一些跨界的功能，如ERDAS LPS模块也能进行摄影测量处理，ImageInfo、PCI GXL也能进行海量数据处理等等。l 立体测图根据单张像片只能确定地面某个点的方向，不能确定地面点的三维空间位置，而有了立体像对则可构成与地面相似的立体模型，解求地面点的空间位置，从而获取地面的三维信息。立体测图是指利用摄取的立体像对，进行相对定向、绝对定向或空间后方交会、空间前方交会，可重建地面按比例尺缩小的立体模型。在模型上进行量测，可直接测绘出符合规定比例尺的地形图，获取地理基础信息。立体测图的方法可以分为模拟法立体测图、解析法立体测图、数字化测图三种。我们目前接触到的大多为数字化测图。数字化测图是指利用数字灰度信号，采用数字相关技术量测同名像点，在此基础上通过解析计算，进行相对定向和绝对定向，建立数字立体模型，从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作正射影像图以及为地理信息系统提供基础信息等。l 空中三角测量在双像解析摄影测量中，每个像对都要在野外测求4个地面控制点，这样外业工作量太大，效率不高。空中三角测量即我们常说的空三加密，就是在一条航带十几个像对，或几条航带构成的一个区域网中，测少量外业控制点，在内业用摄影测量的方法加密出每个像对所需要的控制点，然后用于测图。l 区域网平差测量平差是指采用一定的估算原理处理各种测量数据，求得待定量最佳估值并进行精度估计的理论和方法。区域网平差，也称为区域网空中三角测量，是利用多条航线构成的区域进行整体平差的空中三角测量平差方法。它在运算中不仅可以处理偶然误差，而且也可以处理系统误差，有的程序还包括有自动剔除部分粗差的功能，有的还可进行摄影测量观测值和大地测量观测值及其他辅助数据的联合平差等。l 生成核线影像生成核线影像，在立体测图过程中叫做立体像对的相对定向，也就是核线重采样。通过摄影基线与任一地面点所组成的平面称为核面。核面与像平面的交线称为核线。对左右原始影像沿核线方向保持X不变，在Y方向进行核线重采样，这样生成的核线影像，恢复了卫星采集时像对的位置关系，同时保持原始影像同样的信息量和属性。利用立体像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型，计算出模型点的空间坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放，把模型纳入到规定的地面坐标系统之中，解求出地面目标的绝对空间坐标。l DEM提取DEM提取主要包括数据采集、数据处理与应用几个部分。数据采集是获取建立DEM所需的基础数据，即数据点。数据处理是以数据点为依据，用某种数学模型拟合地表面，进行内插加密计算，以获得符合要求的DEM。l 免费的DEM：SRTM & ASTERSRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。此数据产品2003年开始公开发布。SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前公开数据为90米分辨率的数据）。ASTER GDEM于2009年6月免费发布，是全球30米分辨率数字高程数据产品。其值域范围为-1528806米。l 等高线绘制等高线是地图上地面高程相等的各相邻点所连成的曲线，属于矢量数据结构。根据DEM绘制等高线，主要包括两个步骤：一，利用DEM的格网点高程，内插出格网边上的等高线点的位置，并将这些等高点按顺序排列。二，利用这些顺序排列的等高线点的平面坐标进行插补，即进一步加密等高线点，并绘制成光滑的曲线。这些工作都是有计算机完成的。l 波段组合将相同区域、相同大小、相同采样间隔的多个多光谱文件组合成一个文件，以便进行数据分析、融合等处理。l 几何校正当遥感图像在几何位置上发生了变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等畸变时，即说明遥感影像发生了几何畸变。消除几何畸变有多种校正方法：多项式模型、有理函数模型、严格物理模型。几何校正后的图像由等间距的各网点组成，且以地面为标准，符合某种投影的均匀分布。校正的最终目的是确定校正后图像的行列数值，然后找到新图像中每一像元的亮度值。多项式模型用来纠正控制点处的平面变形，不考虑地面高差，适合于在地面平坦，不需要考虑高程信息，或地面起伏较大而无高程信息，以及传感器的位置和姿态参数无法获取的情况时应用。有理函数模型（Rational Function Model，RFM）可以描述像点坐标与其对应的地面点坐标之间的变换关系，在影像供应商不提供卫星和传感器参数，没有严格物理模型可用的情况下，使用有理函数模型进行几何校正是最佳选择。严格物理模型被认为是最佳的影像正射校正方法，它能很好的反映影像获取时的几何关系（卫星平台+传感器+地球+地图），可以校正由于卫星平台、传感器、地球以及地图投影引起的各种误差。l 正射校正正射校正是正射处理级几何校正，它的校正模型考虑了成像条件引起的影像内部几何变形，同时考虑了影像的投影系统，先验的“系统数据”如卫星星历参数、姿态等，同时还使用外部数据即少量的地面控制点GCP，另外还使用数字地面高程模型DEM来消除因地形起伏导致的“视差”。