影像鑲嵌

遙感影像的單景影像獨自覆蓋範圍是有限的，對於高分辨遙感影像尤其如此。很多情況下，往往需要很多景影像才能完成對整個研究區域的覆蓋。此時，需要將不同的影像文件無縫地拼接成一幅完整的包含研究區域的影像，這就是影像的鑲嵌。通過鑲嵌處理，可以獲得單一傳感器所無法得到的覆蓋更大範圍的地面影像。參與鑲嵌的影像可以是多源的，可以是不同時間同一傳感器獲取的，也可以是不同時間不同傳感器獲取的影像，但同時要求鑲嵌的影像之間要有一定的重疊度，而且具有相同的波段數。在拼接之前，要求先將多源影像進行配準，拼接後要通過後續處理消除原始影像間的接縫。前者通過幾何糾正實現，後者通過影像的勻光實現。 ^[2] 

影像鑲嵌技術的目的就是把一系列真實世界的圖像合成一個單一的、更大的、更復雜的全維場景。通過影像鑲嵌技術，可以剔除冗餘信息，壓縮信息存儲量，從而更加有效地表示信息。由於遙感成像每一景範圍有限，每一景遙感影像所包括的地理區域都有一定的範圍．不同分辨率的影像所限定的範圍不一樣，一般分辨率高的遙感影像所包含的實際地理範圍要小。通常一個地區難以被一定分辨率下的單幅遙感影像所完全覆蓋，因此遙感影像鑲嵌在實際工作中尤為重要，是遙感圖像處理的一個重要環節。 ^[3] 

遙感影像鑲嵌是將兩幅或多幅遙感圖像(這些圖像可能是在不同的成像條件下獲取的)拼接在一起構成一幅整體圖像的過程。這個過程通常先對每幅圖像進行幾何糾正，將它們劃歸到統一的座標系中，然後對它們進行裁剪，去掉重疊的部分，再將裁剪後的多幅圖像鑲嵌在一起，最後消除色彩差異，形成一幅寬幅的圖像。根據用於鑲嵌的影像是否經過幾何糾正、是否含有地理編碼，鑲嵌可分為基於像元的鑲嵌和基於地理座標的鑲嵌。影像鑲嵌一般包括以下幾個主要過程：

即指相鄰影像間的幾何配準，其目的是為了確定影像的重疊區。重疊區確定的準確與否直接影響到影像鑲嵌效果的好壞。

色彩平衡是遙感影像數字鑲嵌技術中的一個關鍵環節。不同時相或成像條件存在差異的影像，由於要鑲嵌的影像輻射水平不一樣，影像的亮度差異較大，若不進行色調調整，鑲嵌在一起的幾幅圖，即使幾何位置配準很理想，由於色調各不相同，也不能很好地應用於各個專業。另外，成像時相和成像條件接近的影像也會由於傳感器的隨機誤差造成不同像幅的影像色調不一致。從而影響應用的效果，因此必須進行色調調整，包括影像內部的色彩平衡以及影像間的色彩平衡。

接縫線處理可細分為重疊區接縫線的尋找以及拼接縫的消除。接縫線處理的質量直接影響鑲嵌影像的效果。在鑲嵌過程中，即使對兩幅影像進行了色調調整，但兩幅影像接縫處的色調也不可能完全一致，為此還需對影像的重疊區進行色調的平滑以消除拼接縫。

對於已經過地理座標定位的影像，採用基於地理座標的鑲嵌方式，影像間重疊區由其座標計算而得；不包含地理編碼的影像則須採取基於像元的鑲嵌，可以通過影像間的特徵點匹配或手工指定來確定重疊區，而ENVI使用手工指定方式。 ^[3] 

遙感圖像的鑲嵌就是把工作區的許多幅遙感影像拼接成一幅全區的遙感影像，影像的鑲嵌一般可分為非控制鑲嵌和控制鑲嵌兩類。

非控制鑲嵌是用經糾正的遙感影像切去重疊部分，粘貼鑲拼，鑲嵌後的圖像稱為影像略圖或像片略圖，有人把像片索引圖也稱為一種非控制鑲嵌，即所謂非控制像片索引鑲嵌，在遙感地質調查中，較多的情況是使用像片略圖，它也可以用作構造略圖、地質略圖和實際材料圖的底圖。

