面向第三次国土调查的DOM制作

霍重庆

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510000）

1 引言

随着高分辨率遥感技术的飞速发展，高分辨率遥感卫星不断发射升空，其图像数据采集能力也在不断提高。选择更好更新的图像是当务之急[1]。同时，具有较小横向视角的数据将优先考虑减少诸如地面阴影和图像簇等问题的影响，不建议在高纬度地区获取冬季数据。

本文以广州为例，讨论了如何通过第三次国土调查来制作和处理数字正射影像。该区域有BJ-2、GF-2、GJ-1 三种类型的卫星图像。

2 DOM 制作技术路线

DOM 生产的技术路线如图1 所示[2]。

此生产设计包括以下两个特殊要求：

（1）同一区域同时存在多种分辨率。如果小面积的分辨率区域超过100 km²，则不同分辨率的部分将生成单独的图像文件；如果小于100 km²，则以较大的分辨率为准，镶嵌同一图像文件中的相邻区域。

（2）该区域中不同分辨率的相邻图像重叠了20 m（两个分辨率均扩大了10 m），边界线必须遵循镶嵌线的要求，尽可能沿着线性特征、地块边界，选择较暗的区域和山谷，以避免完整的特征并减少对土地研究的影响。根据上述生产要求，在进行图像拼接时，可以先对相同分辨率的图像进行拼接，然后根据范围进行裁剪，最后计算出面积以检查是否可以分辨不同分辨率的图像合并。

图1 DOM生产技术路线

3 影像处理流程优化

在图1 的技术路线中，本文对图像镶嵌切割、内部质量改进和不同分辨率的图像拼接等关键步骤进行了优化。

3.1 影像镶嵌裁切

广州市有2016 年国家/地区发布的标准范围，根据设计要求，应将不同分辨率的图像分别外扩10 m，以确保20 m 的重叠范围。因此，在处理内部图像质量问题之前，可以收集镶嵌线。根据需要将图像扩大10 m 以裁剪图像。收集镶嵌线时应注意以下几点：镶嵌线应尽可能沿线性特征的边缘行进，以避免切割人造特征；尽量避免在同一条道路和同一领域从一侧越过另一侧；尽可能沿着山脊、沟壑或不同植被的边界切割[3]，不同地物的镶嵌线走势如图2 所示。

这种处理方法有以下优点：（1）确保相同类型功能的色调、光泽度、质感和拍摄角度的一致和完整。（2）对于图像颜色不一致的后期处理，过渡是自然的，并且处理速度很快。（3）要先裁剪图像，且不处理超出范围的图像，可以节省内部图像质量问题的时间。

图2 不同地物的镶嵌线走势

3.2 影像内部质量提升要点

卫星图像包括全色和多光谱图像。数字高程模型已用于在初始阶段校正坐标信息，合并改善了全色和多光谱波段，使合并后的图像具有明亮的色彩和清晰的纹理，但是局部区域仍然存在明显质量问题，并且在一个区域使用了多种类型的卫星图像。单个场景的颜色和单个场景的图像不一致，影响对地表的后续调查，需要人工干预。常见问题和解决方案如下：

（1）提取拉花

原因：在地面波动较大区域，使用正射校正将中心投影转换为正交投影会导致图像拉伸。处理方法：①如果该区域高差较大，可以使用较小的侧视图数据减轻图像模糊效果。②对于大面积的山脉或植被，看不到地面，可以编辑数字高程模型以使坡度变慢，或为数字高程模型分配平均高程，重新校准图像，并替换去除花的区域。③对于较小的拉花区域，可以使用纹理相同的相邻图像进行修复。影像拉花处理前后对比如图3 所示。

图3 影像拉花处理前后对比

（2）特征的变形

原因：正射影像结果中的地面变形通常是由未与地面连接的数字高程模型引起的，并且经常出现在立交桥、道路和房屋等区域。处理方法：①使用桥梁和道路之类的线性特征，将数字高程模型重新发布到地面，并使用1 ～2 列网格点尽可能地编辑宽度，以防止出现边缘。最后，更正图像区域。②对于建筑区域，重新编辑数字楼层高程模型。对于大面积的密集房屋变形，还可以为数字高程模型分配平均高程，最后重新校正该区域的图像。地物扭曲、变形处理前后对比如图4 所示。

图4 地物扭曲、变形处理前后对比

（3）图像曝光过度

原因：由天气导致，当卫星传感器获取图像时，统一的颜色参数和统一的光调节会导致图像各个区域的纹理细节丢失，从而使得清晰度下降。处理方法：用场景的同一图像修复曝光过度的区域，而没有均匀性，使其自然地随周围颜色过渡。

（4）单个场景图像边缘之间的色调问题

原因：由不同相位和类型的传感器引起的音调不一致。处理方法：①尽量避免在镶嵌过程中出现高对比度特征。②采用直方图拉伸和滤波方法来调整图像的对比度和色彩饱和度。③对于河流和海洋边缘的色调、纹理和颗粒感不一致的情况，除采用直方图拉伸和滤波方法外，还可以添加/减少噪声以使过渡自然。

（5）单个场景的图像之间接地连接的位移

原因：①使用不同时期的数字高程模型进行校正。②校正图像时，没有选择相同名称的边缘重叠点。③马赛克线不能防止由建筑物等人造特征引起的未对准。处理方法：①如果两侧正射影像的精度均满足要求，则必须对边缘差异图像进行校正以满足边缘精度要求，否则，请检查校正点和数字高程模型是否存在错误。②对于由马赛克线引起的不能忽略建筑物等人工特征的极限差异，可以通过将马赛克线绕过人工特征来解决。

3.3 不同分辨率的影像拼接

根据设计要求，如果小于100 km²，则将以最大的分辨率为准，并将其嵌入到相邻区域的同一图像文件中。本文通过提取图像范围并计算面积来判断是否应获得不同分辨率的图像。合并时，需要将一小幅图像的分辨率转换为与另一幅图像相同的分辨率。转换时，需要注意使用“双线性插值”或“三次卷积插值”重采样技术以确保图像质量。不会有不连续的像素值，但是会对图像进行重新采样，与前一个图像相比，具有不规则范围的裁剪图像边缘范围将减少约2 个像素。扩展3 ～4 个像素，以避免重新采样图像而导致范围不足。

4 结束语

卫星遥感影像作为第三次全国国土调查的主要数据源，不仅具有较大的图像面积和强大的宏观性质，而且时相统一，便于应用分析。但是，色调、曝光水平、卫星传感器获得的纹理细节、后部区域（阴影）的大小，以及通过使用数字高程模型校正图像而获得的平面精度都会对数字正射影像的质量造成一定影响。本文从图像拼接裁剪、改善内部质量以及合并具有不同分辨率的图像等方面探索优化图像处理流程，极大地提高了图像质量。