地理國(guó)情影像制作關(guān)鍵技術(shù)以及質(zhì)量控制

李薈蕓

（新疆維吾爾自治區(qū)第二測(cè)繪院 新疆烏魯木齊 830001）

1 引言

2013年，我院承擔(dān)了新疆維吾爾自治區(qū)5個(gè)地州大約30萬(wàn)平方千米的地理國(guó)情普查影像的制作任務(wù)。采用的影像全部為高分辨率衛(wèi)星影像。影像類型有 Worldview1、Worldview2、Quickbird三種，項(xiàng)目成果有經(jīng)過(guò)糾正的整景影像外，還有 1∶25000比例尺0.5m分辨率分幅影像。項(xiàng)目大部分區(qū)域利用PCI GXL2013軟件完成糾正工作。其中博爾塔拉蒙古自治州、伊犁哈薩克自治州直屬地區(qū)（不含奎屯市）山地、高山地、常年積雪區(qū)域較多，大約有 1/4至-3/1影像側(cè)視角超過(guò)25°。烏魯木齊市有部分常年積雪區(qū)域，哈密地區(qū)、吐魯番地區(qū)地勢(shì)相對(duì)平坦，高分辨影像比較理想。

2 技術(shù)路徑

此次作業(yè)首先對(duì)全色影像進(jìn)行糾正，對(duì)于多光譜影像則采用 RPC參數(shù)自動(dòng)配準(zhǔn)糾正的全色影像的作業(yè)模式。項(xiàng)目實(shí)施整體的技術(shù)流程見(jiàn)圖1:

圖1:技術(shù)流程

3 主要存在技術(shù)問(wèn)題與解決方法

3.1 數(shù)字高程模型的使用

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，收集的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)有1∶10000比例尺和1∶50000比例尺數(shù)據(jù)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)有1980西安坐標(biāo)系和2000國(guó)家大地坐標(biāo)系兩種。地理國(guó)情普查影像成果要求為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。為了消除不同比例尺，不同坐標(biāo)系的精度和接邊問(wèn)題，數(shù)字高程模型使用前，1980西安坐標(biāo)系數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。項(xiàng)目影像成果精度和數(shù)字高程模型的精度是緊密相關(guān)的，為了提高不同精度成果數(shù)據(jù)的接邊問(wèn)題，我們對(duì)數(shù)字高程模型經(jīng)過(guò)了處理，取得了很好的效果。

首先將1∶50000比例尺1980西安坐標(biāo)系數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)內(nèi)插反生成5m等高距的等高線數(shù)字線劃數(shù)據(jù)；其次利用參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作；再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)生成5m格網(wǎng)間距的數(shù)字高程模型；最后將1∶50000比例尺和1∶10000比例尺數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行融合拼接。平差時(shí)1∶10000精度區(qū)域和1∶25000精度區(qū)域采用統(tǒng)一的數(shù)字高程模型，就可以很好地消除影像不同精度之間的接邊差。

3.2 平差區(qū)域劃分以及控制點(diǎn)布設(shè)

在實(shí)際作業(yè)時(shí)，我們通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)地理信息控制點(diǎn)和衛(wèi)星影像分布情況，確定劃分加密分區(qū)的大小。設(shè)定的加密分區(qū)一是盡量減少區(qū)域之間的接邊，提高景與景之間的幾何接邊精度。在原始影像豎的自然分割時(shí)，加密分區(qū)應(yīng)該自然分開(kāi)。如圖1，圖2是一個(gè)區(qū)域的原始影像分布狀況和加密分區(qū)分布圖。二是充分考慮有控制點(diǎn)區(qū)域和無(wú)控制點(diǎn)區(qū)域的銜接，使有控制點(diǎn)區(qū)域能夠控制無(wú)控制點(diǎn)區(qū)域，有效提高無(wú)控制點(diǎn)區(qū)域的平面糾正精度。三是對(duì)于Quickbird影像，最好單獨(dú)建立加密分區(qū)。

