实验三 几何校正与正射校正.doc

实验三 几何校正与正射校正实验三 几何校正与正射校正一、实验目的与要求1 掌握ENVI提供的两种几何校正方法：图像-图像配准、图像-地图配准2 掌握ENVI环境下利用有理多项式系数模型进行正射校正的方法。二、实验材料与数据（一）几何校正文件描述 bldr_sp.img (.hdr) Boulder 具有地理坐标的SPOT 图像bldr_tm.img (.hdr) Boulder 不具有地理坐标的TM 图像bldr_tm.pts 用于TM-SPOT 图像-图像校正的地面控制点bldrtm_m.pts 用于TM图像 图像-地图校正的地面控制点bldr_rd.dlg Boulder 道路数字线划图（DLG） 生成的文件bldr_tm1.wrp (.hdr) 图像-图像结果图像：RST 和最邻近点法 bldr_tm2.wrp (.hdr) 图像-图像结果图像：RST 和双线性内插法bldr_tm3.wrp (.hdr) 图像-图像结果图像：RST 和三次卷积法bldr_tm4.wrp (.hdr) 图像-图像结果图像：1次多项式和三次卷积法bldr_tm5.wrp (.hdr) 图像-图像结果图像：Delaunay三角网和三次卷积法bldrtm_m.img (.hdr) 图像-地图结果图像：RST和三次卷积法bldrtmsp.img (.hdr) Boulder地区 TM/SPOT HSV变换融合图像，空间分辨率为10m（二）正射校正文件描述conus_usgs.dem USGS DEM po_101515_metadata.txt IKONOS 图像元数据po_101515_pan_0000000_rpc.txt 包含有理多项式参数的文本文件 po_101515_pan_0000000.tfw 包含地理参照信息的TIFF world 文件po_101515_pan_0000000.tif (.hdr) TIFF格式的IKONOS图像文件 三、实验方法与步骤（一）几何校正查看参考图像信息1 打开和显示参考图像l 从ENVI主菜单栏选择File Open Image File。l 选择文件bldr_sp.img，单击Open，出现Available Bands List。l 从Available Bands List中，选择Georeferenced SPOT，单击Load Band。2 在ENVI头文件中查看地图信息l 从Available Bands List中，右键点击Map Info图标，选择Edit Map Information，出现Edit Map Information对话框，该对话框列出了图像的基本地图信息。l 点击切换按钮可以改变图像的投影（Change Project）或进行度分秒表示方式的切换。l 点击按钮，然后点击DDEG或DMS进行度分秒表示方式的切换。l 单击Cancel，退出Edit Map Information对话框。3 显示光标位置和像素值l 从ENVI主菜单或图像窗口主菜单选择Window Cursor Location/Value，出现cursor location and value对话框。在图像窗口中双击也可以打开该对话框。l 在图像窗口、滚动窗口或放大窗口中移动鼠标，在cursor location and value对话框中观察其中的数值随鼠标移动而产生的变化。l 不要关闭图像，继续下面的操作。图像到图像的配准1 打开TM图像l 从ENVI主菜单栏中选择File Open Image File。l 选择文件bldr_tm.img，单击Open，出现Available Bands List，TM图像自动以RGB合成图像显示。2 显示光标位置和价值l 在图像窗口中双击以显示cursor location and value对话框。l 在图像窗口、滚动窗口或放大窗口中移动鼠标，在cursor location and value对话框中观察其中的数值随鼠标移动而产生的变化。比较当鼠标位于SPOT窗口和TM窗口时，该对话框中数值的异同。3 启动图像配准和导入地面控制点l 从ENVI主菜单栏，选择Map Registration Select GCPs: Image to Image，出现Image to Image Registration对话框。l 在Base Image栏，选择Display 1（SPOT图像），在Warp Image栏，选择Display2（TM图像）。l 单击OK，弹出Ground Control Points Selection对话框。l 将鼠标分别放在两幅图像的同名点上来增加单个地面控制点。在Base X中输入753，Y中输入826，每输入一个值按一下回车键。在Warp X中输入331，Y中输入433。l 检查两个缩放窗口的位置，如果需要可以在适当的位置单击左键更改控制点的位置。l 在Ground Control Points Selection对话框中，单击Add Point增加新的控制点，单击Show List可以查看GCP列表。控制点达到4个时开始报告RMS Error。l 从Ground Control Points Selection对话框菜单栏，选择Options Clear All Points可以清除所有地面控制点。l 从Ground Control Points Selection对话框菜单栏，选择File Restore GCPs from ASCII，可以从文本文件中获取GCP。l 选择文件bldr_tm.pts，单击Open，以前保存的GCP参数被加载到对话框。l 在显示SPOT图像的窗口将鼠标移动到一个新的位置，点击Predict按钮将显示TM图像窗口中的鼠标移动到一个与SPOT图像向匹配的位置。