黃江桃

摘 要：衛(wèi)星遙感是對地探測的一種重要手段，能夠獲取地物的光譜信息和位置大小等幾何信息，可用于地理信息數(shù)據(jù)采集與更新、地圖制圖等。衛(wèi)星遙感具有無國界限制、受限條件少、大面積、速度快周期短等特點，經(jīng)過專業(yè)的遙感圖像處理平臺處理后的遙感影像，可以應(yīng)用于國防和國民經(jīng)濟等方面。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星遙感、圖像處理平臺、PCI、PIE、Easy-Sat

前言：20世紀(jì)80年代以來，我國相繼發(fā)射系列遙感衛(wèi)星，伴隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的日新月異，人類已經(jīng)進入天空地一體的全方位全天候?qū)Φ赜^測的時代。隨著遙感技術(shù)的進步與應(yīng)用的推廣，遙感技術(shù)與國防安全、城市建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的關(guān)系越發(fā)緊密。多來源、多種類、多尺度的遙感大數(shù)據(jù)，對遙感圖像處理系統(tǒng)平臺的要求越來越高，也推動著遙感圖像處理技術(shù)的發(fā)展。本文結(jié)合工作實際，淺述衛(wèi)星遙感的發(fā)展及現(xiàn)狀和幾個圖像處理平臺的發(fā)展。

一、衛(wèi)星遙感的發(fā)展及現(xiàn)狀

1957年10月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星PS-1，1960年4月1日，美國第一顆遙感衛(wèi)星TIROS-1氣象衛(wèi)星進入軌道。國外遙感衛(wèi)星先后經(jīng)歷了Landsat、SPOT、IKONOS、QuickBird、IRS、ALOS、WorldView、GeoEye等。SPOT衛(wèi)星具有鄰軌立體觀測能力，IKONOS、QuickBird、WorldView、GeoEye空間分辨率均能達(dá)到亞米級，WorldView-3全色星下點分辨率達(dá)到0.31米。國內(nèi)，1970年4月24日我國第一顆人造地球衛(wèi)星——東方紅一號升空，此后的幾十年間，陸續(xù)發(fā)射了國土資源普查衛(wèi)星、北京一號、環(huán)境系列、資源3系列、高分系列、吉林一號、珠海一號、珞珈一號等衛(wèi)星，包括高光譜衛(wèi)星、高分光學(xué)衛(wèi)星、雷達(dá)衛(wèi)星、紅外衛(wèi)星、視頻衛(wèi)星、夜光遙感衛(wèi)星等?？傮w而言，分辨率由低到高，功能趨于多樣化。

二、幾個遙感圖像處理平臺發(fā)展現(xiàn)狀

遙感圖像處理對象一般是0級的原始影像產(chǎn)品或是經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正的1級產(chǎn)品，國內(nèi)外均有專業(yè)的遙感圖像處理軟件。國外軟件常用的有PCI、ERDAS、ENVI等。PCI Geomatic軟件是加拿大PCI公司開發(fā)的多功能軟件系統(tǒng)，融遙感、GIS、制圖為一體，支持多種不同硬件平臺，功能模塊豐富，操作靈活簡便。PCI GXL（ Geoimaging Accelerator，地理成像加速器）是PCI公司面向海量影像自動化生產(chǎn)提出的新一代解決方案產(chǎn)品，GXL系統(tǒng)是分布式的處理系統(tǒng)，是一個開放的體系架構(gòu)，可以和用戶的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)結(jié)合搭建形成數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和分發(fā)為一體的完整系統(tǒng)。進行圖像處理時，GXL系統(tǒng)根據(jù)用戶處理的數(shù)據(jù)量和需求，自動有效地進行負(fù)載分配，利用GPU快速圖形運算能力以及多任務(wù)并行分布式處理的特點，大大提高了工作效率。GXL模塊中包含PROSDK二次開發(fā)工具包，支持用戶進行二次開發(fā)，用戶可以編寫自己的算法模塊然后插入GXL。ERDAS是美國ERDAS公司開發(fā)的專業(yè)遙感圖像處理與地理信息系統(tǒng)軟件，具有先進的圖像處理技術(shù)，友好靈活的用戶界面和操作方式，以模塊化的方式提供給用戶，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、專題制圖、圖像解譯、空間建模等模塊，用戶根據(jù)自己的應(yīng)用需求、資金情況合理地選擇不同功能模塊及其組合。ERDAS二次開發(fā)方法主要有基于空間建模工具的二次開發(fā)方法、基于C toolkit的二次開發(fā)方法和基于EML語言的客戶化方法[2]。ENVI是美國ITT Visual Information Solutions公司的旗艦產(chǎn)品，由遙感領(lǐng)域的科學(xué)家采用IDL開發(fā)的一套功能強大的遙感圖像處理軟件，覆蓋了圖像數(shù)據(jù)的輸入/輸出、定標(biāo)、圖像增強、糾正、正射校正、鑲嵌、數(shù)據(jù)融合以及各類變換、信息提取、圖像分類等功能和工具，界面靈活，操作簡單。底層的IDL語言可以幫助用戶輕松地添加、擴展ENVI的功能，甚至開發(fā)定制自己的專業(yè)遙感平臺。