進(jìn)行影像數(shù)據(jù)糾正，控制點(diǎn)的布設(shè)也非常關(guān)鍵。利用 PCI GXL2013進(jìn)行數(shù)據(jù)糾正時(shí)，一是不用過(guò)分考慮異軌影像之間的控制點(diǎn)的布設(shè)。二是不用考慮加密分區(qū)的大小。在一個(gè)區(qū)域我們將 300多景數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)加密分區(qū)，很好地保證了數(shù)據(jù)的接邊精度。在加密分區(qū)內(nèi)，盡量布設(shè)高精度的控制點(diǎn)，適當(dāng)布設(shè)檢查點(diǎn)。如圖3:一個(gè)加密分區(qū)影像分布狀況及其控制點(diǎn)布設(shè)分布圖。

圖1:原始影像接合表

圖2:加密分區(qū)分布圖

圖3:某區(qū)域影像分布狀況及控制點(diǎn)布設(shè)分布圖

3.3 分幅圖命名

地理國(guó)情普查分幅圖一個(gè)影像數(shù)據(jù)為 1∶25000比例尺，按照1∶50000比例尺結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。裁切后的影像的初步是以 1∶25000比例尺圖號(hào)命名。最終的數(shù)據(jù)命名信息還包含影像類型、分辨率、色彩模式、數(shù)據(jù)時(shí)間多項(xiàng)內(nèi)容。在作業(yè)時(shí)，如果逐幅圖進(jìn)行人工修改，對(duì)于按照1∶50000比例尺組織的A、B、C、D命名組織的方法，特別容易出錯(cuò)。在項(xiàng)目實(shí)施中，經(jīng)過(guò)分析，我們統(tǒng)一制作對(duì)照文件，批量命名，有效保證了數(shù)據(jù)組織命名的正確性。

首先將1∶25000比例尺圖幅接合表和高分辨率衛(wèi)星影像標(biāo)圖疊合。對(duì)1∶25000比例尺圖幅接合表增加1∶50000比例尺圖號(hào)、影像類型、分辨率、色彩模式、數(shù)據(jù)時(shí)間屬性項(xiàng)。按照數(shù)據(jù)命名的要求，首先將1∶25000比例尺圖幅號(hào)和1∶50000比例尺圖幅號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，然后對(duì)數(shù)據(jù)源、分辨率、色彩模式、數(shù)據(jù)時(shí)間逐個(gè)屬性內(nèi)容進(jìn)行分析，分別錄入相應(yīng)的屬相項(xiàng)中。最后將屬性表輸出，經(jīng)過(guò)整理后，編寫1∶25000比例尺數(shù)據(jù)與最終成果命名的對(duì)照文件，利用程序?qū)崿F(xiàn)批量命名。

3.4 新增高分辨率衛(wèi)星影像的處理

在地理國(guó)情普查影像數(shù)據(jù)的制作過(guò)程中，會(huì)陸續(xù)收到新增補(bǔ)的影像數(shù)據(jù)。對(duì)此部分影像數(shù)據(jù)的利用，采用了以下技術(shù)方案:（1）首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，優(yōu)先選擇利用側(cè)視角小的影像數(shù)據(jù)。（2）單景影像只用 PCI GXL2013軟件中的控制點(diǎn)采集功能采集控制點(diǎn)，剔除平差超限點(diǎn)，輸出模型段和GCP段，然后進(jìn)行糾正。（3）對(duì)兩景以上影像數(shù)據(jù)，特別是異軌影像，必須要做平差。具體做法為:用 PCI GXL2013軟件中的控制點(diǎn)采集功能采集控制點(diǎn)，剔除平差超限點(diǎn)，輸出模型段和 GCP段。糾正時(shí)，需要把四周接邊平差后的影像數(shù)據(jù)加載進(jìn)來(lái)，把原來(lái)平差后的數(shù)據(jù)與需要糾正的數(shù)據(jù)合并為一個(gè)工程，然后平差，剔除平差超限點(diǎn)，再次輸出模型段和 GCP段。然后輸出新補(bǔ)的影像數(shù)據(jù)的糾正結(jié)果。（4）對(duì)個(gè)別糾正后仍然有問(wèn)題的影像，可用 PCI GXL2013軟件中的影像配準(zhǔn)功能，以原有糾正好的影像做參考，再一次采集控制點(diǎn)進(jìn)行糾正。

