摄影测量与遥感基础实习参考教材.doc

摄影测量与遥感基础实习参考教材（一）利用ASTER立体像对提取DEM影像的研究与实践1概述12ASTER主要技术参数及数据类型43ASTER影像数据预处理64DEM提取75正射影像生成126正射影像图制作177其他DEM衍生产品制作178结论与展望26参考文献271.概述1.1 研究背景和意义随着航空航天遥感技术的发展，数字正射影像（DOM）已成为我们获取基础地理信息的重要途径之一，与以往的正射影像相比高分辨率卫星遥感正射影像具有动态获取快、成本低、现势性强、真是直观、兼具色彩与纹理二重性等优势。所谓正射影像，是指改正了因地形起伏和传感器误差而引起的像点位移的影像。数字正射影像图广泛应用于地图制图与更新、资源环境调查与动态监测、防灾减灾与公共设施建设规划等各个领域，所以根据卫片提取DEM并生成正射影像、制作正射影像图是有非常可观的实际应用意义的。然而建立数字高程模型（DEM）是获取数字正射影像的基础。DEM是构成地形数据和进行地形分析的基础。与传统地形图相比，DEM具有易于以多种形式显示地形信息、精度不损失、易于实现自动化与实时化等特点，可以实现地形因子的自动提取，在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤等国民经济和国防建设以及自然科学和人文领域有着广泛的应用1。目前，世界上许多国家都积极建立了覆盖本国的DEM，并欲联手打造全球DEM。基于DEM的GIS事业正蓬勃的发展着，也渐渐深入到国民经济建设的各个领域。虽然对DEM的需求越来越大，但是截至到20世纪末，全球仍有20%地形起伏在200m以上的地区没有1:5万或更高精度的DEM。我国已经完成了1:400万、1:100万及1:25万比例尺DEM的建设，而更高精度的1:5万比例尺DEM也正在积极建设中。地形测量一直是测绘领域研究的一个重要课题，传统的测量手段(地面测图，摄影测量)费时费力，利用卫星影像进行测图是现阶段研究的重点。目前人们研究较多的是Landsat影像测图，SPOT影像测图，Ikonos影像测图，但是现在用于立体测图的卫星数据往往是异轨立体成像。异轨立体成像因为立体像对是在不同时段获得的，由于时间不一致，地面可能发生变化，也可能由于云的遮挡，无法构成立体像对， 或是差别太大，影像无法匹配， 这也造成测图成本的提高 。对于一些无图的地区和一些多光谱的传感器数据处理(如MODIS的正射纠正)，地形数据又是不可缺少的。仅仅依靠异轨立体测图是不能解决问题的，ASTER数据则可以满足这种需求2。1.2 国内外研究现状1.2.1 DEM构建现状DEM是一定区域范围内规则格网点的平面坐标及其高程的数据集或经度、纬度数据集。DEM用途广泛，在国民经济和国防建设以及自然科学和人文领域等都需要DEM的支撑。既有的DEM构建有以下几种途径：通过将野外实测得到离散地面点数据直接用于构建TIN，然后转换为DEM；利用地形数字化构建DEM；采用数字摄影测量法利用航摄立体像对构建DEM；使用卫星遥感图像立体像对提取DEM。上述DEM都建方法各具优缺点，前三种方法精度较高，但需投入大量的人力物力，且数据获取周期长；而第四种方法利用卫星影像立体像对以获取DEM，可以直接对研究区域进行观测，其数据周期短，资金投入少。随着微型传感器及相关技术的不断发展，利用立体像对所提取的DEM精度也越来越高，如使用SPOT数据生成的DEM精度可达到10m以内，而星载INSAR生成的DEM精度可达到米级，且平坦地区的精度优于山区的精度3。2009年6月30日，美国航天局（NASA）与日本经济产业省（METI）共同推出了最新的地球电子地形数据ASTER GDEM（先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型），该数据是根据NASA的新一代对地观测卫星Terra的详尽观测结果制作完成的。这一全新地球数字高程模型包含了ASTER传感器搜集的130万个立体图像。ASTERGDEM是采用全自动化的方法对150万景的ASTER存档数据进行处理生成的，其中包括通过立体相关生成的1264118个基于独立场景的ASTERDEM数据，再经过去云处理，出去残余的异常值，取平均值，并以此作为ASTER GDEM对应区域的最后像素值。纠正剩余的异常数据，再按11分片，生成全球ASTER GDEM数据。