基于像素工厂制作地理国情 正射影像的研究

张静

在基础性工作地理国情监测当中，通过采集并整理分析数据，从而制作正射影像是十分重要的工作内容。本文通过分析像素工厂处理系统存在的优缺点，以某测区项目为例，进一步分析了基于像素工程的地理国情正射影像制作流程，最后还分析了制作正射影像过程中遇到的难题与处理方法，便于为实际工作提供参考。

近些年间，对遥感影像和航空摄影影像的处理工作常常会运用到像素工厂，正射影像是一种基础的测绘产品，主要被用作地理地图，为得到高精度、直观的正射影像，使用像素工厂生产也是一种有效手段。基于此，本文对以像素工厂为基础的地理国情正射影像制作工作进行了简要分析。

一、像素工厂特点

像素工厂是一种对遥感影像进行自动化处理的系统，其集合了并行处理特点、多种影像兼容特点、自动化特点以及远程管理特点等，是当前遥感影像数据处理的一项主要技术，其适合于许多类型的传感器影像资料处理工作。像素工厂的优点可总结为以下几点，一是空三解算能力比较高，与一些传感器所自带的空三解算功能相比，使用像素工厂进行空三解算的速度有所提升，比如说处理分辨率为0.2 米的1000 平方千米区域影像，实际所用时间相对较短；二是在DSM 的计算方面，具有快速且自动化的优点，运用相应的运算技术不需进行人工计算操作，就能够完整进行计算，其计算的分辨率最高为一个像素，精度也是比较高的；三是从DSM 编辑到DEM 具有较为成熟的水平，比如对于地面物体的滤除处理主要是采用自动滤波技术，外加上点云数据的处理技术，当处于二维的环境状态时，可以人工进行编辑与检查，这与传统的编辑方式有所不同，具有速度较快、效率较高的特点；四是影像镶嵌较为高效，影像镶嵌需要对拼接线进行计算，而这个过程需运用DEM 与DSM 数据，确保航带的拼接线能够切实将地面建筑物绕开；五是影像处理具有匀光和匀色特点，像素工厂可以生成缩小的快视图，以便于作业人员对其开展整体调色工作，因此最后获得的影像效果也是色彩一致，达到美观的程度，这一优点也使得像素工厂被推广运用。

除了以上分析的优势外，像素工厂也存在一些缺点，这些缺点导致使用该系统进行卫星影像处理时会遇到一些问题，可进行对应性解决。比如说实际生产出的分幅影像有时会比标准值少了约一个像素，在输出数据大小方面也是存在限制，许多卫星影像在导入时必须要裁切为小块形式，给处理增添了不少工作量，像素工厂还存在着维护管理费用比较高的特点，且后续使用进行升级也十分麻烦，实际操作虽具有较高的执行效率，但上手是不容易的。

二、项目概况与卫星影像资料

1.项目概况

本次研究项目在地理国情普查的范围之内，包括了一个市的行政区，其具体地理位置为东经111°53´-113°34´之间，北纬39°05´-40°17´，该区域的总面积约为1.07 万平方公里，包括了两个区及四个县，共1688 个行政村单位，人口数量约为170 万。

2.卫星影像资料

根据传感器类型的不同，卫星影像资料包括以下几种类型。一是传感器，获得的卫星影像数据相关参数包括：单景幅宽度值为16.5 千米，其多光谱波段数量为4 个，全色波段数量为1 个，其中多光谱波段的空间分辨率为2.44 米，而全色波段的空间分辨率为0.61 米。二是WorldView-1 类型的传感器，获得的卫星影像数据相关参数包括：单景幅宽度值在16 千米以上，无多光谱波段，只有一个全色波段，该波段的空间分辨率值为0.5 米。三是WorldView-2 类型的传感器，获得的卫星影像数据相关参数包括：单景幅宽度值在16.4 千米以上，包含了4 个多光谱波段和1 个全色波段，其中多光谱波段的空间分辨率值为2 米，全色波段的空间分辨率值为0.5 米。四是GeoEye-1 类型的传感器，获得的卫星影像数据相关参数包括：实际幅宽值约为15.2 千米，包含了4 个多光谱波段和1 个全色波段，其中多光谱波段的空间分辨率值为2 米，全色波段的空间分辨率值为0.5 米。

