图像镶嵌技术是近年来发展迅速的图像处理技术。在遥感图像中，为了取得大领域的高空图像，通常需要将多幅遥感图像拼为一幅图像^[1]。图像镶嵌^[2]是将多个统一坐标系下具有重叠区域的不同的图像文件进行拼接，生成一幅包含全部区域的图像。高质量的遥感镶嵌图像应具备信息丰富、色调和谐和镶嵌的几何精度高3个基本条件^[3]。色调和谐对一幅高质量的遥感影像至关重要，目前国内外对色彩一致性处理^[4]的研究主要可以分为单幅影像匀光处理和影像间的色调匹配两个方面的内容。单幅影像的色彩一致性处理即单幅影像匀光处理，主要解决单幅航空影像。张友水等^[5]采用线性回归方法研究了两景专题制图仪(thematic mapper，TM)的影像之间的相对辐射校正方法，并在土地利用覆被的分类和变化检测中进行了应用。潘俊等^[6]针对航空影像色彩一致性处理问题，采用迭代加权多元变化检测的方法在重叠区域选取像素样本，将影像间的映射关系用线性模型描述出来。Landsat获取的卫星影像分辨率都不高，如果以某一景影像作为基准，以后的影像跟它匹配，存在大区域影像镶嵌的影像拼接问题，对此邓非等^[7]提出了一种鲁棒的基于多镜头全景相机的柱面全景影像拼接方法；袁修孝等^[8]提出了一种基于图匹配的倾斜航摄影像匹配构想。

本文选择新疆地区作为研究区，用中等分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS)大区域图像对Landsat影像进行色彩一致性处理，提出新疆影像镶嵌的处理流程，制作成新疆影像地图。

遥感数字制图^[9]是指使用计算机系统对遥感图像值变动处理的制图措施和进程。遥感数字制图包括遥感图像输入、数据预处理、图像识别分类、几何投影变换、影像图形输出等步骤。遥感图像数字镶嵌处理流程如图 1所示。

图 1(Fig.1)

图 1 遥感图像数字镶嵌处理流程示意图 Fig.1 Image Mosaic Process Diagram in Remote Sensing

1) 数据的收集与分析。数据从网址http://glovis.usgs.gov/下载，尽量选用没有云遮盖、同时相和色彩一致的影像。

2) 波段的选择与叠加。波段组合的选择是决定图像信息量和可解译程度的重要环节。本文影像波段有20组合成方案选择。必须从这众多的组合方案中选出最佳组合，以求合成后的彩色图像含有遥感解译所需要的丰富信息。本文为了满足需求选用了TM4、TM3、TM2和TM7、TM4、TM2这两种波段组合做新疆影像镶嵌。

3) 采样间隔的确定。镶嵌成图的比例尺决定了遥感图像的采样间隔。

4) 图像的预处理。由于研究区域的大气影响较小，获取的数据已经进行过几何纠正，所以本文主要分析遥感数据获取过程中产生的辐射畸变的原因和校正的方法及投影转换。

5) 确定重叠区。影像配准获取在同一坐标空间内的堆叠度。通过获取同名像点，计算相对配准系数，根据配准后的空间位置关系进行镶嵌处理。

6) 色调调整。因为Landsat获取的卫星影像分辨率都不高，如果以新疆某一景影像作为基准以后的影像跟它匹配，这样影像的色彩和亮度都不能达到要求，分辨率也不高。所以本文采用MODIS大区域图像作为基准，其他影像分别与之直方图匹配，这样出来的图像亮度分布会更接近，分辨率也会提高。

7) 影像拼接。由于仅凭一幅影像无法完全覆盖整个地区，通过ENVI软件中自带的交互式拼接功能进行影像拼接，生成一幅合成影像。

8) 镶嵌。由于影像数据量大，超出了系统的存储空间，所以本文利用了何强等研究的单元镶嵌法^[10]来解决该问题。软件ERDAS可以做大范围的影像镶嵌，该软件提供了如直方图匹配、色调均衡、羽化和拼接线等镶嵌功能。其中在色调调整中，其他影像分别与MODIS影像匹配进行色调均衡。

新疆位于亚欧大陆中部, 地处中国西北边陲, 总面积166.49×10⁴ km²。天山把新疆分为南北两半，由于远离海洋，周围又有高大山脉环抱，来自海洋的气流不易到达，所以降水稀少，气候干旱，为温带大陆性气候。这里有中国最大的盆地塔里木盆地，最大的内流河塔里木河，最大的沙漠塔克拉玛干大沙漠，因此这个地方地广人稀，云量较少，比较适合进行短时段、大区域的影像数据获取，影像的图像质量高、现势性好。

