遙感圖像產(chǎn)品元數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件研制

羅嬌

(徐州市勘察測(cè)繪研究院，江蘇徐州 221000)

遙感圖像產(chǎn)品元數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件研制

羅嬌?

(徐州市勘察測(cè)繪研究院，江蘇徐州 221000)

遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查工作是遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程生必不可少的一步。本研究建成的遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)是對(duì)遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢測(cè)的通用平臺(tái)，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)TIF遙感圖像產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。此系統(tǒng)使用Java開發(fā)語言、Eclipse RCP框架和WebSphere MQ技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有可拓展性強(qiáng)、可復(fù)用性強(qiáng)、方便維護(hù)的特點(diǎn)。

遙感數(shù)據(jù)；圖像處理；質(zhì)量檢查系統(tǒng)

1 引 言

目前，對(duì)國(guó)內(nèi)外的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)通常分為定性和定量?jī)煞N方法。定性的檢查方法是通過移動(dòng)窗口顯示目視檢查，定量的方法是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流中錯(cuò)碼的情況進(jìn)行定量分析。在這兩種檢測(cè)方法中，定性的檢測(cè)方法應(yīng)用較多[1]。由于我國(guó)的遙感衛(wèi)星技術(shù)與國(guó)際發(fā)展前沿相比，還存在著一定的差距。所以對(duì)于一些遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品，是從國(guó)外引進(jìn)整套的產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)，遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)集成在整套系統(tǒng)中。在生產(chǎn)流程下，對(duì)遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)主要是操作人員進(jìn)行人工比對(duì)，人為因素造成錯(cuò)誤的比例大，自動(dòng)化程度低，影響了生產(chǎn)效率，同時(shí)也限制了系統(tǒng)的能力。除了在引進(jìn)的整套產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)外，也有公司開發(fā)了獨(dú)立的質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。但由于各種遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的格式復(fù)雜多樣，又面臨著一些對(duì)遙感衛(wèi)星技術(shù)封鎖的制約，這些系統(tǒng)普遍存在著支持的數(shù)據(jù)格式太少、檢測(cè)過程中人工干預(yù)較多、可拓展性差的缺點(diǎn)，這使得進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)存在應(yīng)用范圍窄、檢測(cè)錯(cuò)誤率高、檢測(cè)效率低等問題。本系統(tǒng)建立對(duì)遙感圖像產(chǎn)品進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢查的通用平臺(tái)，能對(duì)Landsat5—GEOTIFF格式的遙感圖像產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢查。Eclipse RCP框架、模塊化設(shè)計(jì)、MebSphere MQ技術(shù)等三項(xiàng)技術(shù)的使用，使此系統(tǒng)具有跨平臺(tái)、可操作性強(qiáng)、可復(fù)用性強(qiáng)、方便維護(hù)的特點(diǎn)[2]。同時(shí)，此系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、人工干預(yù)多、效率低的問題。操作員使用此系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢查的過程中，基本所有的工作都是系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行的，包括元數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取、數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)查詢、信息自動(dòng)反饋、標(biāo)簽自動(dòng)生成等自動(dòng)化操作，在此過程中，人工干預(yù)極少，系統(tǒng)運(yùn)作效率高。

2 遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)是對(duì)遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)化質(zhì)量檢測(cè)的通用平臺(tái)，它能對(duì)不同數(shù)據(jù)格式的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品(磁盤、光盤和FTP產(chǎn)品)進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢驗(yàn)[3]。遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)檢驗(yàn)的工作分為來自MQ隊(duì)列的自動(dòng)任務(wù)以及由操作人員手動(dòng)發(fā)起的檢驗(yàn)任務(wù)兩種。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行后，由操作員手動(dòng)發(fā)起檢驗(yàn)任務(wù)或建立MQ消息隊(duì)列并檢查隊(duì)列中的待檢驗(yàn)任務(wù)。確定系統(tǒng)檢驗(yàn)任務(wù)后，讀取遙感產(chǎn)品元數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品格式解析元數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)提取相應(yīng)任務(wù)單的數(shù)據(jù)信息，對(duì)產(chǎn)品元數(shù)據(jù)信息與任務(wù)單元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)輸出產(chǎn)品元數(shù)據(jù)信息的正確性。若檢測(cè)的元數(shù)據(jù)信息不正確則將產(chǎn)品檢驗(yàn)狀態(tài)信息發(fā)送給控制中心；若檢驗(yàn)正確則進(jìn)行分波段或波段組合圖像目視檢查，圖像信息檢驗(yàn)正確后打印產(chǎn)品標(biāo)簽，圖像信息檢驗(yàn)錯(cuò)誤則把檢驗(yàn)狀態(tài)發(fā)送給控制中心。最后，系統(tǒng)返回遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品檢驗(yàn)完成狀態(tài)信息到遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品輸出分系統(tǒng)和生產(chǎn)控制分系統(tǒng)，準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)產(chǎn)品提交給用戶。

