基于国产卫星的数字正射影像图生产优化研究

刘琦 唐小丽 陈绍根

[摘要] 国产卫星影像获取能力越来越强，数字正射影像图可以广泛利用在自然资源管理、城市建设、生态环境等领域。以“吉林一号”卫星影像数據为例，采用吉威、沃韦航片卫片图像智能优化应用软件进行数据处理，针对融合纠正步骤，进行先融合后纠正与先纠正后融合的对比差异，并通过多种图像增强方式，探索一种精度符合要求、成果质量较好、生产效率较高的生产方法，指导生产更高效。

[关键词] 国产卫星 吉林一号 数字正射影像图 沃韦

中图分类号：P237

Research on the Production Optimization of Digital Orthophoto Maps Based on Domestic Satellites

LIU Qi  TANG Xiaoli*  CHEN Shaogen

（Chengdu Planning Research and Application Technology Center， Chengdu， Sichuan Province， 610000 China）

Abstract： The ability of domestic satellites to acquire images is becoming stronger and stronger， and digital orthophoto maps can be widely used in natural resource management， urban construction， the ecological environment and other fields. Taking "Jilin-1" satellite image data as an example， this paper processes data by using the intelligent optimization and application software of Geoway and Worldview aerial photo and satellite photo images， compares the difference between first fusion and then correction and first correction and then fusion for the fusion correction step， and explores a production method with satisfactory accuracy， good achievement quality and high production efficiency through a variety of image enhancement methods to guide production to be more efficient.

Key Words： Domestic satellite; Jilin-1; Digital orthophoto map; Worldview

1999年，中巴合作研制成功发射“资源一号”。随后，我国遥感卫星进入快速发展阶段。2013年，高分一号卫星升空，标志我国开始拥有自主高分遥感卫星。2019年底至2023年，在高分系列卫星方面，国家成功发射了高分十号、高分七号、高分十二号、高分九号02星、高分九号03星、资源三号03星、高分十三号、高分十四号等卫星。商业卫星方面，中国第一颗商用遥感卫星“吉林一号”卫星组网运行，具有高分辨、超大幅宽、高速存储、高速数传等特点，为农业、林业、资源、环境等行业用户提供更丰富的遥感数据和产品服务。国产高分辨率遥感技术取得巨大进展，遥感数据获取能力日益增强[1-2]。利用高分辨率卫星影像制作的数字正射影像图是自然资源管理、城乡建设发展、智慧水务建设的重要依据。

本文以成都市部分区域的“吉林一号”卫星影像数据为例，结合已有数据资料，采用吉威、沃韦航片卫片图像智能优化应用软件进行数据处理，针对融合纠正步骤，进行先融合后纠正与先纠正后融合的对比差异，力求探索一种精度符合要求，成果质量较好，生产效率较高的生产方法，用于指导生产。

1 数据概况

成都市，地处中国西南地区、四川盆地西部、成都平原腹地，属于亚热带季风性湿润天气。年平均气温16℃，年降雨量1 000 mm左右，气候的显著特点是多云雾、空气潮湿。在日照时间段，卫星影像获取条件困难。

本文选取成都市域约300 km?由“吉林一号”高分03D30星（JLGF03D30）获取的卫星影像数据，多光谱影像分辨率为3 m，全色影像分辨率为0.75 m，影像存在清晰度不足、地物边界模糊、阴影覆盖面较大等情况。通过采用Dell Precision 7760型号计算机，采用不同方法、不同程序进行对比处理，制作完成分辨率为0.8 m数字正射影像图。

2 处理流程

影像处理流程通常包括资料收集及预处理、正射纠正、影像融合、图像增强、影像镶嵌及裁切（如图2所示）。针对其中两个环节（正射纠正与影像融合）进行不同工序处理对比，力求以最快的方式生产质量最好的成果[3=4]。

2.1资料收集及预处理

收集试验区域范围内2016年采集的成都市域航飞控制点约1 943个，2016—2018年采集的LAS点云生产的格网尺寸2 m的数字高程模型（DEM）成果。资料用于模型正射纠正计算，控制点精度能够满足影像几何校正，资料的范围覆盖并超出拟处理数据范围。

利用吉威软件对原始影像进行预处理，对生产区域内的控制点资料进行整合，将覆盖拟纠正影像的DEM和文档对象模型（DOM）数据进行拼接、平滑等处理（如图3所示）。

2.2 先纠正后融合

2.2.1正射纠正

依托原始参数文件，基于DEM数据，采用区域网平差的方法对影像进行数字正射纠正处理。

（1）全色波段影像、多光谱影像正射纠正

按整景纠正，采用双线性或者三次卷积法内插的方式进行重采样。纠正过程中不改变像素位数，纠正后应没有漏洞区。

（2）多光谱影像与全色影像配准纠正

影像配准是将不同时间、不同传感器（成像设备）或不同条件下（气候、光照度、摄像位置和角度等）获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程。影像配准的精度直接影响最终DOM制作的质量。

