歷史地形圖的糾正與拼接方法的研究

薄正權

(長春市測繪院，吉林 長春 130021)

1 前言

為保護歷史地形圖資料，實現歷史資料電子化存檔，需要把紙質歷史地形圖通過掃描、糾正、拼接，完成歷史資料保護與存檔。MicroStation 95是Bentley公司專業設計軟件，具有強大的功能，支持許多工作空間環境，ImageAnalyst影像分析環境就是其中的一個，在這個環境下能支持多種影像格式，并實現影像的有限元糾正。

2 糾正工藝流程

2.1 數據準備

首先對紙質1∶2 000地形圖進行掃描，生成jpg格式的電子數據。

然后在MicroStation 95的1∶2 000環境下生成對應圖幅的dgn格式圖廓文件，圖廓的格網點作為后面糾正的已知點，是理論值沒有誤差。

在MicroStation 95的ImageAnalyst環境下打開要糾正圖幅所對應的圖廓文件，選取圖廓，把白色圖廓變成自己喜歡的色彩后進行糾正。

2.2 糾正方法的確定

在ImageAnalyst環境下打開待糾正影像文件。

在文件菜單下選擇打開命令，出現圖1所示對話框，選取Interactive方法進行放置，點擊ok，然后在圖廓的周圍適當位置拉框即可。已糾正完的影像要打開，需要在Place Method下拉菜單下選取file matrix方法進行放置。

在Geometry菜單下有可供選擇的糾正命令Image to map、Image to image。由于待糾正的影像是柵格數據，已知點的圖廓是矢量，故選取Image to map命令進行糾正，如圖2所示。

圖1 打開影像文件

圖2 糾正命令選擇

2.3 捕捉方式

設定捕捉方式為交叉點捕捉，注意捕捉是左右鍵同時按下，見圖3(snap)。

圖3 捕捉方式選擇

2.4 開始糾正

影像到地圖的糾正(Image to map)

圖4 影像到地圖的糾正

圖5 Affine界面

選擇model下拉菜單下的affine方法，出現圖5(Affine)4個窗口，view3、view2是矢量圖全圖和精細窗口，view4、view1是柵格圖的全圖和精細窗口。以矢量圖廓格網交點為已知點，在柵格圖上找到對應的點位。具體操作如下:在view3 approximate control窗口上左鍵單擊，在view2 refined control窗口上左右鍵同時分別在相交的兩條格網線上按下，最后單擊左鍵確定;在view4 approximate input單擊，在view1 refined input上左鍵單擊確定。一個同名點在矢量圖和柵格圖上的位置就確定了。其余點同理。放完3個點后，第4個點在矢量圖上放完，柵格圖上會自動定位，你認為位置正確只需單擊左鍵確定即可，如果位置需要調整，要單擊右鍵取消默認點位，在正確的位置左鍵單擊完成該點放置。

加完點后點擊圖4上Files按鈕保存糾正坐標文件，切換Model到Finite Elem，點擊ok開始有限元糾正，接受糾正完的影像，查看是否符合要求。最后另存糾正完的影像為tif格式。

3 影像裁切與拼接

可以在ImageAnalyst影像分析環境，用extract命令直接進行裁切。

也可以在ENVI下進行影像裁切，需要生成每幅圖的裁切范圍線，在ArcGIS下生成面文件。由索引圖的面文件導出單個面文件即可。在ENVI下轉換成evf格式，在vector菜單下單擊open vector file子菜單。選取已有的shp文件，在basic tools菜單下點擊resize data(spatial/spectral)子菜單，選取已糾正完的tif影像。

選取對應的evf文件，點擊image按鈕查看裁切范圍是否正確，最后點擊ok出現輸出文件對話框，設定裁切文件名稱即可。此外還要導出為GeoTiff格式。

在Adobe Photoshop下打開 GeoTiff，調整圖像大小。重定分辨率為254 dpi，保持像素不變，然后不約束比例，分別調整圖像的高度為40 cm，寬度為50 cm相應的像素變為4 000和5 000，這一過程是用Photoshop批處理完成的。替換所對應的坐標文件tfw。

圖6 影像裁切的設置

最后用MrSID Geospatial Encoder 1.4進行壓縮生成所要的sid格式成果進行存檔，由于圖幅數目較少235幅且經過了分辨率的降低，每幅圖的數據量為20 MB，所以選擇壓縮倍數為10倍，壓縮完的數據量為260 MB。

4 遇到的問題與解決方案

4.1 不同圖幅坐標文件中像素大小不一致

裁切完的影像導出為GeoTiff格式影像時，坐標文件中像素的大小會有一個微小的差異。這是由于裁切影像時，只有落在裁切范圍線內部的像素才會導出或落在裁切線上及內部像素一起導出，這就造成不同幅圖在橫向縱向像素數目上存在一個微小的差異。

解決方案:

由于我們掃描的分辨率是400 dpi，每幅圖在圖廓線內部橫向縱向不能被整數個像素所覆蓋。但我們發現裁切完的影像保持分辨率不變的情況下，由于圖幅像素數目微小差異所造成誤差對標準圖幅的影響在0.03mm左右，可以忽略不計。但由它所導致坐標文件中像素大小存在的微小差異對拼接卻產生影響。不能直接拼接，需要所有圖幅坐標文件中的像素大小保持一致。如果人為強制讓坐標文件中像素大小一致，就會導致每幅圖在拼接時都發生一個系統變形。

為解決這個問題，我們把裁切完的影像用Adobe Photoshop進行處理，對分辨率進行改變，通過試驗，如果進行分辨率上升的處理，會使每幅圖的數據量都增加，但圖像質量卻沒有提高;所以我們選擇進行分辨率下降的處理，這樣會使每幅圖的數據量都減少，相應的圖像質量也有一定的損失，通過對比發現對成果沒有顯著影響。我們在Adobe Photoshop下保持每幅圖橫向縱向像素數目不變的情況下，調整分辨率為254 dpi，然后在不約束比例情況下，把高度寬度強制設定為40 cm和50 cm。這樣像素數目也就相應的變為4 000和5 000了。這樣每個像素所代表的實地距離就為0.2 m了，各幅圖在橫向縱向像素數目就一樣了，像素大小乘以像素數目就與圖幅所代表的實地距離一致了，每幅圖內圖廓線以內在橫向縱向就會被固定數目像素完整覆蓋。

4.2 不同圖幅坐標文件中的圖幅左上角坐標與理論值存在微小差異

解決方案:

不同幅圖在橫向縱向像素數目上存在一個微小的差異，是造成坐標文件中圖幅左上角坐標值與理論值存在差異的原因。方法同4.1所述，但坐標文件就是圖幅左上角的理論值了。

5 結語

通過生產實踐，用有限元方法進行影像糾正，糾正后的影像與原圖符合較好，ImageAnalyst環境支持多種影像數據格式，為影像糾正又提供了一種新思路與方法。

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