浅述数字图像融合技术在摄影测量中的应用

摘要：本文介绍了数字图像融合技术在摄影测量中的必要性和重要性，集中阐述了基于摄影测量的数字图像融合系统设计，并对此系统的实际应用进行了科学合理的探究，给浅述数字图像融合技术在摄影测量中的应用带来了积极的指导意义。

关键词：数字图像融合 摄影测量 系统设计 系统应用

中图分类号： S611 文献标识码： A

1、前言

在目前的摄影测量中，针对摄影区域内难以测量的目标和摄影区域以外的目标，通常都采用卫星图像等多种遥感影像作为摄影测量的主要手段。这类摄影测量手段虽然使用方便，但因为一些客观因素的影响，在单一传感器图像获取方面还有着很多的不足。首先采集出来的图像总会出现影像不清晰、分辨率不高等诸多缺陷；其次部分区域存在的云层也使得摄影测量目标信息获取不完全，从而给目标的解读等一系列工作带来了干扰，进而降低了摄影测量的精度。因此，使用单一传感器来进行遥感图像获取是不能满足摄影测量精度要求的，在实际工作中应该使用数字图像融合技术来对遥感图像进行综合的处理，从而满足摄影测量的精度要求。

2、基于摄影测量的数字图像融合系统设计

为了应对摄影测量工作中单一传感器在遥感图像处理方面的不足，结合图像分析和数字图像融合算法，设计出了一套基于摄影测量的数字图像融合系统。此系统能够利用多种途径对摄影测量区域进行遥感图像的获取，在增强图像获取范围的同时，也大大提升了图像的清晰程度。除此之外，此系统对遥感图像的光谱特征有一定的增强效应，从而满足了摄影测量的精度要求，使其更好的适用到各个行业生产研究中。针对各个行业对于摄影测量的需求，基于摄影测量的数字图像融合系统主要包括文件、显示、预处理、常规融合、加权融合、主成份融合和影像更新等七个模块，下面从几个重要的模块入手，对此系统进行必要的设计分析。

2.1 图像预处理模块

在图像预处理模块方面，整个系统主要有图像增强处理和图像变换两个方面的功能设计，从而来对遥感图像进行预处理工作。在这之中，图像增强处理能够很好的处理图像线性拉伸、直方图均匀化和正态化、图像分段线性拉伸等工作；而图像变换则具有多方面的功能，包括通道合并、图像切割和图像镜像等。

2.2 常规融合模块

一般来说，使用频率最高的图像融合模式一般都是低分辨率多光谱图像和高分辨率全色图像的数据融合。所以HS变换(强度、色调和饱和度)、余弦变换(DCT )、小波变换、HS+小波变换、DCT+小波变换等多种融合方法都被统称为常规融合。使用这些方法进行图像的融合不仅能够得到较高的图像分辨率，还能保留大部分的图像光谱特征。

2.3 加权融合模块

在基于摄影测量的数字图像融合系统中，加权融合模块主要是用来对多个遥感图像的像素进行相应的加权处理，并且也是空间融合法的重要部分。这种加权处理融合的方法在实际计算中能够优化掉繁琐的计算过程，并且其计算方法也比较简单，从而大大提升了摄影测量中对于图像处理的速度。

2.4 主成分分析(PCA)变换融合模块

主成分分析变换融合又被叫做PCA融合法，其主要是利用PCA变换把多波段的图像变换成各个不相关的部分，从而对不同分辨率图像的主成分进行有机的融合处理，把分辨率较高图像的主成分当作总图像的主成分，继而采用必要的逆变换重构技术对图像进行综合的融合处理。除此之外PCA融合法不经能够适用于全色图像和多光谱图像的融合处理工作，还能够适用于多种图像的融合，比如红外图像、SAR图像等。

2.5 影像更新模块

影像更新模块主要是利用时相不同的遥感影像来消除图像中存在的阴影或大面积的云层，即适用新影像来对信息较老的遥感影像进行全面或局部的替换工作，从而完成影像更新工作。影像更新模块的主要原理是以需要更新的影像为基础，对替换影像进行配准、辐射和几何纠正等多方面的工作以后，把替换影像上的替换目标放在需要更新影像的阴影和云层中去。

