基于资源三号卫星数据的数字正射影像图制作研究

1、基于资源三号卫星数据的数字正射影像图制作研究丁荣荣徐佳许康林晓彬（河海大学地球科学与工程学院 南京 ）（江苏省测绘工程院 南京 ）摘 要 资源三号卫星的成功发射填补了我国立体卫星测绘的空白 ，可 以提供优于 地面分辨率的遥感影像。 论文 提出基于资源三号卫星遥感数据的数字正射影像图（）制 作流程 ，重点对影像纠正 、影 像配准 、影 像融合 、影 像镶嵌等关 键步骤进行研究 ，并通过实验验证方法的可行性 。实验证明该方法具有较强的实用价值和广泛的应用前景。关键词 资源三号卫星；遥感影像；数字正射影像图；数据处理中图分类号 ： （， ）（ ， ） ， ， ， ， 引言随着地理信息产业的快速发展

2、，对 高分辨率遥 感影像的需求异常迫切，原始影 像贫乏已成为制约 中国经济发展的瓶 颈 问 题。 虽 然 我 国 已 初 步 形 成 了对地观测体系，现 有 的 国 产 资 源 一 号、资 源 二 号 系列卫星可提供中等分辨率遥感影像用于 万和万地形图更新，但由 于这些卫星观测能 力非常有限，难以 满足 万 和 更 大 比 例 尺 地 形 图测绘的全面需求。资源三 号 卫 星 的 成 功 发 射 ，具 备 了 提 供 实 时 的、大范围的、经济的、高分辨率 的遥感卫星影像能 力。李德仁、唐新明等分 别对资源三号卫星影 像进行了精度验证，经 验证明该卫星影像能满足 万测图 精 度 要 求，有 效

3、 解 决 了 国 家 万 数据库动态更新工程 覆 盖 区 域 大 、更 新 周 期 短、现 势 性要求高等问题。由于资源三号卫星发射时间短， 大规模处理资源三号卫星影像的案例较少 ，依 靠现 有的国内外遥感影像处理软 件 和 数 据 处 理 方 法 生 产作业效率较低 ，不能满足基础 数据动态更新生产 需要。本文在分析资源三号卫星影像特点的基础上， 对资源三号卫星数据源正射 影 像 生 产 流 程 进 行 研 究和改进，重点探讨了影像配 准 、影 像融合、影 像镶 嵌等关键步骤的技术特色和方法创新 ，以 期为今后 大规模生产应用提供技术准备。资源三号卫星影像数据概况资源三号（）卫星是中 国第一

4、颗自主的民 用高分辨率立体 测 绘 卫 星 ，于 年 月 日 发 收稿日期 ：年 月 日 ，修 回日期 ：年 月 日作者简介 ：丁 荣荣 ，女 ，硕 士 ，研 究方向 ：地图制图与地理信息工程 。年 第 期计算机与数字工程 射升空，月日 上午星上四台相机成功开机 ，获 取了第一批卫星图像。该卫星可 用于 立体 测图以及更大比例尺基础地理产品的生产和更新，填补了我国立体测 图 领 域 的 空 白。 资 源 三 号 卫 星 上搭载了台光学相机，其中台全色相机、台多 光谱相机，其有效载荷主要参数如表所示：表 资源三号卫星有效载荷主要参数 有 效 载 荷 波 段 号 光 谱 范 围 （） 空 间 分

5、辨 率 （） 幅 宽 （） 侧 摆 能 力 重 访 时 间 （天 ） 前视相机 后视相机 正视相机 多光谱相机 本文采用的资源三号卫 星 影 像 数 据 源 为 一 一 对应的 分辨率全色影像和 分辨率多光 谱影像，为 级数据，经 过 了 系 统 几 何 校 正， 参数精度不高，纹理质量一般，多 数存在少许云量， 对影像匹配、纠正 造成不利影响 ，获 取时间为 年，现势性较强。卫星遥感数字正射影像图（） 制作流程图 数字正射影像图（）制 作流程图资源三号卫星的多光谱、全 色原始影像数据包 括影像元数据以及 一 些 辅 助 说 明 文 件。 本 文 在 认 真分析资源三号数据特点的基础上 ，首

6、先利用 软件的数字摄影测量 正射纠正 模块对全 色数据和多光谱数据分别进行单景物理模型纠正； 然后以全色数据为参考 ，利用 软件 的 模块对多光谱数据进行自动 配准 ；接 下来 利用 影像融合算法 对全色和多光谱数据 进行融合；最 后 采 用 软 件 对 融 合后的影像进行自动镶嵌 ，以： 万分幅进行影像裁切，生产出研究区 成果。 卫星影像数据完 整的处理流程如图 所示，其中 涉及的关键步骤如 影像纠正、影像配准、影像融合、影 像镶嵌等将在下 一节进行详细阐述。 关键技术与方法 影像纠正遥感图像几何 变 形 指的是 原始图像上的各地 物的几何位置、形状、大小、方位 等特征与在参考系 统中的要求

