三調(diào)正射影像生產(chǎn)與質(zhì)量控制方法探討

梁 一

（1. 福建省制圖院，福建 福州 350003）

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，高分辨率正射遙感影像已成為自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的重要數(shù)據(jù)源。大數(shù)據(jù)時(shí)代的衛(wèi)星、航空遙感獲取影像資源日益豐富，遙感技術(shù)在災(zāi)害應(yīng)急保障、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、數(shù)字城市建設(shè)等越來(lái)越多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系著相關(guān)業(yè)務(wù)開(kāi)展的順利與否[1]。因此通過(guò)三調(diào)正射影像生產(chǎn)建立一套快速、質(zhì)優(yōu)的生產(chǎn)解決方案，提高遙感數(shù)據(jù)處理的技能，可為服務(wù)自然資源管理打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)[2]。研究正射影像的生產(chǎn)全過(guò)程以及質(zhì)量問(wèn)題分析和技術(shù)方法優(yōu)化等內(nèi)容，對(duì)完善、解決方案具有重要意義。

1 生產(chǎn)區(qū)域與基礎(chǔ)資料

本研究生產(chǎn)區(qū)域包括福建省漳州、廈門、龍巖三市共計(jì)22個(gè)縣，漳州、廈門位于閩南沿海地區(qū)，總面積共計(jì)約3.29 萬(wàn)km2，海域面積約2.25 萬(wàn)km2，有500多個(gè)島礁。地形由北西向東南傾斜，主要地貌依次有中低山、丘陵、臺(tái)地、沖海積平原等[3-4]。龍巖位于閩西山區(qū)，全市總面積約19 000 萬(wàn)km2，山地、丘陵約占總面積的95%，地勢(shì)由東北向西南傾斜[5]。

根據(jù)作業(yè)區(qū)域及技術(shù)要求收集生產(chǎn)相關(guān)的基礎(chǔ)資料，主要包括：①DEM 數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)勢(shì)性為2017年的1∶2 000 比例尺DEM，地理國(guó)情普查1∶10 000比例尺DEM 等；②參考控制資料，包括全省基礎(chǔ)測(cè)繪1∶10 000 衛(wèi)星正射影像，全省農(nóng)經(jīng)權(quán)確權(quán)工作1∶2 000 航攝影像成果，廈門市1∶5 000比例尺衛(wèi)星正射影像圖，以及廈漳周邊海域谷歌影像；③國(guó)家下發(fā)的多源遙感影像，主要有BJ2、GF2 等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星影像，GJ1、WV3/4 等國(guó)外高分衛(wèi)星影像。④其他輔助影像。

2 總體技術(shù)路線

以優(yōu)于1 m 為主的多源衛(wèi)星影像和控制資料等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先對(duì)全色影像采取密集和稀疏匹配相結(jié)合的方法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，然后將全色影像與多光譜影像進(jìn)行配準(zhǔn)，配準(zhǔn)后進(jìn)行影像融合和正射糾正，最后對(duì)影像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、鑲嵌裁切，經(jīng)成果質(zhì)量全面檢查合格后提交驗(yàn)收[6]（如圖1）。

圖1 總體技術(shù)流程

3 質(zhì)量分析與控制

3.1 主要問(wèn)題分析及處理

1）原始影像數(shù)據(jù)問(wèn)題：①kompsat、Pleiade 等影像初始位置不準(zhǔn)確，與周邊重疊影像偏差超限，無(wú)法匹配出正確的控制點(diǎn)和連接點(diǎn)，原始rpc 文件可能存在問(wèn)題。因此在選片時(shí)剔除此類影像，尋找質(zhì)量高的其他衛(wèi)星影像替換。②原始數(shù)據(jù)存在云霧、陰影、條帶、噪點(diǎn)、曝光過(guò)度、紋理模糊等數(shù)據(jù)問(wèn)題，可通過(guò)選用盡量不遮擋重點(diǎn)調(diào)查地類的影像，將對(duì)作業(yè)的影響降到最小。對(duì)于有薄云、薄霧覆蓋，但地物可見(jiàn)的數(shù)據(jù)，通過(guò)勻光勻色的技術(shù)手段消除云霧影響。城區(qū)高大建筑物存在陰影的，盡量選用側(cè)視角較小和獲取時(shí)間較優(yōu)的原始數(shù)據(jù)減小地物陰影的影響。對(duì)于原始影像存在噪點(diǎn)的，大部分可用其他影像代替或修改。曝光過(guò)度情況可通過(guò)曝光抑制的技術(shù)手段處理。

