張靜

在基礎(chǔ)性工作地理國情監(jiān)測(cè)當(dāng)中，通過采集并整理分析數(shù)據(jù)，從而制作正射影像是十分重要的工作內(nèi)容。本文通過分析像素工廠處理系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點(diǎn)，以某測(cè)區(qū)項(xiàng)目為例，進(jìn)一步分析了基于像素工程的地理國情正射影像制作流程，最后還分析了制作正射影像過程中遇到的難題與處理方法，便于為實(shí)際工作提供參考。

近些年間，對(duì)遙感影像和航空攝影影像的處理工作常常會(huì)運(yùn)用到像素工廠，正射影像是一種基礎(chǔ)的測(cè)繪產(chǎn)品，主要被用作地理地圖，為得到高精度、直觀的正射影像，使用像素工廠生產(chǎn)也是一種有效手段?；诖耍疚膶?duì)以像素工廠為基礎(chǔ)的地理國情正射影像制作工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

一、像素工廠特點(diǎn)

像素工廠是一種對(duì)遙感影像進(jìn)行自動(dòng)化處理的系統(tǒng)，其集合了并行處理特點(diǎn)、多種影像兼容特點(diǎn)、自動(dòng)化特點(diǎn)以及遠(yuǎn)程管理特點(diǎn)等，是當(dāng)前遙感影像數(shù)據(jù)處理的一項(xiàng)主要技術(shù)，其適合于許多類型的傳感器影像資料處理工作。像素工廠的優(yōu)點(diǎn)可總結(jié)為以下幾點(diǎn)，一是空三解算能力比較高，與一些傳感器所自帶的空三解算功能相比，使用像素工廠進(jìn)行空三解算的速度有所提升，比如說處理分辨率為0.2 米的1000 平方千米區(qū)域影像，實(shí)際所用時(shí)間相對(duì)較短；二是在DSM 的計(jì)算方面，具有快速且自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用相應(yīng)的運(yùn)算技術(shù)不需進(jìn)行人工計(jì)算操作，就能夠完整進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算的分辨率最高為一個(gè)像素，精度也是比較高的；三是從DSM 編輯到DEM 具有較為成熟的水平，比如對(duì)于地面物體的濾除處理主要是采用自動(dòng)濾波技術(shù)，外加上點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，當(dāng)處于二維的環(huán)境狀態(tài)時(shí)，可以人工進(jìn)行編輯與檢查，這與傳統(tǒng)的編輯方式有所不同，具有速度較快、效率較高的特點(diǎn)；四是影像鑲嵌較為高效，影像鑲嵌需要對(duì)拼接線進(jìn)行計(jì)算，而這個(gè)過程需運(yùn)用DEM 與DSM 數(shù)據(jù)，確保航帶的拼接線能夠切實(shí)將地面建筑物繞開；五是影像處理具有勻光和勻色特點(diǎn)，像素工廠可以生成縮小的快視圖，以便于作業(yè)人員對(duì)其開展整體調(diào)色工作，因此最后獲得的影像效果也是色彩一致，達(dá)到美觀的程度，這一優(yōu)點(diǎn)也使得像素工廠被推廣運(yùn)用。

除了以上分析的優(yōu)勢(shì)外，像素工廠也存在一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致使用該系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星影像處理時(shí)會(huì)遇到一些問題，可進(jìn)行對(duì)應(yīng)性解決。比如說實(shí)際生產(chǎn)出的分幅影像有時(shí)會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)值少了約一個(gè)像素，在輸出數(shù)據(jù)大小方面也是存在限制，許多衛(wèi)星影像在導(dǎo)入時(shí)必須要裁切為小塊形式，給處理增添了不少工作量，像素工廠還存在著維護(hù)管理費(fèi)用比較高的特點(diǎn)，且后續(xù)使用進(jìn)行升級(jí)也十分麻煩，實(shí)際操作雖具有較高的執(zhí)行效率，但上手是不容易的。

二、項(xiàng)目概況與衛(wèi)星影像資料

1.項(xiàng)目概況

本次研究項(xiàng)目在地理國情普查的范圍之內(nèi)，包括了一個(gè)市的行政區(qū)，其具體地理位置為東經(jīng)111°53′-113°34′之間，北緯39°05′-40°17′，該區(qū)域的總面積約為1.07 萬平方公里，包括了兩個(gè)區(qū)及四個(gè)縣，共1688 個(gè)行政村單位，人口數(shù)量約為170 萬。