1.2.2 正射影像图研究现状目前国内航片制作数字正射影像的方法有以下几种：采用全数字摄影测量工作站（JX4或Virtvzo）制作、采用单片微分纠正软件（Geoway DOM或GEOimage等）、多项式纠正软件（Geoway）等。PCI Geomatica是加拿大PCI公司开发的用于遥感图像处理、GIS分析、摄影测量和制图输出的多功能软件系统，用它来制作数字正射影像更加经济实惠、方便快捷。数字正射影像的应用：用于测绘生产：利用正射影像图勾绘地物图形进行地形图生产，也可以用于修测地形图在城市规划设计、建设和管理中，数字正射影像图提供了大量的信息，以直观详实的影像反映了许多实地踏勘中的盲点，利用数字正射影像可以更真实。直观地了解城市的地形地貌及环境状况。同时，利用数字正射影像图作为规划底图，是规划内容与周边环境的关系更加清晰，在旧区改造、历史古建筑保护、城市重点区域和地区标志性建筑的规划设计中可以发挥十分重要的作用由于正射影像产品具有地形图垂直投影的特性，但它又比地形图更直观，无须了解专业知识就可以识别图中内容，使其具有更广阔的服务空间利用数字正射影像制作三维景观模型，传统的城市景观模型是以纸板或其他材料制作的非数字式模型，想做得逼真，费时费钱。用数字正射影像制作三维景观具有非常广阔的发展前景4。1.3 主要研究内容及技术路线图1.1 研究内容及技术路线本文先用ENVI4.6软件对ASTER影像进行预处理，提取出想要的多光谱影像，并且提取DEM；然后在PCI中进行正射校正，生成正射影像；最后利用提取的DEM制作地形图、正射影像。2.ASTER主要技术参数及数据类型ASTER是极地轨道环境遥感卫星Terra（EOS-AMI）上载有的5种对地观测仪器之一，属于高级多光谱遥感成像仪，轨道为太阳同步近极地轨道，轨道高705km，运行周期98.88分钟，下行过 赤道地方时为上午10:3015,地面重复访问周期为16天。它提供了可见光近红外（VNIR）、短波红外（SWIR）和热红外（TIR）3个通道的遥感数据1。包含从可见光到热红外范围的14个波段， 1、2、3波段为可见光/近红外波段，3B 波段为后视成像波段，是卫星飞过去了几十秒后对先前垂直成像区域的重新成像， 3N 波段与 3B 波段是一样的波段范围成像，只不过 3N 是垂直成像， 3B 为后视成像， 3N 波段与3B波段组成立体像对用于 ASTER 立体测图生成 DEM。1、2、3波段的空间分辨率为 15m ， 4-9 波段为短波红外波段空间分辨率为 30m ， 10-14 波段为热红外波段空间分辨率为 90m 。ASTER数据主要有两种：标准HDF数据和地面站数据。本次研究所用的ASTER数据包括了五种类型文件：prbr0120.brs、prbr0121.jpg、prbr0122.jpg、prbr0123.jpg、prbr012.dat，这些称为地面站数据。三个jpg格式的文件为多光谱影像的示意图，brs格式为数据头文件，dat格式为数据源文件，包含了数据的所有数据信息，所需的DEM也是以dat为原始数据处理而来。ASTER数据除去未经处理的原始数据Level0以外，其他的数据都经过了不同程度的处理。目前用户可以申请到的数据产品有L1、L2、L3、三个级别。其中使用最多的是Level1产品。Level 1 类数据产品包括两种:Level 1A (L1A) 和Level 1B (L1B) 。L1A 数据是经过重构的未经处理的仪器数据,保持了原有分辨率。L1A 数据产品文件中包含了数据字典、类属头文件、云量覆盖表、辅助数据以及3 个子系统的数据,子系统数据中包括各子系统的专门头文件、各个波段的影像数据、辐射计矫正表、几何矫正表和补充数据。L1B 数据在L1A 的基础上,使用L1A 自带的参数完成辐射计反演和几何重采样后生成的。所以在子系统文件中少了辐射计矫正表和几何矫正表两项内容。在生产时用户可以根据需要选择采样方法,在默认情况下采用UTM 投影,CubicConvolution 重采样方法。ASTER 每天能获得并处理650 景左右L1A 数据,L1B 数据的最大产量为310景左右。已经进行了几何初步矫正和辐射定标矫正。更高级别的数据产品还有16 种之多,是在L1 数据产品的基础上进行处理后生成的,这些处理包括了更细致全面的辐射校正等。VNIR 子系统有一个后视波段,极大地方便了在轨迹方向上进行立体观察。这一功能也成为ASTER 数据的一个重要特点,即可以生成立体像对。