影像图快速质量检查方案研究

刘旺生,王佑武

(中国人民解放军61243部队,新疆乌鲁木齐 830006)

影像图快速质量检查方案研究

刘旺生,王佑武

(中国人民解放军61243部队,新疆乌鲁木齐 830006)

针对当前大批量影像图质量检查工作效率低的缺陷,分析了影响因素和影像数据格式,提出了一种对影像自动压缩的方法,并综合利用商业影像处理软件,制定了一套完整的影像图快速检查方案。该方案在保证影像图检查效果的同时,降低了对计算机性能的依赖,提高工作效率60%以上。

影像图;质量检查;方案

影像图因其内容丰富直观,能够最大限度反映地表信息,易于判别,生动直观等优势[1],在国土、农业、农林和国防军事等诸多领域发挥了巨大的作用。以卫星遥感影像为主要信息源制作正射影像图具有成本低、效率高和周期短等特点,是目前国家基础地理信息的重要标准产品式之一[2]。然而正射影像图却因为数据量大,在质量检查上存在诸多不便等原因,在很大程度上制约了质量检查的效果和速度。正射影像检查主要包括影像质量、数据接边和数学精度等内容[3],数学精度检查可以通过自动方法实现,数据接边和影像质量检查是质量检查中工作量最大的部分,通常采取逐幅图和分区分块的方法进行检查。这种方法的主要缺点是操作繁琐,检查工作量大,效率低,整体效果难以把握。

现有商业影像处理软件成熟稳定,功能强大,可以满足大部分影像处理要求,在影像图制作中发挥着十分重要的作用。研究以常用商业影像处理软件为基础,结合影像数据格式及其特点,提出了针对大批量卫星影像图的快速质量检查验收方法。通过试验测试和实践应用发现,该方法效率高,适用性强,易于学习使用,能够有效解决大批量卫星影像图快速质量检查效率低的问题。

1 问题分析

影像图质量检查除检查精度外[4],另外两个主要方面包括图幅间接边检查和影像色彩检查,前者问题产生的原因一般是整景影像分幅后,对单幅图进行局部调整时造成的;后者问题产生的原因主要是原始影像资料受天气和季节条件的影响,影像之间产生较大的色彩差异而造成的[5]。这两个方面的问题在很大程度上决定着整批成果质量,是影响影像图质量的重要因素。影像图质量检查中通常采用的方法是直接利用Photoshop、Erdas等影像处理软件检查[6],或者使用Arc View软件逐幅添加单幅图检查[7]。对于大批量成果来说,这两种检查方法的效率低,检查质量也难以保证。

1.1 检查效率低

对于动辄上千幅、几千幅的影像图来说,逐幅检查图幅拼接情况,是一项艰巨的任务,工作量十分巨大。如果使用Photoshop软件,采取一次性读取多幅影像的方法,这种大数据量的影像会使得软件运行变得非常缓慢,甚至造成软件“崩溃”;如果使用Erdas软件,利用创建金字塔影像功能为每幅影像图创建金字塔影像,则需要较长的时间,并且一次性读入的影像不能太多,否则也会造成软件运行缓慢,无法正常显示,降低检查效率。

1.2 检查难度大

影像图的色彩受到影像区域地表覆盖类型的影响较大[8],如果成图区域中地表覆盖类型单一,不同景影像之间的色彩就容易协调一致,否则,就要经过反复调整实验确定。这种情况是影像图制作的难点,同时也是检查验收的重点,如果只在几十幅图,甚至几幅图范围内检查色彩情况,就不能很好地了解整体色彩情况,容易出现“管中窥豹”的弊端。

2 改进方案

2.1 方案流程

为了解决上述影像图检查验收中存在的问题,利用Global Mapper、Photoshop等商业软件强大的处理功能,设计了如下方案流程:

(1)数据、软件准备 为了方便数据文件的处理,将需要检查的所有影像图数据拷贝到一个任意指定的目录中,同时拷贝相应的TFW文件到该目录中。安装调试好Global Mapper和Photoshop软件。用Visual C编程工具编写一个工具软件,主要功能是按照特定要求自动修改选定目录中的所有TFW文件。