2.衛(wèi)星影像資料

根據(jù)傳感器類型的不同，衛(wèi)星影像資料包括以下幾種類型。一是傳感器，獲得的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)包括：?jiǎn)尉胺鶎挾戎禐?6.5 千米，其多光譜波段數(shù)量為4 個(gè)，全色波段數(shù)量為1 個(gè)，其中多光譜波段的空間分辨率為2.44 米，而全色波段的空間分辨率為0.61 米。二是WorldView-1 類型的傳感器，獲得的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)包括：?jiǎn)尉胺鶎挾戎翟?6 千米以上，無多光譜波段，只有一個(gè)全色波段，該波段的空間分辨率值為0.5 米。三是WorldView-2 類型的傳感器，獲得的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)包括：?jiǎn)尉胺鶎挾戎翟?6.4 千米以上，包含了4 個(gè)多光譜波段和1 個(gè)全色波段，其中多光譜波段的空間分辨率值為2 米，全色波段的空間分辨率值為0.5 米。四是GeoEye-1 類型的傳感器，獲得的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)包括：實(shí)際幅寬值約為15.2 千米，包含了4 個(gè)多光譜波段和1 個(gè)全色波段，其中多光譜波段的空間分辨率值為2 米，全色波段的空間分辨率值為0.5 米。

三、基于像素工廠的地理國情正射影像制作分析

1.空三加密

在本次項(xiàng)目的要求中，實(shí)際加密的單個(gè)分區(qū)影像景數(shù)約為200，盡可能避免數(shù)量超過260 景，同時(shí)還需充分考慮景影像與景之間連接成具有規(guī)則性的區(qū)域，這樣可以更加方便空三區(qū)域之間的相互接邊，當(dāng)數(shù)據(jù)源的分辨率較為相近時(shí)，就會(huì)被劃分到同一個(gè)加密單元分區(qū)。此外，控制加密分區(qū)小于260 景衛(wèi)星影像，也是為了確保其實(shí)際控制點(diǎn)數(shù)量不小于衛(wèi)星影像數(shù)量的三分之一，控制點(diǎn)數(shù)量還應(yīng)當(dāng)大于6，盡可能在區(qū)域網(wǎng)的邊緣位置上分布，其中，兩個(gè)相鄰的加密分區(qū)在接邊的區(qū)域控制點(diǎn)數(shù)量應(yīng)當(dāng)大于2，該控制點(diǎn)也屬于公用控制點(diǎn)，公用控制點(diǎn)還被用作對(duì)接邊區(qū)域進(jìn)行檢查。本次研究的項(xiàng)目區(qū)域中，空三分區(qū)所匹配的連接點(diǎn)共有28589 個(gè)，但有效的連接點(diǎn)數(shù)量為26059 個(gè)，且控制點(diǎn)的數(shù)量為41 個(gè)。通過分析其連接點(diǎn)的具體分布情況，發(fā)現(xiàn)測(cè)區(qū)內(nèi)的有效連接點(diǎn)分布比較均勻，加密區(qū)的區(qū)域網(wǎng)也是比較穩(wěn)定的，整景影像內(nèi)的系統(tǒng)誤差頗小，表明具有較高的可靠性，在空三完成后，各項(xiàng)指標(biāo)也滿足精度要求。

2.DEM 資料

獲取覆蓋監(jiān)測(cè)地區(qū)的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)也是經(jīng)過了濾波處理，是數(shù)字地形高程模型的項(xiàng)目成果，該項(xiàng)成果符合地理國情普查實(shí)施的要求，因此可作為本次研究的DEM 資料來使用，作用是進(jìn)一步糾正正射影像，控制其格網(wǎng)間距為2 米＊2 米，允許的最大高程誤差值為0.78 米，中誤差值為0.15 米。

3.DOM 的具體制作流程

（1）對(duì)影像進(jìn)行糾正

在空三完成后并獲取結(jié)果后，再結(jié)合已有的DEM資料，進(jìn)一步開展影像的糾正處理工作，主要是參照有關(guān)分辨率的標(biāo)準(zhǔn)值來進(jìn)行糾正，同時(shí)還要檢查數(shù)據(jù)的完整度，可以使用相應(yīng)軟件進(jìn)行處理。

