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AutoPixel新一代全自动海量遥感数据处理系统

1         AutoPixel简介

AutoPixel是新一代全自动海量遥感数据处理系统。

系统采用先进的数字摄影测量技术、多任务调度技术、高性能计算技术,集数据生产、任务管理调度、成果质检为一体,通过合理调配计算资源与数据资源,实现规模化、快速、智能化的遥感数据处理流程。

系统能够接收和处理多种国内外中高分辨率遥感影像,利用跨平台的高效匹配算法、融合算法、匀光匀色算法、高精度光束法平差算法、以及自适应负载均衡的数据调度技术,充分利用计算资源,结合多线程技术、GPU计算技术、集群处理技术,快速生成多种数据处理产品及遥感解译产品。

系统建立了规范化、标准化的海量影像数据生产流程,同时构建了完备的全过程质量控制体系,最终可以为用户提供专业级及消费级应用。

2         软件特点

Ø  自动化遥感大数据综合处理系统

系统生产全时空覆盖(海量)、多星协同处理(混杂)、持续更新(快速)的遥感大数据产品。

Ø  支持多种并行计算模式

系统既支持多核+多CPU+GPU架构的高性能集群计算模式,同时也支持个人PC+工作站+服务器的异构集群结构作业模式;系统可跨平台运行,支持Linux操作系统和Windows操作系统。

Ø  提供高效的影像处理算法模块

系统提供影像云检、配准纠正、影像融合、真彩色转换、匀色镶嵌、裁切输出、DSM自动生成等常用算法模块;同时还具备投影转换、波段重组、格式转换、金字塔创建、影像滤波、影像去雾、影像增强、植被提取、水域提取、影像质检、DEM镶嵌等数据处理能力。

Ø  多数据源支持

系统支持多源、多载荷(光学、雷达、高光谱)的遥感图像处理,支持 GF1\ GF2\ GF3\ GF4\ GF5\ GF6\ GF7\GFDM、BJ1\ BJ2、ZY3、ZY3-02、SV1\ SV2\ SV3\ SV4、TH-01\TH-02、02C、WV1\ WV2 \WV3、QB、IKNOS、GEOEYE 、PLEIADES、SPOT、COMPSAT、HJ、JB、JL1\JL2等国内外多源卫星影像。并能够根据新增卫星数据格式,进行模型定制。

Ø  简单便捷的数据交互工具

基于国内用户使用习惯的深入调研和理解,提供贴合用户操作习惯的使用流程,界面友好,操作方便,易学易用,同时系统提供配准纠正工具软件、影像浏览工具软件、立体查看工具软件、影像质检工具软件等交互工具软件。

3         技术特点

3.1    高性能并行计算影像处理技术

高性能并行计算影像处理基于GPU和CPU计算相结合的多机并行处理技术,通过聚合多个高性能计算服务器,实现多个任务高效并行处理,生产效率得到革命性提高。

3.2    稀少控制超大规模区域网平差技术

基于高性能光束法平差技术和粗差自动探测技术,通过匹配连接点及采用少量地面控制点,实现稀疏多源地面控制条件下的多源遥感卫星影像的空三平差处理。

3.3    配准纠正技术

系统提供快速、高精度影像匹配算法可以实现多源、多时相、旋转扭曲等困难条件下的影像间全自动匹配;同时采用了多种粗差剔除方法,可完全、自动剔除误差点,匹配精度可达亚像元级。

3.4    影像融合技术

系统提供多种图像融合方法,融合结果纹理清晰,色彩饱满;其中系统提供的PANSHARP融合算法利用最小方差技术对参与融合的波段进行最佳匹配,确保融合后的影像与多光谱影像色彩一致,基本不存在颜色偏差。

3.5    匀光匀色技术

对于单幅影像内部色彩异常和影像之间的色彩差异问题,系统提供多种匀光匀色方案,以解决不同场景的色调问题,如自由网匀色方案、基于标准影像匀光匀色方案以及控制网匀光匀色方案。确保匀光匀色成果不仅接近地物真实色调,而且过渡均匀、自然。

3.6    DSM密集匹配技术

系统采用多视高精度密集匹配技术、高精度子像素优化技术,可以高效可靠地获取成像区域的高精度地形、地物信息,系统自动剔除粗差点,提高了匹配结果的精度与可靠性。与传统地形提取相比,系统采用的多视高精度密集匹配的纹理更加细腻、精度更高,不仅适用于常规3D产品生产,同样适用于城市三维建模应用。

