随着空间信息科学技术的发展，遥感影像以其丰富的信息量以及直观的表达形式而越来越受到重视，并为不同领域、不同阶层的人士所利用。但由于太阳同步卫星在北半球拍摄的影像存在反立体现象，即在图像上山谷表现为山脊，而山脊则表现为山谷，河流看上去是在山脊线蜿蜒^{[1, 2]}，使遥感影像判读者不能准确判断地形，从而影响了遥感影像的广泛使用。

为解决遥感影像反立体现象给使用者带来的不便，消除遥感影像的反立体让其正立体化是必要的。Rudnicki提出的将影像旋转180°纠正反立体的方法得到了广泛应用^[3]，但这种方法纠正的结果是得到一幅上南下北的影像，这种影像与人们长期形成的上北下南的地图认知模式产生了冲突，违背了人们的认知规律，过程繁琐，给使用者在实际操作中带来诸多不便。基于DEM和IHS颜色变换的方法^[4]、SRM乘法方法^[5]、反像元值法^[1]与纯地形纠正法^[6]等纠正方法都未考虑到影像空间分辨率对反立体现象纠正效果的影响，本文在使用基于DEM和IHS颜色变换方法的基础上，对空间分辨率不同的TM影像与资源三号(ZY-3) 卫星遥感影像进行反立体现象的纠正处理。

1 研究区概况与研究方法

实验区域位于陕西省延安市安塞县南沟流域，该区黄土土层深厚，沟壑纵横，支离破碎，是黄土高原典型的丘陵沟壑区。实验基础数据为该区的1:1万的等高距为10 m的数字地形图，空间分辨率为2.1 m的ZY-3卫星遥感影像，空间分辨率为30 m的TM遥感影像。

对TM影像与ZY-3影像均进行DEM和IHS变换处理，得到两幅纠正后的正立体影像，分析比较两幅影像的纠正效果。对影像的具体处理是在ENVI和ArcGIS平台下实现的。

1) 标准假彩色合成。选取研究区遥感影像的不同波段，分别赋予红、绿、蓝等3种颜色，形成标准假彩色图像。

2) DEM制作。首先将研究区的数字地形图与遥感影像图精确配准，以遥感影像图为掩膜对数字地形图进行掩膜处理，得到与遥感影像范围相同的数字地形图。其次，利用数字等高线图在ArcGIS软件中制作GRID格式的DEM，其中GRID的栅格尺寸需与遥感影像的空间分辨率一致。

3) 阴影图制作。DEM制作完成后，即可通过DEM得到一定光照条件下的地形阴影图SR (shaded relief)。在阴影图制作过程中，需特别注意太阳高度角与太阳方位角的选取，太阳高度角应与遥感影像获取时的高度角一致，而太阳方位角则与遥感影像获取时的方位角相反，即为遥感影像方位角再加上180°。相同高度角与相反方位角的选取是为了在大致相同的光照条件下从相反的方位进行照射，从而在确保对反立体现象进行纠正的同时，使纠正后的图像与原图像拥有相近的颜色。本实验中的太阳高度角和太阳方位角分别为66°和130°，该项数据的获取可在ENVI软件中完成，即通过输入影像的获取时间，软件会自动解算出该项数据的值。SR的制作可在ArcGIS的空间分析模块中完成，即通过输入已经获取的太阳高度角与太阳方位角信息，软件会自动生成符合要求的SR。

4) IHS变换。将假彩色图像作IHS彩色空间变化，得到图像的I、H和S分量。

5) IHS反变换。用先前制作的阴影图SR代替原亮度分量I，H与S分量不变，进行由IHS到RGB空间的IHS反变换，得到纠正后的图像。

6) 不同分辨率遥感影像的处理。用上述方法将不同空间分辨率的遥感影像图做相同处理，得到同一实验区的不同遥感影像反立体纠正图。

2 实验结果与分析 2.1 结果比较

运用上述纠正方法，分别对ZY-3遥感影像与TM遥感影像进行纠正，其纠正前后的效果图如图 1~图 3所示，其中，图 1是ZY-3遥感影像纠正前后的结果；图 2是TM遥感影像纠正前后的结果；图 3是为了研究SR图对纠正效果的影响程度，而采取了将ZY-3的SR与TM的SR对调的方式对ZY-3遥感影像与TM遥感影像的纠正结果。

2.2 结果分析

1) 通过DEM和IHS颜色变换方法进行处理，两种影像的反立体现象均得到了纠正，实现了图像的正立体化。

2) 通过对图 1(b)和图 2(b)进行比较发现，ZY-3遥感影像对地形起伏变化反映较为明显，特别是对山脊线与山谷线以及山体表面的附属物有较好的区分度。而TM影像对地形起伏变化反映一般，且地物差异较小。这与影像的空间分辨率的影响有很大的关系。同时，ZY-3影像的纠正效果整体上要明显优于TM影像的纠正效果。TM影像中出现了较大面积的过矫正现象，即纠正结果中呈现白色，特别是非阴影区域的过矫正现象更为明显，而ZY-3影像仅在部分区域出现过矫正现象，阴影区域、非阴影区的灰度值差异较小，纠正结果呈现出较好的连续性与可判读性，这可能与影像获取时的光照条件以及传感器的感光范围和感光程度有关。此外，在TM影像的左下角的部分，山体表面出现了较为明显的噪声，这是因为在整个纠正的过程中要发生多次重采样，而TM影像的空间分辨率较小，即栅格尺寸较大，且实验区山体的地物比较多样，因而发生重采样时，TM影像出现较为明显的噪声。

4) 通过对图 3的比较发现，图 3(b)的整体纠正效果要优于图 3(a)的纠正效果，虽然在前文的研究方法中明确强调了遥感影像的空间分辨率要与SR的尺寸相一致，但在完成正常的实验之外还将TM与ZY-3相匹配的SR进行了对调，目的是研究SR对实验结果的影响。结果表明，SR对纠正效果有着至关重要的影响，在图 3中，TM影像的整体纠正效果要优于ZY-3影像，但与图 1 (b)比较，其纠正效果在特定地物的表现方面还稍差一些，如山谷中的河流。这是由于在实验中存在SR对I分量的替换，由于栅格单元的尺寸不一，势必要发生重采样，进而影响到影像的光谱信息，从而影响到纠正效果，因此，要求遥感影像的空间分辨率与SR的尺寸一致是十分重要的。

3 结束语

基于DEM和IHS变换方法，考虑不同空间分辨率的影响，通过对同一地区不同空间分变率遥感影像进行反立体纠正后的效果对比，可以得出如下结论：基于DEM和IHS变换的方法对不同空间分辨率遥感影像的反立体现象都有纠正作用，只是纠正效果不尽相同。在本实验中，空间分辨率较高的ZY-3影像纠正效果要比空间分辨率较低的TM影像纠正效果好。其纠正的实质是具有正立体效果的山体阴影模型SR对遥感影像中反映地物反射率信息的I分量进行替换，从而得到具有正立体效果的图像，因此在本实验中对SR的制作显得十分关键。

本文只对ZY-3影像与TM影像的纠正效果进行了对比研究，至于影像的空间分辨率究竟对影像的反立体纠正效果有何定量的影响，还有待进一步研究。