（2）影像的融合處理

影像融合也是正射影像制作的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要手段為同衛(wèi)星影像融合方式，要根據(jù)衛(wèi)星影像的特點(diǎn)來明確影像融合處理要點(diǎn)。同衛(wèi)星影像融合處理，是指同一個(gè)衛(wèi)星遙感影像的多光譜數(shù)據(jù)，需同該衛(wèi)星的全色波段進(jìn)行融合，最終獲得全色圖像，全色圖像具有較高的空間分辨率，且富含著多種光譜信息，保留了光譜的特性，這種融合處理方式并不是簡(jiǎn)單將數(shù)據(jù)復(fù)合處理，而是更加強(qiáng)調(diào)對(duì)信息的優(yōu)化處理，將有用的價(jià)值信息突顯出來，而無用信息會(huì)得到抑制，也能夠?qū)⑷哂鄶?shù)據(jù)消除，減少模糊性缺點(diǎn)（包括完善不確定性、減小誤差以及降低多義性），提升解譯的可靠性，獲得較高的應(yīng)用效果。影像融合處理過程主要是包括影像預(yù)處理、空間配準(zhǔn)、融合內(nèi)容以及融合的質(zhì)量評(píng)價(jià)等幾項(xiàng)環(huán)節(jié)，通過融合處理后的影像直觀地更為清晰，方便掌握地理信息情況。

（3）整景影像輸出

影像的融合處理完成后就需進(jìn)行影像輸出，其包括整景正射影像輸出與局部正射影像輸出，具體輸出方式都是基于像素工廠，有兩種方法。一是直接運(yùn)用像素工廠中export image 模塊相應(yīng)命令來輸出整景影像或局部影像，二是運(yùn)用像素工廠中的打包程序來輸出整景影像或局部影像。

（4）影像套合精度檢查

將全色影像導(dǎo)出后，對(duì)其全色影像和普通影像之間進(jìn)行比對(duì)分析，主要是分析變化區(qū)域內(nèi)的影像，要保證套和中誤差不能夠高于兩個(gè)像素，若是影像套合中不同影像的分辨率不同，則需要以分辨率較低影像的像素作為基準(zhǔn)，進(jìn)一步開展計(jì)算，其中最大誤差也不可超過總誤差的兩倍。若是套合誤差值過大，已經(jīng)超過了允許范圍，那么應(yīng)當(dāng)要找出產(chǎn)生誤差的原因，比如正射糾正處理時(shí)，可收集更為可靠的控制資料，提升糾正處理的效果，確保套合精度符合相應(yīng)要求，才能夠開展后續(xù)各項(xiàng)作業(yè)。

四、像素工廠制作地理國情正射影像的關(guān)鍵技術(shù)處理方法

衛(wèi)星遙感影像在采用像素工廠進(jìn)行處理過程中，可能會(huì)由于沒有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)可借鑒而增加處理難度，還可能由于對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行了充分利用（包括監(jiān)測(cè)區(qū)全省1:10000LiDAR 的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及檢查點(diǎn)），但同時(shí)因?yàn)閿?shù)據(jù)存在現(xiàn)勢(shì)性差異，使得像素工廠處理數(shù)據(jù)制作DOM變得更加困難，這些都是技術(shù)上的處理難點(diǎn)，針對(duì)不同類型的技術(shù)問題，其也有著相對(duì)應(yīng)的處理方法，具體包括以下幾點(diǎn)。

1.利用控制點(diǎn)相片來判斷衛(wèi)星影像控制點(diǎn)時(shí)的難題與處理方法

在本次項(xiàng)目研究當(dāng)中，其空三加密所使用的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)為近兩年間全省LiDAR 項(xiàng)目外業(yè)實(shí)測(cè)獲得的檢查點(diǎn)。實(shí)際檢查點(diǎn)的相片由于拍攝不同可劃分為近景與遠(yuǎn)景兩類，一部分的檢查點(diǎn)甚至無遠(yuǎn)景相片，只存在近景相片。而衛(wèi)星影像在經(jīng)過了無約束空三之后，還可能會(huì)存在一定系統(tǒng)差，因此在對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺時(shí)，也沒有可以借助并準(zhǔn)確分辨衛(wèi)星影像檢查點(diǎn)的參照物，影響到直觀分辨，進(jìn)一步增強(qiáng)了刺點(diǎn)的難度。此外，還有一種情況是，其檢查點(diǎn)是根據(jù)航空影像拍攝并制作的，因此大部分的目標(biāo)都是比較小的，若是直觀地在衛(wèi)星多譜影像上進(jìn)行目標(biāo)尋找，則難度也會(huì)上升。

