浅谈第三次全国土地调查正射影像生产的关键技术

罗杰

（福建省测绘院 福建福州 350003）

1 引言

第三次全国土地调查（以下简称“三调”）是一次基础国情国力调查，也是一项事关重大国策制定的基础性工作；其主要任务是全面查清全国土地资源和利用状况，系统细化和完善全国土地基础数据[1]。该项工作要求有正射影像作为基础数据支撑。考虑到数据时效性和获取成本，要求各地原则上以卫星影像为源数据进行正射影像生产，供三调作业使用。

福建省为东南沿海省份，根据原国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心（以下简称卫星中心）的全国影像获取困难等级分区，福建省几乎全省都属于季节困难区或一般困难区，有些区域甚至属于极为困难区[2]。因此，福建省获取的部分原始卫星影像存在质量较差或数据缺失的问题，对后续正射影像生产造成了较大困难。此外，此次所使用的影像资料来源多样化、纠正DEM 与影像的现势性存在差异、不同源影像的拍摄时间各异等等，都对后续正射影像生产造成了一定影响。为了避免上述这些问题延误三调正射影像生产进度，进而影响后续三调调查工作的正常开展；我们对三调正射影像生产过程中遇到的关键问题进行了分析，并在确保影像处理结果有利于或不影响三调图斑判读的前提下，采取了有针对性的技术处理措施，最终取得了良好的效果。

2 关键技术处理

2.1 影像漏洞

卫星中心下发的影像在福建省范围内覆盖不足，存在漏洞。对于这些漏洞，福建省采用已有存档资料，满足三调要求的高分辨率卫星影像进行补充。福建省已有存档影像中符合三调要求的有高分二号和北京二号卫星影像，该影像分辨率优于1 米，因此采用该存档影像对漏洞进行了补全。

2.2 侧视角超限

为避免正射纠正精度出现问题，原则上要求原始卫星影像的山地、高山地影像侧视角不大于20度，平地、丘陵地影像侧视角不大于25 度。虽然卫星中心和福建省基础地理信息中心前期已经预先对下发的卫星影像进行了适当的过滤，但由于三调时间紧、任务重，为了减少影像漏洞，需要在影像漏洞和侧视角超限之间谋求适当的平衡。由于福建省接收的用于处理的卫星影像中仍然有部分存在侧视角超限问题。对此，采取的处理对策是先安排生产作业，并检查影像的正射纠正精度是否能够符合三调要求；若能符合，则利用该资料；否则，予以剔除，并将情况向上级汇总反馈，以便卫星中心尽量重新安排影像获取。

2.3 影像噪声

影像噪声是指影像成像过程中受光电信号干扰，造成最终影像中存在不必要的或多余的干扰信息（如图1 影像中白色斑块）。影像噪声通常难以通过图像增强技术进行消除。处理对策一般是采用同名区域无噪声的其他景卫星影像对噪声处进行替换修补。

图1 影像噪声

2.4 云、雾、烟等影像遮挡

福建省之所以几乎全省都属于季节困难区或一般困难区，有些区域甚至属于极为困难区，最主要的原因就是云、雾、烟等影像遮挡（如图2），以致卫星经常无法获取到完整的整景清晰影像；闽北县市的武夷山、浦城一带局部区域甚至常年被云雾遮挡。这些影像遮挡常常在影像上呈现无规律零散分布，数量众多且面积大小不一，严重影响三调内业判读。

影像遮挡处理原则：

（1）从获取到的多景原始影像中，尽量选用不遮挡或少遮挡土地调查对象（如耕地、住宅、交通运输、水域及水利设施用地等）的某一景影像，用于正射影像制作，使其影响降到最低。

（2）不影响土地调查内容判读的，做适当淡化处理，确实难以处理时可放宽要求。云、雾等遮挡区域若为面积不超过5 万平方米的单一地类，且不影响土地调查时，可作为合格数据。对于遮挡地物的细小云、雾，如不影响单一调查对象（如单栋厂房、单块园地等）边界调查，也可作为合格数据[3]。

（3）影响土地调查内容判读的，采用同名区域无云雾等遮挡的其他景卫星影像对该遮挡处进行替换修补。如其他景卫星影像同名区域均被遮挡，则暂不处理，等待卫星中心重新安排获取新影像。

2.5 曝光过度

影像曝光过度是指曝光时间过长所造成的影像失常，通常在影像上呈现偏白偏亮，颜色失真且不易分清细节。生产作业时尽量通过选择质量较好的原始景影像，采用适当的曝光抑制处理技术，以减少曝光过度现象。

曝光过度可利用Photoshop 软件通过对曝光过度区域降低高光部分的亮度、调节对比度、校正色彩等处理方式进行曝光抑制[4]。

曝光过度处理示例如图3：

图3 曝光过度处理示例

2.6 影像色调

三调原始卫星影像来源众多、时相不一、区域各异，不同获取批次、不同传感器、不同区域的卫星影像之间色调差异很大，需进行色调处理，以使得同一县域内的影像色彩趋于一致，利于三调内业判读。

