面向第三次國土調(diào)查的DOM制作

霍重慶

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510000）

1 引言

隨著高分辨率遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，高分辨率遙感衛(wèi)星不斷發(fā)射升空，其圖像數(shù)據(jù)采集能力也在不斷提高。選擇更好更新的圖像是當(dāng)務(wù)之急[1]。同時，具有較小橫向視角的數(shù)據(jù)將優(yōu)先考慮減少諸如地面陰影和圖像簇等問題的影響，不建議在高緯度地區(qū)獲取冬季數(shù)據(jù)。

本文以廣州為例，討論了如何通過第三次國土調(diào)查來制作和處理數(shù)字正射影像。該區(qū)域有BJ-2、GF-2、GJ-1 三種類型的衛(wèi)星圖像。

2 DOM 制作技術(shù)路線

DOM 生產(chǎn)的技術(shù)路線如圖1 所示[2]。

此生產(chǎn)設(shè)計包括以下兩個特殊要求：

（1）同一區(qū)域同時存在多種分辨率。如果小面積的分辨率區(qū)域超過100 km2，則不同分辨率的部分將生成單獨(dú)的圖像文件；如果小于100 km2，則以較大的分辨率為準(zhǔn)，鑲嵌同一圖像文件中的相鄰區(qū)域。

（2）該區(qū)域中不同分辨率的相鄰圖像重疊了20 m（兩個分辨率均擴(kuò)大了10 m），邊界線必須遵循鑲嵌線的要求，盡可能沿著線性特征、地塊邊界，選擇較暗的區(qū)域和山谷，以避免完整的特征并減少對土地研究的影響。根據(jù)上述生產(chǎn)要求，在進(jìn)行圖像拼接時，可以先對相同分辨率的圖像進(jìn)行拼接，然后根據(jù)范圍進(jìn)行裁剪，最后計算出面積以檢查是否可以分辨不同分辨率的圖像合并。

圖1 DOM生產(chǎn)技術(shù)路線

3 影像處理流程優(yōu)化

在圖1 的技術(shù)路線中，本文對圖像鑲嵌切割、內(nèi)部質(zhì)量改進(jìn)和不同分辨率的圖像拼接等關(guān)鍵步驟進(jìn)行了優(yōu)化。

3.1 影像鑲嵌裁切

廣州市有2016 年國家/地區(qū)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)范圍，根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)將不同分辨率的圖像分別外擴(kuò)10 m，以確保20 m 的重疊范圍。因此，在處理內(nèi)部圖像質(zhì)量問題之前，可以收集鑲嵌線。根據(jù)需要將圖像擴(kuò)大10 m 以裁剪圖像。收集鑲嵌線時應(yīng)注意以下幾點：鑲嵌線應(yīng)盡可能沿線性特征的邊緣行進(jìn)，以避免切割人造特征；盡量避免在同一條道路和同一領(lǐng)域從一側(cè)越過另一側(cè)；盡可能沿著山脊、溝壑或不同植被的邊界切割[3]，不同地物的鑲嵌線走勢如圖2 所示。

這種處理方法有以下優(yōu)點：（1）確保相同類型功能的色調(diào)、光澤度、質(zhì)感和拍攝角度的一致和完整。（2）對于圖像顏色不一致的后期處理，過渡是自然的，并且處理速度很快。（3）要先裁剪圖像，且不處理超出范圍的圖像，可以節(jié)省內(nèi)部圖像質(zhì)量問題的時間。

圖2 不同地物的鑲嵌線走勢

3.2 影像內(nèi)部質(zhì)量提升要點

衛(wèi)星圖像包括全色和多光譜圖像。數(shù)字高程模型已用于在初始階段校正坐標(biāo)信息，合并改善了全色和多光譜波段，使合并后的圖像具有明亮的色彩和清晰的紋理，但是局部區(qū)域仍然存在明顯質(zhì)量問題，并且在一個區(qū)域使用了多種類型的衛(wèi)星圖像。單個場景的顏色和單個場景的圖像不一致，影響對地表的后續(xù)調(diào)查，需要人工干預(yù)。常見問題和解決方案如下：

（1）提取拉花

原因：在地面波動較大區(qū)域，使用正射校正將中心投影轉(zhuǎn)換為正交投影會導(dǎo)致圖像拉伸。處理方法：①如果該區(qū)域高差較大，可以使用較小的側(cè)視圖數(shù)據(jù)減輕圖像模糊效果。②對于大面積的山脈或植被，看不到地面，可以編輯數(shù)字高程模型以使坡度變慢，或為數(shù)字高程模型分配平均高程，重新校準(zhǔn)圖像，并替換去除花的區(qū)域。③對于較小的拉花區(qū)域，可以使用紋理相同的相鄰圖像進(jìn)行修復(fù)。影像拉花處理前后對比如圖3 所示。

