多尺度數(shù)字正射影像成果質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)

巨小文 閔曉鳳

（1.國家測繪地理信息局陜西測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站 陜西西安 710054；2.國家測繪地理信息局第一航測遙感院 陜西西安 710054）

1 引言

近年來，隨著測繪地理信息事業(yè)的蓬勃發(fā)展，地理信息產(chǎn)品得到了各個(gè)行業(yè)越來越廣泛的應(yīng)用；如地理國情普查通過對地理要素的動(dòng)態(tài)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、分析、其變化情況，形成反映各地域內(nèi)資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)要素分布情況，為國家及政府提供準(zhǔn)確可靠的地理國情信息；全國農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記工作底圖制作，為實(shí)施農(nóng)村土地確權(quán)提供前期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些項(xiàng)目的實(shí)施，為國家、政府和社會發(fā)展及長期規(guī)劃，提供了有力的保障；地理信息產(chǎn)品正逐步由傳統(tǒng)的模式向快速、多元化的方向演變。

數(shù)字正射影像成果作為一種基本的地理信息產(chǎn)品，因其直觀、可視性強(qiáng)、易被理解與接納的特點(diǎn)，同時(shí)作為各項(xiàng)地理信息產(chǎn)品的基礎(chǔ)底圖或資料，越來越受到廣泛的應(yīng)用。由于影像獲取手段逐漸走向多元化，如常規(guī)航空攝影測量、雷達(dá)方式獲取影像、高分辨率衛(wèi)星影像及我國自主研發(fā)的資源三號、天繪一號、天繪二號資源衛(wèi)星等等，新近實(shí)現(xiàn)的傾斜攝影為實(shí)現(xiàn)三維地理信息建模開辟了新的思路；這些新技術(shù)和手段為實(shí)現(xiàn)影像的獲取和地理信息要素的快速更新提供了有力的支撐和保障，因此，多尺度數(shù)字正射影像產(chǎn)品正逐漸成為新形勢下地理信息行業(yè)的“新寵”，地理信息行業(yè)在數(shù)據(jù)生產(chǎn)及產(chǎn)品更新方面正在發(fā)生著新的變革。

為保證多尺度數(shù)字正射影像產(chǎn)品在不同行業(yè)、不同領(lǐng)域、不同工序的準(zhǔn)確和合理使用，成果檢驗(yàn)中能否抓住影像產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵，對控制成果質(zhì)量有重要的影響。

正射影像產(chǎn)品的檢驗(yàn)主要包括:空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時(shí)間精度、影像質(zhì)量、附件質(zhì)量六大質(zhì)量元素[1]；部分質(zhì)量元素可通過軟件進(jìn)行技術(shù)參數(shù)設(shè)置后自動(dòng)檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，一些質(zhì)量元素需要通過人工檢查完成?，F(xiàn)就自己多年來工作實(shí)踐，對多尺度數(shù)字正射影像成果在檢驗(yàn)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述。

2 起始點(diǎn)位置的確定和文件命名的檢查

1∶1000—1∶5000間大比例尺度正射影像成果一般采用正方形分幅，以圖廓為范圍不進(jìn)行外擴(kuò)，圖幅文件的命名一般采用圖幅左下角坐標(biāo)，或整公里、或百公里不等，1∶5000—1∶50000間中小比例尺度成果采用國家基本比例尺分幅與編號，在梯形分幅基礎(chǔ)上經(jīng)外接矩形并外擴(kuò)后確定圖幅范圍，一般的檢查軟件對標(biāo)準(zhǔn)圖幅命名均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢查；但不管比例尺、外擴(kuò)范圍如何變化，數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)一般為圖幅左上角，TIF+TFW格式的成果起始點(diǎn)由信息文件中坐標(biāo)來定位，GEOTIF格式本身自帶坐標(biāo)定位信息，信息文件固定格式通常如表1所示:

表1:影像信息文件TFW（ASCII的TIFF WORD）文檔格式樣例

圖1

可見起始點(diǎn)為圖幅左上角第一個(gè)像素中心位置，如圖1中1點(diǎn)所示，因軟件不同會存在起始點(diǎn)為圖幅左上角第一個(gè)像素左上角點(diǎn)的位置的情況，如圖中 2點(diǎn)所示，具體情況根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求及軟件確定圖幅起始點(diǎn)位置。

大比例尺正射影像成果的文件命名一般與圖幅左下角坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)，通過圖幅的X、Y方向范圍及相鄰圖幅圖號去推算本圖幅起始點(diǎn)及四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，檢查圖幅的起始點(diǎn)位置、文件命名、圖幅裁切范圍是否正確。

另外，從上圖可以看出，正射影像成果中任何像素坐標(biāo)與分辨率存在以下關(guān)系，即像素角點(diǎn)坐標(biāo)為分辨率一半的整倍數(shù)，像素中心點(diǎn)坐標(biāo)為分辨率的整倍數(shù)，上圖中，圖幅分辨率為0.5米，則2、3點(diǎn)坐標(biāo)為0.25的整倍數(shù)，尾數(shù)分別為0.25、0.75，1點(diǎn)則應(yīng)為0.5、0.0等，通過像素角點(diǎn)或中心點(diǎn)坐標(biāo)亦可推算數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)位置是否合理。