為了解決上述出現(xiàn)的難題，所采用的處理方法為：對(duì)項(xiàng)目中部分區(qū)域存在的比例尺較大的正射影像圖數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)的統(tǒng)一化處理，整合到坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中，再通過Arcmap 來進(jìn)行大比例正射影像圖中控制點(diǎn)的展示，最終獲得的正射影像圖會(huì)為衛(wèi)星影像的刺點(diǎn)提供參考性幫助。而一些區(qū)域若是沒有可以利用的大比例正射影像圖，那么就需保證人員具有一定的外業(yè)判讀經(jīng)驗(yàn)，落實(shí)衛(wèi)星控制點(diǎn)有效判讀的工作，這種專業(yè)人才需與作業(yè)員配合完成工作，通過細(xì)致化的辨別可確定正確的點(diǎn)位。

2.可用外業(yè)控制點(diǎn)均勻性較差、存在現(xiàn)勢(shì)性差難題及處理方法

在本次研究項(xiàng)目當(dāng)中，其全省的控制檢查點(diǎn)分布在高山區(qū)域位置時(shí)，存在較稀疏的情況，同時(shí)現(xiàn)勢(shì)性差的問題也不可忽視，這些情況都會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的某些區(qū)域內(nèi)可以利用的控制點(diǎn)數(shù)量不足，或是不能滿足實(shí)際要求。為此，對(duì)其采用的處理方法為，在該區(qū)域內(nèi)，利用已有的比例較大的正射影像圖，對(duì)圖上較為明顯的地物點(diǎn)平面坐標(biāo)進(jìn)行采集，然后再將其統(tǒng)一到空三工程的坐標(biāo)系當(dāng)中，這樣就可將其看作是衛(wèi)星影像的平面控制點(diǎn)，便于開展后續(xù)工作。

3.影像糾正過程中存在嚴(yán)重的拉花問題及處理方法

影像糾正時(shí)，其存在的拉花情況具體可分為兩種，一種是DEM 資料與實(shí)際地形情況之間的差異，比如變化區(qū)以及高架橋梁等情況都會(huì)存在DEM 點(diǎn)與實(shí)際地形不符，當(dāng)差異出現(xiàn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生拉花問題；另一種則是在獲取影像的瞬間，其入射角的不合理導(dǎo)致部分影像丟失，然后再經(jīng)過影像糾正處理后就會(huì)存在拉花現(xiàn)象。針對(duì)這兩種產(chǎn)生拉花情況的原因，采取不同的處理方法，對(duì)于第一種拉花現(xiàn)象，可以對(duì)DEM 資料進(jìn)行修正，對(duì)不足的內(nèi)容進(jìn)行彌補(bǔ)或是改善或者利用PS技術(shù)處理，而對(duì)于第二種拉花情況，則處理的方法包括三種。一是若拉花影像的區(qū)域存在著多景影像，那么在處理時(shí)可以采用編輯及修改拼接線的方式，從而選擇最為優(yōu)質(zhì)的影像；二是對(duì)于過于嚴(yán)重的拉花影像區(qū)域，可采用已有基礎(chǔ)測(cè)繪的影像數(shù)據(jù)進(jìn)一步彌補(bǔ)；三是對(duì)于拉花影像不是特別嚴(yán)重的區(qū)域，可采用針對(duì)DEM 平滑處理的手段，進(jìn)一步提升影像精度。

4.實(shí)際影像輸出的繁瑣問題及處理方法

衛(wèi)星影像的成果數(shù)量較多，且數(shù)據(jù)的組織具有復(fù)雜性特點(diǎn)，這就導(dǎo)致影像的整景成果輸出具有難度，實(shí)際影像輸出存在較為繁瑣的問題。從輸出方式來看，目前是包括整景多光譜影像成果的輸出以及整景全色影像成果的輸出，不管是哪種方式，其單景的影像成果都是要求為圖片img 格式。為了解決輸出繁瑣難題，采用的處理方法為使用像素工廠提供的打包程序服務(wù)，其輸出的影像數(shù)據(jù)格式為tiftfw。但目前的像素工廠實(shí)際輸出影像數(shù)據(jù)還有著大小的局限要求，因此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包輸出時(shí)，還需制作對(duì)應(yīng)的裁切shp 文件，同時(shí)還要保證在數(shù)據(jù)輸出以后，其可以在erdas 情況下開展逐景拼接。

五、結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)本文項(xiàng)目測(cè)區(qū)的數(shù)字正射影像制作生產(chǎn)分析，發(fā)現(xiàn)基于像素工廠的制作方式存在許多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些不足之處，需進(jìn)行改進(jìn)并完善，提升影像處理成果的質(zhì)量。由本文分析可知，基于像素工廠的地理國情正射影像制作流程包括：空三加密、對(duì)影像進(jìn)行糾正、影像的融合處理、整景影像輸出以及影像套合精度檢查等。