2）生產(chǎn)過(guò)程中問(wèn)題：①地物拉花。由于DEM 精度差或原始影像側(cè)滾角偏大等原因造成地物拉伸，可通過(guò)內(nèi)插法重新糾正DEM進(jìn)行修改。②扭曲變形。處理方法：可對(duì)扭曲處通過(guò)PhotoShop 軟件重新糾正影像進(jìn)行修改[7]。③色彩不一致。由于原始影像數(shù)據(jù)多源，不同類型色彩差異較大，勻色后還是會(huì)存在差異，在鑲嵌過(guò)程中盡量處理，確保圖面接邊處盡量過(guò)渡自然。④影像鑲嵌問(wèn)題。編輯過(guò)程中部分區(qū)域由于地物變化大、影像模糊、色彩、陰影等問(wèn)題導(dǎo)致修編困難。處理方法是首先保證質(zhì)優(yōu)影像置頂，編輯時(shí)選擇性繞開(kāi)問(wèn)題區(qū)域（包含人工地物、水體等），沿線性地物且紋理差異不大的位置編輯，保持人工地物的完整性和合理性。⑤接邊精度超限問(wèn)題。由于地物變化導(dǎo)致鑲嵌線未繞開(kāi)人工地物或影像糾正精度不達(dá)標(biāo)等原因造成的接邊差超限。處理方法：對(duì)由于局部地形變化或人工地物接邊差超限的接邊問(wèn)題，可通過(guò)編輯鑲嵌線來(lái)解決。對(duì)可能是影像糾正精度不達(dá)標(biāo)原因造成的接邊問(wèn)題，需分別對(duì)接邊兩側(cè)的正射影像精度進(jìn)行檢查。如兩側(cè)精度均滿足技術(shù)要求，需對(duì)接邊影像進(jìn)行接邊差改正，達(dá)到接邊精度要求；如果兩側(cè)精度不滿足要求，則需重新對(duì)影像進(jìn)行正射糾正[8]。

3）其他問(wèn)題。①海域控制問(wèn)題：海域部分缺乏高精度參考DOM 和DEM 數(shù)據(jù)，可通過(guò)下載相對(duì)精度較高的數(shù)據(jù)作為控制參與生產(chǎn)。②元數(shù)據(jù)問(wèn)題：少量數(shù)據(jù)層與技術(shù)規(guī)程要求屬性項(xiàng)、屬性內(nèi)容不符，處理辦法有理清要求、統(tǒng)一模板、著重檢查、保證準(zhǔn)確。

3.2 影像質(zhì)量控制

國(guó)土調(diào)查對(duì)調(diào)查精度的要求較高，保證調(diào)查精度的前提是調(diào)查底圖的精度要有基礎(chǔ)。此問(wèn)題涉及范圍較廣，包括原始衛(wèi)片的入射角度、影像質(zhì)量、軌道參數(shù)以及參考影像的精度，DEM高程的精度等問(wèn)題（由圖2所示）。以下幾點(diǎn)為本次正射影像生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制的主要問(wèn)題。

圖2 控制點(diǎn)匹配

1）區(qū)域網(wǎng)平差方法。多源影像匹配是衛(wèi)星數(shù)據(jù)幾何精校正的關(guān)鍵。為提高匹配的可靠性，達(dá)到提取高精度控制點(diǎn)位的目的，結(jié)合生產(chǎn)軟件功能和特性，制定出多源影像高精度協(xié)同區(qū)域網(wǎng)平差的方案。主要技術(shù)方法有：①控制點(diǎn)匹配：先對(duì)全部影像采取單景模式進(jìn)行稀疏匹配；沒(méi)有匹配上點(diǎn)的影像采取重疊區(qū)模式再密集匹配；若點(diǎn)位仍稀疏，可再進(jìn)行人工刺點(diǎn)；對(duì)于投影差大的不建議刺點(diǎn)。人工加點(diǎn)要反復(fù)迭代平差，并進(jìn)行點(diǎn)位微調(diào)。②連接點(diǎn)匹配：先采用多源影像匹配方案，再采取中密度匹配模式再次匹配。

