高分辨率衛(wèi)星影像掛圖的技術(shù)方法及研究意義

王婷

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧沈陽 110032）

地理掛圖制作是遙感影像數(shù)據(jù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。通過對(duì)影像數(shù)據(jù)選取、波段選擇、圖像前期處理、遙感影像幾何校正、圖像增強(qiáng)、圖像鑲嵌處理、整飾輸出等關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)高分辨率遙感影像進(jìn)行處理，制作高分辨率遙感影像掛圖。城市高分辨率衛(wèi)星遙感影像圖以其分辨率高、內(nèi)容豐富、讀取直觀、信息更新周期較短等優(yōu)點(diǎn)，越來越被市政部門、建設(shè)規(guī)劃部門、交通道路管理部門及鐵路勘測(cè)等領(lǐng)域所應(yīng)用，能夠較好的滿足諸多用戶的需求，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

一、高分辨率衛(wèi)星影像掛圖的內(nèi)容及編制方法

影像掛圖包括專題影像圖和普通影像圖，同時(shí)具備影像與地圖的特征。影像圖上表示出的內(nèi)容主要有：比例尺及地圖定向；地域地名、公路鐵路、道路橋梁、山川河流、地貌植被等地理要素；以及圖幅圖廓等輔助要素。

影像掛圖的編制方法，涵蓋傳統(tǒng)地圖和影像地圖的信息特點(diǎn)，制作掛圖時(shí)充分利用已有的資料數(shù)據(jù)信息，獲取更多的信息量，通過數(shù)據(jù)分析、版面設(shè)計(jì)、要素處理、圖面合理性檢查，最終形成影像圖整體成圖效果。

二、高分辨率衛(wèi)星影像圖的研究目的和意義

隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，遙感影像的廣泛應(yīng)用，遙感應(yīng)用的逐步深入，地圖制作也發(fā)生了很大變化。由于衛(wèi)星遙感影像圖將遙感影像與地圖的優(yōu)點(diǎn)合二為一，比普通地圖要直觀真實(shí)許多，信息量也更豐富，日益受到各行各業(yè)的重視。因此，研究如何有效利用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，得到信息豐富，直觀讀取的影像，制作出符合各行各業(yè)人群需求的遙感影像圖，在實(shí)際應(yīng)用中十分必要，是今后研究探索該領(lǐng)域的一個(gè)方向。

影像掛圖涵蓋信息完整性強(qiáng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、使用更為便捷、特點(diǎn)更加突出，被越來越多的人們所應(yīng)用。近幾年，隨著高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，逐步改變?nèi)藗儗?duì)傳統(tǒng)航天遙感的認(rèn)知，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。城市高分辨率衛(wèi)星遙感影像圖以其分辨率高、信息豐富、讀取直觀、生產(chǎn)更新周期短等優(yōu)點(diǎn)，越來越被市政部門、建設(shè)規(guī)劃部門、交通道路管理部門及鐵路勘測(cè)等領(lǐng)域所應(yīng)用，能夠較好的滿足諸多用戶的需求。

三、數(shù)據(jù)資料來源的選擇

在制作衛(wèi)星遙感影像掛圖時(shí)，選擇什么樣的影像分辨率在影像數(shù)據(jù)來源的選擇中十分重要。影像分辨率決定著影像成圖精度的標(biāo)準(zhǔn)，分辨率達(dá)不到要求就很難將細(xì)小的地物地貌進(jìn)行讀取，形成不了準(zhǔn)確逼真的成圖效果。選擇數(shù)據(jù)來源還要考慮其穩(wěn)定性、品質(zhì)等級(jí)，還有現(xiàn)勢(shì)性，選擇成像拍攝日期距離現(xiàn)在較近的，并且選擇陰影較少、不是陰天的、地物地貌不被遮擋的拍攝圖像的數(shù)據(jù)源。

四、掛圖制作的技術(shù)手段

1.圖像的前期處理

衛(wèi)星影像在成像過程中會(huì)受一些因素的干擾，這樣形成的影像圖就不是地物地貌的真實(shí)反映，造成影像圖失真，影響圖形成像精度。所以在遙感影像掛圖處理前進(jìn)行圖像前期的校正，進(jìn)行前期預(yù)處理顯得十分有必要。圖像的前期處理一般會(huì)用到以下幾種方法。

