利用像素工厂系统对SPOT－5影像镶嵌图进行局部修正

徐莹，王永峰，王涛

(天津市测绘院，天津 300381)

1 像素工厂介绍

像素工厂系统是目前世界上最先进的海量遥感影像自动化生产系统，由欧洲宇航防务集团EADS的子公司Infoterra法国开发研制。具有快速、自动处理海量卫星遥感影像及航空影像的强大功能。能生产多种制图产品，如正射影像镶嵌图、数字地表模型、数字高程模型、真正射影像等产品。像素工厂系统的核心是在一个大型的、可伸缩的并行处理器环境下，利用卫星传感器、数字航空相机的几何性能和元数据严格按照摄影测量算法进行处理，生产出符合国家标准的各种地理产品。

像素工厂系统的特性包括以下5个方面:

(1)支撑多种航天、航空遥感数据，包括:SPOT影像、ASTER影像、IKONOS影像、快鸟影像、ERS影像等卫星遥感数据;DMC影像、UCD影像、ADS40影像等数字航空影像;数字化的航空影像。

(2)海量影像数据并行处理能力。比如像素工厂系统可在一个空三过程中处理过200景SPOT－5影像，唯一的限制来自于计算机存储空间大小。

(3)经融合处理的正射影像色彩十分接近现实真彩色，这源于系统采用了先进、丰富的地物光谱库和融合算法。这样不仅保证了大面积镶嵌影像在色彩上的连续性，而且可避免因季节不同而导致的影像间的色彩差异。

(4)正射影像镶嵌图达到了近无缝的效果，这是因为采用了独特的拼接线选择方法和复杂的对比匹配算法，消除了太阳高度角、光线变化、季节不同及云朵水体等造成的差异。

(5)显著减少对于地面控制点数量的要求。通常SPOT－5影像正射纠正要求每景至少需16个控制点，对于大面积区域的项目来说，获取地面控制点的成本极高。像素工厂采用自动光学传感器的摄影机模型和同轨影像合并成条带的空三处理方法，极大地减少了控制点采集工作量，显著地节省了成本，对偏远及条件恶劣地区测图来说有着明显的优势。

像素工厂系统处理卫星遥感影像生成正射影像镶嵌图的流程如下:

①数据预处理及导入。

②空三处理。包括:初始化;导入控制点;自动计算同名点;设置高度参数;检验同名点;正射纠正编辑;网平差参数优化;网平差结果查看及确认。

③对影像进行正射纠正。

④对全分辨率影像进行影像融合及真彩色转换。

⑤以快视图影像为参考对全分辨率影像进行自动镶嵌。

⑥影像镶嵌图的质量控制，包括几何精度和色彩。

2 项目概述

天津金宇信息技术有限公司与北京视宝卫星图像有限公司合作，在中国及亚太地区开展基于像素工厂系统的遥感影像制图应用，已完成多项基于卫星遥感影像及数字航空影像的地理数据制作项目。

有一快速制作23对SPOT－5同步数据的镶嵌影像图项目，是建设部三江流域资源调查工作的一子项目，其覆盖区域为我国西南高原地区三江源头流域。23对SPOT－5数据均为同步获取的2.5 m全色影像和10 m多光谱影像，其处理级别为1A级，质量级别为excellent级。该项目利用像素工厂处理，并在通用图像处理软件Photoshop中进行镶嵌影像图的色彩编辑处理。其中，比较关键的空三处理过程为:设置加密工程的精度;分块提取连接点并各自进行优化调整;将所有的连接点文件合并后进行整体的区域网平差;输出精度报告。

经空三、正射纠正、影像融合、影像镶嵌等处理得到的2.5 m镶嵌影像图如图1所示。

图1 SPOT－5镶嵌影像图

图2 “双眼皮”现象示意图

图1同时显示了镶嵌影像图与影像边界矢量图的叠加示意。像素工厂系统可将同轨的若干景SPOT－5影像合并成一个大的片段影像，图1中的若干个大矩形即表示片段影像。

但当项目进行到利用Photoshop软件进行影像镶嵌图色彩编辑后处理时，发现部分融合影像存在像素错位问题，即俗称的“双眼皮”现象，如图2所示，这属于融合数据的几何质量问题。分析知原因是同步获取的全色影像与多光谱影像配准精度不高，而根源在于在空三过程中对应的两对影像间的连接点数量不足或分布不合理。图3为空三工程中该两对影像的连接点分布示意图。通常像素工厂处理SPOT－5影像要求一对影像内连接点至少有6个且应分布均匀，而从图3可看出该片段影像内的连接点空间分布极不合理且数量偏少，这直接导致了其配准精度不高而产生融合影像的像素错位问题。

