衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐

李 艷

（常德市國土資源規(guī)劃測(cè)繪院，湖南 常德 415000）

近年來，城市建設(shè)快速發(fā)展，測(cè)繪工程技術(shù)在城市管理、工程建設(shè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，逐步朝著智能化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。其中，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)作為一種數(shù)字化的信息處理手段，其所獲得的影像信息能夠在空間系統(tǒng)中進(jìn)行存儲(chǔ)，技術(shù)人員通過可視化與符號(hào)化技術(shù)，能夠?qū)⑦@些信息直接應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。從目前衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)的應(yīng)用來看，其成本相對(duì)較低、覆蓋范圍相對(duì)較廣、生產(chǎn)效率高，有效保障了數(shù)據(jù)的獲取與利用，能充分發(fā)揮出該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[1]。

1 衛(wèi)星遙感影像處理的主要技術(shù)

1.1 衛(wèi)星遙感數(shù)字影像糾正處理

在衛(wèi)星遙感處理技術(shù)的應(yīng)用過程中，為擴(kuò)大衛(wèi)星遙感影像的用戶范圍，避免該技術(shù)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露，大部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)都向用戶提供的是一種與傳感器不存在任何關(guān)系的通用成像幾何模型，也就是有理函數(shù)模型。這種模型屬于一種新型模型，替代了傳統(tǒng)的共線條件嚴(yán)格幾何模型。有理函數(shù)模型的優(yōu)勢(shì)較為明顯，其獨(dú)立于地形，星載的GPS可以獲得衛(wèi)星軌道、相機(jī)、慣性測(cè)量單元的相關(guān)姿態(tài)參數(shù)，有效保障了幾何模型的完整性與科學(xué)性。以該模型為基礎(chǔ)，能夠生成虛擬地面控制點(diǎn)，這些點(diǎn)的分布相對(duì)均勻，直接對(duì)這些點(diǎn)計(jì)算有理函數(shù)模型參數(shù)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種模型的擬合。

目前，有理函數(shù)模型糾正機(jī)制適用于任何類型的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，在糾正處理的過程中，可利用的糾正控制資料多樣，包含了高精度的DEM、外業(yè)控制點(diǎn)、DOM、DLG與DRG，其整體的糾正是以多項(xiàng)式擬合來實(shí)現(xiàn)，包含二階與三階，在擬合過程中涉及的控制點(diǎn)相對(duì)較多。為保障糾正效果，在糾正開始之前，要充分掌握其坐標(biāo)系統(tǒng)信息，并結(jié)合有理函數(shù)參數(shù)與控制資料的關(guān)系，保障控制點(diǎn)定位的精準(zhǔn)性，嚴(yán)格控制定位誤差，如果誤差超過了允許范圍，必須對(duì)其進(jìn)行必要的調(diào)整，結(jié)合相應(yīng)的參考資料與地形差異，保障調(diào)整質(zhì)量，避免影像存在重影、模糊等情況[2]。

若在衛(wèi)星遙感影像技術(shù)的應(yīng)用過程中，沒有按照嚴(yán)格的要求來進(jìn)行糾正控制，就會(huì)影響后期數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，如果在技術(shù)應(yīng)用后期發(fā)現(xiàn)前期的糾正問題，返工處理不僅增大了工作難度與工作量，也會(huì)降低技術(shù)應(yīng)用效率。在糾正質(zhì)量的控制上，最為關(guān)鍵的是要對(duì)控制點(diǎn)定位的精準(zhǔn)性及分布的均勻性、控制點(diǎn)單點(diǎn)的誤差、控制點(diǎn)殘差中誤差、影像精度等加以檢查與控制。

1.2 數(shù)字圖像增強(qiáng)

在衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)的應(yīng)用中，數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)是關(guān)鍵，通過應(yīng)用該技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)影像圖像的有效變化，這種變化能夠改變對(duì)圖像的識(shí)別與判斷結(jié)果。目前，反差增強(qiáng)、密度分割、邊緣增強(qiáng)、濾波等是應(yīng)用較多的增強(qiáng)手段。

（1）反差增強(qiáng)。反差增強(qiáng)存在一定的規(guī)律性，能夠在增強(qiáng)處理的過程中，對(duì)像元灰度值分布區(qū)間進(jìn)行有效調(diào)整，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)處理的整體效果[3]。在應(yīng)用反差增強(qiáng)來對(duì)圖像的處理時(shí)，有效增強(qiáng)了地物的判讀效果，如線性反差增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)了灰度值直方圖低端灰度值向最小值的轉(zhuǎn)變，高端灰度值向最大值的轉(zhuǎn)變，中間的像元灰度值分布于最小值與最大值之間（0～255）。此外，反差增強(qiáng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)與指數(shù)反差增強(qiáng)。

（2）密度分割。密度分割主要是將圖像中包含的連續(xù)灰度值應(yīng)用一系列密度間隔來替代，在每一個(gè)間隔區(qū)間內(nèi)，包含了一個(gè)特定的數(shù)字范圍，不同的密度間隔都用不同的顏色加以呈現(xiàn)。這種增強(qiáng)效果，使得相關(guān)人員可以直接從中進(jìn)行灰階差異的區(qū)分。

（3）邊緣增強(qiáng)。邊緣增強(qiáng)屬于一種細(xì)微的灰階調(diào)整與變化方式，當(dāng)相鄰像元之間的數(shù)值變化超過了預(yù)先規(guī)定的范圍以后，會(huì)直觀地呈現(xiàn)出具體的變化情況，主要體現(xiàn)在灰階與顏色的變化方面。

（4）濾波。濾波應(yīng)用是將衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)信息設(shè)定于特定的坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，陸地衛(wèi)星掃描線規(guī)則排列的像元為其橫坐標(biāo)，而各個(gè)像元所對(duì)應(yīng)的波段灰度值為其縱坐標(biāo)。從該坐標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)成來看，在每一個(gè)掃描線上，可以視其為復(fù)合波，通過設(shè)定頻率濾波器，以特定的規(guī)則，給予不通過的波長特定值，這種濾波處理方式有效實(shí)現(xiàn)了噪音的去除，增強(qiáng)了圖像的判讀效果。一般情況下，濾波主要包含低通、中通與高通濾波，由于其存在作用的不同，在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)需求來進(jìn)行選擇。

2 衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)理論體系是影像特征提取——松弛法整體影像匹配算法，根據(jù)該算法，衛(wèi)星系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行同名點(diǎn)對(duì)的獲取。對(duì)同一地區(qū)不同時(shí)相遙感影像，可以進(jìn)行類似處理，根據(jù)其處理結(jié)果，能夠?qū)@些不同時(shí)相的同名點(diǎn)進(jìn)行比較、相應(yīng)的變化識(shí)別與分析，從這種原理出發(fā)，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)可以被應(yīng)用于軍事偵測(cè)與勘察。如在“感興趣目標(biāo)”的獲取與現(xiàn)狀的分析上，可以直接建立敏感地區(qū)正射影像數(shù)據(jù)庫，通過衛(wèi)星遙感影像處理手段，直接獲得相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由專業(yè)的數(shù)據(jù)處理方式獲得“感興趣目標(biāo)”的信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，這種偵察技術(shù)的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)偵察手段的技術(shù)局限。

2.2 在測(cè)繪更新地形圖中的應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，在測(cè)繪更新地形圖中，該技術(shù)得到了廣泛有效的應(yīng)用，發(fā)揮了技術(shù)優(yōu)勢(shì)。采用衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)更新地形圖，使得地形圖更新更為便捷。更新地形圖的比例尺在很大程度上由遙感影像分辨率與精確度來決定，在目前的地形圖測(cè)繪中，衛(wèi)星遙感影像的分辨率已能夠滿足其要求，保障了地形圖更新的質(zhì)量。

