基于高分辨率影像的数字化成图技术研究

张少卿　黄雅

【摘要】随着科技的发展，在数字化成图技术方面出现了一系列的新技术，例如高分辨率卫星影像在数字化成图技术中的应用。高分辨率卫星影像在数字化成图技术在应用的过程中相较于传统的测量技术来说工作效率有了很大的提高。本文结合实际应用从衛星选择、控制点选取和数据影像的处理方面对高分辨率影像数字化成图技术进行了研究。

【关键词】高分辨率影像；数字化成图技术；应用措施

近年来，随着GIS的发展及广泛的应用，越来越多的用户建立了营配一体化的GIS平台用于管理及服务，但是随着GIS平台各种业务的深入开展，在GIS平台运行的过程中，对各种地理基础数据的要求程度越来越高，现有的二维矢量电子地图不能满足业务开展的需求，在这样的背景下就需要对GIS平台中的数字地图进行更新处理，将其以三维的形式呈现出来。这个数字地图的形成过程非常复杂，经过讨论最后决定使用基于高分辨率的卫星影像的数字化成图技术来进行，以满足GIS平台数字化地图的成图需求。所以，探讨基于高分辨率的卫星影像数字化成图技术对维护地图在成图之后的准确性具有重要的意义。

一、卫星选择

在数字化成图工程中使用的测量卫星有两种，分别是：QuickBird卫星和WorldView卫星。

第一，QuickBird卫星。目前，在世界范围内，QuickBird卫星是空间分辨率最高的商用卫星，其中这个卫星的全色分辨率是0.5/0.61m，多光谱分辨率是2.44m，所以，QuickBird卫星在地图制作和更新方面具有其它卫星无可比拟的优势。但是，QuickBird卫星在成像的过程中，比较容易受到卫星姿态、地形起伏和卫星投影方式的影响，所以，要想获得高精度的地图，就要对其进行几何校正[1]。

第二，WorldView卫星。WorldView是目前世界上分辨率最高、响应最敏捷的商业成像卫星。这个卫星运行在高度为450公里，倾角为98度，运行周期为93.4分钟的太阳同步轨道上，平均重访周期是1.7天。这个卫星负载的大容量全色成像系统能够在一天的时间内拍摄分辨率在0.5米以内的，拍摄区域在50万平方公里范围内的图像。除此之外，WorldView卫星还具有立体像对功能，地面分辨率可以达到0.5米-0.75米。同时，在立体测图的过程中，只需要在地面布置少量控制点，将其和RPC参数相结合，就可以获得1-2个像素精度的地图[2]。

二、测量方式的选择

使用QuickBird卫星和WorldView卫星进行测量使用的是自动空中三角测量。自动空中三角测量就是通过使用多影像匹配技术和模式识别技术来进行影像上的自动选点和转点，自动获取像点坐标，将获取的坐标结果提供给区域网进行平差解算，以确定坐标系中加密点的空间位置与影像的定向参数的测量方法[3]。自动空中三角测量在使用的过程中具有以下特点，分别是：第一，自动化程度高，作业效率高，加密精度高，作业速度快。第二，能够高效可靠的将粗差进行剔除。第三，能够对包含分断航线和交叉航线的复杂测区进行自动处理。

三、影像数据处理

（一）选取大地控制点

几何精校正的基础就是大地控制点的选择。一般情况下，大地控制点可以选择那些在地形图上或者成像过程中都比较容易进行识别和定位的明显地物点。在选择的过程中，要控制大地控制点的数量，保证大地控制点分布的均匀性，保证大地控制点能够覆盖不同位置和不同地面高程，尤其是地形的最低点和最高点。在对大地控制点进行初步选择之后，要检验大地控制点的匹配精度，将匹配误差超限的像元进行突出表示，在必要的时候要将采集控制点补充进来，以控制控制点的质量和数量。

（二）数据几何精校正和影像配准

第一，数据几何精校正。数据几何精校正要以控制点为基础，对相关的数据利用相应的软件模块来进行校正，将因地形起伏引起的位移通过数字地面模型来进行消除，然后进行图像的重采样，在计算配准的过程中来校正控制点的误差。

第二，影像配准。影像配准使用空中三角测量技术来进行，通过影像间的连接点，和少量的控制点相结合就能够使用区域网平差方法对测区中所有影像的外方位元素进行计算[4]。在实际的影响配准工作中，也可以通过矢量数据来进行影像影像配准工作，具体的操作流程分析如下：（1）选取定位点，同时将矢量数据和卫星影像打开，选取4个以上的同名点将其作为定位点，通过定位点来进行卫星影像的绝对定位，（2）通过矢量数据中的高程点和等高线内插生成DEM，然后基于全数字摄影测量系统来完成影像配准工作。

（三）数据融合

首先选择最佳的波段，选取最佳的融合方法对多光谱波段和全色波段进行融合，融合方法的选择依据是影像的质量，具体的影响融合方法包括以下几种，分别是：加权融合、以主分量变换为基础的图像融合、以HIS变换为基础的图像融合、乘积变换融合和比值变换融合。

（四）图像镶嵌

在图像镶嵌的过程中，一般情况下，两个需要进行镶嵌处理的相邻图像，因为系统处理条件和成像日期存在差异，不仅会出现几何畸变的问题，而且辐射水平也存在差异，会在很大程度上导致同名地物的亮度值在相邻图像上出现不一致的情况。在这种情况下，就可以根据曲线的拟合方程，将照度差异干扰进行消除。

图形镶嵌要以图幅分布情况为基础，在工作区的中心部位选取一幅图像将其作为基准像幅，然后对相邻图像进行几何配准，对重叠区进行确认，为了保证成图的精准性，要在重叠区域内部选择合适的控制点，控制点的布置依然要遵照上述控制点的布置原则，保证控制点布置的规范性和合理性。在对控制点进行初选之后，要对其进行优化，将几何坐标超限的点进行剔除，将控制点控制在0.5个象元以内[5]。一般来说，控制点的精度愈高，几何配准的精度就越高。几何配准效果能否达标，可以利用图像处理系统中的合成显示功能对几何配准情况进行快速的直观检测。检测的流程就是将进行配准处理之后的图像通过彩色合成显示，如果显示的影像都很清晰，图像中的线状地物能够完全重合，不会出现重影或者变粗的情况，就说明几何图像的配准合格，形成的图像可以作为图像镶嵌之用。

结语

随着各行各业地理信息系统应用的发展，GIS平台的地图数据需要更新，地图数据的更新是一个复杂的过程中，在地图更新的过程中需要测量的数据非常多。基于高分辨率影像的数字化成图技术的应用很好的解决了地图更新中的难题。使用高分辨率影像的数字化成图技术，首先选择使用两个卫星，分别是：QuickBird卫星和WorldView卫星；然后，选择控制点，保证控制点覆盖范围的完整性；最后，对影像数据进行处理。通过这样的方式生成的数字地图很好的满足了GIS平台的发展需要，为用户的管理及应用提供了良好的服务。

参考文献

[1]方竹兵，秦晓刚.数字化成图技术在河流大型穿跨越地形图测绘中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（16）：39.

[2]罗建成.汝箕沟煤矿数字化成图技术的应用[J].中小企业管理与科技，2012，（18）：214-215.

[3]于景杰.数字化成图软件的应用[J].黑龙江水利科技，2013，（1）：231-233.

[4]明超.数字化成图的技术应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（30）：31. [5]李晓露，林书本.GPS RTK技术配合CASS 7.0软件数字化成图的应用[J].硅谷，2010，（5）：5-6，23.