劉旺生,王佑武

(中國人民解放軍61243部隊,新疆烏魯木齊 830006)

影像圖快速質(zhì)量檢查方案研究

劉旺生,王佑武

(中國人民解放軍61243部隊,新疆烏魯木齊 830006)

針對當前大批量影像圖質(zhì)量檢查工作效率低的缺陷,分析了影響因素和影像數(shù)據(jù)格式,提出了一種對影像自動壓縮的方法,并綜合利用商業(yè)影像處理軟件,制定了一套完整的影像圖快速檢查方案。該方案在保證影像圖檢查效果的同時,降低了對計算機性能的依賴,提高工作效率60%以上。

影像圖;質(zhì)量檢查;方案

影像圖因其內(nèi)容豐富直觀,能夠最大限度反映地表信息,易于判別,生動直觀等優(yōu)勢[1],在國土、農(nóng)業(yè)、農(nóng)林和國防軍事等諸多領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。以衛(wèi)星遙感影像為主要信息源制作正射影像圖具有成本低、效率高和周期短等特點,是目前國家基礎(chǔ)地理信息的重要標準產(chǎn)品式之一[2]。然而正射影像圖卻因為數(shù)據(jù)量大,在質(zhì)量檢查上存在諸多不便等原因,在很大程度上制約了質(zhì)量檢查的效果和速度。正射影像檢查主要包括影像質(zhì)量、數(shù)據(jù)接邊和數(shù)學精度等內(nèi)容[3],數(shù)學精度檢查可以通過自動方法實現(xiàn),數(shù)據(jù)接邊和影像質(zhì)量檢查是質(zhì)量檢查中工作量最大的部分,通常采取逐幅圖和分區(qū)分塊的方法進行檢查。這種方法的主要缺點是操作繁瑣,檢查工作量大,效率低,整體效果難以把握。

現(xiàn)有商業(yè)影像處理軟件成熟穩(wěn)定,功能強大,可以滿足大部分影像處理要求,在影像圖制作中發(fā)揮著十分重要的作用。研究以常用商業(yè)影像處理軟件為基礎(chǔ),結(jié)合影像數(shù)據(jù)格式及其特點,提出了針對大批量衛(wèi)星影像圖的快速質(zhì)量檢查驗收方法。通過試驗測試和實踐應用發(fā)現(xiàn),該方法效率高,適用性強,易于學習使用,能夠有效解決大批量衛(wèi)星影像圖快速質(zhì)量檢查效率低的問題。

1 問題分析

影像圖質(zhì)量檢查除檢查精度外[4],另外兩個主要方面包括圖幅間接邊檢查和影像色彩檢查,前者問題產(chǎn)生的原因一般是整景影像分幅后,對單幅圖進行局部調(diào)整時造成的;后者問題產(chǎn)生的原因主要是原始影像資料受天氣和季節(jié)條件的影響,影像之間產(chǎn)生較大的色彩差異而造成的[5]。這兩個方面的問題在很大程度上決定著整批成果質(zhì)量,是影響影像圖質(zhì)量的重要因素。影像圖質(zhì)量檢查中通常采用的方法是直接利用Photoshop、Erdas等影像處理軟件檢查[6],或者使用Arc View軟件逐幅添加單幅圖檢查[7]。對于大批量成果來說,這兩種檢查方法的效率低,檢查質(zhì)量也難以保證。

1.1 檢查效率低

對于動輒上千幅、幾千幅的影像圖來說,逐幅檢查圖幅拼接情況,是一項艱巨的任務,工作量十分巨大。如果使用Photoshop軟件,采取一次性讀取多幅影像的方法,這種大數(shù)據(jù)量的影像會使得軟件運行變得非常緩慢,甚至造成軟件“崩潰”;如果使用Erdas軟件,利用創(chuàng)建金字塔影像功能為每幅影像圖創(chuàng)建金字塔影像,則需要較長的時間,并且一次性讀入的影像不能太多,否則也會造成軟件運行緩慢,無法正常顯示,降低檢查效率。

1.2 檢查難度大

影像圖的色彩受到影像區(qū)域地表覆蓋類型的影響較大[8],如果成圖區(qū)域中地表覆蓋類型單一,不同景影像之間的色彩就容易協(xié)調(diào)一致,否則,就要經(jīng)過反復調(diào)整實驗確定。這種情況是影像圖制作的難點,同時也是檢查驗收的重點,如果只在幾十幅圖,甚至幾幅圖范圍內(nèi)檢查色彩情況,就不能很好地了解整體色彩情況,容易出現(xiàn)“管中窺豹”的弊端。

2 改進方案

2.1 方案流程

為了解決上述影像圖檢查驗收中存在的問題,利用Global Mapper、Photoshop等商業(yè)軟件強大的處理功能,設(shè)計了如下方案流程:

(1)數(shù)據(jù)、軟件準備 為了方便數(shù)據(jù)文件的處理,將需要檢查的所有影像圖數(shù)據(jù)拷貝到一個任意指定的目錄中,同時拷貝相應的TFW文件到該目錄中。安裝調(diào)試好Global Mapper和Photoshop軟件。用Visual C編程工具編寫一個工具軟件,主要功能是按照特定要求自動修改選定目錄中的所有TFW文件。

(2)修改圖像大小 在Photoshop軟件中創(chuàng)建一個批處理動作“修改圖像大小”,包括打開圖像、修改圖像大小、存儲結(jié)果和關(guān)閉圖像四個步驟。運行批處理功能,選擇“修改圖像大小”動作,設(shè)置好影像所在文件夾,并勾選“覆蓋動作中的‘打開’命令”選項。運行該批處理命令,直到處理完所有圖幅影像為止。特別需要注意的是:修改圖像大小時,注意勾選“帶‘縮放樣式’”、“帶‘約束比例’”,將影像大小修改為原來的1/2或者1/4,影像文件數(shù)據(jù)大小則為原來的(1/2)2或(1/4)2。

(3)修改TFW文件 相應地,用自編程序修改TFW文件內(nèi)容,TFW文件格式如圖1所示。否則,影像數(shù)據(jù)文件與定位文件不匹配,無法正常顯示,數(shù)據(jù)讀入后影像之間不連續(xù)(即影像縮小,但其空間尺度并沒有縮小)。修改TFW文件主要是修改第一行和第四行,也就是影像在縱方向和橫方向的分辨率,如果影像文件修改為原來的1/2,則這兩項的值分別乘以2;相應地如果影像文件修改為原來的1/4,則這兩項的值應該分別乘以4。

圖1 TFW文件格式Fig.1 TFW file format

(4)讀入檢查 用Global Mapper軟件讀入修改好的影像數(shù)據(jù)文件,即使一次讀入500幅圖的數(shù)據(jù),都能夠輕松顯示,快速縮放。在同時拼接幾百幅影像圖的情況下,圖幅間拼接痕跡非常清楚,而且影像色彩問題也很清晰,如果個別圖幅與周邊圖幅有色差,能夠很容易分辨,甚至不同景之間的色差也能清楚呈現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)有疑似問題的地方可以隨時方便地進行放大查看。對于一個有幾千幅甚至幾萬幅圖的較大影像圖制作項目來說,這種方法會給質(zhì)量檢查工作節(jié)省大量時間,而且能夠?qū)@個區(qū)域影像色彩的一致性起到很好的控制作用。

(5)形成檢查報告 利用Global Mapper軟件文件定位功能可以確定某個區(qū)域所在圖幅的圖號(狀態(tài)欄實時顯示鼠標所在圖幅數(shù)據(jù)的文件名,如果以圖號命名文件,則可獲得鼠標所在位置圖幅的圖號),逐個記錄檢查中發(fā)現(xiàn)的問題,最終形成質(zhì)量檢查報告。

2.2 可行性分析

以1∶50 000影像圖為例,一般一幅圖的數(shù)據(jù)量在400～500 M之間,如果要一次檢查300幅圖,那么總數(shù)據(jù)量大約為120～150 G。如此大的數(shù)據(jù)量對于目前業(yè)內(nèi)使用的軟硬件來說,都是一個極大的挑戰(zhàn),或者說基本上是一個不可能完成的任務。在研究中,通過將影像縮小1/2后,數(shù)據(jù)量變?yōu)?0～35 G,在Global Mapper中可以自如操作。如果將影像縮小1/4,則數(shù)據(jù)量減小到8 G左右,這時相當于一次性讀入16幅原大小的圖像,可以進行快速地縮放、移動和顯示。

研究雖然將圖像進行了縮小處理,但對質(zhì)量檢查結(jié)果幾乎沒有影響。這是因為對于圖幅拼接檢查來說,主要是檢查圖幅間拼接過渡是否平滑自然,有沒有在拼接縫處形成明顯的差別,這和影像大小的關(guān)聯(lián)度很小。而對色彩檢查來說,主要是檢查色彩是否均勻自然,有沒有色彩不一致的區(qū)域存在,這種要求與影像大小的關(guān)聯(lián)度更小。圖2為原始影像拼接效果,圖3為影像縮小1/2后的拼接效果,圖4為影像縮小1/4后的拼接效果。從圖2～圖4可以看出,影像縮小后,基本紋理信息損失很少,接邊處拼接情況和色彩情況基本沒有受到影響。

圖2 影像圖拼接Fig.2 Shadowgraph joint

圖3 影像圖拼接(影像縮小1/2)Fig.3 Shadowgraph joint(image reduction 1/2)

圖4 影像圖拼接(影像縮小1/4)Fig.4 Shadowgraph joint(image reduction 1/4)

