三调正射影像生产与质量控制方法探讨

梁 一

（1. 福建省制图院，福建 福州 350003）

随着遥感技术的发展和进步，高分辨率正射遥感影像已成为自然资源调查监测的重要数据源。大数据时代的卫星、航空遥感获取影像资源日益丰富，遥感技术在灾害应急保障、环境质量监测、数字城市建设等越来越多的领域发挥重要作用，其质量好坏直接关系着相关业务开展的顺利与否[1]。因此通过三调正射影像生产建立一套快速、质优的生产解决方案，提高遥感数据处理的技能，可为服务自然资源管理打下坚实的技术基础[2]。研究正射影像的生产全过程以及质量问题分析和技术方法优化等内容，对完善、解决方案具有重要意义。

1 生产区域与基础资料

本研究生产区域包括福建省漳州、厦门、龙岩三市共计22个县，漳州、厦门位于闽南沿海地区，总面积共计约3.29 万km2，海域面积约2.25 万km2，有500多个岛礁。地形由北西向东南倾斜，主要地貌依次有中低山、丘陵、台地、冲海积平原等[3-4]。龙岩位于闽西山区，全市总面积约19 000 万km2，山地、丘陵约占总面积的95%，地势由东北向西南倾斜[5]。

根据作业区域及技术要求收集生产相关的基础资料，主要包括：①DEM 数据，包括现势性为2017年的1∶2 000 比例尺DEM，地理国情普查1∶10 000比例尺DEM 等；②参考控制资料，包括全省基础测绘1∶10 000 卫星正射影像，全省农经权确权工作1∶2 000 航摄影像成果，厦门市1∶5 000比例尺卫星正射影像图，以及厦漳周边海域谷歌影像；③国家下发的多源遥感影像，主要有BJ2、GF2 等国产卫星影像，GJ1、WV3/4 等国外高分卫星影像。④其他辅助影像。

2 总体技术路线

以优于1 m 为主的多源卫星影像和控制资料等为基础数据，首先对全色影像采取密集和稀疏匹配相结合的方法进行区域网平差，然后将全色影像与多光谱影像进行配准，配准后进行影像融合和正射纠正，最后对影像进行图像增强、镶嵌裁切，经成果质量全面检查合格后提交验收[6]（如图1）。

图1 总体技术流程

3 质量分析与控制

3.1 主要问题分析及处理

1）原始影像数据问题：①kompsat、Pleiade 等影像初始位置不准确，与周边重叠影像偏差超限，无法匹配出正确的控制点和连接点，原始rpc 文件可能存在问题。因此在选片时剔除此类影像，寻找质量高的其他卫星影像替换。②原始数据存在云雾、阴影、条带、噪点、曝光过度、纹理模糊等数据问题，可通过选用尽量不遮挡重点调查地类的影像，将对作业的影响降到最小。对于有薄云、薄雾覆盖，但地物可见的数据，通过匀光匀色的技术手段消除云雾影响。城区高大建筑物存在阴影的，尽量选用侧视角较小和获取时间较优的原始数据减小地物阴影的影响。对于原始影像存在噪点的，大部分可用其他影像代替或修改。曝光过度情况可通过曝光抑制的技术手段处理。

2）生产过程中问题：①地物拉花。由于DEM 精度差或原始影像侧滚角偏大等原因造成地物拉伸，可通过内插法重新纠正DEM进行修改。②扭曲变形。处理方法：可对扭曲处通过PhotoShop 软件重新纠正影像进行修改[7]。③色彩不一致。由于原始影像数据多源，不同类型色彩差异较大，匀色后还是会存在差异，在镶嵌过程中尽量处理，确保图面接边处尽量过渡自然。④影像镶嵌问题。编辑过程中部分区域由于地物变化大、影像模糊、色彩、阴影等问题导致修编困难。处理方法是首先保证质优影像置顶，编辑时选择性绕开问题区域（包含人工地物、水体等），沿线性地物且纹理差异不大的位置编辑，保持人工地物的完整性和合理性。⑤接边精度超限问题。由于地物变化导致镶嵌线未绕开人工地物或影像纠正精度不达标等原因造成的接边差超限。处理方法：对由于局部地形变化或人工地物接边差超限的接边问题，可通过编辑镶嵌线来解决。对可能是影像纠正精度不达标原因造成的接边问题，需分别对接边两侧的正射影像精度进行检查。如两侧精度均满足技术要求，需对接边影像进行接边差改正，达到接边精度要求；如果两侧精度不满足要求，则需重新对影像进行正射纠正[8]。

