光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势

贺兵

（尉氏县住房和城乡规划建设局，河南 尉氏 475500）

光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势

贺兵

（尉氏县住房和城乡规划建设局，河南 尉氏 475500）

本文介绍光学遥感技术，分析了测绘有效荷载、卫星定轨同步和几何定标与立体测图，介绍国内外光学遥感测绘的现状以及对光学遥感立体测绘的探索方向，为高精度光学遥感立体测绘卫星的发展方向提供参考。

光学遥感；立体测绘；发展趋势

1 光学遥感立体测绘技术概述

1.1 光学遥感技术

光学遥感是指传感器工作波段限于可见波段范围（0.38～0.76μm）之间的遥感技术。其中，电磁波谱的可见范围约在可见波段范围之间，是传统航空摄影侦查和航空摄影测绘中最为常用的波影手段。光学遥感技术可以利用其自身的传感器收集和记录地球中物体和现象的有关信息，并且处理成为形、象、谱、色，因其可视性好、分辨率高，是当前测绘应用的主要数据来源。1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星，开启了卫星观测地球的时代。与此同时，为了提高卫星分辨地物的能力，各种遥感器发展起来：照相是以前立体测绘最常用的遥感手段，也是观测初期使用的主要手段：多光谱照相为获得不同波段的一组黑白照片，在几个或十几个窄光谱波段内同时拍摄同一地区的地物。多光谱扫描成像是遥感技术的一大进展，它利用分光和光电技术同时记录和发送某一被扫描点上的数个以至数十个波段光谱反射的信息（像元），并将同一波段的数个扫描像元构成一帧扫描像，由卫星地面站接收。红外可见光谱只占电磁波的很小部分，红外区采集的是地物自身的辐射，而不是对太阳辐射的反射比［1］。

1.2 卫星立体测绘技术

立体测绘是对物体表面进行的全范围的测绘。目前，最主要的测绘方式有：立体测绘、雷达干涉测量和激光扫描测绘。而立体测绘技术最为成熟，也是月球测绘的首选通用型技术，且使用人左右眼视差的视觉原理来获取三维信息。总的来说，评价卫星测绘性能的重要指标是几何定位精确度，而影响这项重要指标的因素涉及轨道和姿态测量精度、相机有效荷载系统。除了与自身分辨率有关外，还与相机内部参数误差、卫星摄影基线误差等有关［2］。

2 光学遥感立体测绘技术的现状

2.1 影像压缩与质量评价技术

以中国工程院院士刘先林为组长的鉴定委员会一致认为，国产卫星遥感影像压缩质量评价技术作为卫星重大工程和卫星遥感产业的重要技术支撑，填补了国内空白。影像压缩是按一定规则对影像数据进行重新组合，对数据进行“瘦身”。随着卫星影像数据规模的增大，传输的大量遥感数据没有无限的卫星容量，导致其矛盾日益突出，而影像压缩技术有效解决了这一问题。由于遥感卫星影像数据量大，又受卫星储存能力和卫星下行宽带的影响，基本上所有卫星影像都需要压缩后才能下传。卫星影像压缩直接关系着着影像质量和卫星影像的应用能力与范围。

长期以来，我国民用遥感卫星的影像压缩一直由航天部门直接研制，应用领域基本没有介入，卫星研制和应用严重脱节。为了改变我国遥感卫星重发射、轻应用的局面，国家有关部门组织开展了卫星影像压缩质量评价技术研究，成立了遥感影像压缩质量评价项目组，根据我国卫星实际特点和需求，建立了遥感影像压缩质量评价体系，深入研究了影像有损压缩和影像应用之间的关系。其重要依据是国产卫星压缩算法的使用范围和应用能力，促进了卫星试验应用型向应用服务型转变。卫星遥感影像压缩质量评价技术奠定了卫星发挥应用潜力的基础，为我国带来了可靠的技术保障，获得了较好的评价。