3 平面精度檢測點(diǎn)數(shù)量及檢測手段的確認(rèn)

GB/T23456-2009《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》對平面精度檢測作了明確規(guī)定，但在不同比例尺、不同成果的檢驗(yàn)中應(yīng)依據(jù)項(xiàng)目具體情況確認(rèn)精度檢測點(diǎn)數(shù)量、檢測方法及精度統(tǒng)計(jì)方法。

一般情況下，對于1∶1000、1∶2000等較大比例尺數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)成果，因其圖幅面積較小，考慮到特殊因素如植被、水域、沙漠等難以滿足20-50個(gè)點(diǎn)/幅的選點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，因此檢驗(yàn)中可采用適當(dāng)擴(kuò)大檢測點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)范圍，如將圖幅向四周延伸，以2幅圖或 4幅圖為檢測單元進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，這種方法也符合同一個(gè)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)圖幅精度相同的原則。

對于中小比例尺成果，如1∶5000-1∶50000比例尺數(shù)據(jù)成果，若存在特殊情況，可適當(dāng)減少檢測點(diǎn)個(gè)數(shù)，結(jié)合平差理論對于中誤差的統(tǒng)計(jì)方式及誤差的接近程度，一般不應(yīng)低于20個(gè)檢測點(diǎn)。

另外，像資源三號整景衛(wèi)星影像因圖幅幅面跨度約 60 km×60 km，圖幅面積及范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 1∶50000比例尺圖幅范圍，精度檢測點(diǎn)若限制在20-50個(gè)范圍之內(nèi)，顯然也不能正確反映成果的精度，因此檢驗(yàn)中適當(dāng)增加檢測點(diǎn)個(gè)數(shù)，至少在100點(diǎn)以上。

用于精度檢測的輔助資料的精度及手段不同，精度統(tǒng)計(jì)方法也有區(qū)別。若利用傳統(tǒng)航空攝影資料經(jīng)加密工序糾正的成果，一般可采用加密工序保留的保密點(diǎn)資料用于精度檢測；對于大比例尺成果數(shù)據(jù)可采用外業(yè)采集檢測點(diǎn)進(jìn)行精度檢測，或者在立體模型中采集同名影像點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)；對于有更高比例尺的矢量或不同期的正射影像成果也可用作精度檢驗(yàn),即矢量對影像或影像對影像套合檢查；近年來由于高分衛(wèi)星影像的廣泛應(yīng)用，例如在地理國情普查中大量應(yīng)用了高分辨率衛(wèi)星影像WorldView-1/2、QuickBird、IKONOS、GeoEye、Pléiades、ZY-3 等系列進(jìn)口或國產(chǎn)影像制作地理國情普查要素采集底圖，數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)流程采用無控糾正或稀少控制點(diǎn)糾正方式，與傳統(tǒng)的正射影像生產(chǎn)方式不同，數(shù)據(jù)精度與衛(wèi)星的軌道參數(shù)（RPC 參數(shù)）及所采用的DEM數(shù)據(jù)相關(guān)，雖然所測區(qū)域大部分存在前期生產(chǎn)的較大或同精度DOM成果，可用作本次成果的精度檢測，但是對于地表覆蓋物已發(fā)生較大變化的城市地區(qū)，已有可用于檢測用的資料不能滿足要求，成果平面精度檢測手段面臨新的挑戰(zhàn)，相信隨著大面積，高分辨率衛(wèi)星影像的進(jìn)一步應(yīng)用，平面精度檢測手段及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將會在不斷試驗(yàn)中相繼完善并出臺。

精度評定所選取的檢測點(diǎn)應(yīng)滿足如下要求:（1）大于 2倍中誤差的點(diǎn)視為粗差，粗差比例不應(yīng)超過5%；（2）2倍以內(nèi)誤差值均應(yīng)參與精度統(tǒng)計(jì)；（3）同精度檢測時(shí)，22以內(nèi)的誤差值應(yīng)參與精度統(tǒng)計(jì)；（4）檢測點(diǎn)數(shù)量少于 20時(shí)，以誤差的算術(shù)平均值代替中誤差；（5）檢測點(diǎn)數(shù)量大于20時(shí)，若為高精度檢測，采用

（M:成果中誤差，n:檢測點(diǎn)總數(shù)，Δi:較差）進(jìn)行中誤差計(jì)算[2]。

4 成果格式類型的特點(diǎn)

