摘要：根据内蒙古自治区第一次全国地理国情普查多源遥感影像和已有基础地理信息数据，对正射影像生产方法进行了讨论，提出了针对不同情况处理高分辨率卫星影像的关键技术与流程，实际生产表明该技术应用于地理国情数字正射影像生产是高效可靠的，为高分辨率卫星影像大规模、高效生产DOM提供了可行、实用的参考。

关键词：高分辨率卫星影像；正射影像；国情普查；PixelGrid

1. 引言

随着航天遥感技术和信息技术的飞速发展，高分辨率卫星影像以其获取方便、周期短、覆盖范围广、时效性高等特点应用越来越广泛，以World View-1/2、QiuckBird为代表的高分辨率卫星影像作为第一次全国地理国情普查的主要数据源，为国情普查地表覆盖和重要地理国情要素采集提供底图，其精度、质量与效率直接影响后期的生产。

由于卫星遥感成像时受到自身结构因素（传感器成像方式、传感器外方位元素变化的影响）和各种环境因素（如地球曲率、地形起伏、地球旋转等）的影响，遥感影像必定存在一定的几何畸变[1]，需采用正确方法消除各种因素的几何畸变影响，对于不同的卫星影像类型、纠正模型、控制点的选取，其获得的正射影像精度也各不相同，本文根据不同数据源与已有基础地理信息数据情况，提出高效、快速、高质量的生产数字正射影像的关键技术和流程。

2. 数据分析

2.1 卫星影像情况

国家下发涉及本次测区的卫星数据共1513景，生产区域内同时存在多源影像数据，通过分析生产区域的卫星影像覆盖情况、质量、空间分辨率、光谱分辨率、现势性，其中1081景满足地理国情普查所需的数据，其中卫星数据源QUICKBIRD有151景，WorldView-1有196景，WorldView-2有719景，GeoEye-1有8景，IKONOS有7景。由內蒙古自治区测绘地理信息局提供51景ZY-3卫星数据，时相为2012年8月到2013年5月，使用2景。

2.2 其他资料

控制资料为1∶1万基础测绘航测外业像控点以及部分测区外业补充测量的像控点，作为正射影像生产的主要控制资料来源，该成果具有一定的正确性和可靠性。部分测区覆盖基础测绘1∶1万DLG、DEM、DOM数据，1∶5万DEM覆盖全部任务作业区。

3. 作业流程及关键技术

3.1 作业流程

正射影像生产所采用的处理软件为PixelGrid高分辨率卫星影像数据处理系统，根据数据源与已有资料情况，设计如下作业流程。

3.2 关键技术

3.2.1 外参数解算

由于卫星遥感影像成像机理复杂，再加上供应商（尤其是高精度的卫星影像供应商）为了商业利益，往往对传感器成像参数保密，RPC模型是SpaceImaging公司提供的一种广义的新型遥感卫星传感器成像模型，是一种能获得与严格成像模型近似一致精度的、形式简单的概括模型[2]。本项目通过RPC解算实现卫星影像的纠正。当进行影像纠正时，纠正精度与DEM、视场角、侧视角相关，并且三个因素与纠正精度成正比关系，即每个因素值的增大都会导致纠正精度降低。在这三个因素中，一般情况下，视场角的影响程度较小，可以忽略不计[3]。根据本次生产区域已有的1∶1万DLG、DOM、DEM、1∶5万DEM、控制资料情况，卫星影像外参数解算有以下几种情况：

（1）有1∶1万DLG、DOM、DEM数据的情况：

若卫星影像侧视角≥25度，使用单景纠正，每景影像至少需四个地面控制点来对影像进行定向。若卫星影像侧视角≤25度，使用已有1∶1万DOM、DEM数据作为地理参考，通过卫星影像与已有地理信息的自动配准，获取大量定向点并计算中误差，解算得到RPC模型参数，实现卫星影像的快速定向。生产过程中保证匹配中误差在限差范围内，DEM接边处过渡自然，正射影像精度完全符合规范要求。

抽取平地区域其中一景WorldView-2纠正影像与1∶1万DOM叠加，采用手工选点的方式选取12个检查点进行检查，控制点残差统计表如下所表1所示，符合平地平面中误差5m的限差。

（2）无1∶1万DOM、DEM数据的情况：

对于大区域影像的正射纠正而言，若基于单景正射纠正的模式进行逐景影像的处理存在以下问题：控制点的需求量是惊人的，单景影像正射纠正之后区域相邻影像的接边精度普遍较差，容易出现影像错位[4]。

由于测区卫星影像连续覆盖面积较大，并且相邻影像间的交会角较小呈弱交会状态，卫星影像区域正射纠正采用影像附带的RPC参数和区域网平差求解得到的影像定向参数，可对每景影像进行正射纠正，从而生成全区域的正射影像。本项目使用1∶1万像控点和1∶5万DEM作为区域网平差的数据，首先通过影像匹配生成连接点，对连接点与控制点进行编辑与增加，避免因数量与分布不够引起相邻影像接边精度与绝对精度。定向方法选择RPC参数+二维仿射变换，该方法是计算卫星影像的定向参数和连接点物方平面坐标的一种区域网平差，物方点的高程值从DEM通过内插获得。区域网平差的质量主要取决于连接点和控制点的精度[5]，生产过程中控制点尽量分布在区域网周边，且均匀分布，相邻影像有足够多的连接点，加密区重叠区域分布控制点，以保证不同测区的接边精度。

