浅谈高质量数字正射影像图的制作

2012-05-31刘鹏黄国清车风

城市勘测 2012年5期

刘鹏，黄国清，车风

(湖北省航测遥感院，湖北武汉 430071)

1 引言

数字正射影像图(DOM)一直是传统4D产品中的一个重要部分，因其独有的特点而具有不可替代的地位。正射影像图比地形图更为直观、易于理解，并最容易快速更新。随着数字地球、数字中国的建设，正射影像图已经从传统的4D产品发展成为地理信息系统的重要组成部分。

数字正射影像图成果的质量检查包含数学精度检查和影像质量检查两个方面。相对来说，DOM数学精度容易达到，只要保证每张原始影像的内外方位元素和用于进行数字微分纠正的DEM或TIN的精度，通常纠正出来的DOM就具有足够的数学精度。相反，在生产实践中，DOM的影像质量却往往成为DOM质量检查中的主要矛盾。生产部门经常抱怨原始影像质量太差，质检部门又常常指责上交的DOM成果色调不均匀、色彩不饱和、拼缝两边色调色彩差异明显、划痕污迹过多等等。只有提高数字正射影像图的质量才能解决这些矛盾。

2 制作高质量数字正射影像图

2.1 数字正射影像图的制作

利用中心投影的航摄像片制作正射影像图是将中心投影转变为正射投影的过程。为了消除地形起伏产生的投影差，可以用一个足够小的面积作为纠正单元，并根据该纠正单元的地面实际高程来控制纠正元素，使之实现从中心投影到正射投影的正确变换，这就是微分纠正方法。实现微分纠正有两种方式，一种是利用正射投影仪来进行，称为光学微分纠正;另一种是直接利用全数字摄影测量系统对数字影像进行逐个像元的微分纠正，称为数字微分纠正。数字微分纠正过程主要是建立像元在原始影像和纠正后影像之间的映射关系:

现在工作中基本上使用数字微分纠正来制作数字正射影像图，其流程如图1所示。

图1 正射影像图制作流程

2.2 制约数字正射影像图影像质量的因素和解决办法

从数字正射影像图(DOM)的制作流程可知，制约DOM成果影像质量的主要环节是像片扫描(数码航片不必考虑本环节)、影像匀光和影像拼接。这三个环节已在图1中用黑色粗线框突出标示。

(1)像片扫描

像片扫描就是使用扫描仪数字化航拍负片的过程，对于采用胶片制作DOM的方式，扫描获取的数字影像的质量直接决定了最终DOM产品的影像质量。扫描前进行源图像的评估工作是确保获得高质量数字化影像的关键，源图像的评估主要是指对胶片进行物理条件的评估。通常当你拿到原始航拍胶片时，胶片表面具有灰尘、纤维、擦痕和指印，而扫描仪会放大胶片上的这些物理缺陷，因而在扫描前应该将其中的大多数问题消除掉，余下的一些问题只能待以后通过图像修饰技术予以解决。

可以使用吹风球或高压除尘罐来清除胶片上的绝大部分灰尘，然而，消除胶片上的擦痕和指印则是比较困难的。胶片基面上的擦痕可以通过涂抹一层薄薄的凡士林来使它不太明显;而基面上的指印可以用喷有胶片清洁剂的软布擦拭掉。图2展示了灰尘、纤维、擦痕和指印在数字化图像上留下的痕迹。

图2 由灰尘、擦痕或毛发带来的划痕和斑点

完成对源图像的评估后，就可以开始扫描的工作了。在扫描航摄胶片期间，建议确保高亮点的值设置在255，阴影点的值设置在0，Gamma值保持为1.0，而色调曲线为45°的直线。这样设置的原因是:首先，能够让数字化后的图像原封不动地再现航摄胶片的全部色调和全部细节;其次，框标不需要预贴滤光片就能清晰呈现，避免了因为滤光片贴的不平带来的框标变形，提高了内定向的精度。按这种方式设置参数后，扫描获得的数字图像是灰蒙蒙的一片，需要在Photoshop中进行一次批处理，对每张影像在其离边缘1 cm的矩形中心区域执行“自动对比度”。