图3 空三工程连接点分布示意图

图4 修正后连接点分布示意图

3 镶嵌影像局部修正方法

3.1 局部修正原理

在此情况下，最可靠的改正方法是整个项目重新进行。考虑到项目成本及工期，该方法并不可取，故而考虑局部修正方法。该方法的思路是:

(1)对有问题的片段影像补充做一局部的空三工程，其必要前提是该局部空三工程的精度设置与整个项目的空三工程的精度一致。而为保证局部空三工程的几何精度，该过程须具备数量充足且分布均匀的连接点。

(2)将该局部空三工程合并到全局空三工程中进行一次整体网平差。若平差结果与前次的全局平差结果相一致，则加做的空三处理结果合理可被采用。

(3)加做的局部空三处理通过后，对该片段影像包含的2对影像进行正射纠正及融合。最后在Photoshop软件中用此修正的融合数据替换像素错位范围内的数据，并进行相应的色彩编辑处理。

得益于像素工厂系统对SPOT－5影像制作的极大便利性，先做局部影像的空三工程再与全局空三工程合并进行整体网平差在像素工厂系统上是可执行的，这初步证实该思路的可行性。经上述分析，决定采用局部影像修正的方法，但非常重要的是需对处理后的融合影像进行几何精度检查，包括影像内部几何精度检查和外部接边几何精度检查，检查的方式有目视粗检及严格检查。

3.2 修正过程及质量检查

按上述步骤处理，局部空三工程提取了充足、合理的连接点，其点位分布如图4所示。前后两次全局空三处理区域网平差结果如表1所示。

两次空三处理区域网平差结果 表1

从表1可见修正后的全局空三网平差结果与前次全局空三网平差结果一致，这初步保证了前后两次正射纠正影像在几何精度上的一致性，于是对局部影像进行正射纠正及融合。

对融合影像进行100%检查，未发现像素错位现象。接着需检查局部融合影像与前期整体镶嵌影像的几何接边质量。对此采用了100%目视粗检与利用检查点进行严格检查相结合的方法。100%目视粗检方法是:在Photoshop软件中将前后两次影像叠加，采用交替显示方式进行目视对比检查，需100%检查，其过程如图5所示。严格检查是在局部影像范围内人工选取特征明显、数量充足且均匀分布的检查点，并在局部融合影像和前期影像上采集其坐标，计算检查点坐标的较差以检核接边几何精度。本次检查共选取了10个检查点，检查点的选取原则为影像上独立地物的中心点或道路交叉点等明显特征点，且其成像应清晰易辨。检查点分布如图6所示，检查点较差结果如表2所示。

图5 目视粗检示意图

图6 检查点分布图

检查点较差结果 表2

融合影像的分辨率为2.5 m，按影像镶嵌图制作标准要求融合影像间的接边误差不超过两个像素，即5 m，由上表可知修正的融合影像几何精度符合要求，则修正的融合影像合格。

下一步操作是在Photoshop软件里用修正的融合影像进行替换及色彩处理，此操作较容易，在此就不赘述。

4 结语

对于大区域卫星影像镶嵌图制作项目来说，像素工厂系统不仅具有速度快、自动化程度高的优点，而且由于其采用了开放式的系统架构，可方便地在XML文件中嵌入数据、任务及工作流等，因而其在空三处理上具有较高的便利性，且可保证影像的几何精度。本项目即是一个例证。同时，实际遥感影像制作项目千差万别，在面临类似问题时，充分挖掘像素工厂系统的操作优点及功能，将会避免返工情形的发生，达到事半功倍的效果。

［1］刘子刚，赵洪山，关鸿亮.“像素工厂”进神州——访四维航空遥感有限公司常务副总经理关鸿亮［J］.中国测绘，2006(3).

［2］曹敏，史照良.新一代海量影像自动处理系统“像素工厂”初探［J］.测绘通报，2006(10).

［3］李德仁，周月琴，金为铣.摄影测量与遥感概论［M］.北京:测绘出版社，2001.

［4］像素工厂 Pixel Factory——工业化解决方案［EB/0L］.http://www.spotimage.com.cn/web/896 － pixel－ factory.php