利用像素工廠系統對SPOT－5影像鑲嵌圖進行局部修正

徐瑩，王永峰，王濤

(天津市測繪院，天津 300381)

1 像素工廠介紹

像素工廠系統是目前世界上最先進的海量遙感影像自動化生產系統，由歐洲宇航防務集團EADS的子公司Infoterra法國開發研制。具有快速、自動處理海量衛星遙感影像及航空影像的強大功能。能生產多種制圖產品，如正射影像鑲嵌圖、數字地表模型、數字高程模型、真正射影像等產品。像素工廠系統的核心是在一個大型的、可伸縮的并行處理器環境下，利用衛星傳感器、數字航空相機的幾何性能和元數據嚴格按照攝影測量算法進行處理，生產出符合國家標準的各種地理產品。

像素工廠系統的特性包括以下5個方面:

(1)支撐多種航天、航空遙感數據，包括:SPOT影像、ASTER影像、IKONOS影像、快鳥影像、ERS影像等衛星遙感數據;DMC影像、UCD影像、ADS40影像等數字航空影像;數字化的航空影像。

(2)海量影像數據并行處理能力。比如像素工廠系統可在一個空三過程中處理過200景SPOT－5影像，唯一的限制來自于計算機存儲空間大小。

(3)經融合處理的正射影像色彩十分接近現實真彩色，這源于系統采用了先進、豐富的地物光譜庫和融合算法。這樣不僅保證了大面積鑲嵌影像在色彩上的連續性，而且可避免因季節不同而導致的影像間的色彩差異。

(4)正射影像鑲嵌圖達到了近無縫的效果，這是因為采用了獨特的拼接線選擇方法和復雜的對比匹配算法，消除了太陽高度角、光線變化、季節不同及云朵水體等造成的差異。

(5)顯著減少對于地面控制點數量的要求。通常SPOT－5影像正射糾正要求每景至少需16個控制點，對于大面積區域的項目來說，獲取地面控制點的成本極高。像素工廠采用自動光學傳感器的攝影機模型和同軌影像合并成條帶的空三處理方法，極大地減少了控制點采集工作量，顯著地節省了成本，對偏遠及條件惡劣地區測圖來說有著明顯的優勢。

像素工廠系統處理衛星遙感影像生成正射影像鑲嵌圖的流程如下:

①數據預處理及導入。

②空三處理。包括:初始化;導入控制點;自動計算同名點;設置高度參數;檢驗同名點;正射糾正編輯;網平差參數優化;網平差結果查看及確認。

③對影像進行正射糾正。

④對全分辨率影像進行影像融合及真彩色轉換。

⑤以快視圖影像為參考對全分辨率影像進行自動鑲嵌。

⑥影像鑲嵌圖的質量控制，包括幾何精度和色彩。

2 項目概述

天津金宇信息技術有限公司與北京視寶衛星圖像有限公司合作，在中國及亞太地區開展基于像素工廠系統的遙感影像制圖應用，已完成多項基于衛星遙感影像及數字航空影像的地理數據制作項目。

有一快速制作23對SPOT－5同步數據的鑲嵌影像圖項目，是建設部三江流域資源調查工作的一子項目，其覆蓋區域為我國西南高原地區三江源頭流域。23對SPOT－5數據均為同步獲取的2.5 m全色影像和10 m多光譜影像，其處理級別為1A級，質量級別為excellent級。該項目利用像素工廠處理，并在通用圖像處理軟件Photoshop中進行鑲嵌影像圖的色彩編輯處理。其中，比較關鍵的空三處理過程為:設置加密工程的精度;分塊提取連接點并各自進行優化調整;將所有的連接點文件合并后進行整體的區域網平差;輸出精度報告。

經空三、正射糾正、影像融合、影像鑲嵌等處理得到的2.5 m鑲嵌影像圖如圖1所示。

圖1 SPOT－5鑲嵌影像圖

圖2 “雙眼皮”現象示意圖

圖1同時顯示了鑲嵌影像圖與影像邊界矢量圖的疊加示意。像素工廠系統可將同軌的若干景SPOT－5影像合并成一個大的片段影像，圖1中的若干個大矩形即表示片段影像。

但當項目進行到利用Photoshop軟件進行影像鑲嵌圖色彩編輯后處理時，發現部分融合影像存在像素錯位問題，即俗稱的“雙眼皮”現象，如圖2所示，這屬于融合數據的幾何質量問題。分析知原因是同步獲取的全色影像與多光譜影像配準精度不高，而根源在于在空三過程中對應的兩對影像間的連接點數量不足或分布不合理。圖3為空三工程中該兩對影像的連接點分布示意圖。通常像素工廠處理SPOT－5影像要求一對影像內連接點至少有6個且應分布均勻，而從圖3可看出該片段影像內的連接點空間分布極不合理且數量偏少，這直接導致了其配準精度不高而產生融合影像的像素錯位問題。