國內(nèi)遙感圖像處理軟件有通用遙感圖像處理系統(tǒng)IRSA、PIE、Easy-Sat等。IRSA是遙感圖像處理的系列軟件，歷經(jīng)多個版本。IRSA集遙感圖像原理和GIS功能與一體，其主要功能包括圖像瀏覽、基本處理、糾正、鑲嵌、融合、分類、解譯、地形仿真、光譜處理等遙感圖像處理的通用功能，是一套全中文界面、高效率、多功能的專業(yè)遙感圖像處理軟件。PIEOrtho是一款北京航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司自主開發(fā)的遙感圖像處理軟件，提供面向多源、多載荷（光學(xué)、雷達(dá)、高光譜）的遙感圖像處理、輔助覽譯及信息提取功能，是一套高度自動化、簡單易用的遙感工程化應(yīng)用平臺[3]。Easy-Sat衛(wèi)星影像快速處理系統(tǒng)，是面向衛(wèi)星影像快速生產(chǎn)推出的新一代解決方案，主要包括五大模塊：稀少控制點的衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差定向與糾正模塊、衛(wèi)星影像全色與多光譜影像自動配準(zhǔn)融合、影像自動勻光勻色、鑲嵌編輯與分幅處理、成果精度質(zhì)量檢查。

三、現(xiàn)存問題與發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，我國“風(fēng)云”、“資源”、“高分”等系列衛(wèi)星已進入業(yè)務(wù)化運行階段，初步具備全天時全天候觀測能力，遙感衛(wèi)星應(yīng)用體系初步建成。但距離國際領(lǐng)先水平尚有差距。

在衛(wèi)星遙感方面，我國自主研發(fā)的高分辨率遙感衛(wèi)星尚少，在高分辨率遙感數(shù)據(jù)的獲取上，目前很大程度上仍依賴國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對空間發(fā)分辨要求高的行業(yè)和項目國產(chǎn)遙感影像不能完全滿足，還需購買國外遙感數(shù)據(jù)。在遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面，應(yīng)用推廣支撐體系不完善，應(yīng)用鏈條不健全，產(chǎn)業(yè)化程度較低，數(shù)據(jù)和資源缺乏共享機制。隨著國外Flock小衛(wèi)星星座、Skysat小衛(wèi)星星座的發(fā)射以及BlackSky計劃的提出，國內(nèi)吉林一號、珠海一號、珞珈一號等小衛(wèi)星的發(fā)射，衛(wèi)星的發(fā)展呈現(xiàn)“小”的趨勢。體積小、重量輕、多星組網(wǎng)是未來衛(wèi)星發(fā)展的一個趨勢。建立多功能、多軌道、多星系統(tǒng)組成的空間基礎(chǔ)設(shè)施，建成天地協(xié)調(diào)配套的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)，形成完整、連續(xù)、長期穩(wěn)定運行的天地一體化系統(tǒng)[4]。對地觀測衛(wèi)星地面系統(tǒng)和應(yīng)用體系不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域深化拓展，應(yīng)用水平日益提升，應(yīng)用效益持續(xù)提高[5]。

在遙感圖像處理平臺方面，國外遙感圖像處理平臺發(fā)展起步較早，在功能上也相對完善和穩(wěn)定，我國也有自主研發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)，但整體水平仍較落后，特別是在全面性、二次開發(fā)能力等方面。隨著衛(wèi)星影像幅面的增大以及空間分辨率的提高，影像數(shù)據(jù)量越來越大，高分辨率的影像，融合后的單景影像可以達(dá)到十幾乃至幾十G的數(shù)據(jù)量，目前，國內(nèi)外的遙感圖像處理平臺仍缺乏對大數(shù)據(jù)量影像的快速讀取和處理的能力。遙感圖像處理涉及多個環(huán)節(jié)，如鑲嵌、裁切、融合、勻色等，現(xiàn)行的遙感圖像處理平臺可能只是在某一方面表現(xiàn)出色，但做不到面面俱到，于是催生了很多具有針對性的軟件或工具的誕生，來解決影像處理過程中的痛點和難點，如支持大數(shù)據(jù)量遙感影像讀取和存儲的PS插件、沃韋勻光勻色模塊等。

今后，隨著我國天空地一體化的對地觀測系統(tǒng)的完善，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)也會越來越豐富，數(shù)據(jù)量也越來越大，對遙感圖像處理平臺提出新的挑戰(zhàn)。在遙感圖像處理平臺方面，目前的各個系統(tǒng)和平臺可以說是各有優(yōu)點，在實際的作業(yè)過程中，通常是多個系統(tǒng)軟件并用，取長補短。在處理速度上，優(yōu)化硬件、優(yōu)化算法、軟硬件結(jié)合、分布式處理、提高機器算力等一些方法也會應(yīng)用到遙感圖像處理系統(tǒng)中，從而能夠適應(yīng)大數(shù)據(jù)量的遙感影像的處理需求。

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