数字镶嵌
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发布时间：2022-04-23 04:45
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时间：2023-10-15 05:19
当影像地图包含两景以上的卫星图像时，必须对图像进行数字镶嵌处理，以获取制图范围内完整的图像。图像的数字镶嵌实质上就是图像间的几何匹配和色调匹配的问题。按照影像地图制作的要求，镶嵌后的图像应达到：
（1）保证足够的几何精度，没有明显的几何错位现象。
（2）整个图面色调均匀，同类地物色调尽可能地接近，信息丰富。
（3）接缝不明显。
由于不同景图像成像时间往往不同，光照条件和地面景观的变化可能引起各景图像间有较大的色调差异，需采用几何匹配、亮度匹配等一系列的技术措施，以确保镶嵌的质量。
（一）数字镶嵌的技术流程（图1-6）
（二）镶嵌方法
1.几何配准
单景图像经过几何校正后，图像的几何畸变被*在一定的范围内，但就待镶嵌图像而言，仍然存在着不容忽视的几何上的不匹配，影响着镶嵌的质量。因此，需要在几何纠正的基础上对两幅图像重叠区进行更准确的几何配准处理。
图1-6 数字镶嵌技术流程图
为了使镶嵌图像几何损失降低到最低，可采用以下两种方法：
（1）在重叠区上选取若干控制点，以标准图像或图件为基准，对被镶嵌的图像分别进行与基准图件的几何配准。
（2）在两幅待镶嵌图像上选取同名点，以一图像为基准，使另一幅图像从几何上与之配准（彩图1-7a，7b），这样处理后，两幅图像重叠部位几何上将更趋于一致。
2.图像间的亮度值匹配
由于各景镶嵌图像间的灰度分布相差较大，即使同一地物也存在着亮度值的差异，所以要对各景图像进行亮度匹配。
亮度值匹配是通过对图像的均值和方差进行调整，使图像间的灰度分布趋于一致从而达到消除图像亮度值差异的目的。具体做法是：首先找出图像的重叠区，分别求出各自的均值和方差，然后选出参考图像，对另一幅图像进行变换，使均值和方差与参考图像一致（彩图1-8a）。计算公式如下：
1∶25万遥感地质填图方法和技术
式中：I′b——变换后b图像的灰度值；
Ib、Ia——图像b、a变换前的灰度值；
和———分别为图像 b、a的均值和方差。
1∶25万遥感地质填图方法和技术
3.镶嵌拼接点的选取
镶嵌图像拼接点的选取一般采用折线镶嵌，为了将镶嵌的接缝效应减小到最低限度，采取人-机交互方式，在图像上寻找拼接点，尽量避开亮度差异明显的部位，消除接缝现象。
此外，也可以由计算机自动识别拼接点，主要是遵循最小亮度差的原则，使两幅图像在接边处亮度差异为最小。设在宽度为n的重叠区中，第一幅图像某扫描行的亮度值为G1，G2，…，Gn，第二幅图像相应的亮度值为G′1，G′2，…，G′n。在图像的重叠区内取一窗口，宽度为w，定义第j个像元点在w宽的窗口邻域内，左右图像上亮度差值总和为：
1∶25万遥感地质填图方法和技术
若Dj为最小值，则选择j点为拼接点。
多波段图像的镶嵌需逐个波段进行，若每个波段选择一次拼接线，势必造成各个波段都不一样，从而合成后造成拼接色调的不一致，每个波段需用相同的接边方案进行处理，以避免彩色合成图像的接缝。
4.亮度圆滑
重叠区上各扫描线拼接点选定后，相邻图像仍可能存在亮度差别，需进一步做亮度圆滑。在拼接点两侧的某一邻域内，取两幅图像亮度的加权平均值作为新的亮度值，权系数在两幅图像间成反向线性变化，公式为：
1∶25万遥感地质填图方法和技术
式中：I——经亮度圆滑后得到的像元亮度值；
W——亮度圆滑区的宽度；
I1——第一幅图像像元亮度值；
I2——第二幅图像像元亮度值。
经过亮度圆滑后，进一步消除了拼接点附近的亮度差异，提高了图像的镶嵌质量（彩图1-8b）。
（三）大区域数字影像镶嵌图制作
1.制作方法
（1）地图投影方法的选择
制作大区域自由分幅的数字影像图，地图投影方法一般选择双标准纬线等角圆锥投影；也可以选择高斯-克吕格投影。不同投影带实施换带计算，这会带来精度损失。也可以根据不同的应用和精度要求，选择其他的地图投影方式。
（2）卫星资料的选择
根据不同的应用需求，应选择季节、时间尽量接近，云层覆盖度小的卫星数据，从而避免太大的色调、地物的差别。同时还要注重卫星资料的质量，尽量选择无条带、噪声的数据。
（3）卫星图像的预处理
卫星资料如有较多的条带和噪声，需要进行去除条带和噪声的处理，具体方法同前所述。
（4）单景图像的几何纠正
图像的几何纠正采用与地形图匹配时，需选择比例尺至少大一个级次的地形资料，以保证影像图制图的精度。当制图比例尺为1∶50万时，几何纠正用的地形资料为1∶25万以上的地形图或数据库。
图像分辨率的选择：如分辨率太高，造成太多的冗余工作量；如太低则无法保证影像图的制图精度和图面质量。通常选择输出分辨率为100～200dpi。
用地形资料进行纠正控制时，如纠正结果的地图投影方式与预先选择的方式不同，需进行地图投影转换。
（5）大图像的数字镶嵌
将若干单景的纠正图像进行数字镶嵌，制作成区域性的图像时，为了确保精度满足应用的要求，镶嵌的顺序应先将每一列拼接在一起，再逐行拼接。
（6）制图
将地图的数学基础（比例尺、坐标注记等）、图廓线整饰、地理要素（道路、居民地、河流、湖泊、山脉等）、人文要素（行政区划等），按照一定的制图的图式、图例要求叠加到图像上。
2.实例范围
大兴安岭植被茂密区：经度：114°07′02″～126°14′25″
纬度：53°19′36″～47°09′56″
经差约为12°；纬差约为6°10′
阿尔金山干旱裸露区：经度：83°～92°
纬度：35°30′～40°
经差约为9°；纬差约为4°30′
3.投影方式
大兴安岭地区采用双标准纬线等角圆锥投影，参数为：
1∶25万遥感地质填图方法和技术
阿尔金山地区采用宽带高斯-克吕格投影，*经线为87°（彩图1-9）。