(2)影像匀光

由于摄影时间、地面照度、太阳高度角及冲洗等因素的影响，可能出现扫描得到的数字影像有色调突变的情况。在对测区的全部影像进行匀光之前，应该利用包含全部影像的缩略索引图，挑出色调突变和偏色相对严重的影像，并使用Photoshop的色调曲线或色彩平衡对它们进行色调调整和颜色校正。之后，再对全部影像进行整体匀光，这样能使匀光后的每张影像相互间具有一致的色调和颜色沉着。

图3 典型的偏色影像

(3)影像拼接

拼接影像过程中，切割位置是决定DOM成果影像质量的主要因素。拼接线选择时一般应该遵循以下几个原则:

①尽量让拼接线与地物的自然分界线重合，如与道路边线、河流或沟渠水边线、田埂线等重合，但是，建议不要沿道路(尤其是铺装路面)中心选择拼接线。切割影像时，软件会按给定的宽度平滑拼接线两边的像素，这样可能会产生锯齿状的光晕，特别是在制作高分辨率DOM(0.2 m以上)及道路纹理丰富的情况下，这种光晕现象尤显突出。

②由于航片有达60%左右的航向重叠和30%左右的旁向重叠，因此选线时应充分利用重叠区域的影像，注意避开斑点、污迹、过亮和过暗区、地物变形、植被拉花以及地物模糊区域(这些缺陷通常不会在重叠的两张影像上同时存在)，尽量使用重叠部分中对比度适中和地物清晰区域的影像。对于拼接期间不易绕开的缺陷区域，可以待拼接完成后在Photoshop中手工利用重叠的另一片正射影像来修补该区域。利用EPT(易拼图)可以自动完成同样的工作。

③采用航摄比例尺较大的原始影像制作DOM时，对于高楼密集的城市中心区、临江城市以及高架桥梁较多的影像区域，由于胶片的影像比例尺较大(大于1∶4 000)，其投影差给影像拼接造成较大困难。拼接时应该尽量取像主点附近影像，对于类似小区的块状地物，尽量保持其影像的统一性，避免切割;同时应该注意尽可能的绕开高层或超高层地物，使其保持完整性;对于局部无法避免压盖的地物，拼接中先保持较矮地物以高楼影像修复做压盖处理，这保证了影像拼接的真实性。

(4)影像的后期修饰

即使扫描前进行了“源图像的评估”工作，消除了绝大部分的物理缺陷，但还是会有少量的灰尘、擦痕以及指印带来的斑点。为了消除这些斑点，只能使用数字图像修饰技术来重新构造斑点处的信息。

通常，使用Photoshop来对影像进行后期修饰。在Photoshop中为了消除灰尘、擦痕以及指印带来的斑点，通常采取用Stamp(图章)工具手工拷贝像素到缺陷区域的方法。但是，还可以使用Photoshop提供的两组滤镜来自动消除斑点，第一组是Dust＆Scratches(蒙尘与划痕)和Median(中间值)滤镜;第二组是Unsharp Mask(非锐化遮罩)和Sharpen Edges(锐化边缘)滤镜。两组滤镜是成对使用的，第一组滤镜在通过平滑缺陷区域的相邻色调来消除斑点时会造成模糊，因而，应该使用第二组滤镜来锐化该区域，这样既可以消除灰尘、擦痕以及指印带来的斑点，又不会过分降低缺陷区域的清晰度。如图4，首先用 Dust＆Scratches(蒙尘与划痕)滤镜去除了图像中的白色斑点，之后利用Unsharp Mask(非锐化遮罩)滤镜对消除斑点后的影像进行了锐化。