前视后视传感仪的夹角为27.7,基高比(B/ H) 0.6。光学子系统波段谱段范围(m)空间分辨率(m)辐射分辨率绝对精度量化级可见光近红外(VNIR)10.520.6015NE0.5%4%8bits20.630.693N0.780.863B0.780.86短波红外(SWIR)41.601.7030NE0.5%NE1.3%NE1.3%NE1.3%NE1.3%NE1.3%4%8bits52.1452.18562.1852.22572.2352.28582.2952.36592.3602.430热红外(TIR)108.1258.47590NE0.3%3K(200240K)2K(240270K)1K(270340K)3K(200240K)2K(340370K)12bits118.4758.825128.9259.2751310.2510.951410.9511.65表2.1 ASTER影像数据参数传感仪及波段范围空间分辨率(m*m)幅宽(km)波段数立体像对ASTERMulti/VNIR15*15604有（沿轨）Multi/WIR30*30606无Multi/TIR90*90605无MODISMulti/VNIR250*25023302无Multi/WIR500*50023305无Multi/TIR1000*1000233029无LandSat7/ETM+Multi30*301857无Pan15*151851无SPOT5/HRGPan5*5601无Multi/VNIR10*10603有（交轨）Multi/SWIR20*20601有（交轨）SPOT5/HRSPan10*101201有（沿轨）表2.2 ASTER传感器与其它传感器数据比较3.ASTER影像数据预处理遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为象元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，这些畸变将不可避免的带来误差，这些误差将不同程度地影响遥感数据的质量及图像分析的精度。为获取尽可能真实的图像，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。ASTER预处理其实就是对图像的校正与配准，在某些时候（如原始遥感图像较大，为提取出我们所感兴趣的区域范围）还可以对图像进行裁剪。利用ENVI4.6的Basic Tools菜单下的ASTER Georeference Data工具查看头文件，可以看出此次所用的数据为L1B级别的影像，同时查看其MapInfo，可以看出此影像已经过辐射纠正和几何纠正。几何纠正的精度为：相对误差在15m之内。几何纠正后的影像为UTM投影，基准面为WGS-84。此次研究我采用立体相对提取DEM的方法，ASTER中的3N波段和3B波段已成为标准的前后视关系，但是原始的ASTER数据中有14个波段的信息，所以在预处理中要将3N波段和3B波段读取出来，为DEM提取做准备。4.DEM提取DEM的提取是制作正射影像的关键步骤。卫星遥感图像提取DEM的技术是遥感技术发展的一个重要方向。利用立体像对提取DEM不仅效率高，且具有数据更新快及人力物力耗费少等优点。该技术在AVHRR、SPOT和RADARSAT等数据中的应用已很成熟5,6。但基于ASTER DEM影像数据的DEM提取技术研究有限，且多使用PCI软件。PCI软件虽然强大，但需设置工程，DEM提取较复杂，在没有控制点信息的情况下不易提取。所以，本文采用ENVI软件提取DEM。在ENVI中提取DEM相对简单，在Topographic菜单下的DEM Extraction模块中即可完成（见图4.1）。此时有两种选择，对于DEM提取步骤不熟悉的人可以选择DEM Extraction Wizard(也就是DEM向导)，由它引导提取；还可以自主的进行选择控制点、建立核线信息等操作。图4.1 ENVI工具栏中的DEM Extraction模块具体流程如图4.2：图4.2 DEM构建流程图4.1选择左右影像进入向导，第一步是选择左右影像，点击Select Stereo Images跳出选择框，选择3N波段为左影像，3B波段为右影像（见图4.3）。图4.3 选择左右立体影像窗口4.2选择控制点来源此步骤有三个单选项：无控制点、确定交互的控制点、从文件中读取控制点。