高分辨率遙感影像制作方法創(chuàng)新

謝小文

（廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510510）

1 高分辨率遙感影像相關(guān)概述

高分辨率遙感影像是以攝影測量和遙感技術(shù)理論為前提，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、地理環(huán)境測量技術(shù)、圖像融合技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、存儲分析技術(shù)等，通過影像圖制作、專題圖應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等方法。并以計(jì)算機(jī)圖片處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言為工具，對影像進(jìn)行預(yù)處理、圖像轉(zhuǎn)化、校正、控制點(diǎn)選擇、精度調(diào)取、坐標(biāo)文件獲取等，實(shí)現(xiàn)影像融合的一種技術(shù)。當(dāng)前遙感影像主要應(yīng)用在人工地物方面，隨著后期的應(yīng)用，逐漸進(jìn)入到了高分辨率遙感衛(wèi)星時(shí)代。其影像融合可以對影像遙感無效區(qū)進(jìn)行裁剪、顏色分量等，影像應(yīng)用管理采用了瓦片式影像金字塔、圖片分層處理、影像數(shù)據(jù)庫管理、影像資料查詢和調(diào)用、位置定向等方法。在利用高分辨率遙感影像進(jìn)行作業(yè)生產(chǎn)建設(shè)時(shí)，也需要通過質(zhì)量評價(jià)提高影像處理的效率和質(zhì)量，一般質(zhì)量評價(jià)法常采用主客觀評價(jià)法，并通過制定評價(jià)方案，對影響影響處理質(zhì)量的元素進(jìn)行評價(jià)，通過方差指標(biāo)對遙感影像整體質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)[1]。

2 高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)

2.1 影像校正

為了更好的建立控制點(diǎn)，研究控制成果，需要建立正射影像構(gòu)成校正影像庫，以此準(zhǔn)確選擇控制點(diǎn)、獲取定位參數(shù)，為提升高分辨率遙感影像自動化技術(shù)做好準(zhǔn)備工作。自動校正影像、選擇控制點(diǎn)、進(jìn)行高精度控制、影像校正等可以作為坐標(biāo)文件，其中影像校正采取多項(xiàng)式和三角性最小面元微分糾正方法，可以從多個(gè)不同地區(qū)地形條件、影像類型進(jìn)行調(diào)整?？梢詫⒍喾直媛蔬b感影像、矢量地圖、數(shù)字高程模型作為正射影像基礎(chǔ)，以此對數(shù)據(jù)影像進(jìn)行高效率處理，以便及時(shí)完成測量任務(wù)。

2.2 影像應(yīng)用管理

影像結(jié)果類型較多，影像分辨率更新速度快，時(shí)間不一，為影像分析、管理、使用等都帶來了一定的難度，因此需要根據(jù)不同影像類型建立瓦片式影像金字塔模型，以此實(shí)現(xiàn)獨(dú)立分析使用、集中管理、高速瀏覽的功能，解決以上難題。對于一些沒有建立模型的影像文件而言，其需要將所有的影像資料集中存儲，其對于一般的計(jì)算機(jī)而言是無法解決的，對于用戶而言，這種海量化的影像數(shù)據(jù)更是一種壓力。對于以上影像數(shù)據(jù)管理方式，用戶在使用影像資料時(shí)，可以通過需求模塊計(jì)算出高分辨率金字塔等級和瓦片分析模塊數(shù)據(jù)，以此獲取內(nèi)存空間，可以在一般計(jì)算機(jī)上直接使用影像資料。人們一般使用Google 地圖獲取影像資料，其可以將影像資料自動縮小放大，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，建立瓦片式影像金字塔。以上方式是一種影像預(yù)處理技術(shù)，其和影像高速度調(diào)取技術(shù)有著一定的相似之處，但是它們在影像模塊大小、影像資料存儲和影像數(shù)據(jù)庫管理上不同。因此可以建立對數(shù)據(jù)模型對應(yīng)關(guān)系，以此在工程建設(shè)時(shí)及時(shí)獲取各種鐵路、公路等信息，有效提高了影像資料獲取效率。

