面向第三次國土調查的DOM制作

霍重慶

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510000）

1 引言

隨著高分辨率遙感技術的飛速發展，高分辨率遙感衛星不斷發射升空，其圖像數據采集能力也在不斷提高。選擇更好更新的圖像是當務之急[1]。同時，具有較小橫向視角的數據將優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獲取冬季數據。

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

2 DOM 制作技術路線

DOM 生產的技術路線如圖1 所示[2]。

此生產設計包括以下兩個特殊要求：

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

（2）該區域中不同分辨率的相鄰圖像重疊了20 m（兩個分辨率均擴大了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。根據上述生產要求，在進行圖像拼接時，可以先對相同分辨率的圖像進行拼接，然后根據范圍進行裁剪，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生產技術路線

3 影像處理流程優化

在圖1 的技術路線中，本文對圖像鑲嵌切割、內部質量改進和不同分辨率的圖像拼接等關鍵步驟進行了優化。

3.1 影像鑲嵌裁切

廣州市有2016 年國家/地區發布的標準范圍，根據設計要求，應將不同分辨率的圖像分別外擴10 m，以確保20 m 的重疊范圍。因此，在處理內部圖像質量問題之前，可以收集鑲嵌線。根據需要將圖像擴大10 m 以裁剪圖像。收集鑲嵌線時應注意以下幾點：鑲嵌線應盡可能沿線性特征的邊緣行進，以避免切割人造特征；盡量避免在同一條道路和同一領域從一側越過另一側；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點：（1）確保相同類型功能的色調、光澤度、質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，可以節省內部圖像質量問題的時間。

圖2 不同地物的鑲嵌線走勢

3.2 影像內部質量提升要點

衛星圖像包括全色和多光譜圖像。數字高程模型已用于在初始階段校正坐標信息，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，但是局部區域仍然存在明顯質量問題，并且在一個區域使用了多種類型的衛星圖像。單個場景的顏色和單個場景的圖像不一致，影響對地表的后續調查，需要人工干預。常見問題和解決方案如下：

（1）提取拉花

原因：在地面波動較大區域，使用正射校正將中心投影轉換為正交投影會導致圖像拉伸。處理方法：①如果該區域高差較大，可以使用較小的側視圖數據減輕圖像模糊效果。②對于大面積的山脈或植被，看不到地面，可以編輯數字高程模型以使坡度變慢，或為數字高程模型分配平均高程，重新校準圖像，并替換去除花的區域。③對于較小的拉花區域，可以使用紋理相同的相鄰圖像進行修復。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：正射影像結果中的地面變形通常是由未與地面連接的數字高程模型引起的，并且經常出現在立交橋、道路和房屋等區域。處理方法：①使用橋梁和道路之類的線性特征，將數字高程模型重新發布到地面，并使用1 ～2 列網格點盡可能地編輯寬度，以防止出現邊緣。最后，更正圖像區域。②對于建筑區域，重新編輯數字樓層高程模型。對于大面積的密集房屋變形，還可以為數字高程模型分配平均高程，最后重新校正該區域的圖像。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：由天氣導致，當衛星傳感器獲取圖像時，統一的顏色參數和統一的光調節會導致圖像各個區域的紋理細節丟失，從而使得清晰度下降。處理方法：用場景的同一圖像修復曝光過度的區域，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問題

原因：由不同相位和類型的傳感器引起的音調不一致。處理方法：①盡量避免在鑲嵌過程中出現高對比度特征。②采用直方圖拉伸和濾波方法來調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、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使用不同時期的數字高程模型進行校正。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。處理方法：①如果兩側正射影像的精度均滿足要求，則必須對邊緣差異圖像進行校正以滿足邊緣精度要求，否則，請檢查校正點和數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

根據設計要求，如果小于100 km2，則將以最大的分辨率為準，并將其嵌入到相鄰區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換為與另一幅圖像相同的分辨率。轉換時，需要注意使用“雙線性插值”或“三次卷積插值”重采樣技術以確保圖像質量。不會有不連續的像素值，但是會對圖像進行重新采樣，與前一個圖像相比，具有不規則范圍的裁剪圖像邊緣范圍將減少約2 個像素。擴展3 ～4 個像素，以避免重新采樣圖像而導致范圍不足。

4 結束語

衛星遙感影像作為第三次全國國土調查的主要數據源，不僅具有較大的圖像面積和強大的宏觀性質，而且時相統一，便于應用分析。但是，色調、曝光水平、衛星傳感器獲得的紋理細節、后部區域（陰影）的大小，以及通過使用數字高程模型校正圖像而獲得的平面精度都會對數字正射影像的質量造成一定影響。本文從圖像拼接裁剪、改善內部質量以及合并具有不同分辨率的圖像等方面探索優化圖像處理流程，極大地提高了圖像質量。