光學遙感立體測繪技術綜述及發展趨勢

賀兵

（尉氏縣住房和城鄉規劃建設局，河南 尉氏 475500）

光學遙感立體測繪技術綜述及發展趨勢

賀兵

（尉氏縣住房和城鄉規劃建設局，河南 尉氏 475500）

本文介紹光學遙感技術，分析了測繪有效荷載、衛星定軌同步和幾何定標與立體測圖，介紹國內外光學遙感測繪的現狀以及對光學遙感立體測繪的探索方向，為高精度光學遙感立體測繪衛星的發展方向提供參考。

光學遙感；立體測繪；發展趨勢

1 光學遙感立體測繪技術概述

1.1 光學遙感技術

光學遙感是指傳感器工作波段限于可見波段范圍（0.38～0.76μm）之間的遙感技術。其中，電磁波譜的可見范圍約在可見波段范圍之間，是傳統航空攝影偵查和航空攝影測繪中最為常用的波影手段。光學遙感技術可以利用其自身的傳感器收集和記錄地球中物體和現象的有關信息，并且處理成為形、象、譜、色，因其可視性好、分辨率高，是當前測繪應用的主要數據來源。1957年，蘇聯發射第一顆人造地球衛星，開啟了衛星觀測地球的時代。與此同時，為了提高衛星分辨地物的能力，各種遙感器發展起來：照相是以前立體測繪最常用的遙感手段，也是觀測初期使用的主要手段：多光譜照相為獲得不同波段的一組黑白照片，在幾個或十幾個窄光譜波段內同時拍攝同一地區的地物。多光譜掃描成像是遙感技術的一大進展，它利用分光和光電技術同時記錄和發送某一被掃描點上的數個以至數十個波段光譜反射的信息（像元），并將同一波段的數個掃描像元構成一幀掃描像，由衛星地面站接收。紅外可見光譜只占電磁波的很小部分，紅外區采集的是地物自身的輻射，而不是對太陽輻射的反射比［1］。

1.2 衛星立體測繪技術

立體測繪是對物體表面進行的全范圍的測繪。目前，最主要的測繪方式有：立體測繪、雷達干涉測量和激光掃描測繪。而立體測繪技術最為成熟，也是月球測繪的首選通用型技術，且使用人左右眼視差的視覺原理來獲取三維信息。總的來說，評價衛星測繪性能的重要指標是幾何定位精確度，而影響這項重要指標的因素涉及軌道和姿態測量精度、相機有效荷載系統。除了與自身分辨率有關外，還與相機內部參數誤差、衛星攝影基線誤差等有關［2］。

2 光學遙感立體測繪技術的現狀

2.1 影像壓縮與質量評價技術

以中國工程院院士劉先林為組長的鑒定委員會一致認為，國產衛星遙感影像壓縮質量評價技術作為衛星重大工程和衛星遙感產業的重要技術支撐，填補了國內空白。影像壓縮是按一定規則對影像數據進行重新組合，對數據進行“瘦身”。隨著衛星影像數據規模的增大，傳輸的大量遙感數據沒有無限的衛星容量，導致其矛盾日益突出，而影像壓縮技術有效解決了這一問題。由于遙感衛星影像數據量大，又受衛星儲存能力和衛星下行寬帶的影響，基本上所有衛星影像都需要壓縮后才能下傳。衛星影像壓縮直接關系著著影像質量和衛星影像的應用能力與范圍。

長期以來，我國民用遙感衛星的影像壓縮一直由航天部門直接研制，應用領域基本沒有介入，衛星研制和應用嚴重脫節。為了改變我國遙感衛星重發射、輕應用的局面，國家有關部門組織開展了衛星影像壓縮質量評價技術研究，成立了遙感影像壓縮質量評價項目組，根據我國衛星實際特點和需求，建立了遙感影像壓縮質量評價體系，深入研究了影像有損壓縮和影像應用之間的關系。其重要依據是國產衛星壓縮算法的使用范圍和應用能力，促進了衛星試驗應用型向應用服務型轉變。衛星遙感影像壓縮質量評價技術奠定了衛星發揮應用潛力的基礎，為我國帶來了可靠的技術保障，獲得了較好的評價。

2.2 測繪相機與時間同步技術

三線陣立體測繪相機由正視相機、前視相機和后視相機組成，每個相機都是用線陣CCD探測器推掃成像的相機。在衛星測繪中，可以形成三個相互重疊且不同視角的圖像。其特點是內方位元素穩定、相質優、立體測繪圖精度范圍高。衛星應增加其高效荷載時間、高精度的系統、保持CCD推掃攝影時間上的一致。