(2)修改图像大小 在Photoshop软件中创建一个批处理动作“修改图像大小”,包括打开图像、修改图像大小、存储结果和关闭图像四个步骤。运行批处理功能,选择“修改图像大小”动作,设置好影像所在文件夹,并勾选“覆盖动作中的‘打开’命令”选项。运行该批处理命令,直到处理完所有图幅影像为止。特别需要注意的是:修改图像大小时,注意勾选“带‘缩放样式’”、“带‘约束比例’”,将影像大小修改为原来的1/2或者1/4,影像文件数据大小则为原来的(1/2)2或(1/4)2。

(3)修改TFW文件 相应地,用自编程序修改TFW文件内容,TFW文件格式如图1所示。否则,影像数据文件与定位文件不匹配,无法正常显示,数据读入后影像之间不连续(即影像缩小,但其空间尺度并没有缩小)。修改TFW文件主要是修改第一行和第四行,也就是影像在纵方向和横方向的分辨率,如果影像文件修改为原来的1/2,则这两项的值分别乘以2;相应地如果影像文件修改为原来的1/4,则这两项的值应该分别乘以4。

图1 TFW文件格式Fig.1 TFW file format

(4)读入检查 用Global Mapper软件读入修改好的影像数据文件,即使一次读入500幅图的数据,都能够轻松显示,快速缩放。在同时拼接几百幅影像图的情况下,图幅间拼接痕迹非常清楚,而且影像色彩问题也很清晰,如果个别图幅与周边图幅有色差,能够很容易分辨,甚至不同景之间的色差也能清楚呈现。发现有疑似问题的地方可以随时方便地进行放大查看。对于一个有几千幅甚至几万幅图的较大影像图制作项目来说,这种方法会给质量检查工作节省大量时间,而且能够对这个区域影像色彩的一致性起到很好的控制作用。

(5)形成检查报告 利用Global Mapper软件文件定位功能可以确定某个区域所在图幅的图号(状态栏实时显示鼠标所在图幅数据的文件名,如果以图号命名文件,则可获得鼠标所在位置图幅的图号),逐个记录检查中发现的问题,最终形成质量检查报告。

2.2 可行性分析

以1∶50 000影像图为例,一般一幅图的数据量在400～500 M之间,如果要一次检查300幅图,那么总数据量大约为120～150 G。如此大的数据量对于目前业内使用的软硬件来说,都是一个极大的挑战,或者说基本上是一个不可能完成的任务。在研究中,通过将影像缩小1/2后,数据量变为30～35 G,在Global Mapper中可以自如操作。如果将影像缩小1/4,则数据量减小到8 G左右,这时相当于一次性读入16幅原大小的图像,可以进行快速地缩放、移动和显示。

研究虽然将图像进行了缩小处理,但对质量检查结果几乎没有影响。这是因为对于图幅拼接检查来说,主要是检查图幅间拼接过渡是否平滑自然,有没有在拼接缝处形成明显的差别,这和影像大小的关联度很小。而对色彩检查来说,主要是检查色彩是否均匀自然,有没有色彩不一致的区域存在,这种要求与影像大小的关联度更小。图2为原始影像拼接效果,图3为影像缩小1/2后的拼接效果,图4为影像缩小1/4后的拼接效果。从图2～图4可以看出,影像缩小后,基本纹理信息损失很少,接边处拼接情况和色彩情况基本没有受到影响。

图2 影像图拼接Fig.2 Shadowgraph joint

图3 影像图拼接(影像缩小1/2)Fig.3 Shadowgraph joint(image reduction 1/2)

图4 影像图拼接(影像缩小1/4)Fig.4 Shadowgraph joint(image reduction 1/4)

方案对计算机硬件要求不高,使用一般的处理影像工作站即可完成检查验收工作。计算机性能越好对工作效率的提高越明显。

3 实验结果分析

该方案在某卫星影像图制作项目中得到了应用,该项目共有图幅6 788幅,7人参加检查验收,按常规计划检查验收时间为30天,使用方案后,实际使用时间10天,效率提高了66%。为了证实方案的可行性和有效性,又与常规方法进行了对比实验。