圖1 質(zhì)量檢查系統(tǒng)流程

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊具有良好的封裝特性，通過人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)接口，模塊與模塊之間保持良好的通信。模塊化設(shè)計(jì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、功能明確、運(yùn)用靈活，且提高了軟件的可拓展性、可復(fù)用性和可維護(hù)性。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，此系統(tǒng)分為四大模塊:人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、MQ通訊模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊。其中，數(shù)據(jù)解析模塊為此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的主要模塊，依據(jù)數(shù)據(jù)解析的內(nèi)容，此模塊劃分為元數(shù)據(jù)提取模塊、圖像處理模塊和標(biāo)簽生成模塊。遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3 遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解析模塊采用基類、擴(kuò)展類的結(jié)構(gòu)開發(fā)，當(dāng)向遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)中添加新的數(shù)據(jù)格式時(shí)，此數(shù)據(jù)格式產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)需要添加其特定的拓展類。拓展類是對(duì)各模塊中基類的拓展，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在不改變?cè)绦虻臈l件下方便添加新格式功能實(shí)現(xiàn)的特性。以Landsat5-GEOTIFF(即Landsat5遙感衛(wèi)星的GEOTIFF格式，以下簡(jiǎn)稱L5-GEOTIFF)格式的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品為例通過拓展類設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量檢測(cè)功能[4，5]。

3.1 L5-GEOTIFF元數(shù)據(jù)解析拓展類方案設(shè)計(jì)

根據(jù)L5-GEOTIFF數(shù)據(jù)格式的特點(diǎn)，其元數(shù)據(jù)解析拓展類中定義了解析L5-GEOTIFF元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型與方法。通過對(duì)元數(shù)據(jù)解析基類的繼承和對(duì)拓展類中定義的方法的實(shí)現(xiàn)，可完成L5-GEOTIFF格式數(shù)據(jù)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)解析工作。首先要判斷此產(chǎn)品格式是否為L(zhǎng)5-GEOTIFF格式，通過判斷打開的文件夾中是否包含7個(gè)后綴為TIF的圖像數(shù)據(jù)文件及是否同時(shí)包含后綴為txt或self的元數(shù)據(jù)文件來完成；若產(chǎn)品格式正確，則從元數(shù)據(jù)文件中根據(jù)元數(shù)據(jù)提取基類模板中定義的元數(shù)據(jù)項(xiàng)逐條提取元數(shù)據(jù)信息，若判斷格式錯(cuò)誤，則彈出錯(cuò)誤對(duì)話框，提示操作員重新添加產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件，完成元數(shù)據(jù)解析工作。在系統(tǒng)根據(jù)流程完成元數(shù)據(jù)解析工作后，提取的元數(shù)據(jù)將顯示在主界面的遙感衛(wèi)星元數(shù)據(jù)表格視圖中。此時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)獲取的產(chǎn)品任務(wù)單號(hào)通過MQ通訊隊(duì)列在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到相應(yīng)的任務(wù)單信息，將獲取的元數(shù)據(jù)信息與任務(wù)單中的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)，若比對(duì)結(jié)果正確則進(jìn)行下一步圖像質(zhì)量檢查工作，若比對(duì)結(jié)果不符合要求，則彈出錯(cuò)誤對(duì)話框并將錯(cuò)誤信息返回控制中心。

3.2 L5-GEOTIFF圖像解析拓展類方案設(shè)計(jì)

圖像的解析拓展類主要是實(shí)現(xiàn)圖像的讀取功能，圖像縮放、圖像線性增強(qiáng)處理、直方圖均衡化處理、波段組合等功能都在基類中定義，只要拓展類繼承基類即可實(shí)現(xiàn)這些功能。此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)圖像的放大、縮小和全景顯示功能。當(dāng)顯示頭像的真實(shí)大小時(shí)，通過拖動(dòng)滾動(dòng)條查看圖像相應(yīng)部分。當(dāng)放大圖像時(shí)，點(diǎn)擊“放大”按鈕一次，顯示圖像尺寸放大為之前的兩倍；當(dāng)縮小圖像時(shí)，點(diǎn)擊“縮小”按鈕一次，顯示圖像尺寸為縮小之前的一半；當(dāng)選擇全景顯示圖像使，圖像充滿圖像顯示視圖。此遙感圖像產(chǎn)品是多波段圖像產(chǎn)品，通過選擇紅、綠、藍(lán)通道的波段數(shù)生成不同彩色圖像。圖3為RGB通道分別為波段5、波段4、波段2合成的彩色圖像。圖4為彩色合成后的圖像經(jīng)過線性增強(qiáng)處理后的圖像。從圖像中可以看出，經(jīng)線性處理后的圖像灰度區(qū)間拉伸了，反差增大，更利于對(duì)圖像目視判讀和進(jìn)行圖像質(zhì)量檢查。圖5為經(jīng)過直方圖均衡化后的圖像。從圖中可以看出，均衡化后的圖像更加清晰，反差增大，圖像的細(xì)節(jié)更突出，圖像包含的信息量增大，利用目視判讀和進(jìn)行圖像質(zhì)量檢查。

