張婷婷

（遼寧省基礎(chǔ)測(cè)繪院，遼寧錦州 121003）

隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今衛(wèi)星遙感應(yīng)用已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的科學(xué)試驗(yàn)型，而是全面向服務(wù)型轉(zhuǎn)變。如何迅速、有效地完成利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)生產(chǎn)正射影像、提取影像中地理信息以及相關(guān)4D產(chǎn)品的生產(chǎn)，滿足衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在國(guó)土資源調(diào)查、災(zāi)害應(yīng)急、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)與長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)等服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，探索可持續(xù)的遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，形成科學(xué)、合理、高效的區(qū)域應(yīng)用解決方案，一直是行業(yè)亟待解決的問題。

基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的主要目標(biāo)就是根據(jù)時(shí)相要求，挑選符合年度監(jiān)測(cè)要求的高分辨率航空航天遙感影像，生產(chǎn)可做參考底圖的正射影像。接下來整合基礎(chǔ)地理信息相關(guān)數(shù)據(jù)，保證區(qū)域范圍全覆蓋，監(jiān)測(cè)內(nèi)容突出重點(diǎn)，使用統(tǒng)一的規(guī)范法規(guī)，更新上一年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。保持現(xiàn)勢(shì)性在當(dāng)年的較新水平，形成具有穩(wěn)定和權(quán)威的時(shí)間序列地理國(guó)情信息產(chǎn)品，為國(guó)家各部門以及地方政府提供數(shù)據(jù)支持，保障國(guó)家生態(tài)文建設(shè)、應(yīng)急搶險(xiǎn)、國(guó)情國(guó)力統(tǒng)計(jì)等多方面的社會(huì)服務(wù)。

一、正射影像生產(chǎn)

1.整體流程

分析搜集覆蓋任務(wù)區(qū)的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)源，綜合考慮影像時(shí)相與分辨率，收集覆蓋任務(wù)區(qū)的已有的像控成果、普查正射影像、DEM資料進(jìn)行正射影像糾正，并對(duì)全色與多光譜影像進(jìn)行融合處理，制作影像元數(shù)據(jù)，最終對(duì)成果進(jìn)行匯交（圖1）。

圖1監(jiān)測(cè)影像制作流程圖

2.資料準(zhǔn)備

首先進(jìn)行基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)備工作，收集到符合基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)實(shí)施方案規(guī)定的國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，其中包括高分二號(hào)、高景1號(hào)、資源三號(hào)等衛(wèi)星數(shù)據(jù)共504景，通過對(duì)收集到的監(jiān)測(cè)影像進(jìn)行比對(duì)分析,優(yōu)先選擇時(shí)相較好、云雪覆蓋較少的影像，測(cè)區(qū)共制作完成204景影像，，其中包括高分二號(hào)97景、高景1號(hào)衛(wèi)星78景、pléiade-1A/1B衛(wèi)星9景、高分1號(hào)衛(wèi)星5景、資源三號(hào)15景。通過對(duì)收集到的監(jiān)測(cè)影像進(jìn)行比對(duì)分析，優(yōu)先選擇時(shí)相較好、云雪覆蓋較少的影像。收集測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)測(cè)繪1:10000 DEM成果數(shù)據(jù)、外業(yè)像控點(diǎn)及0.2米分辨率影像數(shù)據(jù)，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整理。

3.空三加密

衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)根據(jù)RPC模型進(jìn)行定向，獲取數(shù)據(jù)文件夾中的RPC文件，結(jié)合外業(yè)控制點(diǎn)以及參考DOM、DEM等數(shù)據(jù)，解算影像的高精度外參數(shù)。

本項(xiàng)目利用像素工廠軟件，空三加密采取工作流與命令行結(jié)合的方式。首先對(duì)全色與多光譜影像進(jìn)行聯(lián)合空三加密，設(shè)置空三加密工作流中各個(gè)步驟的參數(shù)，包括加密點(diǎn)數(shù)量以及間隔距離等嚴(yán)格按照項(xiàng)目要求設(shè)置。利用同名點(diǎn)匹配得到影像間的連接點(diǎn)，平差方法選擇區(qū)域網(wǎng)平差的方法計(jì)算全色影像的外方位元素；其次引入控制影像資料，在保證監(jiān)測(cè)影像與普查0.2米分辨率正射影像精度套合的前提下，為提高工作效率，宜采用基于普查影像自動(dòng)匹配控制點(diǎn)的方式選取影像的控制點(diǎn)；對(duì)于加密區(qū)域特征地物較少，山地與丘陵較多的情況，會(huì)造成影像匹配困難，這時(shí)就需人工基于普查影像選取控制點(diǎn)。按照項(xiàng)目要求選取控制點(diǎn)后，將控制點(diǎn)與工作流得到的連接點(diǎn)合并行進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，平差刪除殘差大的點(diǎn)，當(dāng)精度指標(biāo)滿足要求后提交空三加密結(jié)果。

4.影像正射糾正與融合

利用原始影像、空三加密成果和DEM進(jìn)行影像的正射糾正。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)要求全色正射影像地面分辨率為1m，多光譜影像地面分辨率為4m，采用立方卷積插值重采樣方式。正射影像中拉伸和扭曲的情況不應(yīng)存在，數(shù)據(jù)應(yīng)覆蓋全部測(cè)區(qū)。影像坐標(biāo)投影方式采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的坐標(biāo)系統(tǒng)和投影方式以及分帶，正射影像中央經(jīng)線的選取按照面積最大原則，以該景影像分布面積最大的投影帶作為該景影像的投影帶。