4         系统功能介绍

4.1    卫星影像区域网平差

卫星影像区域网平差基于通用成像的RFM模型,可支持国内外中高分辨率卫星传感器的立体像对、下视影像的平差处理,能够以较少的控制点实现对复杂、大量的卫星影像数据进行高效的平差处理。


    图4-1区域网平差界面图

4.2    DOM生产

4.2.1   正射纠正

提供基于有理函数模型的正射纠正;提供基于正射影像的二次配准纠正功能。

图4-2正射纠正成果示意图

4.2.2   影像融合

Ø  提供遥感影像全自动配准融合技术;

Ø  融合后影像纹理清晰、色彩饱满、无发虚或重影现象;

Ø  可基于原始影像融合,也可以基于正射影像融合。





图4-3影像融合

4.2.3   匀光匀色

系统提供自由网匀色、标准影像匀色(整体参考)、标准影像匀色(局部参考)、控制网匀色等多种匀光匀色算法。针对不同的色彩质量问题,提供多种处理方案。


4-4 匀光匀色

4.2.4   镶嵌成图

镶嵌成图采用先进的接缝线寻址策略,自动计算最优镶嵌线,智能羽化缓冲区计算,有效消除几何误差和色彩偏差、过渡自然。


图4-5匀色镶嵌

4.3    业务工作流

4.3.1   配准纠正业务流

系统支持原始影像+参考DOM+参考DEM模式的单片配准纠正,也支持待纠正DOM+参考DOM模式的二次改正;流程操作简单,数据及参数配置完成后,一键提交计算集群或工作站后台执行,客户端可随时查看流程进度,配准完成后,即可根据不同的计算模型实时查看配准精度及纠正精度,而无需等待纠正完成。

图4-6配准纠正

4.3.2   配准融合业务流

系统支持原始全色\多光谱影像配准融合,也支持纠正后全色\多光谱影像配准融合,流程操作简单,数据及参数配置完成后,一键提交计算集群或工作站后台执行,客户端可随时查看流程进度,配准完成后,即可根据不同的计算模型实时查看全色\多光谱配准精度。

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图4-7配准融合

4.3.3   影像处理业务流

影像处理业务流支持从原始影像到镶嵌成果全流程自动处理,一键提交计算集群或工作站后台执行,客户端可随时查看流程进度。

计算节点可以由用户根据生产需要进行定制,用户可以选择生产中需要的计算节点进行数据处理;

具备断点续做能力,系统自动跳过之前处理后的计算过程,从而使数据生产更加方便快捷。

图4-8影像处理业务流

4.4    DSM/DEM生产

系统采用多视高精度密集匹配技术,可以高效可靠地获取成像区域的高精度地形、地物信息,系统自动剔除粗差点,提高了匹配结果的精度与可靠性。与传统地形提取相比,系统采用的多视高精度密集匹配的纹理更加细腻、精度更高,不仅适用于常规3D产品生产,同样适用于城市三维建模应用。


图4-9密集匹配成果图

4.5    交互编辑工具软件

4.5.1   配准纠正工具软件

配准纠正工具软件可以进行高精度的几何精纠正与配准。系统支持基于自动匹配同名点和手动选点的纠正。几何精纠正利用DEM和参考影像对原始影像进行模型变换,纠正模型支持刚性平移、相似变换、仿射变换、二次多项式,三次多项式,薄板样条、三维DLT等多种模型改正方式。配准完成后可以直接对结果进行精度检查,并可以生成精度报告然后导出,软件支持实时查看配准纠正的效果 。

图4-10配准纠正工具软件界面图

4.6    其他模块

4.6.1   金字塔创建

金字塔创建模块支持栅格数据(影像 \ DEM)金字塔创建。系统提供NEAREST、GAUSS、CUBIC、AVERAGE、MODE、AVERAGE_MAGPHASE等金字塔创建采样模式。通过生成影像金字塔,一是方便对影像进行浏览查看,二是对某些数据处理环节可以起到提速的作用。

图4-11金字塔创建软件界面图

4.6.2   真彩色转换

真彩色转换模块具有将16位影像数据转8位影像数据处理能力;同时系统提供波段顺序调整、RGB三波段输出、自然彩色增强等功能。经真彩色转换后的成果纹理清晰、色彩饱满、不存在偏色的情况。

图4-12真彩色转换模块

4.6.3   影像增强

遥感影像增强主要是为了突出遥感影像的专题信息,提高图像的视觉效果,使分析者能更容易地识别图像内容,从图像中提取更有用的定量化信息。


    