因为ASTER原始数据中不带有控制点，所以选择无控制点（见图4.4）。图4.4 选择控制点来源对话框4.3选择连接点默认选项，点击next以后软件自动按上述步骤要求导入3N和3B波段。4.4编辑控制点此时左右影像各有三个视窗和一个控制点编辑窗口，因为第二步中选择了无控制点，所以此时软件辅助在左右影像中对应生成了25控制点对，但是他们所在的位置不一定精准，存在一定的误差，控制点的精度由最大Y视差（系统默认不得大于10）来控制，如果大于该值将无法继续进行下一步。我们可以通过编辑窗口的GOTO按钮查找到1号点在左右影像中的位置，如果不相对应可以通过鼠标移动来改变控制点位置，直到两幅图的位置相同，然后点击Update修改。如发现修改错误可以点reset键复原。错误过于离谱的点可以删去，也可以在自己希望的地方添加控制点（见图4.5）。图4.5 编辑左右影像的同名像点4.5生成左右两个核线影像 选择生成核线影像的路径及名称（见图4.6）。图4.6 向导第六步4.6设置输出投影与地图范围 图4.7 设置输出图像范围4.7数字高程模型参数提取在此可以设置相关各参数，如最小相关值、背景值、地形起伏、地形细节，最后选择输出DEM路径（见图4.8）。点击确认后软件进行处理，处理完毕跳出检查DEM结果的对话框，有两个选择：显示DEM结果、显示DEM结果并弹出编辑工具。如对自动生成的DEM不满意可以手工进行修改。图4.8 设置DEM输出路径DEM提取成果如图4.9。图4.9 DEM成果5.正射影像生成在生成DEM的基础上，在PCI Geomatica软件Orthoengine模块（见图5.1）中，选择需要进行正射校正的影像和根据该幅影像提取的DEM来进行校正。本文选择可见光和近红外字系统的3N和3B波段的合成图像进行正射校正。图5.1 OthoEngine模块5.1建立工程在PCI Geomatica软件Orthoengine模块中，建立新的工程用于保存所用图像信息。图5.2 工程设置在跳出的Project information 对话框（见图5.2）中设置工程的相关信息。Filename中填写工程的建立路径和工程名字；数学建模方法(Math Modelling Method)的单选框中选择卫星轨道方法(Satellite Orbital Modelling)，在Options中选择Toutins Model(用于处理低分辨率的影像)。点击确定，工程基本信息设置完毕。在接下来跳出的对话框中设置工程输出时的投影（见图5.3）。在ENVI中打开影像在MapInfo中可以看到该影像所用的投影。点击Set GCP Projection based on output Projection (设置控制点投影与输出文件投影相同)。图5.3 设置输出投影和控制点投影图5.4 选择椭球体5.2 数据输入图5.5 数据输入工具数据输入这一项对于今后的操作是至关重要的一步。数据输入的方式可以有多种（见图5.5）：Read CD-Rom data 输入原始数据，即未经其他软件处理的数据；Read PCIDSK file 读取pix格式的文件；从栅格影像中读取。应为已经在ENVI中进行了预处理，所以选择第一种输入方法。将3N和3B波段输入到工程中。如下图：图5.6 数据输入后可打开查看5.3正射校正打开正射校正模块（见图5.7、图5.8），将左侧可选图像中的图像选中移到备用中。图5.7 正射校正参数设置图5.8 正射校正工具选中在ENVI中提取好的改图像的DEM文件，如图5.9：图5.9 选择与之相对应的DEM文件软件会自动默认在图像名称前加o作为正射校正后的文件名（见图5.10）：图5.10 正射校正后文件名点击确认后软件开始执行操作（见图5.11）。图5.11 自动进行正射校正校正前与校正后的影像对比（见图5.12、图5.13）。 图5.12 校正前 图5.13 校正后6.正射影像图制作地图输出是地图制作的一个重要流程，而且DOM是同时具有几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。可用于矢量数据的采集和更新等，广泛应用于城市规划、土地管理、交通、水利、农业、资源环境等领域。所以，在生成正射影像后，为让它在日后的应用中发挥作用就要制作正射影像图。即用正射影像编制的带有公里格网、图廓内外整饰和注记的平面图。在Arcmap或Mapgis中都能完成地图出图的任务，本文用Arcmap进行DOM制作（见图6.1）。