2.3 在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)的應(yīng)用在城市規(guī)劃中，有效擴(kuò)大了其監(jiān)測(cè)范圍，使獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更為完整與可靠，通過對(duì)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的充分應(yīng)用，保障規(guī)劃的科學(xué)性與合理性，使得城市規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠符合城市現(xiàn)代化發(fā)展的具體要求，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展[4]。比如，通過衛(wèi)星遙感影像技術(shù)，能夠直接獲取城市土地的使用情況，掌握城市道路、園林規(guī)劃等信息。衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)獲得的高分辨率影像數(shù)據(jù)使得人們能夠直接根據(jù)其所反映的具體情況，掌握城市規(guī)劃的細(xì)節(jié)問題，得到精確的各類型城市規(guī)劃地圖。

2.4 在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中的應(yīng)用

我國土地資源緊缺，土地資源合理有效利用是實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要部分，因此對(duì)土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查極為重要。土地利用現(xiàn)狀調(diào)查工作主要是通過應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)，獲取土地的數(shù)量、質(zhì)量、利用與分布信息，實(shí)現(xiàn)土地資源的科學(xué)應(yīng)用，可以保護(hù)有限的土地資源，發(fā)揮土地資源的最大價(jià)值，并為各種土地管理工作提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5]。衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中發(fā)揮著重要的作用，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）遙感影像的幾何糾正。應(yīng)用衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)，在獲取空間地理位置信息的基礎(chǔ)上，通過遙感衛(wèi)星正射糾正模型、衛(wèi)星軌道參數(shù)信息、傳感器攝影參數(shù)等數(shù)據(jù)，建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)的共線關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感影像的幾何糾正，獲取相應(yīng)分辨率的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)。（2）多光譜數(shù)據(jù)的自然色模擬。多光譜數(shù)據(jù)信息以自然色為表達(dá)基礎(chǔ)，直接反映了各種類型土地的相關(guān)要素信息，應(yīng)用于土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中時(shí)，可直觀地通過與自然色的識(shí)別與判斷來獲得相應(yīng)的土地信息。通過這些信息，可以直接從影像資料中獲得土地利用的具體情況。（3）遙感影像融合。同一平臺(tái)不同的傳感器及不同平臺(tái)的傳感器，在技術(shù)的應(yīng)用過程中，其獲得的影像數(shù)據(jù)有所區(qū)別，但是可以應(yīng)用不同光譜分辨率算法進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)由算法融合形成多光譜、高分辨率特征的影像，這種數(shù)據(jù)更符合各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。

2.5 在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

城市化、工業(yè)化快速發(fā)展的同時(shí)也帶來了一定的環(huán)境問題，在環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理上，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了不錯(cuò)的環(huán)境治理成效。通過衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)所獲得的影像資料，可以更為直接地掌握環(huán)境污染的現(xiàn)狀、分布范圍、發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而根據(jù)其監(jiān)測(cè)所獲得的信息，制定完善的環(huán)境治理方案。環(huán)境監(jiān)測(cè)中，黑臭水、土壤污染、秸稈焚燒等都可以通過衛(wèi)星遙感處理技術(shù)得到有效的管理[6]?？梢哉f，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)的應(yīng)用為環(huán)境監(jiān)測(cè)、分析與評(píng)估提供了重要的數(shù)據(jù)參考。

3 結(jié)束語

近年來，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)不斷發(fā)展，逐步應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，在土地調(diào)查、城市規(guī)劃、軍事領(lǐng)域以及環(huán)境治理方面，衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)充分發(fā)揮了其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，取得了良好的應(yīng)用效果。隨著科技創(chuàng)新的發(fā)展與完善，未來衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)將在更多的領(lǐng)域得到更加有效的應(yīng)用，更好地促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。