2.3 影像快速處理

為了提高影像處理效率，需要應(yīng)用小面元微分調(diào)整算法實(shí)現(xiàn)三角網(wǎng)法校正，該算法應(yīng)用了數(shù)字?jǐn)z影測量下的影像配比成果，根據(jù)影像外形特點(diǎn)和沒有成形的影像進(jìn)行配比，以此自動獲取密集同名點(diǎn)信息，將其作為控制點(diǎn)，最終構(gòu)建三角網(wǎng)。通過三角網(wǎng)可以進(jìn)行影像微分處理，以此提高影像的配比精度，并通過影像調(diào)整匯集處理，獲取遙感影像配準(zhǔn)、提高影像的調(diào)整和匯集技術(shù)水平。另外，利用軟件集成技術(shù)，可以對影像處理軟件內(nèi)的影像信息進(jìn)行匯集，以此提高處理效率、節(jié)省時(shí)間。

3 遙感影像圖的處理制作

在土地調(diào)查中，其調(diào)查重點(diǎn)是對農(nóng)村及城鎮(zhèn)土地，而調(diào)查的主要技術(shù)手段便是利用遙感影像處理軟件對所調(diào)查區(qū)域的土地進(jìn)行波段處理、拼接處理以及幾何校正，再利用ArcGIS 軟件進(jìn)行疊加，從而獲得清晰、準(zhǔn)確的地理信息。其制作流程如下圖1 所示。

圖1 遙感影像制作流程圖

3.1 波段處理

在影像波段處理時(shí)，其一般包括紅、綠、藍(lán)、近紅外等幾個(gè)波段。為了使影像的色彩更加逼真，提高影像的使用效率，會將其真彩色輸出，即在融合時(shí)把10%-20%的近紅外加到綠波段，組合形成新的綠波段，然后調(diào)整正確的紅綠藍(lán)波段順序輸出真彩色影像（見表1）。

表1 遙感影像圖波段處理信息

3.2 拼接處理

由于遙感影像并非完整的img 格式的影像，所以在制作過程中，需要對其進(jìn)行有效的拼接。具體操作如下：

首先找到ERDAS 工具條，然后單擊Data Preparation 圖標(biāo)中的Mosaic Images，打開Mosaic Tool 對話框，將需要拼接的圖像添加進(jìn)去，然后單擊相應(yīng)的圖標(biāo)設(shè)置拼接關(guān)系，最后選Run Mosaic 進(jìn)行影像拼接處理。

3.3 幾何校正

在影像制作過程中，由于遙感器的內(nèi)部存在一些不正常的變化，容易對影像產(chǎn)生一定的影響。加上地球本身也會給影像制作中帶來一定的影響，這也使得遙感平臺在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)致影像制作過程中產(chǎn)生各種幾何畸變，為此在進(jìn)行遙感影像制作時(shí)需要對此進(jìn)行糾正。

首先，在ERDAS 工具條中單擊Datepreperation，然后打開Set Geo Correction Input File 對話框，并選擇From Image File 將融合后的影像打開，確認(rèn)后打開影像圖。最后打開相應(yīng)的Auto CAD 矢量圖作為校正憑據(jù)。

其次，啟動幾何校正模塊，選擇Polynomial 作為幾何校正的模型，按確認(rèn)按鈕，并在在其對話框窗口中設(shè)置投影及模型參數(shù)，在設(shè)置好投影參數(shù)和模型參數(shù)后，按確認(rèn)按鈕便可以進(jìn)行影像幾何校正。

4 高分辨率遙感影像制作方法的創(chuàng)新

為了推動高分辨率遙感影像制作方法的創(chuàng)新，本文主要通過軟件影像制作為作業(yè)實(shí)例，通過數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、融合技術(shù)對影像進(jìn)行預(yù)處理、影像校正實(shí)現(xiàn)影像的自動化調(diào)整、快速選擇控制點(diǎn)，最終保證控制點(diǎn)精準(zhǔn)度（如圖2 所示）。