7、不一致时产生的变形 ，影 像变形一方面 可能由于传感器自身的性能 技 术 指 标 偏 移 标 称 数 值所产生的，另一个方面可能由 传感器以外的各因 素所造成 的 误 差，例 如 传 感 器 的 外 方 位 （位 置、方 向）变化、地球 曲率、地 形 起 伏、地 球 自 转 等 因 素 所 引起的变形误差。要对数字图像进行校正，有 多种 可供选择的几何模 型 方 法 ，诸如 多项式变换模型、 基于射线的多面体 函 数 、共 线 方 程 法 等，实 践 中 应 该根据数据源及数据的可靠 性 选 择 最 适 合 的 模 型 方法。（）是 由 公司开发的一 套数字摄影测量软件包， 它提供了 数 据

8、输 入 、自 动 定 向、空 三 加 密、影 像 匹 配、 自动提取和编辑 、 生产、三维城市 模 型建立等一 系 列 功 能。 利 用 该 模 型 进 行 正 射 校 正可以将由于传感器自身 、地形 起伏以及在图像获 取和处理过程中产生的位置误差全部剔除 ，生 成具 有平面无变形的正 射 图 像。 考 虑 到 该 方 法 简 便 快 捷，且结果可靠，本文 采用 正射纠正模块对全 色和多光谱影像进行纠正。具体步骤为：首 先创建 一个新的 工程 文件并设置参数，由 于创 建工程文件所采用的是资源三号卫星遥感数据 ，所 以在模型建立的对话框中选择 下的，由 于 向 提供了其支 持的 模型，该 模型

9、能满足 万比例尺标准丁荣荣等 ：基于资源三号卫星数据的数字正射影像图制作研 究第 卷分幅的精度要求；然 后 设 置 坐 标 系 统 和 投 影 信 息， 本文选择 坐标系为参考，将要纠正 的图像 载入，输进影 像 信 息，确 认 加 载 的 参 数 无 误； 最后载入作为参考的数字高程模型 文件，开 始对影像进行正射纠正。 影像配准资源三号卫 星 原 始 数 据 包 括 多 光 谱 和 全 色 影 像，其分别来自资源三号卫星上 的多光谱传感器和 全色传感器成像，由于来自同一 颗卫星上的不同传 感器，两景影像 间会 略 有 位 移 偏 差，常 规 的 生 产 方 法是人工对全色和多光谱数据进行选

10、点配准 ，该 方 法不仅工作量大、效 率 低，而 且 存 在 由 于 选 点 误 差 引起的重影或错位。针对资源三号卫星数据特点 ，本 文采用了 软件中的 自 动配准模块来提高影 像的配 准 精 度。 模 块 进 行 自 动 配 准 只 需要人工加入待配准影像 （纠 正后的 多 光 谱 数 据） 和参考影像（纠正后的全色数据 ），配 准过程完全自 动化。实验过 程 中 利 用 模 块 配 准 一 景 遥感影像，耗时 大约 在 分 钟 左 右，远 远 少 于 人 工 纠正的时间，而且自动找点数多 ，一 般在 个以 上，配准残差小于 ，不 仅用时少，配 准精度也相 当高，大大提 高 了 生 产 的

11、 效 率。 如 果 点 精 度、数 量 或者分布不满足要 求，只 需 对 控 制 点 进 行 调 整，直 到满足要求 为 止。 图 所 示 为 自 动 配 准界面，实验结 果表 明，利 用 该 方 法 进 行 自 动 配 准 后，全色数据和 多光 谱 数 据 能 够 完 全 重 叠 ，无 重 影 和错位的情况出现。图 自 动配准界面 影像融合遥感影像融 合 是 将 全 色 影 像 与 多 光 谱 影 像 进 行融合，使得融合后影像既具有 全色数据的高空间 分辨率，又具有 多光 谱 数 据 的 多 光 谱 信 息，增 强 图 像的清晰度和解译 能 力。 现 有 的 影 像 融 合 方 法 很多，

