淺析衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)

陳瑞波

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)和航天技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代獲取地理空間信息數(shù)據(jù)的主要手段。近年來，我國發(fā)射了一系列的高分辨率遙感衛(wèi)星，高分二號、天繪一號、資源三號等，如何快速處理衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、加強(qiáng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用研究，對于提高衛(wèi)星遙感技術(shù)服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星遙感 影像處理 糾正 融合

中圖分類號：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（b）-0037-01

遙感即遙遠(yuǎn)的感知，衛(wèi)星遙感技術(shù)指的是研究利用星載的各種不同類型的非接觸傳感器，獲取模擬的或數(shù)字的影像，然后通過解析和數(shù)字化方式提取所需要的信息，在空間信息系統(tǒng)中數(shù)字地加以存儲、管理、分析和表達(dá)，再通過可視化和符號化技術(shù)形成所需要的產(chǎn)品供各領(lǐng)域應(yīng)用，具有周期短、覆蓋范圍大、費(fèi)用低等特點(diǎn)。我國最近發(fā)射了一系列如高分二號、天繪一號、資源三號等高分辨衛(wèi)星。該文從衛(wèi)星遙感影像糾正、融合、鑲嵌裁切等多方面的處理技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

1 衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù)流程

衛(wèi)星遙感影像分為全色和多光譜兩種數(shù)據(jù)，全色影像即常說的黑白影像，多光譜影像即常說的彩色影像，一般三個波段以上不等。目前大多數(shù)遙感衛(wèi)星都有全色和多光譜數(shù)據(jù)，可采用兩種處理流程：一是全色與多光譜數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度高者，先融合再糾正；二是全色與多光譜數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度差者，先糾正全色數(shù)據(jù)，然后多光譜數(shù)據(jù)與全色進(jìn)行配準(zhǔn)，再進(jìn)行融合處理。最后對融合后的影像進(jìn)行影像鑲嵌、調(diào)色和成果裁切。

2 衛(wèi)星遙感影像處理

2.1 衛(wèi)星遙感影像糾正處理

為了降低對用戶專業(yè)水平的需求，擴(kuò)大用戶范圍，同時保護(hù)衛(wèi)星的核心技術(shù)參數(shù)不被泄漏，絕大部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)向用戶提供一種與傳感器無關(guān)的通用型成像幾何模型—有理函數(shù)（RPC）模型，替代以共線條件為基礎(chǔ)的嚴(yán)格幾何模型。RPC模型的建立采用“獨(dú)立于地形”的方式，即首先利用星載GPS測定的衛(wèi)星軌道參數(shù)及恒星相機(jī)、慣性測量單元測定的姿態(tài)參數(shù)建立嚴(yán)格幾何模型；之后，利用嚴(yán)格模型生成大量均勻分布的虛擬地面控制點(diǎn)，再利用這些控制點(diǎn)計(jì)算RPC模型參數(shù)，其實(shí)質(zhì)是利用RPC模型擬合嚴(yán)格幾何成像模型。

RPC模型糾正具有多個特點(diǎn)，它對任何衛(wèi)星類型的遙感影像數(shù)據(jù)都是有效的，處理時需要高精度的DEM，采用復(fù)雜的多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，一般2～3階，需要的控制點(diǎn)較多。

糾正控制資料一般有外業(yè)控制點(diǎn)、DOM、DLG或者DRG數(shù)據(jù)，糾正前一定要明確控制資料的坐標(biāo)系統(tǒng)，通過RPC參數(shù)與控制資料的相關(guān)投影關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)的快速準(zhǔn)確定位，中誤差需控制在2～3個像素以內(nèi)，若較大，則需調(diào)整，具體根據(jù)參考資料及地形差異確定。若為全色與多光譜配準(zhǔn)精度，則控制在0.5～1個像素內(nèi)為宜，才能保證融合后影像不會有重影、模糊的現(xiàn)象，重采樣方法一般選擇雙立方或者三次卷積，避免和減少線性地物鋸齒現(xiàn)象的發(fā)生。