利用正射糾正得到的多光譜與全色影像，應(yīng)輸出后進(jìn)行影像的套合檢查，為保證影像融合的精度效果，多光譜與全色影像之間的點(diǎn)位精度中誤差不應(yīng)大于1個(gè)像素，典型地物特征與地形特征不能有重影，地物不能存在模糊現(xiàn)象。如影像配準(zhǔn)精度不符合要求，應(yīng)對(duì)精度不好的部分增加控制點(diǎn)重新糾正。

利用像素工廠的影像融合工具（Pansharpening）對(duì)糾正后的全色和多光譜影像進(jìn)行融合處理，融合時(shí)遵循以下要求：

（1）保證影像的原有色調(diào)不變，在融合前對(duì)影像進(jìn)行去噪、去云霧等預(yù)處理，同時(shí)對(duì)波段進(jìn)行增強(qiáng)，使最終得到的成果影像色彩突出、地物特征清晰可見；

（2）融合影像只能夠?qū)ν恍l(wèi)星遙感影像的多光譜數(shù)據(jù)和全色波段數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并且要保證融合的數(shù)據(jù)源為正射糾正之后的成果數(shù)據(jù)；

（3）融合影像應(yīng)保證色彩自然、層次豐富，符合地物真實(shí)現(xiàn)狀并且紋理清晰，不存在影像部分發(fā)虛和重影的情況。

二、流程中存在的問題及解決方案

1.RPC參數(shù)精度問題

國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的RPC參數(shù)精度不穩(wěn)定。因此受衛(wèi)星影像RPC參數(shù)影響，在空三加密處理時(shí)很難匹配控制點(diǎn)，空三優(yōu)化困難，需要大量人工干預(yù)，耗費(fèi)大量的時(shí)間，空三精度很難控制，極大的影響了工作效率。

像素工廠處理國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星影像空三加密是基于衛(wèi)星影像有理函數(shù)模型的物方面元最小二乘匹配，用區(qū)域網(wǎng)的處理方式相對(duì)傳統(tǒng)的單景衛(wèi)星影像處理模式，大大提高了處理效率，并且提高了衛(wèi)星影像景間的接邊精度。因此，面臨上述問題，我院在基于像素工廠的空三加密處理進(jìn)行優(yōu)化。

（1）改變控制點(diǎn)匹配策略

針對(duì)RPC精度不好的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，改變控制點(diǎn)匹配策略，因有偏差較大的影像能達(dá)到一兩千米甚至幾千米，因此經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，先在測(cè)區(qū)周邊布控幾個(gè)控制點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)化處理，使整體精度有所改善，再設(shè)置密集的匹配間隔，有些山區(qū)或者地物相近的區(qū)域內(nèi)最好不要更改相似度設(shè)置，否則會(huì)匹配出好多錯(cuò)點(diǎn)，影響空三質(zhì)量。

（2）修改sigma權(quán)重

sigma是像素工廠的空三模型文件，每一個(gè)類型的傳感器有一個(gè)對(duì)應(yīng)格式的sigma文件。sigma是對(duì)飛行過程的模擬，分解了外方位元素和內(nèi)方位元素的誤差分布（RPC除外）。sigma是每一次用點(diǎn)文件gcp優(yōu)化時(shí)，與group文件配合使用，sigma給出了每張影像由*_init初始姿態(tài)優(yōu)化到*_opt優(yōu)化后姿態(tài)的優(yōu)化參數(shù)權(quán)重建議值。因此根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)其參數(shù)值也會(huì)有所不同。

2.影像融合

測(cè)區(qū)內(nèi)所利用影像由2018年10月至2019年7月，部分影像中有少量積雪，植被由黃色進(jìn)入綠色，植物覆蓋密度也逐漸增加，部分影像存在薄云薄霧。目前像素工廠采用Pansharp融合方法進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合，可適當(dāng)調(diào)整多光譜各波段的占比，獲得不同的圖面顯示效果。選擇將近紅外波段的信息加入到綠色波段，植被類的地物信息將顯得更加豐富。

通過實(shí)驗(yàn)，根據(jù)衛(wèi)星影像時(shí)相，可適當(dāng)添加5%～20%近紅外到綠色波段，使植被等地物色彩飽和更加自然。

對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行勻色，一般采用單景勻色或鑲嵌后整體區(qū)域影像進(jìn)行勻色。在保證單景影像質(zhì)量較好的前提下，才能使鑲嵌后的整體影像勻色獲得較好的勻色效果，由于衛(wèi)星類型不同且時(shí)相不一致，大部門生產(chǎn)中會(huì)遇到單景影像質(zhì)量參差不齊的情況，建議采用單景勻色后再鑲嵌，對(duì)于像素工廠而言，一定要保證快視影像的質(zhì)量，才能獲得更佳的整體區(qū)域內(nèi)的影像勻色效果。

影像勻色主要選擇對(duì)霧氣去除、色彩均衡、條紋去除、植被增強(qiáng)等方面進(jìn)行調(diào)整。重點(diǎn)處理影像中存在的霧氣、色彩不統(tǒng)一及存在干涉條紋等問題，處理后對(duì)影像顯示效果會(huì)有一定的提高。

三、結(jié)論

通過研究像素工廠生產(chǎn)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)影像，解決在2019年遼寧省基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)正射影像生產(chǎn)中遇到的工期短、衛(wèi)星影像RPC精度差、影像數(shù)據(jù)量大等問題，為遼寧省基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)外業(yè)核查、內(nèi)業(yè)編輯與整理提供高精度的影像底圖基礎(chǔ)。通過對(duì)生產(chǎn)流程中步驟及參數(shù)的優(yōu)化，為其他同類型的影像生產(chǎn)項(xiàng)目提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。