曾海燕

【摘要】本文結(jié)合第一次全國(guó)地理國(guó)情普查的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用PCIGXL和GEOWAY CIPS進(jìn)行多源遙感影像數(shù)字正射影像生產(chǎn)，針對(duì)兩者的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行不同階段的處理。對(duì)在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、控制點(diǎn)采集、平差、融合、勻光勻色等步驟中需注意的細(xì)節(jié)和容易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字正射影像 正射糾正 多源遙感影像

1、概述

全國(guó)地理國(guó)情普查利用高分辨率航空航天影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和其他專(zhuān)題數(shù)據(jù)等，查清我國(guó)地形地貌、地表覆蓋等地表自然和人文地理要素的現(xiàn)狀和空間分布情況[1]，多源遙感影像處理從而成為了普查開(kāi)展的第一步。

生產(chǎn)區(qū)內(nèi)高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源有WorldView-1、WorldView-2、QUICKBIRD、GeoEye-1，全色分辨率為0.5米和0.6米，均為下視數(shù)據(jù)，在正射影像生產(chǎn)時(shí)需使用數(shù)字高程模型即DEM參加影像數(shù)字微分糾正。根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域?qū)嶋H情況，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)處理，同時(shí)考慮到軟件的最佳處理效率，每個(gè)分區(qū)的影像盡量不要超過(guò)200景，同時(shí)盡量保持分區(qū)較規(guī)則，如圖1。

圖1 生產(chǎn)區(qū)分區(qū)圖

2、前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1 原始影像準(zhǔn)備

由于影像較多、數(shù)據(jù)源較多，對(duì)原始影像進(jìn)行篩選時(shí)，優(yōu)先選擇分辨率較高、時(shí)相較新、云雪覆蓋少、側(cè)視角小于25°的影像，在結(jié)合新疆的實(shí)際情況，盡量選擇5-10月拍攝的衛(wèi)星影像。

在影像選取時(shí)還需要對(duì)原始影像數(shù)據(jù)是否完整做一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷，查看原始數(shù)據(jù)里是否有軌道參數(shù)文件，WorldView和QUICKBIRD數(shù)據(jù)會(huì)有分塊信息文件，查看分塊數(shù)和影像數(shù)是否匹配，是否缺少影像信息文件等。

2.2 DEM準(zhǔn)備

普查使用的DEM有1：10000和1：50000兩種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，DEM格網(wǎng)間距分別為5米、25米，成圖時(shí)間不一致，坐標(biāo)系統(tǒng)也不一致。在正射影像生產(chǎn)前需要對(duì)任務(wù)區(qū)內(nèi)的DEM坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，重采樣為同一格網(wǎng)間距并進(jìn)行接邊處理，然后將DEM轉(zhuǎn)換為PCIGXL的內(nèi)部格式（PCIDSK格式），設(shè)置投影信息。

2.3 控制資料準(zhǔn)備

控制資料可以是控制點(diǎn)影像庫(kù)、正射糾正后的影像/地理參考影像、線(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)（道路網(wǎng)）、多邊形矢量數(shù)據(jù)（湖泊）等，這些數(shù)據(jù)都需要統(tǒng)一坐標(biāo)系，參考影像需要轉(zhuǎn)換為PIX格式，并設(shè)置投影信息。

3、數(shù)據(jù)處理

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，將PCIGXL和GEOWAY CIPS兩個(gè)軟件的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合使用，整景影像糾正、融合采用PCIGXL軟件，然后采用GEOWAY CIPS集群處理效率高的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行后續(xù)勻色、影像裁切等。具體像生產(chǎn)流程如圖2：

圖2 生產(chǎn)流程圖

3.1 影像導(dǎo)入

影像導(dǎo)入將原始的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部格式，同時(shí)讀入原始數(shù)據(jù)中的包括星歷參數(shù)等模型數(shù)據(jù)，將原始衛(wèi)星傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PCIDSK 格式，使其可用于隨后的其他GXL模塊的處理。

影像導(dǎo)入主要設(shè)置輸入影像目錄、輸出目錄、導(dǎo)入的數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)學(xué)模型，其中數(shù)學(xué)模型有任意、有理函數(shù)模型、嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型。對(duì)于WorldView、QUICKBIRD、ZY-3影像數(shù)據(jù)在生產(chǎn)時(shí)通常都選擇有理函數(shù)模型，根據(jù)生產(chǎn)情況部分ZY-3可能會(huì)用到嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型。

3.2 控制點(diǎn)采集

PCIGXL支持從4 種參考數(shù)據(jù)中自動(dòng)采集GCP：正射校正后的影像/地理參考影像、控制點(diǎn)影像庫(kù)、線(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)（道路網(wǎng)）、多邊形矢量數(shù)據(jù)（湖泊）。

在通用參數(shù)設(shè)置里需要注意RPC或多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型次數(shù)的設(shè)置，WorldView選0階，QUICKBIRD和ZY-3選1階，如果WorldView和QUICKBIRD都有的情況就選自動(dòng)。

在使用參考影像進(jìn)行GCP自動(dòng)采集時(shí)需要設(shè)置合適的GCP個(gè)數(shù)和搜索半徑。每景原始影像可能會(huì)對(duì)應(yīng)對(duì)個(gè)參考影像，GCP個(gè)數(shù)是指在每一個(gè)參考影像上采集的個(gè)數(shù)，因此在設(shè)置時(shí)需要參考每景原始影像對(duì)應(yīng)的參考影像數(shù)，GCP個(gè)數(shù)過(guò)少會(huì)影響精度，過(guò)多耗時(shí)很長(zhǎng)。搜索半徑的確定，需要打開(kāi)影像導(dǎo)入之后的原始影像和對(duì)應(yīng)的參考影像，量測(cè)同名點(diǎn)之間的距離，計(jì)算合適的像素，搜索半徑過(guò)小會(huì)導(dǎo)致采集不上GCP，過(guò)大會(huì)影響速度。