2）DEM數(shù)據(jù)處理。參考DEM數(shù)據(jù)與原始影像本身存在現(xiàn)勢(shì)性差異，運(yùn)用不同尺度和采樣間距的DEM 生產(chǎn)的DOM 圖面效果和平面精度也都有差異，況且地形復(fù)雜度高的DEM 數(shù)據(jù)成果本身也會(huì)存在高程異常的問(wèn)題，故對(duì)DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硎潜匾摹?/p>

城市的發(fā)展進(jìn)步伴隨著新區(qū)的開(kāi)拓和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，比如：新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)、商品樓盤、高架立交橋、道路等，隨之地形也會(huì)發(fā)生很大的變化。DEM數(shù)據(jù)不能及時(shí)更新就不能表達(dá)現(xiàn)勢(shì)的地面高程，在影像糾正中就會(huì)出現(xiàn)地物變形扭曲，因此需要采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚韱?wèn)題：①局部置平。對(duì)道路、房屋、橋梁等變形扭曲地物可通過(guò)等高線局部置平，避免堆積的方法進(jìn)行處理；②區(qū)域平滑?？赏ㄟ^(guò)DEM內(nèi)插方法達(dá)到局部平滑處理，能保證影像（尤其是山區(qū)）紋理不拉花變形；③DEM 局部重構(gòu)。人工采集高程異常附近特征高程點(diǎn)、線，利用軟件重構(gòu)局部匹配錯(cuò)誤的高程點(diǎn)，解決高程異常問(wèn)題，如圖3所示。

圖3 DEM局部處理和影像糾正

3）影像鑲嵌優(yōu)化。影像鑲嵌除了要解決技術(shù)要求注意的問(wèn)題之外，還要尋求在沒(méi)有合適的生產(chǎn)工具的情況下，如何優(yōu)化資源配置。由于不同生產(chǎn)軟件之間存在參數(shù)及設(shè)置不兼容不一致的情況，導(dǎo)致影像在不同顯示和拼接狀態(tài)下存在色彩差異和接邊問(wèn)題。解決辦法：一是分析不同軟件之間的共性和差異，發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)造不同軟件兼容使用的條件；二是通過(guò)比對(duì)分析同一軟件內(nèi)相似功能及參數(shù)配置，尋求符合技術(shù)要求的最佳輸出結(jié)果；三是反饋軟件漏洞及時(shí)調(diào)優(yōu)修復(fù)解決。

4）成果質(zhì)量檢查。質(zhì)量檢查內(nèi)容包括各個(gè)批次成果生產(chǎn)所引用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)路線是否正確，平面精度、影像質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，相關(guān)文檔、附件資料是否齊全，時(shí)間精度、附件質(zhì)量是否符合規(guī)定要求。其中重點(diǎn)檢查平面精度和影像質(zhì)量，DOM成果數(shù)據(jù)利用已有影像成果提取同精度點(diǎn)檢查平面精度。經(jīng)檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)平面精度的平面位置中誤差和接邊誤差，保證滿足正射影像平面幾何精度達(dá)到1∶10 000成圖精度的技術(shù)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字正射影像圖是三調(diào)主要的數(shù)據(jù)源，也是成果的重要組成部分，高質(zhì)量的正射影像成果在三調(diào)工作中發(fā)揮重要作用。在三調(diào)影像生產(chǎn)全流程中通過(guò)持續(xù)的質(zhì)量分析和檢查，找準(zhǔn)問(wèn)題主要根源，有效追蹤和把控各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，解決了多源衛(wèi)星遙感影像生產(chǎn)過(guò)程中諸多技術(shù)難點(diǎn)。在今后影像生產(chǎn)工作中應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)成果質(zhì)量的控制，不斷提高生產(chǎn)技術(shù)水平，完善質(zhì)量管理體系，為后續(xù)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)提供快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源和技術(shù)保證。