淺談第三次全國(guó)土地調(diào)查正射影像生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)

羅杰

（福建省測(cè)繪院 福建福州 350003）

1 引言

第三次全國(guó)土地調(diào)查（以下簡(jiǎn)稱“三調(diào)”）是一次基礎(chǔ)國(guó)情國(guó)力調(diào)查，也是一項(xiàng)事關(guān)重大國(guó)策制定的基礎(chǔ)性工作；其主要任務(wù)是全面查清全國(guó)土地資源和利用狀況，系統(tǒng)細(xì)化和完善全國(guó)土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]。該項(xiàng)工作要求有正射影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。考慮到數(shù)據(jù)時(shí)效性和獲取成本，要求各地原則上以衛(wèi)星影像為源數(shù)據(jù)進(jìn)行正射影像生產(chǎn)，供三調(diào)作業(yè)使用。

福建省為東南沿海省份，根據(jù)原國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心（以下簡(jiǎn)稱衛(wèi)星中心）的全國(guó)影像獲取困難等級(jí)分區(qū)，福建省幾乎全省都屬于季節(jié)困難區(qū)或一般困難區(qū)，有些區(qū)域甚至屬于極為困難區(qū)[2]。因此，福建省獲取的部分原始衛(wèi)星影像存在質(zhì)量較差或數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題，對(duì)后續(xù)正射影像生產(chǎn)造成了較大困難。此外，此次所使用的影像資料來(lái)源多樣化、糾正DEM 與影像的現(xiàn)勢(shì)性存在差異、不同源影像的拍攝時(shí)間各異等等，都對(duì)后續(xù)正射影像生產(chǎn)造成了一定影響。為了避免上述這些問(wèn)題延誤三調(diào)正射影像生產(chǎn)進(jìn)度，進(jìn)而影響后續(xù)三調(diào)調(diào)查工作的正常開展；我們對(duì)三調(diào)正射影像生產(chǎn)過(guò)程中遇到的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析，并在確保影像處理結(jié)果有利于或不影響三調(diào)圖斑判讀的前提下，采取了有針對(duì)性的技術(shù)處理措施，最終取得了良好的效果。

2 關(guān)鍵技術(shù)處理

2.1 影像漏洞

衛(wèi)星中心下發(fā)的影像在福建省范圍內(nèi)覆蓋不足，存在漏洞。對(duì)于這些漏洞，福建省采用已有存檔資料，滿足三調(diào)要求的高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行補(bǔ)充。福建省已有存檔影像中符合三調(diào)要求的有高分二號(hào)和北京二號(hào)衛(wèi)星影像，該影像分辨率優(yōu)于1 米，因此采用該存檔影像對(duì)漏洞進(jìn)行了補(bǔ)全。

2.2 側(cè)視角超限

為避免正射糾正精度出現(xiàn)問(wèn)題，原則上要求原始衛(wèi)星影像的山地、高山地影像側(cè)視角不大于20度，平地、丘陵地影像側(cè)視角不大于25 度。雖然衛(wèi)星中心和福建省基礎(chǔ)地理信息中心前期已經(jīng)預(yù)先對(duì)下發(fā)的衛(wèi)星影像進(jìn)行了適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾，但由于三調(diào)時(shí)間緊、任務(wù)重，為了減少影像漏洞，需要在影像漏洞和側(cè)視角超限之間謀求適當(dāng)?shù)钠胶?。由于福建省接收的用于處理的衛(wèi)星影像中仍然有部分存在側(cè)視角超限問(wèn)題。對(duì)此，采取的處理對(duì)策是先安排生產(chǎn)作業(yè)，并檢查影像的正射糾正精度是否能夠符合三調(diào)要求；若能符合，則利用該資料；否則，予以剔除，并將情況向上級(jí)匯總反饋，以便衛(wèi)星中心盡量重新安排影像獲取。

2.3 影像噪聲

影像噪聲是指影像成像過(guò)程中受光電信號(hào)干擾，造成最終影像中存在不必要的或多余的干擾信息（如圖1 影像中白色斑塊）。影像噪聲通常難以通過(guò)圖像增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行消除。處理對(duì)策一般是采用同名區(qū)域無(wú)噪聲的其他景衛(wèi)星影像對(duì)噪聲處進(jìn)行替換修補(bǔ)。

圖1 影像噪聲

2.4 云、霧、煙等影像遮擋

福建省之所以幾乎全省都屬于季節(jié)困難區(qū)或一般困難區(qū)，有些區(qū)域甚至屬于極為困難區(qū)，最主要的原因就是云、霧、煙等影像遮擋（如圖2），以致衛(wèi)星經(jīng)常無(wú)法獲取到完整的整景清晰影像；閩北縣市的武夷山、浦城一帶局部區(qū)域甚至常年被云霧遮擋。這些影像遮擋常常在影像上呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律零散分布，數(shù)量眾多且面積大小不一，嚴(yán)重影響三調(diào)內(nèi)業(yè)判讀。

