电网GIS中的图像处理技术

摘要：GIS平台建设是电网建设重点项目之一，它主要用于提供电网图形和分析服务的企业级电网空间信息服务，该平台建设主要工作就是基础地理数据及电力设施坐标数据采集。图像处理技术则是GIS平台中最不可或缺的底层操作。致力于发掘GIS平台中应用的各类图像处理技术，解读图像处理在GIS中的重要作用。

关键词：图像处理 电网GIS 遥感

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）011-059-02

1 引言

电网GIS平台是提供电网图形和分析服务的企业级电网空间信息服务平台，该平台建设主要工作就是基础地理数据及电力设施坐标数据采集。在将原始影像信息如矢量地图、航空航天影像、数字高程模型、导航数据等应用在GIS平台用于分析、决策、管理之前，对原始数据的处理展现必不可少。

对图像进行一系列的操作，以达到预期的目的的技术称作图像处理技术。公共设施、发电、输电、变电、配电等方面都对数据有不同精度的采集要求，在像源一定的情况下，对已采集到的数据使用图像处理技术进行二次加工，以满足不同程度的应用需求也是目前亟待研究的课题之一。

2 图像处理基本技术

数字图像处理的研究源于两个领域：其一是为了便于人们分析图像信息进行改进；其二是为使机器自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。

由于电网GIS影响多来源于卫星影像，而卫星传感器系统所采集的图像受到所在平台、太阳位置及角度、外界天气条件、飞行器位置姿态等等条件的制约和影响，会表现出一定程度的模糊、失真、扭曲变形、斑点噪声等等现象，在一定程度上降低了图像的质量，这就使得这些原始图像数据并不能直接被用于电网分析、决策，图像处理技术的应用必不可少。

2.1 图像几何校正

遥感图像几何校正是针对图像几何畸变而展开的误差校正。遥感图像的几何畸变表现为像元相对于地面目标实际位置发生挤压、扭曲、变形等。其基本环节有两个，即像素坐标变换和重采样。一般步骤如图1所示。

2.2 图像重采样

图像重采样的目的主要是保证图像像素的连续性，因为对遥感图像空间分辨率进行提升时，需要利用插值的手段在空出的像素上补上对应的值，使整个图像平滑，有利于进一步处理。其最基本方法有三种：最近邻插值、双线性插值和双三次插值。

2.3 图像增强

图像增强就是采用一定的方法对图像的某些特征进行调整，以突出图像中的某些感兴趣信息，同时抑制或去除不需要的信息来提高图像质量。它的主要目的是改变图像的灰度等级，提高对比度；消除边缘噪声，平滑图像；突出边缘及图像主要信息，锐化图像、压缩数据量等。

图像增强主要方法根据处理空间的不同，分为空间域方法和频率域方法两大类。空间域增强主要是通过改变像元及相邻像元的灰度值达到增强的目的。而频率域增强则是通过对图像进行傅里叶变换后改变频域图像的频谱来达到图像增强的目的。此外，根据图像处理的范围又可以将增强处理技术分为全局（整幅图像）处理和局部（部分图像）处理两种。

2.4 图像融合

图像融合也是信息融合的一种，它把针对同一目标或场景的由相同或不同传感器、相同或不同成像方式、同时相或不同时相获得的多个图像，通过一定的融合规则取长补短变成一幅能反映多重原始图像信息的、能对目标或场景做综合描述的融合图像，以便于进一步处理。

高效的图像融合方法可以根据需要综合处理多源通道的信息，从而有效地提高了图像信息的利用率、系统对目标探测识别地可靠性及系统的自动化程度。其目的是将单一传感器的多波段信息或不同类传感器所提供的信息加以综合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，以增强影像中信息透明度，改善解译的精度、可靠性以及使用率，以形成对目标的清晰、完整、准确的信息描述。

依据在融合处理流程中所处的阶段，按照信息的抽象程度及目标识别层次上，可以将图像融合分为三个层次，即像素级融合，特征级融合和决策级融合三种。

2.5 图像裁剪与拼接

图像裁剪顾名思义就是将图像中的感兴趣区域提取出来。而图像拼接技术则是将数张有重叠部分的图像（可能是不同时间、不同视角或者不同传感器获得的）拼成一幅大型的无缝高分辨率图像的技术。图像配准和图像融合是图像拼接的两个关键技术。

图像配准就是对同一景物在不同时间、用不同探测器、从不同视角获得的图像，利用图像中公有的景物，通过比较和匹配找出图像之间的相对位置关系。一般而言，图像配准方法包括特征空间、搜索策略和相似性推测三个部分。图像配准技术经过多年的研究分为三个基本类别：基于灰度信息的方法，基于变换域的方法和基于特征的方法。

图像配准是图像融合的基础，而且图像配准算法的计算量一般非常大，因此图像拼接技术的发展很大程度上取决于图像配准技术的创新。

2.6 图像压缩与编码

图像的压缩与编码所解决的问题是尽量减少表示数字图像时所需要的数据量。减少数据量的基本原理是出去其中多余的数据，以数学的观点来看，这一过程实际上就是将二维像素阵列名变换为一个在统计上无关联的数据结合，这种变换在图像存储或传输之前进行。经典压缩编码方法有：哈夫曼编码，算术编码，游程编码、变换编码等。

3 GIS平台与图像处理

GIS是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，它是一个综合的学科产物，随着计算机科学、地理学、数学、测绘等学科的发展而飞速发展。GIS不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价，而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，也可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，明显地提高工作效率和经济效益，为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持，GIS平台建设也是电网建设的重点项目之一。

数字图像处理是GIS平台的底层操作基础，如GIS中的编辑、查询、存储等都是运用了数字图像处理的理论。GIS图像的像源多源自遥感影像，图像处理技术则贯穿于从遥感影像成像到进入决策分析的全过程。在GIS的发展中也会越来多用到遥感影像处理技术，并且GIS要实现动态分析需要处理海量数据，图像压缩与编码技术则是不可或缺的解决方案。

4 结语

本文致力于将电网GIS平台可能会涉及的图像处理技术对读者进行简要说明，让读者对其产生感性认识。其内容包括但不限于上文中所提到的领域，图像处理技术的发展日新月异，且领域也在不断扩展，相信未来会有更多、更先进的图像处理方法会应用于电网GIS中，以不断提高分析决策水平。

参考文献：

[1] 冈萨雷斯.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2] 汤晓春.遥感图像增强方法的研究及实现[D].华中科技大学，2008.

[3] 廉明.遥感中的几何校正技术[D].北京化工大学，2007.

[4] 宋智礼.图像配准技术及其应用的研究[D].复旦大学，2010.

[5] 毛士艺，赵巍.多传感器图像融合技术综述[J].北京航空航天大学学报，2002（5）.

[6] 郭雷，李晖晖，鲍永生.图像融合[M].北京：电子工业出版社，2008.

[7] 王娟，师军，吴宪祥.图像拼接技术综[J].计算机应用研究，2008（25）.