3.5 影像的融合降維處理

利用 PCI GXL2013進(jìn)行影像處理制作分幅圖數(shù)據(jù)時(shí)，涉及影像數(shù)據(jù)的波段選擇和組合。在影像進(jìn)行融合時(shí)，選取16維影像R、G、B三個(gè)波段，采用PanSharpening模式進(jìn)行影像融合，直接舍棄近紅外波段。影像融合后再進(jìn)行降維處理，這樣處理后的顏色色彩模式比較接近自然色彩，易于調(diào)色處理。這樣處理的影像比對(duì)影像首先進(jìn)行降維，然后再進(jìn)行融合，在較亮和較暗的區(qū)域有更好的色彩信息保留，紋理信息損失更少，影像效果會(huì)更好。

4 質(zhì)量控制

4.1 控制點(diǎn)的檢查

首先編制程序?qū)⑺?.inf文件中的數(shù)據(jù)提取為文字，并根據(jù)信息表中的影像分辨率和影像的像素?cái)?shù)進(jìn)行控制點(diǎn)小影像坐標(biāo)頭文件的制作。提取的文字信息中間以逗號(hào)進(jìn)行分割，然后將文字轉(zhuǎn)換為表格，將所有屬性歸類整理，這樣可以快速進(jìn)行控制點(diǎn)信息的正確性檢查。還可以將控制點(diǎn)進(jìn)行展點(diǎn)，轉(zhuǎn)換成為地圖數(shù)據(jù)，同時(shí)將加載了影像頭文件的小影像引入，這樣就可以方便地進(jìn)行控制點(diǎn)與分幅圖精度的統(tǒng)計(jì)檢查。

4.2 影像色調(diào)的控制

對(duì)于影像色彩和圖幅滿幅情況的概查，可以利用 Photoshop軟件批量進(jìn)行影像快視圖輸出，結(jié)果保存為JPG格式。這樣對(duì)于影像整體色彩的效果和圖幅是否滿幅和整景影像的匹配程度，可以進(jìn)行快速有效的查看和瀏覽，可以發(fā)現(xiàn)影像明顯的偏色問(wèn)題和明顯的紋理?yè)p失情況，可以有效節(jié)約時(shí)間。當(dāng)然對(duì)于細(xì)節(jié)問(wèn)題還需采用原圖仔細(xì)檢查。

4.3 對(duì)整景影像的坐標(biāo)檢查

在實(shí)際作業(yè)時(shí)，我們編寫程序?qū)φ胺址獢?shù)據(jù)進(jìn)行制作。在后期的檢查修改以及有新增影像會(huì)涉及原有影像重新平差的情況下，整景影像的范圍會(huì)發(fā)生變化，在修改時(shí)往往會(huì)遺漏，后期我們專門編寫程序?qū)φ坝跋竦淖鴺?biāo)進(jìn)行批量檢查，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，這樣就可以有效保證數(shù)據(jù)的正確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

地理國(guó)情普查為我院首次大規(guī)模影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)，在時(shí)間短、任務(wù)重的情況下，合理的技術(shù)途徑和有效的程序控制是提高項(xiàng)目數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提和保證，此次作業(yè)也為我們處理影像數(shù)據(jù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，寫下來(lái)和大家一起討論分享。

[1]于蕾，商博，周琦.數(shù)字正射影像圖的制作方法和應(yīng)用研究[J]測(cè)繪與空間地理信息，2009,32(3):176-177.

[2]宋燕，曹廣強(qiáng)，莊元等.無(wú)或稀少控制地區(qū)地理國(guó)情普查DOM生產(chǎn)技術(shù)方法研究[J]測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2013(3):16-18.

[3]李丹，甘宇亮，張立濤.基于WorldView-2衛(wèi)星的影像融合處理技術(shù)研究[A]第十三屆華東六省一市測(cè)繪學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C]2011.