图6.1 正射影像图7DEM其他衍生产品制作用提取出的DEM还可以还可以制作各类地貌形态示量图。地表形态的绝对高度、相对高度、宽度、长度、坡度、切割度、切割密度等各种现象都存在量的对比关系。地貌形态示量图是表示地表形态量度及其相互关系的地图。对地表形态进行计量研究可对有关工程建设、农业工程措施等方面提供重要依据。本文主要研究通过DEM数据生成用于辅助遥感地貌解译的各种地貌形态示量图。本文研究的主要是坡度图、山体阴影图、三维立体图、等高线地形图、地形坡面图等。7.1坡度图坡度是指地表单元陡缓的程度，通常把坡面的铅直高度和水平宽度的比叫做坡度。坡度是重要的地形因子之一，坡度图能很好的反映一个地区范围内的微观地形变化，及对不同地区地形变化进行对比。在ArcGIS9.2的Arcmap中可以完成坡度图制作，此步骤需加载3D分析模块，右击菜单栏空白跳出工具选择框将3D Analyst选中（见图7.1.1），并在菜单栏Tools-Extensions中将3D Analyst打钩（见图7.1.2），这样就加载好了3D模块，要加载其他模块程序亦如此。图7.1.1 添加3D Analyst模块图7.1.2 扩展窗口在3D Analyst下拉菜单的Surface Analyst功能中可计算坡度（见图7.1.3）。图7.1.3 3D Analyst模块中的 Surface Analyst工具在改图层的属性窗口的符号里可以 设置坡度的分级标准。如图7.1.4，将坡度分为四个等级：5以下的，5-10,10-25,25以上的。图7.1.4 坡度分类属性在图层视图窗口中对图像进行出图编辑，加上图例和比例尺等。如图7.1.5。图7.1.5 坡度图7.2山体阴影图山体阴影图是根据在日照下，因日照方位和高度角的不同，山体会产生一定的明暗效应，从而更加立体的展现出山体轮廓和清晰的识别山体与平原的分界线。在ArcGIS9.2中，可利用3D分析模块中的表面分析功能（见图7.2.1）自动计算生成山体阴影图（见图7.2.2）。图7.2.1 山体阴影设置对话框图7.2.2 山体阴影图7.3三维立体图如今，在国民经济生产及军事应用等各个方面对三维立体图的需求越来越大，这是因为三维立体图具有比较形象、直观的表达整体地貌形态的优点。所地貌形态图中三维立体图是必不可少的。生成结果如图7.3图7.3 三维立体图7.4等高线地形图等高线是指在地图上将海拔相等的各点连接而成的线。根据等高线可以确定绝对高度、相对高度、坡度、坡向等多种地秒形态数量特征。通过等高线地形图中等高线的不同弯曲形态，可以判读出地表形态的一般状况。生成结果如图7.4。图7.4 等高线地形图7.5地形剖面图地形剖面图指沿地表某一直线方向上的垂直剖面图，以显示剖面线上断面地势起伏状况。 地形剖面图是在等高线地形图的基础上绘制的。它在平整土地、修筑渠道、建筑铁路、公路和其他工程时，可作为计算土石方量的依据。生成结果如图7.5.2。图7.5.1 坡面线图7.5.2 地形坡面图7.6基本地貌形态类型划分与制图本文根据绝对高程对地貌分级，根据我国2007版工程地质手册，山地按地貌类型分类如表7.6.1。山地名称绝对高度(m)相对高度(m)主要特征最高山50005000其界线大致与现代冰川位置和雪线相符高山高山350050001000以构造作用为主，具有强烈的冰川刨蚀切割作用中高山5001000低高山200500中山高中山100035001000以构造作用为主，具有强烈的剥蚀切割作用和部分的冰川刨蚀作用中山5001000低中山200500低山中低山50010005001000以构造作用为主，受长期强烈剥蚀切割作用低山200500丘陵200500平原200以下表7.6.1 山地按地貌形态分类本文采用相对高度对山地进行分类，由于此次所研究的青海某地区山体相对高度较低，最高的山体相对高度都只有255m，按上述分类都为低山。所以该区根据相对高程可分为两级，即200m为丘陵。根据上述分级，在ArcGIS软件的3D Analyst模块中重分类功能可以完成该区的相对分级（见表7.6.2）。 对比内容相对高程面积(m2)百分比(%)平原2639691089.3%丘陵272678210.7%表7.6.2 各级绝对高程面积对比图7.6 由DEM生成的绝对高程图8.