數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)的存儲格式與項(xiàng)目的生產(chǎn)要求及數(shù)據(jù)讀取難易關(guān)系密切，一般情況下大比例尺成果要求存儲為“TFW+TIF”或“GEOTIF”格式，單純的 TIF影像沒有任何定位信息，與通常的照片類似，只有與TFW（影像信息文件）文件配套使用，才能對文件X、Y方向的分辨率、起始坐標(biāo)等信息反映在圖上；GEOTIF文件是帶有定位信息的影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)打開后與“TFW+TIF”相同，但在檢驗(yàn)的項(xiàng)目中，曾遇到過將二者混淆的情況，往往有些單位將“GEOTIF+ TFW”作為成果提供檢驗(yàn)，檢查時(shí)應(yīng)將TFW文件移除后，打開正射影像文件，看是否顯示坐標(biāo)信息來判斷數(shù)據(jù)格式正確性；對于大幅面、高分辨率的整景衛(wèi)星影像，由于其數(shù)據(jù)量大（大于 2GB），采用 TIF格式在數(shù)據(jù)打開時(shí)因建立影像金字塔（生成 AUX金字塔輔助文件）需要耗費(fèi)較長的時(shí)間，降低了檢查和應(yīng)用效率， 采用IMG+IGE+RRD格式存儲數(shù)據(jù)很方便，當(dāng)數(shù)據(jù)量大于2GB時(shí)，IMG影像就不再單獨(dú)出現(xiàn)，軟件會自動(dòng)生成 IGE文件，即數(shù)據(jù)體文件，IMG則成為一個(gè)連接文件，RRD即金字塔文件（即塊視圖），當(dāng)數(shù)據(jù)小于2G時(shí)，僅有IMG+ RRD文件，IMG用來存儲影像數(shù)據(jù)，RRD為金字塔文件，這樣在常規(guī)軟件中即可較快地打開并使用。

若能對數(shù)字正射影像成果的不同格式有較深的了解與認(rèn)識，檢驗(yàn)中則能游刃有余，提高檢驗(yàn)效率。

5 影像質(zhì)量檢驗(yàn)

成果的空間參考系、平面精度、邏輯一致性、時(shí)間精度、附件質(zhì)量等質(zhì)量元素檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，數(shù)字正射影像成果作為主體數(shù)據(jù)地檢驗(yàn)需要對數(shù)據(jù)的生產(chǎn)工藝及數(shù)據(jù)源的情況有明確的了解，才能抓住圖面質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，控制好影像質(zhì)量。

影像質(zhì)量主要從以下幾方面掌握:（1）糾正質(zhì)量:影像應(yīng)無大面積噪聲，無因糾正造成的數(shù)據(jù)丟失、地物扭曲、變形現(xiàn)象；山區(qū)、高山區(qū)及陡峻的地形變化處，影像糾正后發(fā)虛、模糊（俗稱“拉花”）應(yīng)盡量消除；（2）鑲嵌質(zhì)量:鑲嵌過程中，鑲嵌線選取合理，盡量避開高大建筑物、橋梁等人工設(shè)施；要保證影像自然過渡，紋理清晰，原則上無影像發(fā)虛和重影以及錯(cuò)位、丟失現(xiàn)象，拼接處理后不應(yīng)出現(xiàn)明顯的整體性視覺差異，且不應(yīng)出現(xiàn)漏洞或無數(shù)據(jù)區(qū)；（3）影像增強(qiáng)質(zhì)量（色彩調(diào)整質(zhì)量）:增強(qiáng)后影像應(yīng)地物細(xì)節(jié)清晰，反差適中，層次分明，色彩基本平衡，對于衛(wèi)星影像，融合后影像色調(diào)應(yīng)接近于自然色調(diào)，目視效果舒適；（4）接邊質(zhì)量:在滿足影像接邊精度要求的情況下，接邊線盡量避開明顯地物，不應(yīng)出現(xiàn)影像裂隙或影像模糊現(xiàn)象，其灰度或色彩模式不應(yīng)有明顯變化[3]。（5）影像色彩模式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，一般情況下影像成果包括灰度和RGB兩種彩色模式，像素位分別為8bit或24bit，Photoshop，ArcMap，ERADS等軟件均可顯示影像的相關(guān)信息進(jìn)行檢查。（6）原始資料選取質(zhì)量:盡量避開使用云及云影，霧霾覆蓋的資料，對于衛(wèi)星影像，當(dāng)影像側(cè)視角較大時(shí)，盡量選取中心影像，避免選取邊緣影像。

6 結(jié)束語

以上所述為本人多年來工作的一些體會與總結(jié)，事實(shí)上，數(shù)字正射影像的總體質(zhì)量因不同成圖比例尺、不同方式獲取數(shù)據(jù)源、不同的技術(shù)設(shè)計(jì)要求、不同的生產(chǎn)工藝流程、不同的生產(chǎn)軟件平臺、不同的糾正及平差算法、項(xiàng)目甲方對于產(chǎn)品要求程度的高低等因素綜合影響，因此，成果的質(zhì)量滲透在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。希望這些總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)對同行們有所幫助與參考。

[1]CH/T 1027-2012，數(shù)字正射影像圖質(zhì)量檢查技術(shù)規(guī)程[S]

[2]GB/T23456-2009，測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收[S]

[3]GDPJ 05-2013，數(shù)字正射影像生產(chǎn)技術(shù)規(guī)定[S]