三、基于像素工厂的地理国情正射影像制作分析

1.空三加密

在本次项目的要求中，实际加密的单个分区影像景数约为200，尽可能避免数量超过260 景，同时还需充分考虑景影像与景之间连接成具有规则性的区域，这样可以更加方便空三区域之间的相互接边，当数据源的分辨率较为相近时，就会被划分到同一个加密单元分区。此外，控制加密分区小于260 景卫星影像，也是为了确保其实际控制点数量不小于卫星影像数量的三分之一，控制点数量还应当大于6，尽可能在区域网的边缘位置上分布，其中，两个相邻的加密分区在接边的区域控制点数量应当大于2，该控制点也属于公用控制点，公用控制点还被用作对接边区域进行检查。本次研究的项目区域中，空三分区所匹配的连接点共有28589 个，但有效的连接点数量为26059 个，且控制点的数量为41 个。通过分析其连接点的具体分布情况，发现测区内的有效连接点分布比较均匀，加密区的区域网也是比较稳定的，整景影像内的系统误差颇小，表明具有较高的可靠性，在空三完成后，各项指标也满足精度要求。

2.DEM 资料

获取覆盖监测地区的高精度点云数据，该数据也是经过了滤波处理，是数字地形高程模型的项目成果，该项成果符合地理国情普查实施的要求，因此可作为本次研究的DEM 资料来使用，作用是进一步纠正正射影像，控制其格网间距为2 米＊2 米，允许的最大高程误差值为0.78 米，中误差值为0.15 米。

3.DOM 的具体制作流程

（1）对影像进行纠正

在空三完成后并获取结果后，再结合已有的DEM资料，进一步开展影像的纠正处理工作，主要是参照有关分辨率的标准值来进行纠正，同时还要检查数据的完整度，可以使用相应软件进行处理。

（2）影像的融合处理

影像融合也是正射影像制作的一个关键环节，其主要手段为同卫星影像融合方式，要根据卫星影像的特点来明确影像融合处理要点。同卫星影像融合处理，是指同一个卫星遥感影像的多光谱数据，需同该卫星的全色波段进行融合，最终获得全色图像，全色图像具有较高的空间分辨率，且富含着多种光谱信息，保留了光谱的特性，这种融合处理方式并不是简单将数据复合处理，而是更加强调对信息的优化处理，将有用的价值信息突显出来，而无用信息会得到抑制，也能够将冗余数据消除，减少模糊性缺点（包括完善不确定性、减小误差以及降低多义性），提升解译的可靠性，获得较高的应用效果。影像融合处理过程主要是包括影像预处理、空间配准、融合内容以及融合的质量评价等几项环节，通过融合处理后的影像直观地更为清晰，方便掌握地理信息情况。

（3）整景影像输出

影像的融合处理完成后就需进行影像输出，其包括整景正射影像输出与局部正射影像输出，具体输出方式都是基于像素工厂，有两种方法。一是直接运用像素工厂中export image 模块相应命令来输出整景影像或局部影像，二是运用像素工厂中的打包程序来输出整景影像或局部影像。

（4）影像套合精度检查

将全色影像导出后，对其全色影像和普通影像之间进行比对分析，主要是分析变化区域内的影像，要保证套和中误差不能够高于两个像素，若是影像套合中不同影像的分辨率不同，则需要以分辨率较低影像的像素作为基准，进一步开展计算，其中最大误差也不可超过总误差的两倍。若是套合误差值过大，已经超过了允许范围，那么应当要找出产生误差的原因，比如正射纠正处理时，可收集更为可靠的控制资料，提升纠正处理的效果，确保套合精度符合相应要求，才能够开展后续各项作业。

四、像素工厂制作地理国情正射影像的关键技术处理方法

卫星遥感影像在采用像素工厂进行处理过程中，可能会由于没有经验基础可借鉴而增加处理难度，还可能由于对已有数据进行了充分利用（包括监测区全省1:10000LiDAR 的点云数据以及检查点），但同时因为数据存在现势性差异，使得像素工厂处理数据制作DOM变得更加困难，这些都是技术上的处理难点，针对不同类型的技术问题，其也有着相对应的处理方法，具体包括以下几点。

