浅谈样本照片数据采集和处理的技巧

浅谈样本照片数据采集和处理的技巧

丁仰龙

新疆维吾尔自治区第二测绘院 新疆 乌鲁木齐 830001

摘要：本文依据地理国情监测、三调等项目实践，详细阐释了样本照片数据采集、成果制作的技术流程、方式方法和质量控制措施，从通用、共性、易推广的角度总结提炼了实践经验和相关技巧，可为景今后类似项目提供借鉴，供同行们参考。

关键词：样本；地面照片；拍摄；质量控制

1.引言

目前，遥感影像在各行各业调查中的应用越来越广。遥感影像解译时，对地理环境的正确认知是保证解译结果正确的基本前提。但遥感影像存在同谱异物、同物异谱等现象，严重影响了作业员对遥感影像的判读和解译。在第一次全国地理国情普查及后续监测（简称“地理国情监测”）项目的遥感影像解译样本中，地面实景照片就是对照遥感影像实例并反映地物特征的印证。在第三次全国国土调查（简称“三调”）项目中，地类样本照片作为遥感影像数据源的补充，是证明图斑地类及其属性最直观的证据。类似的例子还有很多，都充分反映了样本照片对进一步理解和处理样本的重要性。

2.技术流程

首先，本文所指的样本不局限于遥感影像数据文件，也可能是一个矢量图斑，也可能是其他实体数据。样本照片数据处理流程主要包括准备阶段、确定采集样本列表、规划外业路线、外业实地拍摄、内业整理、质量检查等步骤，详见图1所示。

在项目开始前，主要从资料收集分析、设备和人员配置、拍摄设备校验、人员培训等方面做好充足准备。结合样本数量、样本分布状况、地形地貌、交通便利性和可达性等因素合理规划外业采集路线，寻找最佳的拍摄点位，经济高效地进行外业实地拍摄，采集地面照片及其属性信息。按要求整理、制作、质量检查、整改采集到的照片，必要时进行补拍。最后提交最终的照片成果及其文档资料。

图1 样本照片处理技术流程图

3.数据采集

3.1 总体原则

采集的地面照片需充分保证样本的典型性、完整性和单一性。每一类样本照片应在数量上反映出该类型的特征，在分布上贴近地物和覆盖类型分布的趋势，在时相上尽可能与遥感影像等样本的时相接近，尤其是耕地、草地类型。每一张照片都集中反映的是一种样本类型。

3.2 拍摄方法

在仪器设备的选择上，建议使用支持GNSS、方向传感器的平板、手机等移动设备配合一体化外业调绘核査软件，也可使用支持GNSS、方向传感器的数码相机配合人工或电子记录方式。若使用的相机不支持GNSS，可同时加持GPS接收装置。对于山高路陡、无路到达的区域或者拍摄点与目标样本间距较远又无法抵近拍摄时，可采用无人机搭载数码相机进行拍摄。但无论哪种方法，都必须记录相机姿态参数和成像参数信息，本文推荐使用EXIF（Exchangeable image file format，可交换图像文件格式）信息模型。

在拍摄实施前，还需对相机的GNSS、陀螺仪进行精度检测，必要时执行校正，以确保测量精度。例如参考文献中李文强就详细分析了影响照片定位精度、电子罗盘方位角精度的因素，并提出了精确检测方法以及优化措施。建议每天出测时或者为相机更换电池后都应在该相机的设置中执行一次校正。

3.3 数量要求

按照外业路线左右各2千米缓冲区或每一个调查单元范围内的变化样本抽取一定比例拍摄地面照片，其每种类型（最细一级类）至少应采集1个典型样点。对于图斑数很少且图斑总面积很小、但又具有典型性的样本类型，应至少采集1个样点。样点的分布应尽可能与图斑的分布相一致且均匀。大范围区域内同一类型样本，如大片的水稻田、较大的城市建成区和成片的裸地荒地等，应该按照合理的距离间隔采集一定数量的地面照片，使样本照片数量能够符合地表覆盖的趋势。在地物类型多样且频繁变化的区域，如各种作物分小块种植的情况，应频繁采样便于后期进行影像辨识。建议每类样本拍摄的数量要超过标准要求数量，防止照片因质量不合格被剔除而造成的补拍。

3.4 质量要求

（1）地面照片应地物清晰完整、主体明确、明暗适中。避免随意拍摄、车内拍摄、地物遮挡、拍摄时人为抖动问题和出现车辆、行人、拍摄者的手指或人影、相机拍摄时间、相机特效等干扰元素。

（2）拍摄点位置定位精度一般应控制在15米以内，不应超过20米。照片方位角的精度应在5度以内。特殊情况下，相机俯仰角或横滚角大于10°以上时，需记录其值。GNSS定位误差应调校在1″之内。

（3）应尽可能拍摄离相机200米范围以内的景物；难以到达只能通过远距离拍摄的，拍摄距离大于200米时，应现场估测拍摄距离并记录，也可以内业确定拍摄对象位置后测算其与相机位置之间的距离后再记录。

（4）对于同一景物，可以采用不同角度、焦距拍摄，以便充分反映地物特征和细节，从而提高照片的信息量。全景、局部近景、特征照片，在拍摄时需充分观察样本周边环境情况，确保拍摄的照片与目标样本的对应性。对于需要长焦远距离拍摄的景物，应在同一拍摄位置采用相同的相机姿态（包括镜头方位角、俯仰角、横滚角3个参数）分别用正常焦距、中焦和长焦拍摄3张照片，或至少用正常焦距和长焦拍摄两张照片，以利于在照片上完整反映远方地物的位置和与其他地物的布局关系。