(1)大氣反射校核更正

由于大氣層反射出的光線會(huì)和地物形成反射能量一起進(jìn)入遙感影像探測(cè)設(shè)備中，這些能量會(huì)使探測(cè)設(shè)備獲取的影像失真，使呈現(xiàn)出的圖像分辨率降低，仿佛進(jìn)行了霧化處理一樣，導(dǎo)致遙感影像圖形不清晰，對(duì)于之后數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確度會(huì)造成影響。由于大氣層反射光線導(dǎo)致圖像失真的解決方法就是大氣反射校核更正，在影像圖形的前期處理中是十分重要的。

(2)圖形匹配

進(jìn)行圖形的匹配，是通過影像的直觀圖上所呈現(xiàn)出的影像的灰級(jí)分布，周邊影像與其直觀圖上呈現(xiàn)出的圖形的重合部分應(yīng)該是相同的特征，使一幅圖像的直觀圖與另一幅圖像的形態(tài)分布相近，這樣使圖像與圖像間的形狀差別減小，進(jìn)而形成圖形匹配的效果。

(3)遙感影像圖像的鑲嵌

遙感影像圖像的鑲嵌是將兩種地貌或多種地貌的圖形相互銜接相連到一起，最終形成一幅結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、完整度高的遙感圖像的處理方法，是將多個(gè)影像數(shù)據(jù)無縫對(duì)接在一起形成一幅完整的遙感衛(wèi)星影像圖。由于遙感影像圖形鑲嵌涉及到多種地貌的圖像，因此對(duì)多種地貌的遙感圖形進(jìn)行了鑲嵌處理，從而呈現(xiàn)出完整的遙感影像圖像。

在同一個(gè)影像區(qū)域，影像數(shù)據(jù)連接比較簡(jiǎn)單，當(dāng)影像區(qū)域不同時(shí)，連接時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一些情況。大氣反射校核更正解決了由于大氣層光線干預(yù)引起的影像失真，提高了后期數(shù)據(jù)獲取的精準(zhǔn)度；圖形匹配使圖像之間存在的形狀差別減小，進(jìn)而形成圖形匹配的效果，提高后期提取參數(shù)的一致性；遙感影像圖形的鑲嵌則呈現(xiàn)出完整直觀的遙感影像圖像。

通過上述遙感影像圖形的大氣反射校核更正、圖形匹配以及遙感影像圖形的嵌入這三種方法，獲得了前期處理之后的完整圖像，為之后遙感圖像的掛圖處理打下基礎(chǔ)。

2.遙感影像幾何校正

遙感影像幾何校正，就是消除遙感影像成像過程中形成的一些幾何變形，同時(shí)獲取影像的位置點(diǎn)的過程。幾何校正在高分衛(wèi)星影像圖的制作時(shí)是很關(guān)鍵的一步，對(duì)衛(wèi)星影像圖的成圖精準(zhǔn)度起決定作用。

遙感影像圖成像時(shí)，因?yàn)槭艿匠上竦男纬煞绞?、影像探測(cè)設(shè)備位置變化的因素、地形地貌的變化起伏、地球不停轉(zhuǎn)動(dòng)等一系列因素的影響，導(dǎo)致遙感圖形成像產(chǎn)生幾何變形，也就是圖像上的各元素在圖像坐標(biāo)點(diǎn)之間存在差別。隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)人群對(duì)遙感影像圖有著越來越廣泛的需求，為滿足這些需求，那么影像數(shù)據(jù)就必須具備比較精準(zhǔn)的定位，這樣必須對(duì)初始獲取的影像進(jìn)行幾何校正。所以，遙感影像幾何校正是遙感影像圖前期處理時(shí)的關(guān)鍵性工作。