4 控制点操作Image to Image GCP List对话框给出了对GCP的一些基本操作。5 校正图像可以只校正目前显示的波段，也可以校正包括多个波段的图像文件。本实验是校正显示的波段。l 从Ground Control Points Selection对话框菜单栏，选择Options Warp Displayed Band，弹出Registration Parameters对话框。l 在Method下拉菜单中，选择RST。l 在Resampling下拉菜单中，选择Nearest Neighbor。l 在Enter Output Filename栏输入bldr_tm1.wrp，单击OK进行校正，校正结束后，校正后的图像自动出现在Available Bands List中。l 从Ground Control Points Selection对话框菜单栏，选择Options Warp Displayed Band，弹出Registration Parameters对话框。l 在Method下拉菜单中，选择RST。l 在Resampling下拉菜单中，选择Bilinear。l 在Enter Output Filename栏输入bldr_tm2.wrp，单击OK进行校正，校正结束后，校正后的图像自动出现在Available Bands List中。l 重复上述步骤：在Method下拉菜单中，选择RST，在Resampling下拉菜单中，选择Cubic Convolution，在Enter Output Filename栏输入bldr_tm3.wrp。l 在Method下拉菜单中，选择Polynomial，在Resampling下拉菜单中，选择Cubic Convolution，在Enter Output Filename栏输入bldr_tm4.wrp。l 在Method下拉菜单中，选择Triangulation，在Resampling下拉菜单中，选择Cubic Convolution，在Enter Output Filename栏输入bldr_tm5.wrp。6 比较校正结果l 在Available Bands List中，选择bldr_tm.img，在菜单栏中选择FileClose，在随后出现的警告对话框中选择Yes，关闭所选择的图像。l 在Available Bands List中，选择bldr_tm1.wrp文件，单击Display 下拉式按钮，选择New Display，单击Load Band。l 在图像窗口右击，选择Link Displays，弹出Link Displays对话框。l 点击OK，链接显示SPOT图像和配准后的TM图像。l 在TM图像窗口点击左键观察SPOT和TM图像的动态连接。l 加载bldr_tm2.wrp和bldr_tm3.wrp到新的图像窗口，使用图像连接和动态覆盖比较三种不同采样方法（最邻近点法、双线性内插法和三次卷积法）得到的校正图像。l 关闭bldr_tm1.wrp和bldr_tm2.wrp。l 加载bldr_tm4.wrp和bldr_tm5.wrp到新的图像窗口，使用图像链接和动态覆盖与bldr_tm3.wrp进行比较。这是三种不同校正方法（RST、多项式法和Delaunay三角网法）得到的校正图像。图像-地图配准图像-地图配准里与图像-图像配准相同的步骤不再叙述。参考地图是经过地理配准后的SPOT图像和数字线划图（DLG），待配准的是TM图像。1 打开和显示SPOT图像文件l 从ENVI主菜单栏选择File Open Image File。l 选择文件bldr_sp.img，单击Open，出现Available Bands List。l 选择bldr_sp.img下的Georeferenced SPOT，单击Load Band。 已经地理配准的SPOT图像显示在图像窗口。2 打开和显示TM图像文件l 从ENVI主菜单栏选择File Open Image File。l 选择文件bldr_tm.img，然后单击Open，TM RGB合成图像自动加载到新的图像窗口。3 选择图像-地图配准、导入控制点l 从ENVI主菜单栏选择Map Registration Select GCPs: Image to Map，弹出Image to Map Registration对话框。l 从Display 1下拉菜单中，选择Display 2，将TM图像（Display 2）校正到与SPOT图像相同的地理空间。l 选择UTM投影，13带，X/Y Pixel Size栏中输入10.0。SPOT图像的空间分辨率为10 m。l 单击OK，弹出Ground Control Points Selection 对话框。l 从Ground Control Points Selection 对话框菜单栏中选择File RestoreGCPs from ASCII。l 选择文件bldrtm_m.pts，单击Open，以前保存的地面控制点导入到对话框。l 在Ground Control Points Selection 对话框中，单击Show List，弹出Image to Map GCP List 对话框，检查坐标系统、实际和预测图像坐标、RMS误差。4 使用矢量图（DLG）增加控制点l 从ENVI主菜单栏选择File Open Vector File。l 从Files of type 下拉菜单中，选择USGS DLG。l 选择文件bldr_rd.dlg，单击Open，弹出Import Vector Files Parameters 对话框。l 在Import Vector Files Parameters 对话框中，单击Memory 按钮，单击OK读取DLG数据。l 选择文件ROADS AND TRAILS: BOULDER, CO，单击Load Selected。