图4-13影像增强软件界面图

4.6.4   影像去雾

通过一定的图像处理方法,能够在很多被雾影响的,信息量低的遥感影像中获取大量的有用信息,将信息量低的影像转变为有用影像,便于目视判读和各种图像处理算法的实现。

图4-14遥感影像去雾效果图

4.6.5   投影转换

栅格数据投影转换模块支持DOM\DEM投影转换处理。系统提供常规及自定义投影定义及数据转换;投影转换具有精度高、速度快的特点。

4.6.6   格式转换

格式转换模块支持影像\DSM\DEM格式转换处理。DSM\DEM格式转换同时支持高程数据在椭球高与水准高高程面之间的转换处理。DSM\DEM格式转换支持输出常用的*img、*tif、*bil数据格式。影像格式转换支持输出常用的*img、*tif、*jpg数据格式。

4.6.7   波段重组

支持波段任意组合

图4-15遥感影像波段重组模块

4.6.8   DOM\DEM滤波

系统提供NL-Means滤波、中值滤波,均值滤波,高斯滤波,双边滤波等滤波算法,其中NL-Means自适应滤波算法在抑制噪声的同时可以有效的保留图像的纹理信息、高程信息和细节。

4.6.9   Sar影像滤波

系统提供Frost滤波,Kuan滤波,Lee滤波,增强Frost滤波,增强Lee滤波,Gamma最大后验滤波等Sar影像自适应滤波算法。系统提供的自适应滤波算法运用围绕每个像元的周围像元的标准差来计算一个新的像元值。不同于典型的低通平滑滤波,系统提供的自适应滤波算法在抑制噪声的同时可以有效的保留图像的纹理信息和细节


图4-16  Sar影像滤波前后对比

4.6.10       Sar影像匹配

系统支持Sar影像之间配准纠正,同时支持Sar影像与光学影像配准纠正。系统提供的全自动、快速、高精度Sar影像匹配算法可以实现多源、多时相、等困难条件下的影像间全自动匹配;同时采用了多种粗差剔除方法,可完全、自动剔除误差点。





图4-17  Sar影像匹配

4.6.11       影像质检

系统提供的影像质检功能主要由影像绝对定位精度质检、影像相对接边精度质检、影像立体模型高程精度质检、影像立体模型接边精度质检组成。

影像绝对定位精度质检是将待检影像(原始影像、成果影像)重新与参考影像进行GCP自动采集作业,随后使用该模块对待检测影像进行精度验证,GCP自动采集完成后便可以直接对结果进行精度查看,系统同时生成精度质检报告。

影像相对接边精度质检是对平差后成果影像数据集或正射后影像数据集进行同名点自动采集、统计接边误差同时生成接边精度质检报告。

影像立体模型高程精度质检首先通过对立体模型匹配大量多视同名点,然后系统自动将同名点交会出的高程与同名位置参考DEM高程做差,从而自动完成对立体模型高程精度的统计,系统支持导出立体模型质检精度报告。

4.6.12       DSM\DEM镶嵌

系统提供的DSM\DEM镶嵌功能是将待镶嵌数据(DSM、DEM)进行拼接镶嵌,镶嵌成果高程与镶嵌前高程完全一致,不存在任何的精度损失;另外该功能速度快,比Arcgis镶嵌快5-10倍左右,200G数据40分钟左右即可处理完成。


图4-18  DSM\DEM镶嵌

4.6.13       影像云检测

基于专业图像处理与深度学习相结合的光学遥感影像云检测方法,将待检测影像依次进行粗估亮度双阈值、精确亮度阈值计算以获得精确的亮度阈值对云区进行分割,然后对分割后的云区执行形态学运算,消除似云目标引起的噪声点,填充云缝,优化云区轮廓,结合深度学习识别冰雪,最终输出最终云掩模和云含量;

整个检测过程可快速获取精确度较高的影像云掩模和云含量,可定性识别无云影像,检测方法简单有效,对于某一指定传感器影像,在较少人工参与的前提下,即可实现海量影像快速、自动化检测,可满足实际生产的需要。

图4-19遥感影像云检测效果图

4.6.14       水域检测

图4-20遥感影像水域检测效果图

4.6.15       植被检测

图4-21遥感影像植被检测效果图



行业应用

国土规划、全国一张图测图、生态环境监测、农业林业普查、海洋监测、水利环保、电力巡线、交通设计、地质灾害、应急救灾、国防军事


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