光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)綜述及發(fā)展趨勢(shì)

賀兵

（尉氏縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 尉氏 475500）

光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)綜述及發(fā)展趨勢(shì)

賀兵

（尉氏縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 尉氏 475500）

本文介紹光學(xué)遙感技術(shù)，分析了測(cè)繪有效荷載、衛(wèi)星定軌同步和幾何定標(biāo)與立體測(cè)圖，介紹國(guó)內(nèi)外光學(xué)遙感測(cè)繪的現(xiàn)狀以及對(duì)光學(xué)遙感立體測(cè)繪的探索方向，為高精度光學(xué)遙感立體測(cè)繪衛(wèi)星的發(fā)展方向提供參考。

光學(xué)遙感；立體測(cè)繪；發(fā)展趨勢(shì)

1 光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)概述

1.1 光學(xué)遙感技術(shù)

光學(xué)遙感是指?jìng)鞲衅鞴ぷ鞑ǘ蜗抻诳梢姴ǘ畏秶?.38～0.76μm）之間的遙感技術(shù)。其中，電磁波譜的可見范圍約在可見波段范圍之間，是傳統(tǒng)航空攝影偵查和航空攝影測(cè)繪中最為常用的波影手段。光學(xué)遙感技術(shù)可以利用其自身的傳感器收集和記錄地球中物體和現(xiàn)象的有關(guān)信息，并且處理成為形、象、譜、色，因其可視性好、分辨率高，是當(dāng)前測(cè)繪應(yīng)用的主要數(shù)據(jù)來源。1957年，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，開啟了衛(wèi)星觀測(cè)地球的時(shí)代。與此同時(shí)，為了提高衛(wèi)星分辨地物的能力，各種遙感器發(fā)展起來：照相是以前立體測(cè)繪最常用的遙感手段，也是觀測(cè)初期使用的主要手段：多光譜照相為獲得不同波段的一組黑白照片，在幾個(gè)或十幾個(gè)窄光譜波段內(nèi)同時(shí)拍攝同一地區(qū)的地物。多光譜掃描成像是遙感技術(shù)的一大進(jìn)展，它利用分光和光電技術(shù)同時(shí)記錄和發(fā)送某一被掃描點(diǎn)上的數(shù)個(gè)以至數(shù)十個(gè)波段光譜反射的信息（像元），并將同一波段的數(shù)個(gè)掃描像元構(gòu)成一幀掃描像，由衛(wèi)星地面站接收。紅外可見光譜只占電磁波的很小部分，紅外區(qū)采集的是地物自身的輻射，而不是對(duì)太陽(yáng)輻射的反射比［1］。

1.2 衛(wèi)星立體測(cè)繪技術(shù)

立體測(cè)繪是對(duì)物體表面進(jìn)行的全范圍的測(cè)繪。目前，最主要的測(cè)繪方式有：立體測(cè)繪、雷達(dá)干涉測(cè)量和激光掃描測(cè)繪。而立體測(cè)繪技術(shù)最為成熟，也是月球測(cè)繪的首選通用型技術(shù)，且使用人左右眼視差的視覺原理來獲取三維信息?？偟膩碚f，評(píng)價(jià)衛(wèi)星測(cè)繪性能的重要指標(biāo)是幾何定位精確度，而影響這項(xiàng)重要指標(biāo)的因素涉及軌道和姿態(tài)測(cè)量精度、相機(jī)有效荷載系統(tǒng)。除了與自身分辨率有關(guān)外，還與相機(jī)內(nèi)部參數(shù)誤差、衛(wèi)星攝影基線誤差等有關(guān)［2］。

2 光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 影像壓縮與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)

以中國(guó)工程院院士劉先林為組長(zhǎng)的鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像壓縮質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)作為衛(wèi)星重大工程和衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)支撐，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。影像壓縮是按一定規(guī)則對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組合，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“瘦身”。隨著衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)規(guī)模的增大，傳輸?shù)拇罅窟b感數(shù)據(jù)沒有無限的衛(wèi)星容量，導(dǎo)致其矛盾日益突出，而影像壓縮技術(shù)有效解決了這一問題。由于遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)量大，又受衛(wèi)星儲(chǔ)存能力和衛(wèi)星下行寬帶的影響，基本上所有衛(wèi)星影像都需要壓縮后才能下傳。衛(wèi)星影像壓縮直接關(guān)系著著影像質(zhì)量和衛(wèi)星影像的應(yīng)用能力與范圍。

