基于國產衛星的數字正射影像圖生產優化研究

劉琦 唐小麗 陳紹根

[摘要]?國產衛星影像獲取能力越來越強，數字正射影像圖可以廣泛利用在自然資源管理、城市建設、生態環境等領域。以“吉林一號”衛星影像數據為例，采用吉威、沃韋航片衛片圖像智能優化應用軟件進行數據處理，針對融合糾正步驟，進行先融合后糾正與先糾正后融合的對比差異，并通過多種圖像增強方式，探索一種精度符合要求、成果質量較好、生產效率較高的生產方法，指導生產更高效。

[關鍵詞]?國產衛星?吉林一號?數字正射影像圖?沃韋

中圖分類號：P237

Research?on?the?Production?Optimization?of?Digital?Orthophoto?Maps?Based?on?Domestic?Satellites

LIU?Qi??TANG?Xiaoli*??CHEN?Shaogen

（Chengdu?Planning?Research?and?Application?Technology?Center，?Chengdu，?Sichuan?Province，?610000?China）

Abstract：?The?ability?of?domestic?satellites?to?acquire?images?is?becoming?stronger?and?stronger，?and?digital?orthophoto?maps?can?be?widely?used?in?natural?resource?management，?urban?construction，?the?ecological?environment?and?other?fields.?Taking?"Jilin-1"?satellite?image?data?as?an?example，?this?paper?processes?data?by?using?the?intelligent?optimization?and?application?software?of?Geoway?and?Worldview?aerial?photo?and?satellite?photo?images，?compares?the?difference?between?first?fusion?and?then?correction?and?first?correction?and?then?fusion?for?the?fusion?correction?step，?and?explores?a?production?method?with?satisfactory?accuracy，?good?achievement?quality?and?high?production?efficiency?through?a?variety?of?image?enhancement?methods?to?guide?production?to?be?more?efficient.

Key?Words：?Domestic?satellite;?Jilin-1;?Digital?orthophoto?map;?Worldview

1999年，中巴合作研制成功發射“資源一號”。隨后，我國遙感衛星進入快速發展階段。2013年，高分一號衛星升空，標志我國開始擁有自主高分遙感衛星。2019年底至2023年，在高分系列衛星方面，國家成功發射了高分十號、高分七號、高分十二號、高分九號02星、高分九號03星、資源三號03星、高分十三號、高分十四號等衛星。商業衛星方面，中國第一顆商用遙感衛星“吉林一號”衛星組網運行，具有高分辨、超大幅寬、高速存儲、高速數傳等特點，為農業、林業、資源、環境等行業用戶提供更豐富的遙感數據和產品服務。國產高分辨率遙感技術取得巨大進展，遙感數據獲取能力日益增強[1-2]。利用高分辨率衛星影像制作的數字正射影像圖是自然資源管理、城鄉建設發展、智慧水務建設的重要依據。

本文以成都市部分區域的“吉林一號”衛星影像數據為例，結合已有數據資料，采用吉威、沃韋航片衛片圖像智能優化應用軟件進行數據處理，針對融合糾正步驟，進行先融合后糾正與先糾正后融合的對比差異，力求探索一種精度符合要求，成果質量較好，生產效率較高的生產方法，用于指導生產。

1?數據概況

成都市，地處中國西南地區、四川盆地西部、成都平原腹地，屬于亞熱帶季風性濕潤天氣。年平均氣溫16℃，年降雨量1?000?mm左右，氣候的顯著特點是多云霧、空氣潮濕。在日照時間段，衛星影像獲取條件困難。

本文選取成都市域約300?km?由“吉林一號”高分03D30星（JLGF03D30）獲取的衛星影像數據，多光譜影像分辨率為3?m，全色影像分辨率為0.75?m，影像存在清晰度不足、地物邊界模糊、陰影覆蓋面較大等情況。通過采用Dell?Precision?7760型號計算機，采用不同方法、不同程序進行對比處理，制作完成分辨率為0.8?m數字正射影像圖。

2?處理流程

影像處理流程通常包括資料收集及預處理、正射糾正、影像融合、圖像增強、影像鑲嵌及裁切（如圖2所示）。針對其中兩個環節（正射糾正與影像融合）進行不同工序處理對比，力求以最快的方式生產質量最好的成果[3=4]。

2.1資料收集及預處理

收集試驗區域范圍內2016年采集的成都市域航飛控制點約1?943個，2016—2018年采集的LAS點云生產的格網尺寸2?m的數字高程模型（DEM）成果。資料用于模型正射糾正計算，控制點精度能夠滿足影像幾何校正，資料的范圍覆蓋并超出擬處理數據范圍。

利用吉威軟件對原始影像進行預處理，對生產區域內的控制點資料進行整合，將覆蓋擬糾正影像的DEM和文檔對象模型（DOM）數據進行拼接、平滑等處理（如圖3所示）。

2.2?先糾正后融合

2.2.1正射糾正

依托原始參數文件，基于DEM數據，采用區域網平差的方法對影像進行數字正射糾正處理。

（1）全色波段影像、多光譜影像正射糾正

按整景糾正，采用雙線性或者三次卷積法內插的方式進行重采樣。糾正過程中不改變像素位數，糾正后應沒有漏洞區。

（2）多光譜影像與全色影像配準糾正

影像配準是將不同時間、不同傳感器（成像設備）或不同條件下（氣候、光照度、攝像位置和角度等）獲取的兩幅或多幅圖像進行匹配、疊加的過程。影像配準的精度直接影響最終DOM制作的質量。

