高分四号处理技术要点

高分四号

高分四号卫星是中国第一颗地球同步轨道遥感卫星，采用面阵凝视方式成像，具备可见光、多光谱和红外成像能力，可见光和多光谱(PMS)分辨率优于50m，中红外谱段（IRS)分辨率优于400m，设计寿命8年，通过指向控制，实现对中国及周边地区的观测。

卫星实际使用起来毛病较多。比如拍摄频次较低，和常用的地球同步轨道气象卫星不在同一量级上等等。从实际可以改进的角度来看，其图像使用还涉及不少几何和辐射方面的问题。我们目前要承接一个林火监测的业务，所以就结合这个业务来谈谈需要做的精细化处理工作。

1 IRS的椒盐噪声去除

高分4的中红外的辐射特点以及它和葵花卫星的比较可以见之前的文章。

高分4的中红外波段噪声点较多，主要表现为椒盐噪声（突然变很亮或者突然变很暗的一两个孤立的杂点），如果不事先剔除就会增加很多误检的火点。

上面最大的亮斑是木里火场，左下角的也可能是一个火点，而其他亮点应该都不是，特别是一些只有一个像素的亮点就是椒盐噪声。这里动画表达的就是通过图像处理算法剔除或者削减了椒盐噪声点，而保持其他部分基本不变。

2 波段之间的几何误差

首先有波段之间的几何偏差，50米PMS的偏差已经很大，有的时候竟然能超过几十个像元。而和400米IRS的偏差更大，因为他们属于两个传感器。这些问题直接导致生成的彩色图像模糊，地表热点的位置计算偏离。

比如这景下载自资源卫星中心的分发数据（2020年3月30日四川木里火灾的数据）

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我们先将50米的图像缩小成400米，这样PMS的5个波段可以IRS在同一个基准上比较。而且这样的尺度处理起来很快，也更适合我们现在要近实时处理的林火的业务。

2.1 PMS传感器内部

原来的RGB三波段组合

可以看到这里的河流等地物都出现了红眼皮重影现象

经过像素刻刀(PixelKnife）的波段之间配准以后

恢复到正常的显示效果，图像明显要清晰多了。

400米尺度的偏差最大达到3个多像素点，转化到50米尺度就是高达24像素以上了，因此这个步骤是非常需要的。虽然不是每景图都偏差这么大，但是偏差几个50米像素点是常见的。

2.2 IRS和PMS之间

400米的中红外和50米可见光之间的配准难度更大一些，因为传感器是两组，而且波段特性差异更大，需要使用特别的配准算子。

可以看到未校正前IRS和PMS（这里比较的是RED红波段）偏差较大。导致的直接的后果是火点提取的位置是不准确的。

通过像素刻刀(PixelKnife)的自动仿真配准方法，可以将这两种差异较大的传感器的配准精度提到到亚像元的水平。

2.3 制作50米版本

在400米配准后的PMS的基础上，如果有需要可以进一步制作PMS的50米配准的版本，而IRS也可以插值成为50米版本，保持分辨率上的一致性。

3 IRS和PMS融合

400米尺度波段配准完成后，可以将IRS添加到PMS中，形成一个6波段的1280x1280数据集，使之更适合用于地表火点监测的业务中。

将IRS-NIR-RED合成成假彩色图像，跨越不同的波段，信息量达到最大，可以把火点、植被、河流等信息很好地整合到一起。

但是IRS的面积是比PMS要小一些，所以边上的部分是无效的，我们通过图像处理步骤剪除了这部分区域，变成透明区域。

后续可以将附近相邻时间拍摄的几景镶嵌成为大幅面的影像。

4 正射制图

这里要分成白天和夜晚两种场合，夜晚只有IRS能够成像（地表温度），而白天则PMS和IRS都可以使用。

4.1 白天

因为PMS的分辨率达到50米，纹理更加清楚，因此可以以PMS作为正射的基础，间接对IRS做正射。

使用LANDSAT8等卫星的30米遥感底图完全可以用来给高分四号的50米数据做寻找地面控制点的数据源。

正射后的RGB组合

正射后的IRS-NIR-RED假彩色组合

4.2 夜晚

因为夜晚没有PMS做参考，所以必须要制作一组IRS可以直接参考的影像底图。我们计划是通过一定时间的数据积累，通过白天正射后的IRS信息制作成为无云的底图。这个需要一定的项目经费支持来将其做成。

5 数据源

资源卫星中心的版本，延迟四十分钟左右，可以提供免费公开下载，但是要经过它的查询下载系统等工具。
目前地面站的流程可以做到延迟二十分钟左右，也还有可能继续提高速度，可以做更多的定制开发。

联系方式

陈甫 副研究员
中国科学院空天信息创新研究院
chenfu@aircas.ac.cn
13811147935