结论与展望本文以青海某地区ASTER影像为例，利用ENVironment4.6、PCI Geomatica9.1及ArcGIS9.2等软件对影像进行处理：在ENVI的DEM-Extraction中提取出了该地区的DEM；在PCI中制作了正射影像图；在ArcGIS的Arcmap中利用3D Analyst模块生成了各类地貌形态示量图。以上实验表明，采用常规的技术手段和普通的商业软件就可以处理ASTER卫星影像，提取出的DEM是稳定可靠的，不仅方法简单可行，而且方便实惠。衍生的地貌形态示量图不仅有助于对地貌形态及其分类的研究，还有助于自然地理其他相关研究。参考文献1 吕一峰.基于ASTERDEM影像的DEM与数字地貌制图研究D.福建：福建师范大学自然地理学，2008：1-632 周辉，卢德军，金银龙.ASTER立体影像提取DEM的研究J，地理空间信息，2008,(02):28-303 夏涛,杨武年,刘汉湖,王俊芳. 利用ASTER立体像对提取相对DEM及正射影像地图制作J. 测绘科学, 2007,(03)：144-1454 郑爵宇.数字正射影像图制作与应用方法探讨J，科技资讯，2010,(02):1985 Toutin T.DEM Generation from New VIR Sensors:IKONOS,ASTER and Landsat-7J.IEEE 2001,3(2):973975.6 Marra M,Maurice K E,Ghiglia DC,etc.Automated DEM extraction Using RADARSET ScanSAR Stereo DataJ.IEEE,1998,5(1):351353. 7赵文吉等编译，PCI图像处理教程M，中国环境科学出版社，2007,(04)8 王军飞, 王俊刚, 丁建闯, 李凯. 基于ASTER遥感数据的DEM提取与制作正射影像图的研究J. 黑龙江科技信息, 2010,(05)：809 王广杰, 何政伟, 仇文侠, 许辉熙. ASTER立体像对提取玛尔挡坝区DEM及精度评价J. 测绘科学, 2009,(03)10 林征,陈健飞. 基于ASTER立体像对提取广州地区数字高程模型J. 广州大学学报(自然科学版), 2008,(04)：73-78 11孟栓成, 杜红星. 利用卫片制作大中比例尺影像地形图的探讨J. 测绘标准化, 2006,(04)12 王贵林,姚鑫,杨艳明,刘玉柱,刘海义. ASTER立体像对提取山地DEM精度研究J. 矿山测量, 2008,(02)：34-3713 沈强,鄂栋臣,周春霞. ASTER卫星影像自动生成南极格罗夫山地区相对DEMJ. 测绘信息与工程, 2005,(03):47-4914魏永杰.ASTER遥感影像在土地利用调查的应用以广州花都区为例D.广州大学地理科学学院毕业论文，2007，（03）摄影测量与遥感基础实习参考教材（二）基于PCI的遥感正射影像制作-以SPOT影像为例2. SPOT数据和PCI软件介绍93.基于PCI的数字正射影像的制作113.1正射影像图制作具体步骤.113.2 DOM质量检查.173.3 生成正射影像图184.基于PCI三维场景制作和三维可视化飞行. 19 5.成果展示232. SPOT数据和PCI软件介绍 本次试验提供的数据是美国加利福尼亚州圣地亚市的两幅spot全色影像，该影像以TIFF格式储存，全色波段影像分辨率为2.5m，该摄区内山川相连，起伏较大，地貌比较复杂。PCI Geomatica是加拿大图像处理软件系统的先驱PCI公司开发的遥感影像处理系统，用于摄影测量分析、遥感影像处理、几何制图、地理信息系统分析、雷达数据分析、以及资源管理和环境监测的多功能软件系统。PCI Geomatica作为图像处理软件系统的先驱，以其丰富的软件模块、支持所有的数据格式、适用于各种硬件平台、灵活的编程能力和便利的数据可操作性代表了图像处理系统的发展趋势和技术先导。从费用方面考虑，该软件绝大部分模块都免费向用户提供，与使用某些收费软件相比，可以极大地减少费用,此外利用PCI Geomatica制作正射影像图具有生产速度快、效率高等特点,所以我的课题选择这个软件完全能达到设计的要求。 图2.1 PCI软件主面板在PCI中OrthoEngine模块提供了有关于本次试验的提取DEM和制作正射影像的诸多功能。 图2.2 OrthoEngine模块主面板FLY模块提供了生成三维场景和进行三维可视化飞行的功能。 图2.3 FLY模块主面板Xpace模块提供生成正射影像图的功能。 