3、基于摄影测量的数字图像融合系统的应用

下面主要通过对SPOT5卫星影像替换航空影像的云层为例，来谈一谈数字图像融合系统的应用。

3.1 生产应用的技术方法

首先，要选中需要处理的航空影像，以此为标准对SPOT5卫星影像进行必要的预处理工作。在预处理工作中，应该注重对于航空影像灰度方面信息的采集与反复采样工作，从而使航空影像和SPOT5卫星影像拥有近乎一致的分辨率与灰度分布图；其次，以选中的航空影像为主要标准，对航空影像和SPOT5影像进行综合的配准工作。在这之中，主要工作为人为的在两幅图上选取同样的位置，并分别量取其在两幅图上的坐标，进而利用二次多项式拟合等合理的方法，对替换影像进行必要的纠正处理，从而实现两幅图像的匹配工作；再次，在选中的航空图像中标明需要替换的云层区域，通过坐标找到SPOT5卫星影像上的相应位置，进而使用相应的融合技术来对航空图像进行局部的替换工作；最后应该对替换好的航空图像进行必要的灰度处理，以去除图像因为灰度不一致带来了一系列问题（其中最主要的是拼接线问题）。

下面，先对图像进行整个云层去除工作，并把去除前后的图像做对比。其次，在下列三幅图上选取五个具有明显特征的位置，如下图1、图2、图3，并比较其各自的坐标点，同时还要用GPS接收器来测定其坐标从而与影像处理中得出的坐标相比较。

图1 更新以前的航空影像

图2更新以前的SPOT5卫星影像

图3更新以后的影像效果

3.2 数字图像融合系统应用结果分析

对于数字图像融合系统应用结果分析主要分为两个方面：第一是对影像更新质量的分析。一般来说，更新以后的影像在清晰度和解读方面，要明显优于原来的航空图像和SPOT5图像，并且整个图像中包含的信息也大大增多，同时更新以后的影像能够很好的进行数字线划图和正射影像图信息的采集，并且采集的信息与实际的地形变化最为相符。此外，数字线划图和正射影像图进行合理的匹配，能够更加真实的反应影像区域的实际地貌；第二是对影像数据精度分析。如图4所示，综合整个图像更新前与更新后的各个坐标，可以发现更新前航空影像云层出的两个点位高程差分别为60m与20m，明显的超过了允许的误差范围。而影像更新以后的正射影像点的误差分别为-1.1m和-1.0m，基本上满足误差标准。其他区域各点的坐标基本没有变化，因此总体上影像更新以后产生的误差仍在允许的范围以内。

图4 更新前后影像点位坐标差

4、结语

随着科学技术的进一步发展，社会各个行业对于摄影测量的需求也会越来越大。而数字图像融合技术作为摄影测量中重要的一部分，在未来的发展中必将有其新的意义和内涵。本文经过科学合理的探究，较为系统的阐述了数字图像融合技术在摄影测量中的应用，给广大摄影测量技术人员带来了操作性较强的实践经验。因此作为一名优秀的摄影测量技术人员，在当下更应该对数字图像融合技术的核心内容进行深入的了解，积极借鉴国内外关于数字图像融合技术应用的先进经验，给摄影测量的发展做出自己的贡献。

5、参考文献

[1] 武坚,马永刚,李国红,王茂盛. 面向摄影测量的数字图像融合系统的设计与应用[J]. 测绘技术装备,2007,04:29-30+20.

[2] 武坚,郝春生,马永刚,李辉. 数字图像融合技术在摄影测量中的应用[J]. 海洋测绘,2008,04:73-75.

[3] 李玲. 数字图像点特征及边缘特征提取方法的研究与实现[D].西安科技大学,2012.

[4] 刘子侠. 基于数字近景摄影测量的岩体结构面信息快速采集的研究应用[D].吉林大学,2009.

[5] 万辉. 航空摄影测量中机载POS系统的高精度定位定向技术研究[D].南京航空航天大学,2012.