选取一个包括QUICKBIRD、WorldView-1、WorldView-2共46景影像弱交会测区，卫星影像及像控点分布图2所示，由于像控点年代已久，适当选择其中部分控制点参与区域网平差。

对正射纠正的三景相邻卫星影像进行接边精度检查，如图3所示。

3.2.2 多光谱影像配准

多光谱影像与全色波段影像的配准是以纠正好的全色波段影像为控制基础，选取同名点对多光谱影像进行配准纠正。纠正模型的选取以及DEM数据选择与对应的全色波段一致，控制点一般每景不少于15个，均匀分布整景范围内。多光谱与全色影像间的同名点量测要求精确到子像素精度。方法1：使用多光谱影像自动定向即将多光谱影像与相对应的全色影像自动匹配同名点，中误差一般都在0.2像素以内，这种方法自动化程度极高，不需要人工参与。方法2：选取与全色相同的影像进行区域网平差，连接点与控制点不需人工量测，只需将全色影像的像点坐标文件中的x坐标、y坐标进行运算，然后与全色方法相同做区域网平差，经检查多光谱影像与全色波段影像基本套合，该方法可为其他软件纠正通过刺点实现区域网平差方法提供参考。

3.2.3 正射纠正

经过平差解算后，系统自动批量完成测区内卫星全色波段影像和多光谱影像的正射纠正处理。分辨率大小按照规定输出，重采样类型选择双线性插值模式。纠正过程中不对影像的灰度和反差进行拉伸，不改变像素位数。纠正后的正射影像有效数据范围内没有漏洞区。

3.2.4 影像融合

为了使融合影像接近于原始多光谱影像，色彩自然，同时空间信息锐化明显，反差适中，选择pansharp融合算法对全色影像和多光谱影像整景正射影像进行融合，对由于云雪造成曝光过度的影像融合后会出现失真现象，融合前可以对影像进行拉伸。

3.2.5 影像格式转换、裁切、匀色、镶嵌、接边

在按测区大批量生产正射影像后经统筹规划、分步实施，准备下一步生产分幅正射影像图。首先将整景影像做降维处理，选取覆盖5万图幅中的卫星影像以空间分辨率、时间分辨率、辐射分辨率较高的原则，然后对影像进行裁切，为使影像不损失信息，使用Photoshop对裁切后的影像调色，使影像直方图尽量呈正态分布，纹理清晰，彩色影像色彩饱和、自然明快，黑白影像纹理清晰、反差适中，接边时以1万DOM和DEM为基准纠正影像压盖区域网平差纠正的影像，尽量绕开纠正效果不好的区域，拼图时沿线状地物或地物边界进行，尽量避免穿越建筑密集的区域，保证镶嵌处无地物错位，分幅影像之间灰度或色彩要均衡，自然过渡，通过充分利用资源、作业人员相互配合，在较短的时间内最终完成380幅1∶5万分幅正射影像图生产。

3.3 元数据制作

3.2.1 元数据制作

元数据按1∶5万图幅填写，一个图幅对应一个元数据文件，其中填写影像有效范围的四角坐标，通过arcgis生成二值图像再提取边界，编写程序自动完成元数据的制作与检查工作，实现极大的较少了人力，提高了自动化程度。

3.2.2 质量检查

正射影像生产实行全过程质量控制，按照作业员自查、生产部门实行过程检查、院质检科实行最终检查的分级质量控制程序，并按规定做好检查记录，规范各工序成果的标准性和统一性。以下工序应是检查重点：检查卫星影像原始数据的现势性、质量情况及覆盖情况，原始影像应清晰、无大面积噪声、条纹、云和积雪等。检查航空影像空三平差报告中的连接点和控制点的中误差、最大误差、误差分布等是否满足规定要求，应加强对定向报告中殘差较大点的检查。检查影像的质量、几何精度、分幅正射影像数据之间的接边和分景纠正数据之间的接边情况。检查元数据的内容、完整性、正确性、数据格式、数据结构等是否严格按照规定的要求。

4. 结束语

本项目利用已有1万DEM和DOM数据，基于多基线、多特征的自动匹配，使高分辨率卫星影像与已有正射影像数据自动配准，实现高分辨率卫星影像自动高效更新。对于历史的1万像控点资料区域和弱交会卫星影像，采用基于RPC模型的解算方法，实现对稀少控制点区域的区域网平差。解决了控制点采集效率低，人工选点困难大等问题，大大减少了外业控制点的测量工作。经过批量配准、纠正、融合后生产出整景成果，在满足精度要求的基础上，提高了生产效率；由人工匀色、镶嵌，保证了影像色彩信息的完整性。

参考文献：

[1] 孙家抦.遥感原理与应用[M]武汉：武汉大学出版社，2005.

[2] 无需初值的RPC模型参数求解算法研究.[J]国土资源遥感，2005（4）：7—10.

[3] 卫星侧视角对纠正精度影响的定量分析[J].北京测绘，2010（4）：20—22.

[4] 卫星遥感影像的区域正射纠正[J].武汉大学学报信息科学版，2014（7）：838—841.

[5] 张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版，1996.

[6] GD—PJ05—2013. 地理国情普查数字正射影像生产技术规定[S].