12、如变 换法、主 成分变换法、融 合法、 小波变换法等，某些算法会在一 定程度上扭曲原始 多光谱信息，某 些算 法 空 间 分 辨 率 增 强 不 明 显 、存 在重影等。为了在保持光谱特性不变的情况下 ，尽可能提高 影 像 的 空 间 分 辨 率 ，本 文 采 取 影像融合法，该方法是由张 云博士发明的融合算 法，专为最新的 高空 间 分 辨 率 图 像 而 设 计 ，同 时 也 支持所有的传感器 ，其基本原理 是利用最小方差技 术把待融合的全色波段和多 光 谱 波 段 结 合 输 入 的 参考波段进行最佳匹配 ，并且调 整单个波段的灰度分配，以减少融 合色 差 ，用 统 计 方 法 解 决

13、融 合 过 程 的标准化和自动化问题 ，因而获 得较高色调的保真 效果，成功地保 留了 光 谱 信 息 ，同 时 增 加 了 空 间 分 辨率，丰富 了 地 面 信 息。 图 （）、（）分 别 为 配 准 后的原始多光谱影像和融合后影像 （局 部放大图）， 通过对比可以看出融合后影 像 完 全 保 留 了 原 始 影 像光谱信息，影像同时具有较高 的光谱和空间分辨 率，纹理和色彩信息一致 ，清晰 度提高，影 像边缘清 晰。图 资源三号卫星影像融合前后对比 影像镶嵌在进行影像镶嵌时，本文不同于以 往在 软件中人工进 行镶嵌，该方法不仅工作量大 ， 而且容 易 由 于 和 之 间 的 多 次 转化

14、而 出 现 影 像 的 信 息 的 丢 失。 本 次 使 用 软件中自动裁图 工具对影像进行自动 镶嵌， 通 过 调 节 匹配相邻影像的颜色 和亮度进行测区范围的颜色平衡 ，将 多景正射影像自动合并成一幅无缝 、色彩平衡 而且几何完善的正 射镶嵌图，对于上万幅正射影像 组成的大型测区也 无需进行任何细分 即 可 直 接 处 理。 此 方 法 拼 接 精 度高，处理简单、快捷，避免了 影像影息的丢失。 在 镶嵌线的勾绘 方 面，先 后 尝 试 了 多 种 方 法 ，在 软件中采用自 动提取镶嵌线功能获取的镶嵌线比较生硬、过渡 不自然，在 软件中参照 影像人工提取镶嵌线工作量又太大 ，严 重影响了

15、生 产的流程和 进 度。 因 此，本 文 利 用 软 件 自 动 提取影像镶嵌线功 能 ，自 动 获 取 镶 嵌 线，该 方 法 提 取的镶嵌线完全沿着线状地物进行勾绘 ，线 条比较 柔和，过渡自然，美观，大大提高 了镶嵌线勾绘的精 度和效率，如图所示。依照以上的作业流程和技术方法 ，获 得了南京 地区万标准分幅地图，如图所示。年 第 期计算机与数字工程 结语图 镶嵌线图 南京市 万 标准分幅图 ， ， ，（）：王 素敏 ，李 向 英 ，何 劲 资 源 三 号 卫星影像测绘性能分 析影 像计术 ，（）：， ， ，（）：，何 忠焕 ，左 志 进 ，刘 冬 枝 天 绘 一 号卫星遥感影像的处 理方

16、法地 理空间信息 ，（）：， ， ， ，（）：，方 铮 ，葛 洁 ，王 勇 基 于 卫星遥感数 据 的 正 射 影 像生产技术研究测 绘工程 ，（）： ， ， ，（）：贾 维花 ，吕 宜平 ，张 之武 基 于 模块正 射影像图的 制 作 测绘与空间地理信息 ，（）： 资源三号卫 星 影 像 包 含 高 分 辨 率 的 全 色 影 像 和多光谱影像，具 有 立 体 成 像 能 力，可 用 于 生 产 高 精度 的 、 等 多 种 地 理 信 息 产 品。 本文在认真分析资源三号卫 星 影 像 数 据 特 点 的 基 础上，探讨了基于资源 三号卫星影像的 制作 方法，研究了 影 像 纠 正、影 像

17、 配 准、影 像 融 合、镶 嵌 线勾绘、影像镶 嵌等 关 键 技 术，总 结 出 一 套 切 实 可 行的数据生产流程，从总体上大 大提高了资源三号 正射影像的生产效率和质量 ，继 而可以进行大范围 大批量的资源三号 正 射 影 像 生 产。 当 然 本 文 还 存 在一些不足，例 如在 配 准 的 过 程 中，若 是 影 像 数 据 中出现较多云雾，利用自动配准 后的影像会出现错 位现象，此时仍 然需 要 人 工 处 理；研 究 区 域 只 包 括 了江苏区域，有一定的地区局限性等等 。参 考 文 献李 德仁 我国第一颗民 用三线阵立体测图卫星 资 源 三号卫星测 绘学报 ，（）： ，（）：唐 新明 ，张 过 ，祝 小 勇 资