SinovineSIS平臺遙感影像生產試驗研究

王鐵軍，何 靜，趙禮劍

(國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015)

SinovineSIS平臺遙感影像生產試驗研究

王鐵軍，何 靜，趙禮劍

(國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015)

介紹了SinovineSIS的影像匹配算法，利用該系統進行了稀少控制和無控制條件下的高分辨率衛星影像區域網平差、DOM糾正、勻光勻色等生產試驗，探討了該系統的生產效率和產品精度情況。

稀少控制；衛星影像；正射糾正；勻光勻色；SinovineSIS

隨著計算機和航天技術的發展，遙感技術正在進入一個能夠快速準確地提供多種對地觀測海量數據及應用研究的新階段，衛星遙感技術已經成為現代獲取地理空間信息數據的主要手段[1]。目前，國際上已擁有十幾種不同用途的地球觀測衛星系統，遙感平臺和傳感器已從過去的單一型向多樣化發展，遙感影像的空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率和輻射分辨率不斷提高，獲取影像數據的能力得到空前發展[2]。而這些寶貴的數據能否發揮價值，發揮多大價值,則取決于從原始數據到可利用信息的轉換過程；即隨著遙感衛星影像獲取能力和應用需求的提升，對衛星遙感影像數據處理能力也提出了更高的要求。

本文利用華浩超算平臺SinovineSIS對高分辨率衛星影像處理的幾個關鍵環節進行生產試驗，對產品精度進行檢驗，對生產效率進行分析。

一、Sinovine幾何精校正算法

曲面樣條函數可看成是無限大平板在多個受力點的作用下發生的彎曲變形。作為平板而言，有其物理特性如撓度等。在不同的物理特性情況下，即便是相同的受力情況，也會產生不同的曲面變形。因此，通過不同擬合參數模擬其物理特性可靈活地實現滿足不同要求的曲面擬合。

與距離平方倒數、趨勢面方法等插值算法相比，曲面樣條函數具有以下優點：就用于曲面樣條函數擬合的原始數據點而言，它們不必按規則排列；采取自然邊界條件而不需邊界導數的信息，就可以得到任意階可微的光滑曲面，擬合后的光滑曲面通過每個已知原始數據點；用于曲面擬合的原始數據點數≥3即可。

撓度和作用在該板上的負載(,)之間的微分方程為[5]

(1)

式中，D為該板的抗彎剛度。曲面樣條函數的表達式為[6]

(2)

ε為調節曲面曲率大小的經驗參數，視實際情況適當選取。當曲面曲率變化較大時，要取得小些，反之則取大。一般情況下，ε=1～10-2，對具有奇性形變的曲面取ε=10-5～10-6較好。待定系數a0、a1、a2、Fi(i=1,2,n)可以通過下列方程組求得

(3)

式中，cj=16πD/kj，kj是關于j點的彈性系數，kj=∞，cj=0。一般在曲面的插值中cj都取為零,以使得求出的曲面樣條函數在已知點吻合原始數據，即曲面通過原始數據點。式(3)給出的方程組的矩陣形式為

AX=B

X=(F1,F2,Λ,Fn,a0,a1,a2)T

B=(w1,w2,Λ,wn,0,0,0)T

這是一個對稱方程組,并且一般而言主對角線元素全為零。為保證解的穩定性，可用對稱方程組的Householder變換法求解。

二、遙感影像正射糾正生產試驗

1. 試驗資料

選取25景WorldView2影像進行正射影像糾正生產試驗，試驗范圍地形類別為高山地。WorldView2數據包含全色和多光譜影像，全色影像分辨率為0.5 m；多光譜影像4個通道(N/R/G/B)，分辨率為2 m。WorldView2帶有RPC模型參數。

生產試驗所用的控制點有兩種獲取方式：野外實測或從已有DEM、DOM等資料上讀取。依據以往的經驗，高分辨率衛星影像剛性較強，只需要少量控制點即可，甚至無控制也可以[7]；而在少量或無控制點的條件下區域網平差是提高影像幾何精度的有效方法[8]，因此本文采用稀少(無)控制的區域網平差方案進行生產試驗。影像范圍與控制點分布如圖1所示。

圖1 影像范圍與控制點分布

此外，利用的其他資料包括1∶50 000歷史DLG、DOM和DEM：DLG為全要素地形圖；DOM的主要數據源為SPOT-5影像，分辨率為2.5 m；DEM格網間距為25 m。

2. 野外實測稀少控制點正射糾正

試驗步驟主要包括數據預處理、創建工程、全色多光譜配對、影像匹配、控制點選取、區域網平差、正射糾正、影像融合等，生產流程如圖2所示。

圖2 正射影像生產流程

1) 數據預處理：創建DEM及DOM對應的索引庫，目的在于建立控制資料與原始影像數據的空間對應關系。

2) 創建工程：設置原始影像數據的傳感器類型、存放路徑、數據格式、全色及多光譜分辨率，成果影像投影信息、采樣方式等內容。工程創建后，查看待糾正的影像與DEM、DOM索引關系是否正確。