（5）照片总像素数量应在200万以上，长宽尺寸可根据相机情况合理设置。

3.5 拍摄技巧

（1）相机设置：拍摄时间不要显示在照片上；选择精细模式；白平衡选择“自动”；采用最低感光度，如专业单反相机宜≤400，普通相机宜≤100，以减少噪点；关闭闪光灯；快门速度不低于1/160秒；色彩深度使用8位/通道。选择光圈优先拍摄模式，大场景时设定小光圈，但不得使用最小光圈，近景、独立要素时设定大光圈。

（2）保持拍摄主体构图平衡，其在照片中占1/2~2/3的面积，并尽量表现出与其他地物的空间关系。若拍摄对象有明显的朝向，则朝向空间宜略大于背向空间。

（3）环境要求：应避开雨、雪、雾、气温等不利因素。逆光拍摄时应增大曝光补偿指数；太阳光过强时应减小曝光补偿指数。当光照条件较差或选择了较慢的快门速度时，拍出的照片整体偏暗，可增加曝光补偿1-2档。

（4）拍摄时，应尽可能水平持握相机，使其保持正常姿态，而且应该等到横滚角和俯仰角的数值基本稳定后再开始拍摄。

（5）保证测量精度。拍摄全程应保持跟踪定位状态，合理控制开关；尽量保证卫星信号满格；关闭GPS自动时间，以防相机时间被更正到卫星标准时间。在触发快门后保持相机姿态不动并停留3秒以上，尤其在山区等信号较差地区时需停留更长的时间。拍摄完成后要及时检查定位点是否正确，有无明显偏移。拍摄时间不宜太长，避免罗盘惰性影响方位角的精度。

4.成果制作

正常情况下，作业人员按照相关规范要求拍摄的照片就应该是合格成果，不应进行编辑操作，尤其是不应对原始照片文件进行造成属性信息发生改变的编辑处理，如图层添加、合成、挖补等。一些软件在执行保存、压缩等操作时可能会丢失照片的EXIF信息。但在实践中，受相机等硬件限制或者无法补拍的情况下，也为数据管理的需要，作业人员可进行有限编辑操作。

（1）原始数据的导出：将照片从拍摄设备中导出，包括行动轨迹、拍摄位置点位、记录相机姿态参数和相机成像参数信息。

（2）批量修改文件名：相机会按照拍摄时间、顺序编号等规则对照片自动生成文件名，但不能保证其全局唯一。这就需要在照片整理阶段，通过编写批处理程序把文件名改用照片标识符命名，且保持文件名的后缀名不变。

（3）照片筛选、整理：在ArcGIS中展点、编辑照片文件路径的超链接或将点位制作成为KML文件在谷歌地球中打开，对照样本浏览所有照片并进行筛选。必要时，对个别照片进行裁剪或者调整亮度、对比度、饱和度等为提升画面质量的处理。当项目有总像素数控制要求时还需进行降分辨率操作。

（4）属性整理：每一张地面照片的EXIF模型都会记录拍摄时的相机姿态参数以及35mm等效焦距、拍摄时间等信息，我们还需记录拍摄距离、拍摄者、主体内容所属的样本信息类型文字说明以及影响相机姿态参数精度水平的信息。由于设备精度以及实地信号强弱等原因，个别照片的拍摄定位点与方位角发生了偏移或者人工估计的拍摄距离偏差较大，我们可以在DOM上判读拍摄点和被摄物体的坐标后再反算方位角和拍摄距离加以改正，并通过二进制文件写入等编程方式或者利用现成软件来同步修正照片的EXIF信息。

（5）与样本关联：在数据库中建立样本数据与对应照片属性、文件存放路径的关联，以反映地面照片和样本之间的对应关系，也可以基于空间位置挂接相应的业务数据、管理信息等，实现不同业务的数据共享。

（6）分类归档：按样本类型、地域分布、拍摄时间、业务种类等对照片进行分类整理，建立相应索引，并按档案管理要求进行归档。

5.质量控制

加强地面照片数据采集、处理的“事前”培训、“事中”自查、“事后”两级质检的管理，将程序自动批量质检和人机交互检查、必要时现场核实等方式方法贯彻于质量控制的全过程。具体措施包括：对与主题无关或质量欠佳的照片应及时剔除；对反映样本数量不足、分布不合理、文字描述缺失或不明确的照片需立即整改；通过设置加密的校验码，防止对原始照片及其EXIF信息进行非法编辑等。

6.小结

本文所述地面照片的拍摄要求和技巧并不局限于地理国情监测、三调等某一具体项目，而是从通用、共性、易推广的角度，详细讨论了样本照片的数据采集和处理的方式方法及技术要求，对今后类似项目有一定借鉴意义。

参考文献

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[2] 陈景平,刘满贤,申依薇. 浅析第三次土地调查总体质量控制[J]. 江西测绘, 2019(04) : 58-60.

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[4] 李文强. 数码相机GPS定位和方位角精度探讨[J]. 经纬天地, 2014(05) : 65-69.

[5] 张丽娜,周强. 遥感影像解译样本采集关键技术分析[A]. 中国测绘学会科技信息网分会.全国测绘科技信息网中南分网第二十八次学术信息交流会论文集[C]. 中国测绘学会科技信息网分会, 2014 : 3.

作者简介：丁仰龙，工程师，毕业于新疆农业大学，现就职于新疆维吾尔自治区第二测绘院，主要从事测绘工作。