衛(wèi)星遙感影像糾正質(zhì)量把關(guān)嚴(yán)不嚴(yán)，關(guān)系到后續(xù)工作處理和成果的精度，最后才發(fā)現(xiàn)糾正有問題的話再去返工處理、極大降低效率，一定要對糾正質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查。糾正質(zhì)量檢查主要從以下幾個方面去檢查，一是控制點(diǎn)定位是否準(zhǔn)確，分布是否均勻；二是糾正控制點(diǎn)單點(diǎn)最大誤差是否超限；三是糾正控制點(diǎn)殘差中誤差是否超限；四是糾正影像精度是否超限。

2.2 衛(wèi)星遙感影像融合處理

遙感影像融合是將同一環(huán)境或?qū)ο蟮倪b感影像數(shù)據(jù)綜合處理的方法和工具，產(chǎn)生比單一影像更精確、更完全、更可靠的估計(jì)和判決，以提供滿足某種應(yīng)用的高質(zhì)量信息，作用主要有：（1）銳化影像、提高空間分辨率；（2）克服目標(biāo)提取與識別中數(shù)據(jù)不完整性，提高解譯能力；（3）提高光譜分辨率，用于改善分類精度；（4）利用光學(xué)、熱紅外和微波等成像傳感器的互補(bǔ)性，提高監(jiān)測能力。

遙感影像融合一般可分為：像素級、特征級和決策級融合。像素級融合是指將配準(zhǔn)后的影像對像素點(diǎn)直接進(jìn)行融合。優(yōu)點(diǎn)是保留了盡可能多的信息，具有較高精度。缺點(diǎn)是處理信息量大、費(fèi)時、實(shí)時性差。由于像素級融合是基于最原始的圖像數(shù)據(jù)，能更多地保留圖像原有的真實(shí)感，提供其它融合層次所不能提供的細(xì)微信息，因而應(yīng)用廣泛，推薦使用Pansharping融合算法，它能最大限度地保留多光譜影像的顏色信息和全色影像的空間信息，融合后的圖像更加接近實(shí)際。

對于缺失藍(lán)波段的衛(wèi)星遙感影像來說，一般可用近紅外波段來替代藍(lán)波段，同時對綠波段進(jìn)行處理。通過RGB={B2，（B1 +B2 +B3）/3，B3}的方式進(jìn)行假彩色合成，可合成接近自然的顏色。

對于四波段并具有RGB的影像，由于秋冬季節(jié)、制圖需要或植被識別等需對綠色進(jìn)行增強(qiáng)，而簡單的通過RGB顏色不能滿足需求的時候，因近紅外對綠色等植被反應(yīng)靈敏，可在綠波段加入近紅外波段，RGB={B3，（B2*x+B4*y），B1；x（0～1），y（0～1），X，Y則根據(jù)影像成像時間或需要進(jìn)行調(diào)節(jié)}，從而達(dá)到增強(qiáng)綠色的目的。

對遙感影像融合質(zhì)量檢查的內(nèi)容主要有：一是融合影像是否有重影、模糊等現(xiàn)象；二是融合影像是否色調(diào)均勻、反差適中；三是融合影像紋理是否清楚；四是波段組合后圖像色彩是否接近自然真彩色或所需要的色彩。

2.3 衛(wèi)星遙感影像鑲嵌和裁切

衛(wèi)星遙感影像鑲嵌是把不同景糾正融合后的成果合并，鑲嵌前要保證鑲嵌前各景影像接邊精度符合要求，一般兩個像素以內(nèi)，鑲嵌線應(yīng)盡量沿線狀地物、地塊邊界，空曠處及山谷地帶選取，避免切割完整的地物，并盡量舍棄云霧及其它質(zhì)量相對較差區(qū)域的影像，鑲嵌線羽化時，需保證鑲嵌處無裂縫、模糊、重影現(xiàn)象，鑲嵌影像整體紋理、色彩自然過渡、色調(diào)均一，鑲嵌調(diào)色完成后按裁切范圍將成果進(jìn)行輸出。

3 結(jié)語

目前衛(wèi)星遙感技術(shù)向著更高時間分辨率、空間分辨率、光譜分辨率的“三高”發(fā)展，并可實(shí)現(xiàn)多角度、全天候的觀測，廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測、重大工程等許多領(lǐng)域，隨著應(yīng)用深入將進(jìn)一步推動衛(wèi)星遙感處理技術(shù)的發(fā)展。

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