長(zhǎng)期以來，我國(guó)民用遙感衛(wèi)星的影像壓縮一直由航天部門直接研制，應(yīng)用領(lǐng)域基本沒有介入，衛(wèi)星研制和應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。為了改變我國(guó)遙感衛(wèi)星重發(fā)射、輕應(yīng)用的局面，國(guó)家有關(guān)部門組織開展了衛(wèi)星影像壓縮質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)研究，成立了遙感影像壓縮質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目組，根據(jù)我國(guó)衛(wèi)星實(shí)際特點(diǎn)和需求，建立了遙感影像壓縮質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，深入研究了影像有損壓縮和影像應(yīng)用之間的關(guān)系。其重要依據(jù)是國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星壓縮算法的使用范圍和應(yīng)用能力，促進(jìn)了衛(wèi)星試驗(yàn)應(yīng)用型向應(yīng)用服務(wù)型轉(zhuǎn)變。衛(wèi)星遙感影像壓縮質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)奠定了衛(wèi)星發(fā)揮應(yīng)用潛力的基礎(chǔ)，為我國(guó)帶來了可靠的技術(shù)保障，獲得了較好的評(píng)價(jià)。

2.2 測(cè)繪相機(jī)與時(shí)間同步技術(shù)

三線陣立體測(cè)繪相機(jī)由正視相機(jī)、前視相機(jī)和后視相機(jī)組成，每個(gè)相機(jī)都是用線陣CCD探測(cè)器推掃成像的相機(jī)。在衛(wèi)星測(cè)繪中，可以形成三個(gè)相互重疊且不同視角的圖像。其特點(diǎn)是內(nèi)方位元素穩(wěn)定、相質(zhì)優(yōu)、立體測(cè)繪圖精度范圍高。衛(wèi)星應(yīng)增加其高效荷載時(shí)間、高精度的系統(tǒng)、保持CCD推掃攝影時(shí)間上的一致。

2.3 幾何定標(biāo)與立體測(cè)圖技術(shù)

為保證衛(wèi)星定位的準(zhǔn)確度，必須對(duì)測(cè)繪相機(jī)幾何參數(shù)進(jìn)行高精度的標(biāo)定，可以借助地面的高精度二維轉(zhuǎn)臺(tái)和平行光管。做好在軌幾何標(biāo)定工作，可以校正幾何參數(shù)隨空間環(huán)境的變化而變化產(chǎn)生的誤差。此時(shí)，需要依照誤差變化規(guī)律制定一定的方案，如標(biāo)定相機(jī)光軸夾角和星敏感器，對(duì)相機(jī)主點(diǎn)位置和焦距等立體測(cè)圖對(duì)衛(wèi)星的幾何定位精準(zhǔn)度要求極高，正常工作原理是通過對(duì)各種誤差源和定位誤差的分析及其對(duì)測(cè)圖的影響，根據(jù)誤差變化的規(guī)律分析其引起的相點(diǎn)量測(cè)誤差，精準(zhǔn)制定衛(wèi)星在軌道上的幾何定位方案。

2.4 衛(wèi)星定軌定姿技術(shù)

如部分區(qū)域工作人員無法設(shè)置控制點(diǎn)，為了確保衛(wèi)星軌道的測(cè)量精度和位置確認(rèn)精度，這時(shí)無控制點(diǎn)攝測(cè)量的作用就發(fā)揮出來了。在航天遙感需要精確定位地面時(shí)，往往需要地面控制點(diǎn)的輔助。首先。借助現(xiàn)有設(shè)備定位測(cè)量衛(wèi)星的軌道，提供三個(gè)外方位位置元素；其次，借助三線陣相機(jī)推掃需要攝影的地面空間；最后，測(cè)量衛(wèi)星的姿態(tài)，以便提供三個(gè)外方位位置元素。

2.5 影像壓縮技術(shù)