1.利用控制点相片来判断卫星影像控制点时的难题与处理方法

在本次项目研究当中，其空三加密所使用的控制点数据为近两年间全省LiDAR 项目外业实测获得的检查点。实际检查点的相片由于拍摄不同可划分为近景与远景两类，一部分的检查点甚至无远景相片，只存在近景相片。而卫星影像在经过了无约束空三之后，还可能会存在一定系统差，因此在对控制点进行转刺时，也没有可以借助并准确分辨卫星影像检查点的参照物，影响到直观分辨，进一步增强了刺点的难度。此外，还有一种情况是，其检查点是根据航空影像拍摄并制作的，因此大部分的目标都是比较小的，若是直观地在卫星多谱影像上进行目标寻找，则难度也会上升。

为了解决上述出现的难题，所采用的处理方法为：对项目中部分区域存在的比例尺较大的正射影像图数据进行坐标的统一化处理，整合到坐标系统当中，再通过Arcmap 来进行大比例正射影像图中控制点的展示，最终获得的正射影像图会为卫星影像的刺点提供参考性帮助。而一些区域若是没有可以利用的大比例正射影像图，那么就需保证人员具有一定的外业判读经验，落实卫星控制点有效判读的工作，这种专业人才需与作业员配合完成工作，通过细致化的辨别可确定正确的点位。

2.可用外业控制点均匀性较差、存在现势性差难题及处理方法

在本次研究项目当中，其全省的控制检查点分布在高山区域位置时，存在较稀疏的情况，同时现势性差的问题也不可忽视，这些情况都会导致监测的某些区域内可以利用的控制点数量不足，或是不能满足实际要求。为此，对其采用的处理方法为，在该区域内，利用已有的比例较大的正射影像图，对图上较为明显的地物点平面坐标进行采集，然后再将其统一到空三工程的坐标系当中，这样就可将其看作是卫星影像的平面控制点，便于开展后续工作。

3.影像纠正过程中存在严重的拉花问题及处理方法

影像纠正时，其存在的拉花情况具体可分为两种，一种是DEM 资料与实际地形情况之间的差异，比如变化区以及高架桥梁等情况都会存在DEM 点与实际地形不符，当差异出现时就会产生拉花问题；另一种则是在获取影像的瞬间，其入射角的不合理导致部分影像丢失，然后再经过影像纠正处理后就会存在拉花现象。针对这两种产生拉花情况的原因，采取不同的处理方法，对于第一种拉花现象，可以对DEM 资料进行修正，对不足的内容进行弥补或是改善或者利用PS技术处理，而对于第二种拉花情况，则处理的方法包括三种。一是若拉花影像的区域存在着多景影像，那么在处理时可以采用编辑及修改拼接线的方式，从而选择最为优质的影像；二是对于过于严重的拉花影像区域，可采用已有基础测绘的影像数据进一步弥补；三是对于拉花影像不是特别严重的区域，可采用针对DEM 平滑处理的手段，进一步提升影像精度。

4.实际影像输出的繁琐问题及处理方法

卫星影像的成果数量较多，且数据的组织具有复杂性特点，这就导致影像的整景成果输出具有难度，实际影像输出存在较为繁琐的问题。从输出方式来看，目前是包括整景多光谱影像成果的输出以及整景全色影像成果的输出，不管是哪种方式，其单景的影像成果都是要求为图片img 格式。为了解决输出繁琐难题，采用的处理方法为使用像素工厂提供的打包程序服务，其输出的影像数据格式为tiftfw。但目前的像素工厂实际输出影像数据还有着大小的局限要求，因此对数据进行打包输出时，还需制作对应的裁切shp 文件，同时还要保证在数据输出以后，其可以在erdas 情况下开展逐景拼接。

五、结语

综上所述，通过对本文项目测区的数字正射影像制作生产分析，发现基于像素工厂的制作方式存在许多优势，但同时也存在一些不足之处，需进行改进并完善，提升影像处理成果的质量。由本文分析可知，基于像素工厂的地理国情正射影像制作流程包括：空三加密、对影像进行纠正、影像的融合处理、整景影像输出以及影像套合精度检查等。