我们代理的GeoEye-1、IKONOS、IRS-P5、RapidEye都是通过有理函数模型进行正射校正的。使用有理函数模型进行正射校正需要三要素：RPC、DEM、GCP。l 有理多项式系数 rational polynomial coefficient，缩写RPC，有理函数模型（RFM）使用RPC记录像点坐标与其对应的地面点坐标之间的变换关系。RPC参数通过纠正GCP处的误差，来满足正射校正精度要求。我们常用的RPC都是*.txt格式。注意RapidEye数据的RPC包含在NITF影像文件中，如客户需要进行正射校正，则应在数据发货前与订单同事沟通，请其进行RPC生产。l 地面控制点 ground control point，缩写GCP几何校正的第一步便是位置计算，这时必须已知控制点坐标。控制点的要以配准对象为依据。以地面坐标为匹配标准的，叫做地面控制点。GCP的来源有数字栅格地图、数字正射影像、数字线划地图或者GPS外业测量等。GCP的类型有平高点、平面点、高程点、检查点、连接点。l 定位精度定位精度是指空间实体位置信息（通常为坐标）与其真实位置之间的接近程度。在几何校正中，没有GCP参与即为无控，有GCP参与即为有控。无控定位精度取决于卫星本身的GPS定位技术、恒星跟踪技术等等。有控定位精度除了取决于卫星本身的参数外，还与GCP和DEM的精度有关。目前精度常用RMSE（均方根误差）或CE90（90%置信度圆误差平面精度）/LE90（90%置信度圆误差立体精度）表示。（1）GeoEye-1和IKONOS官方给出的无控和有控定位精度如下：原始数据或产品IKONOSGeoEye-1无控GeoTM15m CE905m CE90GeoStereoTM15m CE9022m LE904m CE906m LE90有控GeoProfessionalTM Precision4 m CE904 m CE90GeoStereoTM Precision4m CE906m LE902m CE903m LE90无控方面：GeoTM和GeoStereoTM产品精度指RPC相机模型精度，不包括由于地形影响造成的偏移，国内用户常使用这两个级别的产品。有控方面：GeoProfessionalTM Precision和GeoStereoTM Precision产品是使用美国的控制资料进行生产的，国内用户的控制资料精度一般都会好于美国，因此国内用户进行有控生产的精度一般都会高于上表。也就是我们请国内权威机构进行过的试验，加入一个控制点，GeoEye-1的平面和立体精度都优于0.5m。不过需要注意的是，由于GCP布设、作业员操作等因素的影响，用户在生产中的精度往往达不到试验的结果。（2）Antrix并没有给出过官方宣传的IRS-P5立体影像的无控和有控定位精度。根据印度遥感所等多方面的报告以及多家生产单位以往的生产经验，无控情况下，IRS-P5立体像对的平面精度为200m左右，高程精度为100m左右；有控条件下，IRS-P5立体像对的平面精度可达3m左右，高程精度基本也可达到3m左右。（3）RapidEye官方给出的无控和有控定位精度如下：原始数据或产品精度情况无控1BRapidEye基础产品卫星在轨姿态与星历信息记录在数据中。无控定位精度可达21m RMSE（45m CE90）。有控3ARapidEye正射产品使用DTED level 1 SRTM DEM（或精度更高的DEM数据）以及适当的地面控制点进行正射校正。正射产品精度可达到6m 1-sigma（12.7m CE90）。国内客户一般购买1B级别的产品。国内客户的控制资料一般高于3A产品所使用的，因此有控精度可能略高于上表。（4）Image Earth产品的精度可达到15-20m RMSE，因地形不同而异。l 比例尺 Scale影像上一段距离和地面上相应距离之比。地面分辨率越高，比例尺越大，有利于影像的解译和提高成图的精度。比例尺受限于地面采样间隔，同时测绘国家标准中也对各比例尺的中误差做了规定。我们代理的产品所能满足的比例尺如下表所示，制图比例尺是指用于DOM制作、地图更新、专题地物信息提取等工作的比例尺，多是指单片产品；测图比例尺是指3D产品生产等基础测绘工作所满足的比例尺，多是指立体产品。原始数据或产品适应制图比例尺适应测图比例尺GeoEye-11:20001:50001:50001:10000IKONOS1:50001:100001:10000IRS-P51:100001:250001:250001:50000RapidEye1:250001:50000-Image Earth1:250001:50000-l 配准图像配准是指将不同时间、不同传感器或不同条件下（天气、气候、照度、摄像位置和角度等）获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程。我们常遇见的配准多指不同源的数据融合前，将全色和多光谱的同名地物进行匹配。l 融合遥感影像融合是将多源信道所采集的关于同一目标的图像经过一定的图像处理，提取各自信道的信息综合