方案對計算機硬件要求不高,使用一般的處理影像工作站即可完成檢查驗收工作。計算機性能越好對工作效率的提高越明顯。

3 實驗結(jié)果分析

該方案在某衛(wèi)星影像圖制作項目中得到了應用,該項目共有圖幅6 788幅,7人參加檢查驗收,按常規(guī)計劃檢查驗收時間為30天,使用方案后,實際使用時間10天,效率提高了66%。為了證實方案的可行性和有效性,又與常規(guī)方法進行了對比實驗。

首先隨機抽取了50幅1∶50 000影像圖,將9個人分成3組,使用DELLT7500工作站,分別用常規(guī)方法、將影像縮小1/2、將影像縮小1/4三種不同方法做了影像檢查結(jié)果對比實驗,并對檢查結(jié)果進行了統(tǒng)計,錯漏統(tǒng)計見表1。

表1 錯漏統(tǒng)計Table 1 Statistical table for mistakes and omissions

從表1中可以看出,在不考慮不同驗收者個人因素的情況下,使用常規(guī)檢查方法和使用方案檢查方法,對最終檢查結(jié)果幾乎沒有影響,完全能夠滿足影像圖質(zhì)量控制要求。

將300幅1∶50 000影像圖分別使用三種方法進行用時對比實驗。同樣將9人分成3組,檢查用時統(tǒng)計見表2。

表2 用時統(tǒng)計Table 2 Statistical table for time

由表2可以看出,常規(guī)方法中,一般一次讀入影像不超過100幅,否則顯示刷新速度緩慢,檢查者大部分時間在等待,影響檢查速度,而將影像縮小后,顯示刷新速度大大提高,當影像縮小1/2,效率提高3倍以上;當影像縮小到1/4,效率提高5倍以上,從而有效提高了檢查速度。

4 結(jié)語

研究提出的大批量衛(wèi)星影像圖質(zhì)量檢查方案,充分利用成熟商業(yè)影像處理軟件,配合自制軟件,在不影響影像圖質(zhì)量檢查結(jié)果的前提下,對影像圖做簡化處理(不改變原成果數(shù)據(jù)),很大程度上提高了質(zhì)量檢查驗收的效率。通過實際應用案例和實驗比較結(jié)果證明了該方案在實際應用中可行,使檢查效率提高60%以上。研究主要針對影像表觀質(zhì)量進行檢查,數(shù)學基礎(chǔ)、精度指標等還需另外檢查。

[1] 李穎.正射影像圖的處理方法與研究[J].測繪與空間地理信息,2013,36(11):225-228.

[2] 王占宏.遙感影像信息量及質(zhì)量度量模型的研究[D].武漢:武漢大學,2004.

[3] 中華人民共和國測繪局.CH/T1017-2008 1∶50 000基礎(chǔ)測繪成果質(zhì)量評定[S].北京:測繪出版社,2008.

[4] 李崇偉,武堅,楊豐檢,等.利用非量測型無人機影像快速獲取數(shù)字地圖的實踐[J].甘肅科學學報,2015,27(3):31-33.

[5] 曹廣強,陳新國,劉小強,等.衛(wèi)星影像圖制作技術(shù)淺談[J].測繪標準化,2009,25(4):43-46.

[6] 方德平,曹雪梅.1∶10 000航攝數(shù)字正射影像圖生產(chǎn)中的質(zhì)量控制[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理,2008,29(3):306-308.

[7] 白丹.數(shù)字正射影像的制作及質(zhì)量檢查方法的探討[J].測繪與空間地理信息,2013,36(7):215-216.

[8] 何純芳.提高數(shù)字正射影像圖質(zhì)量的實用方法[J].地理空間信息,2014,12(4):85-86.

Quick Quality Inspection Scheme Study of Shadowgraph

Liu Wangsheng,Wang Youwu
(No.61243of PLA,Urumqi830006,China)

Aiming at the fault that current mass shadowgraph quality inspection efficiency is low,we analyze the influencing factors and shadowgraph data format,put forward an automatic compressive method for shadowgraph and make a complete inspection scheme for shadowgraph by using business image processing software.With this scheme,reduce the dependency on computer and improve work efficiency up over 60%,at same time,the shadowgraph inspection quality can be guaranteed.

Shadowgraph;Quality inspection;Scheme

P208

:A

:1004-0366(2016)05-0042-04

2015-10-14;

:2016-01-28.

劉旺生(1975-),男,甘肅莊浪人,工程師,研究方向為地形圖測繪和測繪成果質(zhì)量檢驗.E-mail:987418954＠qq.com.

Liu Wangsheng,Wang Youwu.Quick Quality Inspection Scheme Study of Shadowgraph[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(5):42-45.[劉旺生,王佑武.影像圖快速質(zhì)量檢查方案研究[J].甘肅科學學報,2016,28 (5):42-45.]

10.16468/j.cnkii.ssn1004-0366.2016.05.011.