影像遮擋處理原則：

（1）從獲取到的多景原始影像中，盡量選用不遮擋或少遮擋土地調(diào)查對(duì)象（如耕地、住宅、交通運(yùn)輸、水域及水利設(shè)施用地等）的某一景影像，用于正射影像制作，使其影響降到最低。

（2）不影響土地調(diào)查內(nèi)容判讀的，做適當(dāng)?shù)幚?，確實(shí)難以處理時(shí)可放寬要求。云、霧等遮擋區(qū)域若為面積不超過(guò)5 萬(wàn)平方米的單一地類，且不影響土地調(diào)查時(shí)，可作為合格數(shù)據(jù)。對(duì)于遮擋地物的細(xì)小云、霧，如不影響單一調(diào)查對(duì)象（如單棟廠房、單塊園地等）邊界調(diào)查，也可作為合格數(shù)據(jù)[3]。

（3）影響土地調(diào)查內(nèi)容判讀的，采用同名區(qū)域無(wú)云霧等遮擋的其他景衛(wèi)星影像對(duì)該遮擋處進(jìn)行替換修補(bǔ)。如其他景衛(wèi)星影像同名區(qū)域均被遮擋，則暫不處理，等待衛(wèi)星中心重新安排獲取新影像。

2.5 曝光過(guò)度

影像曝光過(guò)度是指曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所造成的影像失常，通常在影像上呈現(xiàn)偏白偏亮，顏色失真且不易分清細(xì)節(jié)。生產(chǎn)作業(yè)時(shí)盡量通過(guò)選擇質(zhì)量較好的原始景影像，采用適當(dāng)?shù)钠毓庖种铺幚砑夹g(shù)，以減少曝光過(guò)度現(xiàn)象。

曝光過(guò)度可利用Photoshop 軟件通過(guò)對(duì)曝光過(guò)度區(qū)域降低高光部分的亮度、調(diào)節(jié)對(duì)比度、校正色彩等處理方式進(jìn)行曝光抑制[4]。

曝光過(guò)度處理示例如圖3：

圖3 曝光過(guò)度處理示例

2.6 影像色調(diào)

三調(diào)原始衛(wèi)星影像來(lái)源眾多、時(shí)相不一、區(qū)域各異，不同獲取批次、不同傳感器、不同區(qū)域的衛(wèi)星影像之間色調(diào)差異很大，需進(jìn)行色調(diào)處理，以使得同一縣域內(nèi)的影像色彩趨于一致，利于三調(diào)內(nèi)業(yè)判讀。

色調(diào)處理通過(guò)勻光勻色技術(shù)實(shí)現(xiàn)。即通過(guò)濾波和直方圖拉伸的方法調(diào)整影像的色彩飽和度和對(duì)比度；采用直方圖均衡化和直方圖匹配的方法，用非線性對(duì)比拉伸重新分配像元值，使處理影像的直方圖與參照影像的直方圖相匹配，使得同一縣域內(nèi)所使用的多景影像之間達(dá)到整體的色彩均衡。

作業(yè)具體做法：首先查看相鄰景正射影像間的色調(diào)和光亮度偏差，并綜合整個(gè)測(cè)區(qū)地形地貌特點(diǎn)，挑選出能代表整個(gè)測(cè)區(qū)特點(diǎn)的主片影像；其次利用Photoshop 對(duì)主片影像進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)色處理，如調(diào)整色彩曲線，并對(duì)局部區(qū)域的色彩失真進(jìn)行微調(diào)，在得到滿意的效果后輸出主片影像；最后利用勻光勻色軟件，以主片影像色調(diào)為基準(zhǔn)，對(duì)其他影像進(jìn)行統(tǒng)一的勻光勻色處理，使同一縣域內(nèi)的影像色調(diào)盡量趨于一致。

影像色調(diào)處理示例如圖4：

圖4 影像色調(diào)處理示例

2.7 地物陰影

地物陰影一般是由于側(cè)視角超限或影像獲取時(shí)間不佳所致。作業(yè)時(shí)通過(guò)盡量選用側(cè)視角較小和獲取時(shí)間較優(yōu)的原始景影像以減小地物陰影的影響。對(duì)于地物被建筑物、山體等陰影遮蓋的情況，如果被遮蓋地物可見或?yàn)閱我坏仡?，可視為合格?shù)據(jù)。

地物陰影處理主要通過(guò)對(duì)陰影區(qū)采用調(diào)整對(duì)比度、銳化處理等圖像增強(qiáng)技術(shù)來(lái)降低或消除陰影影響，減少因陰影遮擋造成的影像信息損失[5]。