這種鑲嵌方法，需先按一定的比例尺繪製出控制點網，這些控制點必須是像片上明顯的點。經野外調繪進行控制測量，或在比例尺比鑲嵌圖比例尺大的質量較好的地形圖上查取。按控制點網平面圖，求出每個像片主點的位置，並將所有的像片逐張糾正後，剪貼鑲拼，這種鑲嵌圖上排除了由於飛機飛行不穩定造成的各種誤差，稱為影像平面圖或像片平面圖。這與攝影測量的方法類似。

按控制點網平面圖(包含每張像片主點位置)進行鑲嵌，也可以用未經糾正的像片鑲嵌，稱之為半控制鑲嵌，但須注意在應用這種鑲嵌方法時，控制點網平面圖的比例尺，必須是全部像片的平均比例尺。 ^[4] 

我們知道由於地面高差產生投影差，以及飛機飛行中產生的像片傾斜和比例尺不一致等因素鑲嵌的像片略圖上影像的錯斷、重複和缺失等“鑲嵌誤差”的現象，往往是不可避免的。若以高程較低的地面為準鑲嵌時，可能使高程較高的影像缺失較多。若以高程較高的地面為準鑲嵌時，可能產生較多的影像重複，所以在像片鑲嵌的整個過程中，應儘量分散這些誤差，不要使這些誤差集中在某個局部，造成影像太大的不連續。另一方面根據具體用途，確定是寧可重複多一些，還是缺失多一些。一般用做地質構造圖的底圖時，缺失可多一些，但作實際材料圖的底圖時寧可重複多些。具體在圖像鑲嵌過程必須注意以下幾點：

1.在切割、粘貼像片之前，必須將所有像片放在裱貼底板上認真進行編排，先粗排，後精排，儘可能減少錯斷、重複和缺失等鑲嵌誤差，編排好後用針刺點，將像片初步定位。

2.切割、粘貼像片的次序應從圖幅中最重要的部分開始，切一張、貼一張，由中心向四周拼貼。

3.切割像片時，應將刀片輕輕切破像片的乳膠層，不要切透紙基，然後斜向撕開紙基，使像片保留部分的邊緣呈逐漸減薄狀態，再用砂紙將撕去了部分紙基的像片邊緣的底部磨光，即可粘貼，這樣切割的像片，可避免鑲接處翹起。 ^[4] 

進行影像鑲嵌時，首先應指定一幅參考圖像，作為鑲嵌過程中對比度匹配以及鑲嵌後輸出圖像的地理投影、像元大小、數據類型的基準；在重複區域，各圖像之間應有較高的配準精度；儘管其影像像元大小可以不一樣，但應包含與參考圖像同樣的波段數。

用於鑲嵌的遙感影像可能來自不同的傳感器，具有不同的獲取時間。它們之間存在較大的幾何變形差異和顏色差異，因此全色遙感影像鑲嵌的關鍵如下：

(1)在幾何上將多幅不同的影像連接在一起。因為在不同時間用相同的傳感器以及在不同時間用不同的傳感器獲得的影像，其幾何變形是不同的。解決幾何連接的實質就是幾何糾正，將所有參加鑲嵌的影像糾正到統一的座標系中，去掉重疊部分後將多幅影像拼接起來形成一幅更大幅面的影像。

(2)保證拼接後的影像反差一致，色調相近，沒有明顯的接縫。這一問題需要通過影像勻光的方法解決。 ^[2] 

多波段遙感影像的鑲嵌和全色影像鑲嵌的原理是一致的。相對於全色影像，多波段影像具有多個波段，對於鑲嵌過程有更為嚴格的要求。比如有的多波段假彩色合成影像，各波段之問有時會出現配準不好、像元錯位，在使用時需對各波段進行微量平移，消除因波段之間的錯位而產生的合成影像模糊現象。遙感影像鑲嵌效果直接取決於原始影像精度，各類遙感影像都存在幾何糾正的問題，必要的時候需要對待鑲嵌的原始影像的各個波段間分別配準，以提高鑲嵌影像的質量。

多波段影像的鑲嵌中，接縫的消除更為複雜。如果原始影像本身還存在各部分色彩不一致，還需要先對原始影像進行色彩平衡，消除原始影像內色調不均勻。對於影像色調平衡問題，有基於小波變換的拼接線消除算法和直方圖匹配等。基於小波變換的算法效果較好，但是在實際應用中該算法過於複雜，處理時間較長。一般的遙感影像處理軟件中採用直方圖匹配加接縫羽化的處理方法。 ^[2]