历史地形图的纠正与拼接方法的研究

薄正权

(长春市测绘院，吉林 长春 130021)

1 前言

为保护历史地形图资料，实现历史资料电子化存档，需要把纸质历史地形图通过扫描、纠正、拼接，完成历史资料保护与存档。MicroStation 95是Bentley公司专业设计软件，具有强大的功能，支持许多工作空间环境，ImageAnalyst影像分析环境就是其中的一个，在这个环境下能支持多种影像格式，并实现影像的有限元纠正。

2 纠正工艺流程

2.1 数据准备

首先对纸质1∶2 000地形图进行扫描，生成jpg格式的电子数据。

然后在MicroStation 95的1∶2 000环境下生成对应图幅的dgn格式图廓文件，图廓的格网点作为后面纠正的已知点，是理论值没有误差。

在MicroStation 95的ImageAnalyst环境下打开要纠正图幅所对应的图廓文件，选取图廓，把白色图廓变成自己喜欢的色彩后进行纠正。

2.2 纠正方法的确定

在ImageAnalyst环境下打开待纠正影像文件。

在文件菜单下选择打开命令，出现图1所示对话框，选取Interactive方法进行放置，点击ok，然后在图廓的周围适当位置拉框即可。已纠正完的影像要打开，需要在Place Method下拉菜单下选取file matrix方法进行放置。

在Geometry菜单下有可供选择的纠正命令Image to map、Image to image。由于待纠正的影像是栅格数据，已知点的图廓是矢量，故选取Image to map命令进行纠正，如图2所示。

图1 打开影像文件

图2 纠正命令选择

2.3 捕捉方式

设定捕捉方式为交叉点捕捉，注意捕捉是左右键同时按下，见图3(snap)。

图3 捕捉方式选择

2.4 开始纠正

影像到地图的纠正(Image to map)

图4 影像到地图的纠正

图5 Affine界面

选择model下拉菜单下的affine方法，出现图5(Affine)4个窗口，view3、view2是矢量图全图和精细窗口，view4、view1是栅格图的全图和精细窗口。以矢量图廓格网交点为已知点，在栅格图上找到对应的点位。具体操作如下:在view3 approximate control窗口上左键单击，在view2 refined control窗口上左右键同时分别在相交的两条格网线上按下，最后单击左键确定;在view4 approximate input单击，在view1 refined input上左键单击确定。一个同名点在矢量图和栅格图上的位置就确定了。其余点同理。放完3个点后，第4个点在矢量图上放完，栅格图上会自动定位，你认为位置正确只需单击左键确定即可，如果位置需要调整，要单击右键取消默认点位，在正确的位置左键单击完成该点放置。

加完点后点击图4上Files按钮保存纠正坐标文件，切换Model到Finite Elem，点击ok开始有限元纠正，接受纠正完的影像，查看是否符合要求。最后另存纠正完的影像为tif格式。

3 影像裁切与拼接

可以在ImageAnalyst影像分析环境，用extract命令直接进行裁切。

也可以在ENVI下进行影像裁切，需要生成每幅图的裁切范围线，在ArcGIS下生成面文件。由索引图的面文件导出单个面文件即可。在ENVI下转换成evf格式，在vector菜单下单击open vector file子菜单。选取已有的shp文件，在basic tools菜单下点击resize data(spatial/spectral)子菜单，选取已纠正完的tif影像。

选取对应的evf文件，点击image按钮查看裁切范围是否正确，最后点击ok出现输出文件对话框，设定裁切文件名称即可。此外还要导出为GeoTiff格式。

在Adobe Photoshop下打开 GeoTiff，调整图像大小。重定分辨率为254 dpi，保持像素不变，然后不约束比例，分别调整图像的高度为40 cm，宽度为50 cm相应的像素变为4 000和5 000，这一过程是用Photoshop批处理完成的。替换所对应的坐标文件tfw。

图6 影像裁切的设置

最后用MrSID Geospatial Encoder 1.4进行压缩生成所要的sid格式成果进行存档，由于图幅数目较少235幅且经过了分辨率的降低，每幅图的数据量为20 MB，所以选择压缩倍数为10倍，压缩完的数据量为260 MB。

4 遇到的问题与解决方案

4.1 不同图幅坐标文件中像素大小不一致

裁切完的影像导出为GeoTiff格式影像时，坐标文件中像素的大小会有一个微小的差异。这是由于裁切影像时，只有落在裁切范围线内部的像素才会导出或落在裁切线上及内部像素一起导出，这就造成不同幅图在横向纵向像素数目上存在一个微小的差异。

解决方案:

由于我们扫描的分辨率是400 dpi，每幅图在图廓线内部横向纵向不能被整数个像素所覆盖。但我们发现裁切完的影像保持分辨率不变的情况下，由于图幅像素数目微小差异所造成误差对标准图幅的影响在0.03mm左右，可以忽略不计。但由它所导致坐标文件中像素大小存在的微小差异对拼接却产生影响。不能直接拼接，需要所有图幅坐标文件中的像素大小保持一致。如果人为强制让坐标文件中像素大小一致，就会导致每幅图在拼接时都发生一个系统变形。

为解决这个问题，我们把裁切完的影像用Adobe Photoshop进行处理，对分辨率进行改变，通过试验，如果进行分辨率上升的处理，会使每幅图的数据量都增加，但图像质量却没有提高;所以我们选择进行分辨率下降的处理，这样会使每幅图的数据量都减少，相应的图像质量也有一定的损失，通过对比发现对成果没有显著影响。我们在Adobe Photoshop下保持每幅图横向纵向像素数目不变的情况下，调整分辨率为254 dpi，然后在不约束比例情况下，把高度宽度强制设定为40 cm和50 cm。这样像素数目也就相应的变为4 000和5 000了。这样每个像素所代表的实地距离就为0.2 m了，各幅图在横向纵向像素数目就一样了，像素大小乘以像素数目就与图幅所代表的实地距离一致了，每幅图内图廓线以内在横向纵向就会被固定数目像素完整覆盖。

4.2 不同图幅坐标文件中的图幅左上角坐标与理论值存在微小差异

解决方案:

不同幅图在横向纵向像素数目上存在一个微小的差异，是造成坐标文件中图幅左上角坐标值与理论值存在差异的原因。方法同4.1所述，但坐标文件就是图幅左上角的理论值了。

5 结语

通过生产实践，用有限元方法进行影像纠正，纠正后的影像与原图符合较好，ImageAnalyst环境支持多种影像数据格式，为影像纠正又提供了一种新思路与方法。

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