2.2 测绘相机与时间同步技术

三线阵立体测绘相机由正视相机、前视相机和后视相机组成，每个相机都是用线阵CCD探测器推扫成像的相机。在卫星测绘中，可以形成三个相互重叠且不同视角的图像。其特点是内方位元素稳定、相质优、立体测绘图精度范围高。卫星应增加其高效荷载时间、高精度的系统、保持CCD推扫摄影时间上的一致。

2.3 几何定标与立体测图技术

为保证卫星定位的准确度，必须对测绘相机几何参数进行高精度的标定，可以借助地面的高精度二维转台和平行光管。做好在轨几何标定工作，可以校正几何参数随空间环境的变化而变化产生的误差。此时，需要依照误差变化规律制定一定的方案，如标定相机光轴夹角和星敏感器，对相机主点位置和焦距等立体测图对卫星的几何定位精准度要求极高，正常工作原理是通过对各种误差源和定位误差的分析及其对测图的影响，根据误差变化的规律分析其引起的相点量测误差，精准制定卫星在轨道上的几何定位方案。

2.4 卫星定轨定姿技术

如部分区域工作人员无法设置控制点，为了确保卫星轨道的测量精度和位置确认精度，这时无控制点摄测量的作用就发挥出来了。在航天遥感需要精确定位地面时，往往需要地面控制点的辅助。首先。借助现有设备定位测量卫星的轨道，提供三个外方位位置元素；其次，借助三线阵相机推扫需要摄影的地面空间；最后，测量卫星的姿态，以便提供三个外方位位置元素。

2.5 影像压缩技术

目前，测绘影像压缩技术还尚未达成熟，无法做到像框式图像般的压缩。而导致遥感影像数据大量增加的是测绘卫星的成像能力和成像方式的转变。遥感图像具有纹理信息丰富、冗余度低等特点。当前的数据传输信道的容量根本满足不了数据库获取的速配率，这时，就必须使用数据压缩的方法来控制数据量的需求。

3 光学遥感立体测绘技术的发展趋势

目前，国内外很多学者在对高分辨率卫星测绘影像时，对在少控制点及无控制点的情况下对其进行立体测图及高精度的变化监测这一方面有着极大的研究兴趣，具体可大致分为以下五点。

3.1 设计思路及制造方法的探索

在国内外，很多光学遥感立体测绘技术的研究者都在对其高精度测绘相机的设计思路以及制造方法和测试技术进行探索研发。

3.2 光学遥感立体测绘整体改进的探索

众多探索者都想要探索出与时俱进的先进技术。光学遥感立体测绘也不例外，科学家们正在探索怎样制造出新一代的重放周期缩短而在精度和空间上都有着高分辨率的测绘卫星。

3.3 几何标定技术的探索

在其拥有高进度的分辨率之后，近一步探索其高精度的几何标定技术，更大限度的提高光学遥感立体测绘的净化精准性。

3.4 智能化的探索

智能化是现代科技发展的必经之路，而用智能化的科技来处理实时的星载数据更是测绘的一大进步和创新。

3.5 技术精密发展的探索

在测定卫星轨道和姿态的同时，实现无地面控制点的精准测量和精准测绘。

而目前，多源遥感影像复合式立体测绘图像也是光学遥感立体测绘技术的多选之一；改变原有的单型传感器立体定位测绘技术，使用多种传感器获取影像，通过复合式合成将这些影像构成整体影像来定位。

4 结语

随着摄影测量技术的发展，光学立体测绘卫星帮助人们快速获取三维地理信息。经过数十年来的不断发展，其已经在图像传输上有了重大突破，而测绘卫星几何定位的精准度更是测绘性能的重要指标。本文通过对光学遥感立体测绘技术的简介以及对其发展趋势的分析，详细全面地向大家展示了其对我国航天事业及其他相关领域的重要性。

［1］朱红，刘维佳，张爱兵.光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势［J］.现代雷达，2014（6）：6-12.

［2］赵竹新.基于线阵光学图像的运动参数测量技术及其应用研究［D］长沙：国防科学技术大学，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

贺兵（1980-），男，本科，助理工程师，研究方向：测绘。