3) 將多光譜與全色影像進行配對。

4) 連接點自動匹配，匹配出的連接點分布如圖1所示。

5) 控制點量測：在待糾正的區域網內手工量測控制點。控制點的數量取決于區域網的網形及大小、控制方案、控制點的質量及分布等因素，本試驗數據分布范圍是較規整的四邊形，采用稀少控制方案[7]，因此在區域網四角量測4個控制點，在中心再量測1個控制點用于增強。同時量測多余控制點用于檢查。

6) 區域網平差：進行區域網平差，查看控制點、連接點殘差報告，判斷定向精度是否滿足要求；實時預覽正射糾正的效果以直觀判斷是否需要進行手工調整控制點及連接點。區域網平差精度見表1。

7) 正射糾正：利用區域網平差結果和DEM數據對原始影像進行正射糾正。

8) 利用Pansplit算法將糾正后的全色與多光譜影像進行融合，形成彩色DOM。

糾正后，在DOM上量測53個檢查點與外業實測坐標比較進行精度檢測，結果見表1。

表1 精度統計 m

3. 已有資料讀取少量控制點正射糾正

利用同樣的WorldView2數據，從已有1∶50 000 DOM和DEM上讀取控制點進行稀少控制區域網平差和DOM糾正試驗，試驗流程如圖2所示；糾正完成后利用同樣的53個檢查點對DOM進行精度檢測。區域網平差結果和DOM成果精度檢測結果見表1。

4. 無控制區域網正射糾正

利用同樣的WorldView2數據進行無控制DOM糾正試驗，試驗流程如圖2所示，只是不進行控制點選取，而是直接利用RPC模型進行區域網平差及正射糾正； 糾正完成后利用同樣的53個檢查點對DOM進行精度檢測。區域網平差結果和DOM成果精度檢測結果見表1。

5. 結果統計分析

以上試驗精度統計分析結果匯總見表1。

三、基于16位影像的色彩處理

勻光勻色一直是正射影像生成后進行鑲嵌前的一個關鍵步驟，試驗數據采用的是25景經過了正射糾正和影像融合后的16位4通道的WorldView2影像，融合影像分辨率為0.5 m。生產流程如下：

1) 數據準備：將融合后的正射影像進行建立金字塔等預處理。

另外，有些行政機關出于部門利益或者個人利益的需要，往往將已受理的案件在構成犯罪的情況下，并不移送相關部門，而只是將其作為一般的違法案件處理，此做法不僅浪費了寶貴的案件線索，而且放縱了商業賄賂犯罪。因此在治理商業賄賂的過程中，提供線索的材料少、質量差，是亟需解決的問題。

2) 將涉及的影像盡量按照軌道進行區分以方便應用模板。

3) 每一個軌道選擇一個地物豐富、紋理清晰的整景影像的縮略圖進行調色后作為這一軌道的顏色模板，各軌道的模板間色彩盡量一致。

4) 將同一軌道的其他影像按照顏色模板自動進行勻色。

5) 對色調差異明顯的縮略圖進行手工調色。

6) 在調好顏色的縮略圖上進行鑲嵌線編輯，同時將調色結果應用到整景，完成鑲嵌、裁切，得到標準分幅的DOM成果。

這25景數據的右上角有積雪覆蓋，左側的兩軌有薄云，試驗測區被大面積植被覆蓋，且植被類型豐富。利用之前的勻色軟件對該試驗區的影像進行勻色，結果色調、明暗差異過大，且在積雪覆蓋周圍地物紋理丟失或局部地物色彩異常，無法直接用于鑲嵌，必須用PhotoShop進行處理，需要耗費大量的時間和人力。現利用SinovineSIS對該問題進行試驗，調色前后的效果如圖3所示。從圖中可見積雪覆蓋區域周圍紋理清晰、色彩自然；整個試驗區明暗一致、色調均勻、反差明顯且無色彩失真。因此勻色成果可以直接用于鑲嵌成圖。

圖3 調色前后影像效果

四、結論及建議

通過生產試驗說明，SinovineSIS具有較強的實用性，系統自動化程度較高，運算速度較快；軟件功能較全面，多個步驟一體化實現；實時可視化效果好，支持各環節的成果預覽；支持對16位影像進行色彩調整，最大限度保留影像輻射信息；引進對縮略圖調色的方式完成對應整景數據的勻色處理，可以有效提高生產效率。

系統Pansplit融合算法可改善提高；鑲嵌線編輯操作可改進；界面人性化等方面可進一步提高。

[1] 梅安新，彭望琭，秦其明，等.遙感導論[M].北京:高等教育出版社,2001.

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[9] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會. 1∶5000、1∶10 000航空攝影測量內業規范:GB/T 13990—2012[S].北京:中國標準出版社,2012.

[10] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會. 1∶25 000,1∶50 000,1∶100 000地形圖航空攝影測量內業規范：GB/T 12340—2008[S].北京:中國標準出版社,2008.

ProductionExperimentandResearchofSatelliteImageryBasedonSinovineSIS

WANG Tiejun,HE Jing,ZHAO Lijian

王鐵軍，何靜，趙禮劍.SinovineSIS平臺遙感影像生產試驗研究[J].測繪通報，2016(9)：69-72.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0296.

P237

B

0494-0911(2016)09-0069-04

2016-07-12；

2016-08-10

王鐵軍(1970—)，男，高級工程師，主要研究方向為航測遙感與GIS。E-mail：wtj@cqism.com