l 选择Display 1，单击OK，弹出Vector Parameters: Cursor Query 对话框。l 返回Load Vector 对话框（从Available Vectors List 对话框中，选择文件ROADS AND TRAILS: BOULDER, CO，单击Load Selected）。l 选择New Vector Window，单击OK，加载的矢量文件显示在一个新的矢量窗口。l 在矢量窗口单击并拖动鼠标激活十字丝光标，光标所在位置的地图坐标信息显示在矢量窗口的底部。l 从TM图像显示窗口菜单栏，选择ToolsPixel Locator。l 在Sample栏输入402，在Line栏输入418，点击Apply，将鼠标移到道路交叉口。l 在矢量窗口中将光标移动到道路交叉口（477593.74，4433240.0）或 (40d 3m 3s N，-105d 15m 45s W) ，单击左键并拖动鼠标，当十字丝光标外的圆圈完全盖住该道路交叉口时松开鼠标，在矢量窗口右击，选择Export Map Location，将改点的坐标加到Ground Control Points Selection对话框。l 在Ground Control Points Selection对话框中，单击Add Point，添加map-coordinate/image像素对，并观察RMS误差的变化。5 校正：RST和三次卷积法l 从Ground Control Points Selection对话框菜单栏，选择OptionsWarp File，弹出Input Warp Image 对话框。l 选择文件bldr_tm.img，单击OK，选中TM图像的6个波段，弹出Registration Parameters 对话框。l 在Method下拉菜单中，选择RST。l 在Resampling下拉菜单中，选择Cubic Convolution。l 在Background栏输入255。l 在Enter Output Filename栏输入bldrtm_m.img，单击OK进行校正，校正结束后，校正后的图像自动出现在Available Bands List中。6 显示和评价结果l 从ENVI主菜单栏选择File Open Image File。l 选择文件bldr_sp.img，单击Open，出现Available Bands List。l 在Available Bands List中，选择文件Georeferenced SPOT，单击Display 下拉式按钮，选择New Display。l 单击Load Band将加载SPOT图像加载到一个新的图像窗口。l 比较图像的几何特征和大小。l 从Ground Control Points Selection 对话框菜单栏中选择FileClose关闭该对话框，此时可以选择是否保存地面控制点。（二）正射校正有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficients) 与正射校正 正射校正主要用来消除由于地形、摄影几何和传感器导致的几何畸变，正射校正后的图像具有精确的空间位置，全幅图像具有统一的比例尺，可以象地形图一样进行测量和定位，从而成为GIS重要的数据源。ENVI的正射校正模块主要用于对推帚式扫描成像传感器获得的图像（目前主要是ASTER、IKONOS, OrbView-3, QuickBird, SPOT和 CARTOSAT-1等）运用RPC模型进行校正。这些传感器获取的数据里包含有一个从星历表产生的辅助RPC文件，ENVI就是利用这个文件来进行正射校正的。一个RPC文件一般包括下列内容：l 图像数据l RPC模型（SPOT图像也可以没有）l 高程信息l 平均海平面和大地水准面的偏移l 如果原始图像缺少精确的地理位置信息，则必须计算粗略的地表位置信息为RPC变换提供位置基准。图像数据必须与RPC数据连接在一起，有理多项式利用这些RPC参数将地面坐标系统转换成传感器坐标系统。对IKONOS图像进行正射校正1 读取和显示ER Mapper图像l 从ENVI主菜单选择File Open Image File，弹出file selection对话框。l 选择文件po_101515_pan_0000000.tif，点击Open。l 在Available Bands List里选择Gray Scale按钮，选择Band 1，点击Load Band。尽管图像具有地图信息，但是图像有比较明显的位置误差，正射校正还是必要的。l 输入DEM数据不是必须的，但DEM数据可以提高正射校正的精度。从ENVI主菜单选择File Open External File Digital Elevation USGS DEM。l 选择conus_usgs.dem，点击Open，弹出USGS DEM Input Parameters对话框。l 键入ortho_dem.dat作为输出文件名，点击OK。l 在Available Bands List里点击Display #1，选择New Display。l 在Available Bands List里选择DEM Image，点击Load Band。该区域的海拔高度在水平面与245m之间，显著的高差会在IKONOS图像上产生明显的几何误差。DEM和IKONOS图像的地图投影和像素大小都不相同，但不必进行投影转换和重采样，ENVI的正射投影模块会自动计算它们之间的差异。2 进行正射校正l 从ENVI主菜单选择Map Orthorectification IKONOS Orthorectify IKONOS，弹出file selection 对话框。l 选择po_101515_pan_0000000.tif，点击OK。弹出Orthorectification Parameters对话框。l 选择