2.3 幾何定標與立體測圖技術

為保證衛星定位的準確度，必須對測繪相機幾何參數進行高精度的標定，可以借助地面的高精度二維轉臺和平行光管。做好在軌幾何標定工作，可以校正幾何參數隨空間環境的變化而變化產生的誤差。此時，需要依照誤差變化規律制定一定的方案，如標定相機光軸夾角和星敏感器，對相機主點位置和焦距等立體測圖對衛星的幾何定位精準度要求極高，正常工作原理是通過對各種誤差源和定位誤差的分析及其對測圖的影響，根據誤差變化的規律分析其引起的相點量測誤差，精準制定衛星在軌道上的幾何定位方案。

2.4 衛星定軌定姿技術

如部分區域工作人員無法設置控制點，為了確保衛星軌道的測量精度和位置確認精度，這時無控制點攝測量的作用就發揮出來了。在航天遙感需要精確定位地面時，往往需要地面控制點的輔助。首先。借助現有設備定位測量衛星的軌道，提供三個外方位位置元素；其次，借助三線陣相機推掃需要攝影的地面空間；最后，測量衛星的姿態，以便提供三個外方位位置元素。

2.5 影像壓縮技術

目前，測繪影像壓縮技術還尚未達成熟，無法做到像框式圖像般的壓縮。而導致遙感影像數據大量增加的是測繪衛星的成像能力和成像方式的轉變。遙感圖像具有紋理信息豐富、冗余度低等特點。當前的數據傳輸信道的容量根本滿足不了數據庫獲取的速配率，這時，就必須使用數據壓縮的方法來控制數據量的需求。

3 光學遙感立體測繪技術的發展趨勢

目前，國內外很多學者在對高分辨率衛星測繪影像時，對在少控制點及無控制點的情況下對其進行立體測圖及高精度的變化監測這一方面有著極大的研究興趣，具體可大致分為以下五點。

3.1 設計思路及制造方法的探索

在國內外，很多光學遙感立體測繪技術的研究者都在對其高精度測繪相機的設計思路以及制造方法和測試技術進行探索研發。

3.2 光學遙感立體測繪整體改進的探索

眾多探索者都想要探索出與時俱進的先進技術。光學遙感立體測繪也不例外，科學家們正在探索怎樣制造出新一代的重放周期縮短而在精度和空間上都有著高分辨率的測繪衛星。

3.3 幾何標定技術的探索

在其擁有高進度的分辨率之后，近一步探索其高精度的幾何標定技術，更大限度的提高光學遙感立體測繪的凈化精準性。

3.4 智能化的探索

智能化是現代科技發展的必經之路，而用智能化的科技來處理實時的星載數據更是測繪的一大進步和創新。

3.5 技術精密發展的探索

在測定衛星軌道和姿態的同時，實現無地面控制點的精準測量和精準測繪。

而目前，多源遙感影像復合式立體測繪圖像也是光學遙感立體測繪技術的多選之一；改變原有的單型傳感器立體定位測繪技術，使用多種傳感器獲取影像，通過復合式合成將這些影像構成整體影像來定位。

4 結語

隨著攝影測量技術的發展，光學立體測繪衛星幫助人們快速獲取三維地理信息。經過數十年來的不斷發展，其已經在圖像傳輸上有了重大突破，而測繪衛星幾何定位的精準度更是測繪性能的重要指標。本文通過對光學遙感立體測繪技術的簡介以及對其發展趨勢的分析，詳細全面地向大家展示了其對我國航天事業及其他相關領域的重要性。

［1］朱紅，劉維佳，張愛兵.光學遙感立體測繪技術綜述及發展趨勢［J］.現代雷達，2014（6）：6-12.

［2］趙竹新.基于線陣光學圖像的運動參數測量技術及其應用研究［D］長沙：國防科學技術大學，2012.

Survey and Development Trend of Optical Remote Sensing Technology

He Bing
（Weishi Bureau of Housing and Urban Planning and Construction，Weishi Henan 475500）

This paper introduced optical remote sensing technology,analysis of the surveying and mapping effective load,satellite orbit synchronization and geometric calibration and stereo mapping,introduced the actuality of optical remote sensing mapping and exploration direction of optical remote sensing stereo mapping,provided a reference di?rection for high precision optical remote sensing stereo mapping satellite.

optical remote sensing；stereo mapping；development trend

P237；V474.2

A

1003-5168（2017）08-0012-02

2017-07-01

賀兵（1980-），男，本科，助理工程師，研究方向：測繪。