圖2 正射影像原理與制作圖

4.1 支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并行處理可快速制作正射影像

并行處理技術(shù)是依靠中央處理器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制器等進(jìn)行同時(shí)處理，來提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理效率的一種新技術(shù)，該技術(shù)將時(shí)間節(jié)點(diǎn)和空間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，通過時(shí)間重合和資源重合的應(yīng)用方法，提高計(jì)算機(jī)處理效率。當(dāng)前，在高分辨率遙感影像制作采用的是遙感影像專用處理軟件，其可以利用計(jì)算機(jī)單核CPU 進(jìn)行計(jì)算，但是其無法全部處理。遙感影像具有大數(shù)據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)，單核CPU 無法快速處理批量影像資料，處理批量影像資料時(shí)需要一定的時(shí)間，因此作業(yè)員往往發(fā)揮不到實(shí)際作用，最終降低處理效率。所以，在遙感影像處理時(shí)，需要采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行并行運(yùn)算，以此減少計(jì)算機(jī)處理時(shí)間，該技術(shù)可以同時(shí)調(diào)動多個(gè)CPU計(jì)算機(jī)內(nèi)核。同時(shí)該技術(shù)也可以通過局域網(wǎng)和人工控制方法同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，以此大大縮減任務(wù)時(shí)間，提高作業(yè)效率、降低了作業(yè)員工作量。這種創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并行處理技術(shù)，可以提高作業(yè)效率、節(jié)省作業(yè)時(shí)間，通過高精度的定向和匹配算法提高生產(chǎn)建設(shè)效率、系統(tǒng)自動化計(jì)算水平，工作任務(wù)完成優(yōu)勢顯著。

4.2 支持不同數(shù)據(jù)源制作正射影像

該制作技術(shù)具有兩種模式，一種是利用現(xiàn)有的DOM＋DEM 系統(tǒng)生產(chǎn)出DOM；另一種是利用現(xiàn)有的DLG ＋DEM 系統(tǒng)生產(chǎn)出DOM。為了更好的控制定向，可以采用外業(yè)采集像控點(diǎn)對衛(wèi)星影像進(jìn)行追蹤，在獲取定向信息后結(jié)合DEM，在正射影像糾正模塊下獲取正射影像信息。這種內(nèi)外作業(yè)一體化模式，可以在作業(yè)中直接獲取外業(yè)信息，直接繪制初始影像觀測圖，定向結(jié)束后，運(yùn)用定向參數(shù)和DEM 對從初始影像觀測圖中獲取矢量文件進(jìn)行重復(fù)定向，最終得出數(shù)據(jù)。這種控制點(diǎn)定向方法，通過外業(yè)獲取的像控點(diǎn)對衛(wèi)星影像進(jìn)行定位，并結(jié)合DEM 通過正射影像調(diào)整模塊得出正射影像數(shù)據(jù)。該內(nèi)外業(yè)一體化模式，在作業(yè)資料獲取時(shí)可以通過外業(yè)控制點(diǎn)繪制出初始影像觀測圖[2]。

5 結(jié)語

總之，本文主要根據(jù)實(shí)際作業(yè)，采用新的模型算法，對傳統(tǒng)高分辨率遙感影像配比預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了升級改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)造，解決了多種影像資料獲取問題，大大提高了影像的融合度和處理效率。且本文使用了小三角面元微分處理技術(shù)，提高了地域物態(tài)影像配比精度，為海量化影像處理提供了技術(shù)依據(jù)。采用瓦片式金子塔結(jié)構(gòu)影像分層方法，可以根據(jù)用戶影像需求進(jìn)行影像重合、數(shù)據(jù)觀測、全面管理、輸出使用等，并運(yùn)用了并行處理技術(shù)，提高了作業(yè)完成效率。