圖3 合成色彩圖像 圖4 線性增強(qiáng)后的圖像 圖5 直方圖均衡化后的圖像

3.3 L5-GEOTIFF標(biāo)簽生成類

產(chǎn)品標(biāo)簽包含遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)單位的標(biāo)識(shí)，遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)列表以及遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品圖像的縮略圖。圖6為系統(tǒng)生成的L5-GEOTIFF衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)簽。在標(biāo)簽中，縮略圖的右邊為遙感衛(wèi)星名稱和遙感器名稱標(biāo)識(shí)，縮略圖的下方文字為遙感衛(wèi)星的WRS軌道信息(行號(hào)和列號(hào))、接收日期、任務(wù)單號(hào)等信息。

圖6 L5-GEOTIFF衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)簽

4 結(jié) 論

由于此質(zhì)量檢查系統(tǒng)具有的跨平臺(tái)特性，它可以實(shí)現(xiàn)“一次編寫，到處運(yùn)行”的目的；由于此系統(tǒng)的高拓展性和高復(fù)用性，當(dāng)向系統(tǒng)中添加新的格式的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品時(shí)，只需在繼承基類的基礎(chǔ)上編寫拓展類即可，大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本并提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率；由于此系統(tǒng)的可維護(hù)性強(qiáng)，使對(duì)軟件的維護(hù)工作簡(jiǎn)單便捷，且降低了對(duì)軟件的維護(hù)費(fèi)用。基于以上優(yōu)勢(shì)，遙感圖像質(zhì)量檢查系統(tǒng)具有良好的發(fā)展前景。在全世界遙感衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)的背景下，越來越多的遙感衛(wèi)星在軌運(yùn)行并進(jìn)行工作，所以遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的格式將不斷增加，遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量檢查系統(tǒng)需不斷擴(kuò)充其對(duì)這些格式遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的支持。

[1] 中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心，中國(guó)科學(xué)院高技術(shù)研究與發(fā)展局.遙感衛(wèi)星地面站的運(yùn)行與發(fā)展[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2010，25(3).

[2] Murthy K R S.Trends in Satellite Remote Sensing[J].GIS Asia Pacific，2007，11(1):36～37.

[3] 楊仁忠，于鋼，張寧.遙感衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法與實(shí)現(xiàn).[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010，26(4-1):207～209.

[4] 陳樂，楊小虎.MVC模式在分布式環(huán)境下的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2006，32(19):60～64.

[5] 陳俊，王文，李子揚(yáng)等.LandSat-5遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品[J].遙感信息，2007，91:85～88.

[6] 伍祥生.Java技術(shù)在圖像處理中的演變[J].中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，1999，4(10):895～899.

[7] 何艷群，戴祝英.運(yùn)用WebSphere MQ實(shí)現(xiàn)消息的安全傳輸[J].軟件導(dǎo)刊，2006，9:32～33.

[8] Weifeng，M.A，Keji，Mao.Research on java imaging technology and its programming framework[J].Advances in Wireless Networks and Information Systems，2010，72:61～68.

Software Development for Quality Verification of Remote Sensing Image Products

Luo Jiao
(Xuzhou Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Xuzhou 221000，China)

The quality verification of remote sensing image products is an essential step of the process of the sensing satellite data producing.This research is built into a common platform to routine quality test for remote sensing image products，Kinds of remote sensing image products ofmultiple formats can be realized in this system.Three techniques are used in this system，they are Java development language，Eclipse RCP structure and WebSphere MQ tool.This system has the advantages of strong expansibility，strong reusability and easymaintenance.

remote sensing data；image processing；quality verification system

1672-8262(2013)04-116-03

P237，TP75

A

2013—01—30

羅嬌(1988—)，女，助理工程師，研究方向:攝影測(cè)量與遙感及三維數(shù)字城市建設(shè)。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41171339)