圖3 空三工程連接點分布示意圖

圖4 修正后連接點分布示意圖

3 鑲嵌影像局部修正方法

3.1 局部修正原理

在此情況下，最可靠的改正方法是整個項目重新進行。考慮到項目成本及工期，該方法并不可取，故而考慮局部修正方法。該方法的思路是:

(1)對有問題的片段影像補充做一局部的空三工程，其必要前提是該局部空三工程的精度設置與整個項目的空三工程的精度一致。而為保證局部空三工程的幾何精度，該過程須具備數量充足且分布均勻的連接點。

(2)將該局部空三工程合并到全局空三工程中進行一次整體網平差。若平差結果與前次的全局平差結果相一致，則加做的空三處理結果合理可被采用。

(3)加做的局部空三處理通過后，對該片段影像包含的2對影像進行正射糾正及融合。最后在Photoshop軟件中用此修正的融合數據替換像素錯位范圍內的數據，并進行相應的色彩編輯處理。

得益于像素工廠系統對SPOT－5影像制作的極大便利性，先做局部影像的空三工程再與全局空三工程合并進行整體網平差在像素工廠系統上是可執行的，這初步證實該思路的可行性。經上述分析，決定采用局部影像修正的方法，但非常重要的是需對處理后的融合影像進行幾何精度檢查，包括影像內部幾何精度檢查和外部接邊幾何精度檢查，檢查的方式有目視粗檢及嚴格檢查。

3.2 修正過程及質量檢查

按上述步驟處理，局部空三工程提取了充足、合理的連接點，其點位分布如圖4所示。前后兩次全局空三處理區域網平差結果如表1所示。

兩次空三處理區域網平差結果 表1

從表1可見修正后的全局空三網平差結果與前次全局空三網平差結果一致，這初步保證了前后兩次正射糾正影像在幾何精度上的一致性，于是對局部影像進行正射糾正及融合。

對融合影像進行100%檢查，未發現像素錯位現象。接著需檢查局部融合影像與前期整體鑲嵌影像的幾何接邊質量。對此采用了100%目視粗檢與利用檢查點進行嚴格檢查相結合的方法。100%目視粗檢方法是:在Photoshop軟件中將前后兩次影像疊加，采用交替顯示方式進行目視對比檢查，需100%檢查，其過程如圖5所示。嚴格檢查是在局部影像范圍內人工選取特征明顯、數量充足且均勻分布的檢查點，并在局部融合影像和前期影像上采集其坐標，計算檢查點坐標的較差以檢核接邊幾何精度。本次檢查共選取了10個檢查點，檢查點的選取原則為影像上獨立地物的中心點或道路交叉點等明顯特征點，且其成像應清晰易辨。檢查點分布如圖6所示，檢查點較差結果如表2所示。

圖5 目視粗檢示意圖

圖6 檢查點分布圖

檢查點較差結果 表2

融合影像的分辨率為2.5 m，按影像鑲嵌圖制作標準要求融合影像間的接邊誤差不超過兩個像素，即5 m，由上表可知修正的融合影像幾何精度符合要求，則修正的融合影像合格。

下一步操作是在Photoshop軟件里用修正的融合影像進行替換及色彩處理，此操作較容易，在此就不贅述。

4 結語

對于大區域衛星影像鑲嵌圖制作項目來說，像素工廠系統不僅具有速度快、自動化程度高的優點，而且由于其采用了開放式的系統架構，可方便地在XML文件中嵌入數據、任務及工作流等，因而其在空三處理上具有較高的便利性，且可保證影像的幾何精度。本項目即是一個例證。同時，實際遙感影像制作項目千差萬別，在面臨類似問題時，充分挖掘像素工廠系統的操作優點及功能，將會避免返工情形的發生，達到事半功倍的效果。

［1］劉子剛，趙洪山，關鴻亮.“像素工廠”進神州——訪四維航空遙感有限公司常務副總經理關鴻亮［J］.中國測繪，2006(3).

［2］曹敏，史照良.新一代海量影像自動處理系統“像素工廠”初探［J］.測繪通報，2006(10).

［3］李德仁，周月琴，金為銑.攝影測量與遙感概論［M］.北京:測繪出版社，2001.

［4］像素工廠 Pixel Factory——工業化解決方案［EB/0L］.http://www.spotimage.com.cn/web/896 － pixel－ factory.php