3）其他问题。①海域控制问题：海域部分缺乏高精度参考DOM 和DEM 数据，可通过下载相对精度较高的数据作为控制参与生产。②元数据问题：少量数据层与技术规程要求属性项、属性内容不符，处理办法有理清要求、统一模板、着重检查、保证准确。

3.2 影像质量控制

国土调查对调查精度的要求较高，保证调查精度的前提是调查底图的精度要有基础。此问题涉及范围较广，包括原始卫片的入射角度、影像质量、轨道参数以及参考影像的精度，DEM高程的精度等问题（由图2所示）。以下几点为本次正射影像生产过程中质量控制的主要问题。

图2 控制点匹配

1）区域网平差方法。多源影像匹配是卫星数据几何精校正的关键。为提高匹配的可靠性，达到提取高精度控制点位的目的，结合生产软件功能和特性，制定出多源影像高精度协同区域网平差的方案。主要技术方法有：①控制点匹配：先对全部影像采取单景模式进行稀疏匹配；没有匹配上点的影像采取重叠区模式再密集匹配；若点位仍稀疏，可再进行人工刺点；对于投影差大的不建议刺点。人工加点要反复迭代平差，并进行点位微调。②连接点匹配：先采用多源影像匹配方案，再采取中密度匹配模式再次匹配。

2）DEM数据处理。参考DEM数据与原始影像本身存在现势性差异，运用不同尺度和采样间距的DEM 生产的DOM 图面效果和平面精度也都有差异，况且地形复杂度高的DEM 数据成果本身也会存在高程异常的问题，故对DEM 数据进行适当的处理是必要的。

城市的发展进步伴随着新区的开拓和基础设施的建设，比如：新建产业园区、商品楼盘、高架立交桥、道路等，随之地形也会发生很大的变化。DEM数据不能及时更新就不能表达现势的地面高程，在影像纠正中就会出现地物变形扭曲，因此需要采取适当的方法处理问题：①局部置平。对道路、房屋、桥梁等变形扭曲地物可通过等高线局部置平，避免堆积的方法进行处理；②区域平滑。可通过DEM内插方法达到局部平滑处理，能保证影像（尤其是山区）纹理不拉花变形；③DEM 局部重构。人工采集高程异常附近特征高程点、线，利用软件重构局部匹配错误的高程点，解决高程异常问题，如图3所示。

图3 DEM局部处理和影像纠正

3）影像镶嵌优化。影像镶嵌除了要解决技术要求注意的问题之外，还要寻求在没有合适的生产工具的情况下，如何优化资源配置。由于不同生产软件之间存在参数及设置不兼容不一致的情况，导致影像在不同显示和拼接状态下存在色彩差异和接边问题。解决办法：一是分析不同软件之间的共性和差异，发现并创造不同软件兼容使用的条件；二是通过比对分析同一软件内相似功能及参数配置，寻求符合技术要求的最佳输出结果；三是反馈软件漏洞及时调优修复解决。

4）成果质量检查。质量检查内容包括各个批次成果生产所引用的技术标准和作业路线是否正确，平面精度、影像质量是否符合设计要求，相关文档、附件资料是否齐全，时间精度、附件质量是否符合规定要求。其中重点检查平面精度和影像质量，DOM成果数据利用已有影像成果提取同精度点检查平面精度。经检测精度统计平面精度的平面位置中误差和接边误差，保证满足正射影像平面几何精度达到1∶10 000成图精度的技术要求。

4 结 语

数字正射影像图是三调主要的数据源，也是成果的重要组成部分，高质量的正射影像成果在三调工作中发挥重要作用。在三调影像生产全流程中通过持续的质量分析和检查，找准问题主要根源，有效追踪和把控各个环节的质量，解决了多源卫星遥感影像生产过程中诸多技术难点。在今后影像生产工作中应继续加强成果质量的控制，不断提高生产技术水平，完善质量管理体系，为后续自然资源调查监测业务提供快速准确的数据源和技术保证。