色调处理通过匀光匀色技术实现。即通过滤波和直方图拉伸的方法调整影像的色彩饱和度和对比度；采用直方图均衡化和直方图匹配的方法，用非线性对比拉伸重新分配像元值，使处理影像的直方图与参照影像的直方图相匹配，使得同一县域内所使用的多景影像之间达到整体的色彩均衡。

作业具体做法：首先查看相邻景正射影像间的色调和光亮度偏差，并综合整个测区地形地貌特点，挑选出能代表整个测区特点的主片影像；其次利用Photoshop 对主片影像进行适当的调色处理，如调整色彩曲线，并对局部区域的色彩失真进行微调，在得到满意的效果后输出主片影像；最后利用匀光匀色软件，以主片影像色调为基准，对其他影像进行统一的匀光匀色处理，使同一县域内的影像色调尽量趋于一致。

影像色调处理示例如图4：

图4 影像色调处理示例

2.7 地物阴影

地物阴影一般是由于侧视角超限或影像获取时间不佳所致。作业时通过尽量选用侧视角较小和获取时间较优的原始景影像以减小地物阴影的影响。对于地物被建筑物、山体等阴影遮盖的情况，如果被遮盖地物可见或为单一地类，可视为合格数据。

地物阴影处理主要通过对阴影区采用调整对比度、锐化处理等图像增强技术来降低或消除阴影影响，减少因阴影遮挡造成的影像信息损失[5]。

地物阴影处理示例如图5：

图5 地物阴影处理示例

2.8 地物变形

地物变形主要是由于地形变化引起，常出现在立交桥、高速公路、新建房屋等区域。此类问题，需采用技术手段进行修正，修正后影像要求不再呈现明显的地物扭曲变形即可。受现有技术手段的限制，此类问题在修正变形后其定位精度不作强制要求。

变形修正同样通过建立掩膜区，然后编辑区域内DEM 并重新对影像纠正的方式实现。

地物变形处理示例如图6：

图6 地物变形处理示例

2.9 影像拉花

影像拉花是指影像数字微分纠正过程中部分成像信息不足的区域出现的影像被过度拉伸的现象，通常是由于侧视角过大或DEM 与影像匹配不佳所致。

影像拉花处理原则：

（1）选用侧视角较小的原始影像用于正射影像制作，并选用现势性与影像匹配较好的DEM 数据，以减少拉花现象。

（2）不影响土地调查内容判读的：原则上面积在1 万平方米以上的单一地类需进行处理；但若原始卫星影像侧视角过大（≥20 度）时，只对成片的、面积5 万平方米以上的地类进行处理。

（3）影响土地调查内容判读的：需进行消除拉花处理。

（4）消除拉花处理主要通过先对拉花区域勾绘边界构建掩膜区，然后在掩膜区边界处设置渐变缓冲层以实现与周边区域的自然衔接，再通过编辑掩膜区内DEM（如格网点抽稀或高程升降）并重新对影像纠正的方式消除拉花现象[6]。

影像拉花处理示例如图7：

图7 影像拉花处理示例

2.10 岛屿处理

福建省为沿海省份，岛屿众多。由于岛屿位于主大陆以外，部分岛屿现有的基础测绘资料未能完全覆盖，还有部分岛屿（如金门、马祖）则客观上存在参考影像或参考DEM 数据缺失的问题；对于此类情况按如下原则进行处理：

（1）金门岛、马祖岛受客观条件限制，用从谷歌地图下载的0.5m 分辨率影像作为参考影像，同时用从谷歌地图下载的DEM 数据作为纠正DEM，进行正射影像生产。

（2）秀屿区部分岛屿缺乏1∶10000 比例尺DOM的，首选从1∶10000 比例尺DLG 数据中采集控制点，次选用谷歌地图下载的0.5m 分辨率影像作为参考影像采集控制点。

（3）惠安县、晋江市、南安市、平潭县、石狮市部分岛屿缺乏1∶10000 比例尺DEM 的，用谷歌地图下载的DEM 数据作为纠正DEM，进行正射影像生产。

（4）采用以上处理措施得到的岛屿正射影像，其精度不作强制要求。

3 结束语

三调正射影像图是三调重要的调查参考数据源，是国土调查的定位基准和统计基础，决定了三调成果精度和后续作业的进度，也是三调成果的重要组成部分[7]。通过采取本文所述的各项技术处理措施，福建省有效解决了省域内三调正射影像生产中遇到的众多关键性问题，及时完成了全省三调正射影像生产工作，为后续福建省三调工作顺利开展，为实现福建省第三次全国国土调查“已有内容细化、变化内容的更新、新增内容的补充”总体目标[7]，提供了重要保障。