首先随机抽取了50幅1∶50 000影像图,将9个人分成3组,使用DELLT7500工作站,分别用常规方法、将影像缩小1/2、将影像缩小1/4三种不同方法做了影像检查结果对比实验,并对检查结果进行了统计,错漏统计见表1。

表1 错漏统计Table 1 Statistical table for mistakes and omissions

从表1中可以看出,在不考虑不同验收者个人因素的情况下,使用常规检查方法和使用方案检查方法,对最终检查结果几乎没有影响,完全能够满足影像图质量控制要求。

将300幅1∶50 000影像图分别使用三种方法进行用时对比实验。同样将9人分成3组,检查用时统计见表2。

表2 用时统计Table 2 Statistical table for time

由表2可以看出,常规方法中,一般一次读入影像不超过100幅,否则显示刷新速度缓慢,检查者大部分时间在等待,影响检查速度,而将影像缩小后,显示刷新速度大大提高,当影像缩小1/2,效率提高3倍以上;当影像缩小到1/4,效率提高5倍以上,从而有效提高了检查速度。

4 结语

研究提出的大批量卫星影像图质量检查方案,充分利用成熟商业影像处理软件,配合自制软件,在不影响影像图质量检查结果的前提下,对影像图做简化处理(不改变原成果数据),很大程度上提高了质量检查验收的效率。通过实际应用案例和实验比较结果证明了该方案在实际应用中可行,使检查效率提高60%以上。研究主要针对影像表观质量进行检查,数学基础、精度指标等还需另外检查。

[1] 李颖.正射影像图的处理方法与研究[J].测绘与空间地理信息,2013,36(11):225-228.

[2] 王占宏.遥感影像信息量及质量度量模型的研究[D].武汉:武汉大学,2004.

[3] 中华人民共和国测绘局.CH/T1017-2008 1∶50 000基础测绘成果质量评定[S].北京:测绘出版社,2008.

[4] 李崇伟,武坚,杨丰检,等.利用非量测型无人机影像快速获取数字地图的实践[J].甘肃科学学报,2015,27(3):31-33.

[5] 曹广强,陈新国,刘小强,等.卫星影像图制作技术浅谈[J].测绘标准化,2009,25(4):43-46.

[6] 方德平,曹雪梅.1∶10 000航摄数字正射影像图生产中的质量控制[J].技术与创新管理,2008,29(3):306-308.

[7] 白丹.数字正射影像的制作及质量检查方法的探讨[J].测绘与空间地理信息,2013,36(7):215-216.

[8] 何纯芳.提高数字正射影像图质量的实用方法[J].地理空间信息,2014,12(4):85-86.

Quick Quality Inspection Scheme Study of Shadowgraph

Liu Wangsheng,Wang Youwu
(No.61243of PLA,Urumqi830006,China)

Aiming at the fault that current mass shadowgraph quality inspection efficiency is low,we analyze the influencing factors and shadowgraph data format,put forward an automatic compressive method for shadowgraph and make a complete inspection scheme for shadowgraph by using business image processing software.With this scheme,reduce the dependency on computer and improve work efficiency up over 60%,at same time,the shadowgraph inspection quality can be guaranteed.

Shadowgraph;Quality inspection;Scheme

P208

:A

:1004-0366(2016)05-0042-04

2015-10-14;

:2016-01-28.

刘旺生(1975-),男,甘肃庄浪人,工程师,研究方向为地形图测绘和测绘成果质量检验.E-mail:987418954＠qq.com.

Liu Wangsheng,Wang Youwu.Quick Quality Inspection Scheme Study of Shadowgraph[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(5):42-45.[刘旺生,王佑武.影像图快速质量检查方案研究[J].甘肃科学学报,2016,28 (5):42-45.]

10.16468/j.cnkii.ssn1004-0366.2016.05.011.