□ 赵云波

（山西省测绘工程院，山西 太原 030002）

0.引言

按照国务院对地理国情监测工作的总体部署和测绘地理信息事业转型发展的需要，从2016年起,我国的地理国情信息获取开始进入业务化、常态化监测阶段。

数字正射影像（DOM）作为地理国情监测中主要的调查数据源，为地表覆盖分类和地理国情要素的提取提供基础数据。正射影像的制作进度和质量决定了地理国情监测后续作业的进度和成果的精度。在地理国情监测正射影像的制作上，目前生产单位一般使用某一种影像处理系统进行生产，协同生产方面研究较少，本文立足技术角度，提出利用PixelGrid和PixelFactory（像素工厂）协同的正射影像生产方法，基于历史基准影像、数字高程模型等资料，对卫星遥感影像进行快速处理，得到符合地理国情监测要求的数字正射影像成果，可进一步提高生产效率。下面以大数据量的多源卫星遥感影像为研究内容，进行生产验证。

1.技术路线

地理国情监测正射影像生产数据量大，周期要求紧。单独使用PixelGrid或PixelFactory系统也可进行正射影像生产，但在自动化程度、生产效率、人机交互和影像质量等方面还不同程度地存在欠缺。本文提出的方法，就是综合PixelGrid和PixelFactory软件的各自优势，对地理国情监测正射影像制作流程进行优化，第一步，利用PixelGrid，使用已有的数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）等资料，进行影像匹配、区域网平差等环节的高效自动化处理，实现卫星遥感影像的快速正射纠正，制作整景全色和多光谱正射影像，并且在变形修改环节对DEM/DOM同步编辑更新，具有自动化程度高、精度高、人机交互好等优点；第二步，利用PixelFactory，提供分幅真彩色正射影像成果，软件在正射影像生产过程中特别引入了参考影像的概念，并且在拼接过程中考虑到影像整体及局部的辐射信息，进行了全局均匀性的匀光匀色处理，可以保证分幅正射影像成果色彩的丰富性和色调的一致性，有效提高了正射影像的质量，和其他摄影测量软件相比具有独特优势。

正射影像生产流程（如图1所示）。

图1 地理国情监测卫星遥感正射影像生产流程图

2.研究过程与实现

2.1 研究区数据

2.1.1 多源卫星遥感影像

此次研究区的多源卫星遥感影像数据共287景，其中分辨率优于1米的卫星影像191景，包括高分二号（GF2）卫星159景和北京二号（BJ2）卫星32景，分辨率优于2.5米的卫星影像96景，包括高分一号（GF1）卫星61景和资源三号（ZY3）卫星35景，影像时相在2016年1月至2017年7月间。四种卫星遥感影像空间分辨率对照情况（如表1所示）。

表1 卫星遥感影像空间分辨率对照表 单位：m

2.1.2 现有正射影像

（1）近年航空摄影获取的正射影像成果，分辨率为0.5米，数据采集时间在2009年至2016年间。

（2）山西省第一次地理国情普查正射影像成果，分辨率为0.5米，数据采集时间在2013年至2015年间。

以上的正射影像成果作为此研究区的基准控制影像使用，同时进行已有正射影像测区间的接边精度检测工作。

2.1.3 现有全省高精度数字高程模型

“山西省高精度数字高程模型”是利用ALS60机载激光雷达系统采集获取，并经过数据处理生产的覆盖山西全省15.6万平方公里的3m×3m格网数字高程模型数据，在本次研究中用于卫星遥感影像的正射纠正。

2.1.4 第一次地理国情普查项目检查点

山西省第一次地理国情普查项目所用检查点在本次研究中作为地理国情监测正射影像成果质量检查的检查点使用。

2.2 整景正射影像制作

2.2.1 空中三角测量

（1）空三分区

根据原始卫星遥感影像提供的先后顺序，以已有数据连接成片、尽量避免数据分散为原则，综合考虑批次、卫星类型、影像分辨率、时相、分布等因素进行分区。

（2）卫星影像数据预处理

将卫星遥感影像数据按不同卫星传感器类型分别进行预处理及分析，对原始卫星遥感影像文件和轨道参数文件进行处理，生成通用的*.tif和*.rpc文件。

（3）设置参考数据库

需要将已有DOM和DEM数据进行设置，设置完成后会生成相应的*.db文件（相当于索引文件，软件会从*.db文件中自动搜索相应位置的DOM和DEM数据）。

（4）设置并行处理环境

设置完成后，单计算机情况下是调用本计算机的多核并行处理；计算机集群情况下是调用局域网内的多个计算机进行并行处理，这样可以最大限度地利用局域网内的计算机资源，提高处理效率，节省生产时间。

（5）连接点匹配

软件以已有的DOM和DEM数据作为基准控制参考，对整景卫星影像进行生成金字塔影像、提取特征信息等处理，利用影像匹配算法自动匹配海量的控制点和连接点。

（6）区域网平差

软件利用自动匹配的连接点及参考控制点数据，以整体联合区域网平差的方式获取卫星影像的定向参数。软件支持弱交会整景影像的大范围区域网平差处理，提高了处理效率并解决了影像接边问题。区域网平差后注意检查连接点、控制点分布情况。