3.圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)就是運(yùn)用一些技術(shù)方法對(duì)圖像的一些特性進(jìn)行處理，達(dá)到獲取圖像中許多有價(jià)值信息的目的，并且消除一些無關(guān)緊要的信息來提高遙感影像圖品質(zhì)的技術(shù)手段。運(yùn)過圖像增強(qiáng)的技術(shù)處理形式，可以將圖像中許多有價(jià)值的信息提取出來，達(dá)到提高遙感影像圖的價(jià)值運(yùn)用、增加圖像品質(zhì)，這樣人們讀取更加直觀，視覺效果會(huì)更好。圖像增強(qiáng)是增加了圖像的特性中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，而不是單純?cè)龆嘤跋駡D數(shù)據(jù)中的靜態(tài)信息，這樣就使得圖像特點(diǎn)的識(shí)別會(huì)更為輕松。高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)因?yàn)榉直媛史浅８?，不僅地物地貌等一些精細(xì)信息十分豐富，但同時(shí)影像數(shù)據(jù)上的地物地貌被遮擋部分、大氣云層、微小顆粒物等干擾信息源也非常多。在平時(shí)的應(yīng)用中，是否運(yùn)用圖像增強(qiáng)處理方法，需要我們考慮到影像數(shù)據(jù)的特性和實(shí)際應(yīng)用的目的來做判斷，毫無目的去使用圖像增強(qiáng)或運(yùn)用欠妥，就會(huì)損失影像原有的數(shù)據(jù)信息，使影像失去本身真實(shí)的狀態(tài)。

4.圖像成像調(diào)色處理

圖像前期處理所采用不同波段會(huì)形成不同顏色的衛(wèi)星影像成像，如果成像中植被的色彩是紅色的，但是人類對(duì)植被的色彩認(rèn)知并不是紅色，呈現(xiàn)的效果違反了人類對(duì)自然事物的認(rèn)識(shí)，所以，在制作讀取性強(qiáng)、色彩逼真自然的高分衛(wèi)星影像圖，就需要對(duì)圖像的成像進(jìn)行調(diào)色。因此，我們可以利用一些圖像處理軟件如Photoshop 、Firework等的調(diào)色功能，調(diào)轉(zhuǎn)地物植被的顏色變?yōu)榫G色，鮮花的顏色調(diào)成紅色、粉色等等，這樣形成的衛(wèi)星影像圖會(huì)遵循自然事物相符的規(guī)律。處理色彩時(shí)應(yīng)注重成圖效果的感觀視覺，形成逼真自然的色彩效果。色彩的真實(shí)呈現(xiàn)在高分影像掛圖或旅游、導(dǎo)航方面的指導(dǎo)圖制作中起著決定性的作用，這樣一幅色彩完整、逼真自然的影像掛圖，會(huì)使讀取者獲得準(zhǔn)確的圖像信息。

5.圖像整飾輸出

可以將事物的元素如公路、地名、街路名稱、建筑景點(diǎn)名稱等信息疊加在制作后的高分衛(wèi)星影像圖中，呈現(xiàn)出街路、建筑、水流、地物地貌等內(nèi)容十分清楚、真實(shí)、完整的衛(wèi)星影像掛圖。也可以按照不同需求添加相關(guān)專題性信息數(shù)據(jù)，制作出滿足各行各業(yè)的多元化的專題掛圖。通過對(duì)衛(wèi)星影像圖添加一些裝飾效果，運(yùn)用藝術(shù)字、花邊圖形，整飾出一幅悅目且別具一格的高分辨率衛(wèi)星影像圖。

五、結(jié)語

高分辨率衛(wèi)星影像圖的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，影像掛圖融合了影像和地圖的雙重特征及優(yōu)勢(shì)，具有分辨率高、圖像清晰、內(nèi)容豐富、數(shù)據(jù)真實(shí)、讀取直觀、信息更新的周期較短等優(yōu)點(diǎn)，被市政部門、建設(shè)規(guī)劃部門、交通道路管理部門及鐵路勘測(cè)、測(cè)繪等行業(yè)越來越多應(yīng)用到這種影像圖，而且人們?cè)诼糜纬鲂?、交通指?dǎo)等方面也會(huì)需求多元化的專題地圖。所以對(duì)高分辨率衛(wèi)星影像圖的技術(shù)方法進(jìn)行不斷地研究是十分有必要和有意義的，需要我們?cè)诮窈蟛粩嗟剡M(jìn)行改進(jìn)、學(xué)習(xí)、總結(jié)和完善。