本文实验数据覆盖整个新疆维吾尔自治区，在LAADS Web网站上下载一幅MODIS影像数据用于色调均衡处理。

按照图 1中的遥感图像数字镶嵌的处理流程，对103景TM图像进行镶嵌：选择TM4、TM3、TM2波段组合和选择TM7(红)、TM4(绿)、TM2(蓝)波段组合，这两种组合应用范围广。通过选取好的波段组合进行波段叠加；根据镶嵌成图的比例尺决定选用3像素×3像素采样间隔；对遥感影像数据进行预处理，主要进行几何校正、辐射校正和投影转换处理；用MODIS大区域图像对Landsat影像色彩一致性处理，利用MODIS大区域图像作为基准其他影像分别与之采用直方图匹配进行色调均衡；选取最佳拼接点，并进行单元镶嵌；采用ERDAS软件对大区域影像进行影像镶嵌成为全景图像。

图 2是没做过任何处理Landsat TM影像，用目视解译的方法可以直观地看出相邻影像之间有明显的颜色差异，色调也不一样。最终的影像镶嵌如图 3所示，图 3是经过辐射校正、投影转换和直方图匹配等一系列的图像预处理后，在ERDAS软件中做出的新疆镶嵌成果图。镶嵌后的图像色彩基本一致，没有明显的接缝，说明本实验是成功的。

图 2(Fig.2)

图 2 镶嵌前的新疆影像图 Fig.2 Images of Xinjiang Before the Mosaic

图 3(Fig.3)

图 3 镶嵌后的新疆影像图 Fig.3 Images of Xinjiang After Mosaic

图 4是Landsat影像选用TM4、TM3、TM2为组合波段，在Albers统一坐标系中没经过任何处理的图像。图 5是标准假彩色组成的镶嵌后的新疆影像图。图 6是以图 5为基础，选用TM4、TM3、TM2为组合波段，经镶嵌增强后的新疆影像图。其具体步骤如下。

图 4(Fig.4)

图 4 标准假彩色组成的镶嵌前的新疆影像图 Fig.4 Images of Xinjiang on the Standard False Color Before Mosaic

图 5(Fig.5)

图 5 标准假彩色组成的镶嵌后的新疆影像图 Fig.5 Images of Xinjiang on the Standard False Color After Mosaic

图 6(Fig.6)

图 6 标准假彩色组成的镶嵌增强后的新疆影像图 Fig.6 Images of Xinjiang on the Standard False Color Mosaic of the Enhanced

1) 经过辐射校正、投影转换和直方图匹配等预处理，在ERDAS中进行镶嵌，镶嵌后导入ArcGIS中做图像处理，其处理过程与图 3一样，只是改变了波段组合。

2) 在ArcGIS中根据新疆边界裁剪。

3) 经图像处理组合成新疆影像镶嵌图。

选择几何畸变小、图像质量高、获取时间相同的理想图像进行镶嵌是制作信息丰富、色调和谐、镶嵌几何精度高的遥感镶嵌图像的理想化前提。在不具备这种理想化前提的情况下，对不同时相遥感图像的镶嵌始终是不容回避的技术难题。因此本文根据新疆地区特殊情况提出了镶嵌处理流程解决该问题，在保持信息、消除接缝和提高镶嵌的几何精度等方面都取得了较好效果，显示出其技术可行性和方法有效性。试验结果以目视观察进行测评，镶嵌结果色彩均匀，无明显拼接缝，整体较完美。

笔者提出了大区域Landsat影像镶嵌一体化的处理方法。

1) 分析了色彩一致性处理的常用方法，根据实际情况和本文研究目的，提出了以MODIS大区域图像为基准图像采用直方图匹配对Landsat影像进行色彩一致性处理的方法。

2) 分析以往的影像地图制作过程，提出了简便、高效的遥感影像数字镶嵌流程。

3) 实验证明，可以在ERDAS里做大范围的影像镶嵌。

4) 本文研究的是大区域范围的影像镶嵌，在图像预处理的过程中，由于数据量很大，不可能对影像逐幅预处理，所以笔者利用ENVI接口在交互式数据语言环境下通过编程来实现影像批处理。

通过制作新疆影像镶嵌发现很多问题，现有方法在生成接缝线时不能有针对性地处理建筑物等明显地物，使用的像元级的方法缺少对目标区域差异的描述。基于MODIS大区域图像对色彩进行一致性处理时，虽然使亮度和色彩尽可能的一致，但还存在明显的差别。新疆区域比较特殊，笔者制作的影像镶嵌流程有一定的局限性，其他地区不一定适用该流程。新疆天气晴朗，大气对遥感影像较小，所以在本文中就没有进行大气校正，否则就必须进行大气校正。另外，一些被云覆盖的地方用该流程存在无法去云处理等问题。这些都是笔者今后研究的方向。