（7）空三精度分析

空三精度检测主要是加密分区外参数解算误差，此精度关乎到空三的平面精度。外参数解算检查点中误差（如表2所示）。

表2 外参数解算检查点中误差统计表 单位：m

依据GQJC05-2017《数字正射影像生产技术规定》，如果采用前期普查或监测形成的正射影像作为控制源，外参数解算的检查点中误差应优于1.5×GSD（GSD为待纠正影像和控制影像中分辨率相对较低的地面分辨率），最大误差不超过2倍中误差。从表2可以看出，空三外参数解算精度符合规定要求，定向成果可供正射纠正使用。

2.2.2 整景正射影像制作

（1）整景卫星影像正射纠正

使用区域网平差后的卫星影像定向成果和已有的DEM数据，进行卫星遥感影像的自动批处理正射纠正。分辨率及投影信息按照成果要求进行设置，并生成DOM编辑辅助数据，以便于后期修改变形区域的DEM。整景纠正正射影像分辨率设置（如表3所示）。

表3 整景纠正正射影像分辨率对照表 单位：m

（2）DEM/DOM同步编辑更新

由房屋未完全过滤、桥梁被滤除等DEM原因引起的影像变形，需要根据变形区域周边地形并参考图面检查采集的矢量文件进行编辑修改。DEM编辑修改后，重新纠正全色和多光谱影像，输出最终整景全色和多光谱正射影像成果。表4为局部建筑物变形修改前后对比示例。

表4 建筑物变形修改前后对比示例

2.3 分幅真彩色正射影像制作

2.3.1 整景正射影像导入及影像融合

把正射纠正后的整景全色和多光谱正射影像导入PixelFactory，导入过程中注意检查波段的选取及对应情况。应用软件中的PANSHARPEN模块对全色波段影像和多光谱波段影像数据进行融合。影像融合分辨率设置（如表5所示）。

表5 影像融合分辨率对照表 单位：m

2.3.2参考影像制作

在PixelFactory软件下对导入的多光谱正射影像进行重采样生成参考影像，参考影像拼接前进行拼接线粗略编辑，要选用优质影像，尽量绕开云雪区域和存在明显差异的地物地块，以免影响整个区域的色调。参考影像输出后在Photoshop下对参考影像进行局部调整和全局色彩把控，并进行各个分区参考影像颜色接边，保证该任务区内分幅影像整体颜色协调一致。

2.3.3 拼接线生成与编辑

使用Mosaic模块下的AutoMosaCutline功能自动计算拼接线，计算时不选择快速算法，因为拼接线计算要参考相邻景影像的辐射信息，这样能最大可能地使拼接后的影像色调保持一致。一般区域拼接线的修改在参考影像上进行，影像拉花、云影、以及薄雾等区域，要放到全分辨率影像上进行细致编辑。

2.3.4 影像镶嵌

对整景融合后的影像进行镶嵌，影像镶嵌过程中注意拼接线和参考影像的选取，拼接线使用编辑后的拼接线，参考影像导回PixelFactory时波段选择顺序为 XS3、XS2、XS1。

2.3.5 分幅真彩色正射影像裁切输出

按照数字正射影像数据的裁切范围为对应的基本存储单元最小外接矩形向外扩展100个像素的矩形进行图框制作，在PixelFactory下进行打包输出，输出影像格式为TIFF/TFW。

3.精度质量评定

3.1 整景全色正射影像平面几何精度评定

经对整景全色正射影像进行检查，1米分辨率整景全色正射影像检查点平面最大中误差为4.14米，最大误差为8.87米；2米分辨率整景全色正射影像检查点平面最大中误差为6.24米，最大误差为12.78米，精度均满足规范要求。

3.2 整景全色正射影像接边精度评定

在当前景全色正射影像的东、南、西、北四个方向各选择一景与当前景影像重叠度较大的影像进行接边检查，1米分辨率整景全色正射影像最小接边误差为0.13米，最大接边误差为9.64米；2米分辨率整景全色正射影像最小接边误差为0.64米，最大接边误差为9.6米。接边精度均满足规范要求。

3.3 分幅真彩色正射影像平面几何精度评定

经检查，1米分辨率分幅真彩色正射影像平面最大中误差为3.99米,最大误差为8.7米；2米分辨率分幅真彩色正射影像平面最大中误差为7.33米，最大误差为12.79米，精度均满足规范要求。

3.4 正射影像质量评价

经检查，整景正射影像无大面积噪声和条带，融合影像色彩自然，纹理清晰，无发虚和重影现象；分幅真彩色正射影像地物细节清晰，反差适中，层次分明，色彩基本平衡，影像直方图基本接近正态分布，影像接边处色彩过渡自然，地物接边合理，人工地物完整。

4.结束语

实践证明，基于PixelGrid和PixelFactory协同的正射影像制作流程，可以充分利用两款软件的各自优势，充分利用已有基础成果资料，有效提高正射影像的整体质量，自动化程度高，减少了工作量，提高了生产效率，对即将开展的新一轮地理国情监测和第三次全国土地调查具有较强的借鉴和参考价值。