地物陰影處理示例如圖5：

圖5 地物陰影處理示例

2.8 地物變形

地物變形主要是由于地形變化引起，常出現(xiàn)在立交橋、高速公路、新建房屋等區(qū)域。此類問(wèn)題，需采用技術(shù)手段進(jìn)行修正，修正后影像要求不再呈現(xiàn)明顯的地物扭曲變形即可。受現(xiàn)有技術(shù)手段的限制，此類問(wèn)題在修正變形后其定位精度不作強(qiáng)制要求。

變形修正同樣通過(guò)建立掩膜區(qū)，然后編輯區(qū)域內(nèi)DEM 并重新對(duì)影像糾正的方式實(shí)現(xiàn)。

地物變形處理示例如圖6：

圖6 地物變形處理示例

2.9 影像拉花

影像拉花是指影像數(shù)字微分糾正過(guò)程中部分成像信息不足的區(qū)域出現(xiàn)的影像被過(guò)度拉伸的現(xiàn)象，通常是由于側(cè)視角過(guò)大或DEM 與影像匹配不佳所致。

影像拉花處理原則：

（1）選用側(cè)視角較小的原始影像用于正射影像制作，并選用現(xiàn)勢(shì)性與影像匹配較好的DEM 數(shù)據(jù)，以減少拉花現(xiàn)象。

（2）不影響土地調(diào)查內(nèi)容判讀的：原則上面積在1 萬(wàn)平方米以上的單一地類需進(jìn)行處理；但若原始衛(wèi)星影像側(cè)視角過(guò)大（≥20 度）時(shí)，只對(duì)成片的、面積5 萬(wàn)平方米以上的地類進(jìn)行處理。

（3）影響土地調(diào)查內(nèi)容判讀的：需進(jìn)行消除拉花處理。

（4）消除拉花處理主要通過(guò)先對(duì)拉花區(qū)域勾繪邊界構(gòu)建掩膜區(qū)，然后在掩膜區(qū)邊界處設(shè)置漸變緩沖層以實(shí)現(xiàn)與周邊區(qū)域的自然銜接，再通過(guò)編輯掩膜區(qū)內(nèi)DEM（如格網(wǎng)點(diǎn)抽稀或高程升降）并重新對(duì)影像糾正的方式消除拉花現(xiàn)象[6]。

影像拉花處理示例如圖7：

圖7 影像拉花處理示例

2.10 島嶼處理

福建省為沿海省份，島嶼眾多。由于島嶼位于主大陸以外，部分島嶼現(xiàn)有的基礎(chǔ)測(cè)繪資料未能完全覆蓋，還有部分島嶼（如金門、馬祖）則客觀上存在參考影像或參考DEM 數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題；對(duì)于此類情況按如下原則進(jìn)行處理：

（1）金門島、馬祖島受客觀條件限制，用從谷歌地圖下載的0.5m 分辨率影像作為參考影像，同時(shí)用從谷歌地圖下載的DEM 數(shù)據(jù)作為糾正DEM，進(jìn)行正射影像生產(chǎn)。

（2）秀嶼區(qū)部分島嶼缺乏1∶10000 比例尺DOM的，首選從1∶10000 比例尺DLG 數(shù)據(jù)中采集控制點(diǎn)，次選用谷歌地圖下載的0.5m 分辨率影像作為參考影像采集控制點(diǎn)。

（3）惠安縣、晉江市、南安市、平潭縣、石獅市部分島嶼缺乏1∶10000 比例尺DEM 的，用谷歌地圖下載的DEM 數(shù)據(jù)作為糾正DEM，進(jìn)行正射影像生產(chǎn)。

（4）采用以上處理措施得到的島嶼正射影像，其精度不作強(qiáng)制要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

三調(diào)正射影像圖是三調(diào)重要的調(diào)查參考數(shù)據(jù)源，是國(guó)土調(diào)查的定位基準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，決定了三調(diào)成果精度和后續(xù)作業(yè)的進(jìn)度，也是三調(diào)成果的重要組成部分[7]。通過(guò)采取本文所述的各項(xiàng)技術(shù)處理措施，福建省有效解決了省域內(nèi)三調(diào)正射影像生產(chǎn)中遇到的眾多關(guān)鍵性問(wèn)題，及時(shí)完成了全省三調(diào)正射影像生產(chǎn)工作，為后續(xù)福建省三調(diào)工作順利開展，為實(shí)現(xiàn)福建省第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查“已有內(nèi)容細(xì)化、變化內(nèi)容的更新、新增內(nèi)容的補(bǔ)充”總體目標(biāo)[7]，提供了重要保障。