目前，測(cè)繪影像壓縮技術(shù)還尚未達(dá)成熟，無法做到像框式圖像般的壓縮。而導(dǎo)致遙感影像數(shù)據(jù)大量增加的是測(cè)繪衛(wèi)星的成像能力和成像方式的轉(zhuǎn)變。遙感圖像具有紋理信息豐富、冗余度低等特點(diǎn)。當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸信道的容量根本滿足不了數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的速配率，這時(shí)，就必須使用數(shù)據(jù)壓縮的方法來控制數(shù)據(jù)量的需求。

3 光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者在對(duì)高分辨率衛(wèi)星測(cè)繪影像時(shí)，對(duì)在少控制點(diǎn)及無控制點(diǎn)的情況下對(duì)其進(jìn)行立體測(cè)圖及高精度的變化監(jiān)測(cè)這一方面有著極大的研究興趣，具體可大致分為以下五點(diǎn)。

3.1 設(shè)計(jì)思路及制造方法的探索

在國(guó)內(nèi)外，很多光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)的研究者都在對(duì)其高精度測(cè)繪相機(jī)的設(shè)計(jì)思路以及制造方法和測(cè)試技術(shù)進(jìn)行探索研發(fā)。

3.2 光學(xué)遙感立體測(cè)繪整體改進(jìn)的探索

眾多探索者都想要探索出與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)。光學(xué)遙感立體測(cè)繪也不例外，科學(xué)家們正在探索怎樣制造出新一代的重放周期縮短而在精度和空間上都有著高分辨率的測(cè)繪衛(wèi)星。

3.3 幾何標(biāo)定技術(shù)的探索

在其擁有高進(jìn)度的分辨率之后，近一步探索其高精度的幾何標(biāo)定技術(shù)，更大限度的提高光學(xué)遙感立體測(cè)繪的凈化精準(zhǔn)性。

3.4 智能化的探索

智能化是現(xiàn)代科技發(fā)展的必經(jīng)之路，而用智能化的科技來處理實(shí)時(shí)的星載數(shù)據(jù)更是測(cè)繪的一大進(jìn)步和創(chuàng)新。

3.5 技術(shù)精密發(fā)展的探索

在測(cè)定衛(wèi)星軌道和姿態(tài)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)無地面控制點(diǎn)的精準(zhǔn)測(cè)量和精準(zhǔn)測(cè)繪。

而目前，多源遙感影像復(fù)合式立體測(cè)繪圖像也是光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)的多選之一；改變?cè)械膯涡蛡鞲衅髁Ⅲw定位測(cè)繪技術(shù)，使用多種傳感器獲取影像，通過復(fù)合式合成將這些影像構(gòu)成整體影像來定位。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)立體測(cè)繪衛(wèi)星幫助人們快速獲取三維地理信息。經(jīng)過數(shù)十年來的不斷發(fā)展，其已經(jīng)在圖像傳輸上有了重大突破，而測(cè)繪衛(wèi)星幾何定位的精準(zhǔn)度更是測(cè)繪性能的重要指標(biāo)。本文通過對(duì)光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)的簡(jiǎn)介以及對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)的分析，詳細(xì)全面地向大家展示了其對(duì)我國(guó)航天事業(yè)及其他相關(guān)領(lǐng)域的重要性。

［1］朱紅，劉維佳，張愛兵.光學(xué)遙感立體測(cè)繪技術(shù)綜述及發(fā)展趨勢(shì)［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2014（6）：6-12.

［2］趙竹新.基于線陣光學(xué)圖像的運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用研究［D］長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2012.

Survey and Development Trend of Optical Remote Sensing Technology

He Bing
（Weishi Bureau of Housing and Urban Planning and Construction，Weishi Henan 475500）

This paper introduced optical remote sensing technology,analysis of the surveying and mapping effective load,satellite orbit synchronization and geometric calibration and stereo mapping,introduced the actuality of optical remote sensing mapping and exploration direction of optical remote sensing stereo mapping,provided a reference di?rection for high precision optical remote sensing stereo mapping satellite.

optical remote sensing；stereo mapping；development trend

P237；V474.2

A

1003-5168（2017）08-0012-02

2017-07-01

賀兵（1980-），男，本科，助理工程師，研究方向：測(cè)繪。