選取特征明顯的同名地物點作為配準控制點進行原始影像配準。采用沃韋航片衛片圖像智能優化應用軟件自動配準功能，以保證控制點位數量分布均勻。根據配準過程中軟件自動記錄的配準控制點殘差文件，檢查配準控制點點位精度。若殘差超限，要分析原因并重新進行選點。

配準后，采用“卷簾”和“閃爍”的方法檢查影像的配準精度。對整景影像范圍內的所有區域進行檢查，查看同名點是否存在明顯抖動和錯位現象，以防止出現局部配準點過多或過少而引起的局部地區影像配準精度不高的現象。

2.2.2?影像融合

在完成影像配準的基礎上，為確保融合后數據質量，融合前分別對全色數據亮度提高，增強局部反差，突出細節紋理；對多光譜數據進行色彩增強，突出多光譜彩色信息。

通過自動化融合工具對全色影像和多光譜影像進行融合。融合后影像要確保地類特征明顯、邊界清晰、色調基本一致，色彩接近自然，不應出現重影、模糊等現象。融合后依次檢查影像整體亮度、色調是否協調一致且連貫、紋理信息是否豐富和地物邊緣是否清晰。

2.3?先融合后糾正

先對全色波段和多光譜波段進行融合，將融合后的成果進行正射糾正。與先糾正后融合的成果進行對比（如圖4和圖5所示）。

結果表明，先校正后融合后的影像色彩更接近自然色彩，影像紋理更加豐富，地物邊界更加明晰。而先融合后糾正的影像則存在色彩不夠真實、色彩溢出、紋理不豐富、細節不突出等問題。兩者處理流程所用時間相差無異。

2.4?圖像增強

圖像增強是對影像進行進一步深入處理，使增強后的圖像直方圖呈正態分布，無明顯噪聲，質量更高。增強處理的方式包括去薄霧、色彩飽和度調整、平衡光亮以及去陰影等技術。通過增強處理后，色彩更飽和且更貼近自然色，可以通過優化提升影像成果質量。

2.4.1去薄霧處理

降低多光譜影像和全色因薄霧造成的模糊程度（如圖6和圖7所示）。

2.4.2對比度/色彩飽和度調整

采用濾波和直方圖拉伸的方法，對影像的對比度和色彩飽和度進行調整。

2.4.3勻光處理

采用直方圖均衡化和直方圖匹配法，用非線性對比拉伸重新分像元值，使圖像的直方與參考相匹配，達到分幅色彩均衡。

2.4.4銳化處理

在不影響圖像地物地貌信息的前提下，增強整個圖像清晰度。

2.5?鑲嵌及裁切

為消除由于拍攝時間、地形起伏以及天氣條件所帶來的影像色調的區別，影像勻色采用同一模板，使用沃韋航片衛片圖像智能優化應用軟件進行相關處理。在勻色過程中，對于背景區域和有云覆蓋的區域先進行排除，然后再進行勻色，保證有云區域的影像質量[5-6]。

影像的鑲嵌采用沃韋鑲嵌軟件進行相關處理，并保證在同一區域采用最新的影像數據，同時兼顧影像質量。通過在相鄰影像的重疊區繪制拼接線的方法，讓影像拼接線的繪制必須盡量繞過重大的建（構）筑物和線性地物（如道路），拼接線的繪制可盡量位于大片草地、林地及農田等區域，并將拼接線附近的影像做適當的羽化處理，以消除鑲嵌影像的拼接線，使影像之間相接部分平滑地過渡。

2.6?去陰影

現代城市高層建筑日益增多，大量陰影存在會影響影像的判讀及應用。利用沃韋軟件去陰影技術，對高層建筑造成的陰影進行檢測并去除。處理后的影像淡化許多，雖未完全去除，但影像在色彩、清晰度等方面有了較大提升（如圖8和圖9所示）。

3?結語

數字正射影像圖具有直觀、易于判讀的特點，是基礎測繪的重要產品內容之一，在自然資源管理、違法建設查處方面發揮重要作用。本文采用國產衛星影像，進行了影像的全過程處理，完成了數字正射影像圖制作。結果表明：該流程在確保成果精度的前提下可以快速提升工作效率，對大批量快速生產具有指導作用。

參考文獻

[1]?王楠.基于高分辨率遙感衛星數據的正射影像制作方法[J].經緯天地，2022?（3）：23-27，31.

[2]?張金盈，崔靚，徐鳳玲等.海量國產高分辨率衛星影像優化處理研究[J].山東國土資源，2020，36（9）：65-69.

[3]?吳立果.衛星影像數字正射影像圖生產技術探討[J].測繪與空間地理信息，2021，44（12）：205-206，209.

[4]?蔣紅，王睿.淺談數字正射影像圖的制作與應用[J].測繪與空間地理信息，2014，37（3）：151-152.

[5]?王絲雨.基于Inpho的大比例尺數字正射影像制作方法研究[J].測繪與空間地理信息，2023，46（4）：206-208，212

[6]?韓紅濤，劉軍，張傳帥，等.沃韋軟件在數字正射影像生產中的應用[J].資源導刊，2021（20）：28-29，32.