控制點(diǎn)采集只在全色影像上采集，全色影像的分辨率高，采集精度好，自動(dòng)采集的地面控制點(diǎn)存儲(chǔ)在PCIDSK 文件中的GCP 段中，采集結(jié)束后，需要人工檢查采集的點(diǎn)位是否合理，采集的個(gè)數(shù)是否符合要求，剔除殘差大的點(diǎn)，重新計(jì)算模型并輸出GCP段。（如圖3、圖4）

3.3 平差

平差主要是采集影像之間的連接點(diǎn)，對(duì)齊相鄰影像的重疊區(qū)域，優(yōu)化任務(wù)區(qū)內(nèi)影像的相對(duì)精度。

連接點(diǎn)采集的需要設(shè)置合理的TP搜索半徑，打開(kāi)相鄰影像，量測(cè)同名點(diǎn)的距離，并計(jì)算所需像素，考慮DEM的不準(zhǔn)確度可另外增加30至50個(gè)像素。

平差也只在全色影像上進(jìn)行，平差完成后，需要人工檢查采集的連接點(diǎn)分布是否合理，采集的個(gè)數(shù)是否符合要求，剔除殘差大的點(diǎn)，重新計(jì)算模型并修改RPC參數(shù)。（如圖3、圖4）

圖3 點(diǎn)位分布圖

圖4 手動(dòng)剔除殘差

3.4 正射糾正

正射糾正使得用戶(hù)將該影像中的特征與它們?cè)诘厍蛏系膶?shí)際位置關(guān)聯(lián)在一起，并為用戶(hù)提供進(jìn)行測(cè)量和采取精確決策步驟的措施。

正射糾正之前，需將多光譜影像與全色影像放在同一個(gè)目錄下，在正射糾正時(shí)，利用全色影像的RPC模型來(lái)對(duì)對(duì)應(yīng)多光譜影像進(jìn)行正射糾正。正射糾正完成之后進(jìn)行平面精度檢查和全色多光譜匹配精度的檢查，對(duì)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行重新匹配糾正。

3.5 Pansharpen融合

Pansharpen融合算法利用多光譜若干波段擬合一個(gè)全色波段，使擬合全色波段與源全色波段具有較高相似性，從而降低融合過(guò)程的光譜失真問(wèn)題；經(jīng)過(guò) PanSharpen 融合后的影像解譯后在地物破碎度、精確度方面都優(yōu)于原始多光譜影像的解譯效果[2]。

在參數(shù)設(shè)置MS/PAN對(duì)匹配方式里，有用MS找PAN和PAN找MS兩種，當(dāng)全色多光譜影像均成對(duì)時(shí)，用兩種均可，當(dāng)全色比多光譜影像多時(shí)，用MS找PAN會(huì)節(jié)約一些時(shí)間。通道設(shè)置里多光譜參考通道設(shè)置為“3，2，1”，進(jìn)行波段重組，融合后的影像為真彩色，接近實(shí)地真實(shí)顏色。

3.6 整景成果輸出

PCIGXL生產(chǎn)的過(guò)程數(shù)據(jù)均為PCIDSK格式，需將空間數(shù)據(jù)（柵格或矢量）轉(zhuǎn)換為所需要的格式進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)，我們將全色、多光譜、融合后的整景成果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ERDAS IMAG的格式。

3.7 位深調(diào)整

位深調(diào)整的目的是將16位的整景數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為8位數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行分幅圖的制作。

3.8 勻光勻色

由于原始影像彩色差異，采用GEOWAY CIPS軟件進(jìn)行勻光勻色處理。處理之前將數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，按照不同地形類(lèi)別、不同地貌等情況分別制作合適的勻色模板。影像之間的色差不大時(shí)勻色策略選擇整幅勻色，色差較大時(shí)選擇逐塊勻色，逐塊勻色將每景影像分成了多個(gè)小塊進(jìn)行勻色處理。

3.9 影像裁切

影像裁切是根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行裁切，GEOWAY CIPS軟件集群處理方式能同時(shí)對(duì)192個(gè)任務(wù)進(jìn)行處理，生產(chǎn)效率較高，同時(shí)提供多種比例尺、多種外擴(kuò)方式的裁切。

3.10 成果整理

所有數(shù)據(jù)生產(chǎn)好后，按照規(guī)范的要求對(duì)成果進(jìn)行整理，至此一個(gè)完整的生產(chǎn)流程就進(jìn)行好了。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)第一次全國(guó)地理國(guó)情普查的生產(chǎn)，利用PCIGXL軟件對(duì)海量遙感影像數(shù)據(jù)的進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)多源數(shù)據(jù)的同時(shí)處理，在保證精度的情況下，提高了數(shù)據(jù)的處理速度和處理效率。GEOWAY CIPS集群處理方式能同時(shí)處理192個(gè)任務(wù)，對(duì)于大批量數(shù)據(jù)的影像裁切非?？焖佟?/p>

另外在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的每一步都需要進(jìn)行必要的檢查，而根據(jù)不同的生產(chǎn)目的，檢查的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，在這里就不一一闡述。

參考文獻(xiàn)

[1] 第一次全國(guó)地理國(guó)情普查實(shí)施方案，國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，2013年9月17日.

[2] 李國(guó)明，應(yīng)國(guó)偉，陳濟(jì)才.WorldView-2 影像數(shù)據(jù)融合方法比較研究—以在四川省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中應(yīng)用為例[J] .科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13（33）：10021-10025.