选取特征明显的同名地物点作为配准控制点进行原始影像配准。采用沃韦航片卫片图像智能优化应用软件自动配准功能，以保证控制点位数量分布均匀。根据配准过程中软件自动记录的配准控制点残差文件，检查配准控制点点位精度。若残差超限，要分析原因并重新进行选点。

配准后，采用“卷帘”和“闪烁”的方法检查影像的配准精度。对整景影像范围内的所有区域进行检查，查看同名点是否存在明显抖动和错位现象，以防止出现局部配准点过多或过少而引起的局部地区影像配准精度不高的现象。

2.2.2 影像融合

在完成影像配准的基础上，为确保融合后数据质量，融合前分别对全色数据亮度提高，增强局部反差，突出细节纹理；对多光谱数据进行色彩增强，突出多光谱彩色信息。

通过自动化融合工具对全色影像和多光谱影像进行融合。融合后影像要确保地类特征明显、边界清晰、色调基本一致，色彩接近自然，不应出现重影、模糊等现象。融合后依次检查影像整体亮度、色调是否协调一致且连贯、纹理信息是否丰富和地物边缘是否清晰。

2.3 先融合后纠正

先对全色波段和多光谱波段进行融合，将融合后的成果进行正射纠正。与先纠正后融合的成果进行对比（如图4和图5所示）。

结果表明，先校正后融合后的影像色彩更接近自然色彩，影像纹理更加丰富，地物边界更加明晰。而先融合后纠正的影像则存在色彩不够真实、色彩溢出、纹理不丰富、细节不突出等问题。两者处理流程所用时间相差无异。

2.4 图像增强

图像增强是对影像进行进一步深入处理，使增强后的图像直方图呈正态分布，无明显噪声，质量更高。增强处理的方式包括去薄雾、色彩饱和度调整、平衡光亮以及去阴影等技术。通过增强处理后，色彩更饱和且更贴近自然色，可以通过优化提升影像成果质量。

2.4.1去薄雾处理

降低多光谱影像和全色因薄雾造成的模糊程度（如图6和图7所示）。

2.4.2对比度/色彩饱和度调整

采用滤波和直方图拉伸的方法，对影像的对比度和色彩饱和度进行调整。

2.4.3匀光处理

采用直方图均衡化和直方图匹配法，用非线性对比拉伸重新分像元值，使图像的直方与参考相匹配，达到分幅色彩均衡。

2.4.4锐化处理

在不影响图像地物地貌信息的前提下，增强整个图像清晰度。

2.5 镶嵌及裁切

为消除由于拍摄时间、地形起伏以及天气条件所带来的影像色调的区别，影像匀色采用同一模板，使用沃韦航片卫片图像智能优化应用软件进行相关处理。在匀色过程中，对于背景区域和有云覆盖的区域先进行排除，然后再进行匀色，保证有云区域的影像质量[5-6]。

影像的镶嵌采用沃韦镶嵌软件进行相关处理，并保证在同一区域采用最新的影像数据，同时兼顾影像质量。通过在相邻影像的重叠区绘制拼接线的方法，让影像拼接线的绘制必须尽量绕过重大的建（构）筑物和线性地物（如道路），拼接线的绘制可尽量位于大片草地、林地及农田等区域，并将拼接线附近的影像做适当的羽化处理，以消除镶嵌影像的拼接线，使影像之间相接部分平滑地过渡。

2.6 去阴影

现代城市高层建筑日益增多，大量阴影存在会影响影像的判读及应用。利用沃韦软件去阴影技术，对高层建筑造成的阴影进行检测并去除。处理后的影像淡化许多，虽未完全去除，但影像在色彩、清晰度等方面有了较大提升（如图8和图9所示）。

3 结语

数字正射影像图具有直观、易于判读的特点，是基础测绘的重要产品内容之一，在自然资源管理、违法建设查处方面发挥重要作用。本文采用国产卫星影像，进行了影像的全过程处理，完成了数字正射影像图制作。结果表明：该流程在确保成果精度的前提下可以快速提升工作效率，对大批量快速生产具有指导作用。

参考文献

[1] 王楠.基于高分辨率遥感卫星数据的正射影像制作方法[J].经纬天地，2022 （3）：23-27，31.

[2] 张金盈，崔靓，徐凤玲等.海量國产高分辨率卫星影像优化处理研究[J].山东国土资源，2020，36（9）：65-69.

[3] 吴立果.卫星影像数字正射影像图生产技术探讨[J].测绘与空间地理信息，2021，44（12）：205-206，209.

[4] 蒋红，王睿.浅谈数字正射影像图的制作与应用[J].测绘与空间地理信息，2014，37（3）：151-152.

[5] 王丝雨.基于Inpho的大比例尺数字正射影像制作方法研究[J].测绘与空间地理信息，2023，46（4）：206-208，212

[6] 韩红涛，刘军，张传帅，等.沃韦软件在数字正射影像生产中的应用[J].资源导刊，2021（20）：28-29，32.