圖3 影像拉花處理前后對比

（2）特征的變形

原因：正射影像結(jié)果中的地面變形通常是由未與地面連接的數(shù)字高程模型引起的，并且經(jīng)常出現(xiàn)在立交橋、道路和房屋等區(qū)域。處理方法：①使用橋梁和道路之類的線性特征，將數(shù)字高程模型重新發(fā)布到地面，并使用1 ～2 列網(wǎng)格點盡可能地編輯寬度，以防止出現(xiàn)邊緣。最后，更正圖像區(qū)域。②對于建筑區(qū)域，重新編輯數(shù)字樓層高程模型。對于大面積的密集房屋變形，還可以為數(shù)字高程模型分配平均高程，最后重新校正該區(qū)域的圖像。地物扭曲、變形處理前后對比如圖4 所示。

圖4 地物扭曲、變形處理前后對比

（3）圖像曝光過度

原因：由天氣導(dǎo)致，當(dāng)衛(wèi)星傳感器獲取圖像時，統(tǒng)一的顏色參數(shù)和統(tǒng)一的光調(diào)節(jié)會導(dǎo)致圖像各個區(qū)域的紋理細(xì)節(jié)丟失，從而使得清晰度下降。處理方法：用場景的同一圖像修復(fù)曝光過度的區(qū)域，而沒有均勻性，使其自然地隨周圍顏色過渡。

（4）單個場景圖像邊緣之間的色調(diào)問題

原因：由不同相位和類型的傳感器引起的音調(diào)不一致。處理方法：①盡量避免在鑲嵌過程中出現(xiàn)高對比度特征。②采用直方圖拉伸和濾波方法來調(diào)整圖像的對比度和色彩飽和度。③對于河流和海洋邊緣的色調(diào)、紋理和顆粒感不一致的情況，除采用直方圖拉伸和濾波方法外，還可以添加/減少噪聲以使過渡自然。

（5）單個場景的圖像之間接地連接的位移

原因：①使用不同時期的數(shù)字高程模型進(jìn)行校正。②校正圖像時，沒有選擇相同名稱的邊緣重疊點。③馬賽克線不能防止由建筑物等人造特征引起的未對準(zhǔn)。處理方法：①如果兩側(cè)正射影像的精度均滿足要求，則必須對邊緣差異圖像進(jìn)行校正以滿足邊緣精度要求，否則，請檢查校正點和數(shù)字高程模型是否存在錯誤。②對于由馬賽克線引起的不能忽略建筑物等人工特征的極限差異，可以通過將馬賽克線繞過人工特征來解決。

3.3 不同分辨率的影像拼接

根據(jù)設(shè)計要求，如果小于100 km2，則將以最大的分辨率為準(zhǔn)，并將其嵌入到相鄰區(qū)域的同一圖像文件中。本文通過提取圖像范圍并計算面積來判斷是否應(yīng)獲得不同分辨率的圖像。合并時，需要將一小幅圖像的分辨率轉(zhuǎn)換為與另一幅圖像相同的分辨率。轉(zhuǎn)換時，需要注意使用“雙線性插值”或“三次卷積插值”重采樣技術(shù)以確保圖像質(zhì)量。不會有不連續(xù)的像素值，但是會對圖像進(jìn)行重新采樣，與前一個圖像相比，具有不規(guī)則范圍的裁剪圖像邊緣范圍將減少約2 個像素。擴(kuò)展3 ～4 個像素，以避免重新采樣圖像而導(dǎo)致范圍不足。

4 結(jié)束語

衛(wèi)星遙感影像作為第三次全國國土調(diào)查的主要數(shù)據(jù)源，不僅具有較大的圖像面積和強(qiáng)大的宏觀性質(zhì)，而且時相統(tǒng)一，便于應(yīng)用分析。但是，色調(diào)、曝光水平、衛(wèi)星傳感器獲得的紋理細(xì)節(jié)、后部區(qū)域（陰影）的大小，以及通過使用數(shù)字高程模型校正圖像而獲得的平面精度都會對數(shù)字正射影像的質(zhì)量造成一定影響。本文從圖像拼接裁剪、改善內(nèi)部質(zhì)量以及合并具有不同分辨率的圖像等方面探索優(yōu)化圖像處理流程，極大地提高了圖像質(zhì)量。