图2.4 Xpace模块主面板3基于PCI的数字正射影像制作正射校正这一块主要在PCI中的OrthoEngine中进行，该模块中可以新建或打开工程、加载影像、采集控制点和同名点、提取DEM、正射校正和镶嵌等一系列操作。3.1数字正射影像制作具体步骤下面对制作正射影像的具体过程进行一些说明:3.1.1 创建工程文件。OrthoEngine的工作是建立在 一个有一个的工程基础之上的。因此在使用OrthoEngine的功能之前需要打开一个已存在的工程或创建一个新的工程。工程文件是以.prj为扩展名的ASCII码文本文件，工程文件包含了研究区域内所有影像、相机校准信息、工程设置信息、地面控制点坐标及相关信息等。 图3.1 创建工程面板3.1.2 加载影像。将需要纠正的图像加入到工程文件中,PCI 软件允许一次加入多张图像。本次试验共有一对立体像对，即spotleft.pix、spotrght.pix。 图3.2加载影像3.1.3 采集地面控制点。地面控制点（GCP）的一个特点就是能够清晰的识别已经获得大地坐标但还未加工的影像。一般而言控制点的数目不能少于6个，而且控制点的数量越多生成的影响精度就越高。OrthoEngine模块提供了几种选取控制点的方法 地面控制点和同名像点的选取均可以采用手工选取和自动选取、通过控制点库、数字化仪等几种方法。本次试验由于项目提供了控制点信息，因而选取的是通过文本文件采集控制点。 图3.3 导入控制点ID像元X像元Y地面 X地面 Y高程ZG00111152.5001546.500410201.793760300.65170.69G00123862.5003587.500434461.753733786.19374.90G00133557.5004208.500429461.693728549.3956.69G00143015.5004820.500421746.823724032.009.14G00152345.5004160.500416139.053732099.0316.76G00162555.5005306.500415284.493720518.5225.60G00171876.5005078.500408444.613724433.421.83G00181597.5002001.500413845.933754793.5598.76 表3.1部分控制点信息3.1.4采集同名点。一个特征地物在两个或者更多重叠影像在出现，那么在这些影像上就可以采集同名点作为清晰可变的参考点。它是用来建立两张像片之间关系的。PCI软件提供两种采集同名点的方法，即手动采集和自动采集两种方式。由于自动采集同名点可以大大减少时间消耗，减少重复地辨别重叠的影像间相同点的工作，而且影像相关技术可以找出影像所分布的匹配点，所以本次试验使用的是自动量测同名像点。自动量测同名像点实际上就是进行影像匹配,将出现在两幅或多幅图像重叠区域上的点,量测其在影像上的坐标位置。 图3.4 采集控制点3.1.5传感器模型计算。对于卫星影像，外方位元素结算为影响影像效果的几个可变量提供了解决方法，几个影响因素有：平台位置、速度、传感器方位、综合时间以及视场。利用PCI提供的自动计算功能，软件将根据你先前设置的系数自动帮你计算。 图3.5 计算传感器模型3.1.6 提取DEM。DEM的提取采用的是从立体相对中提取的方法。DEM的提取首先要生成核线投影影像，然后是提取DEM并编码，最后生成DEM。 图3.6 提取DEM 图3.7生成核线投影影像设置3.1.7 执行正射校正。正射校正后的影像减小了由于平台、传感器、地球表面和曲率以及地图投影引起的变形的过程。 图3.8 正射校正3.1.8 生成正射影像。打开生成正射影像对话框后加载相应影像的DEM数据，选取三次卷积内插法作为重采样方法生成正射影像。 图3.9 生成正射影像3.1.9 镶嵌。镶嵌是将几个任意形状的航空或卫星影像结合到一起，形成一幅更大的经过辐射均衡化的航空或卫星影像。镶嵌影藏了原始航空影像或卫星影响间的接缝线。 镶嵌首先要定义一个镶嵌区域，然后才能进行镶嵌操作， 图3.10 进行镶嵌前设置 图3.11 镶嵌后的结果3.2 DOM质量检查对最终作业成果的检查主要包括:影像是否清晰, 清晰度是人们对于正射影像的第一感觉，是评价正射影像质量的最关键因素。清晰度的问题主要体现在影像模糊，色调、饱和度较差，像对间镶嵌边缘反差和灰度明显不一致，此外反差是否适中,色彩及色调是否均匀,影像有无错位、扭曲、拉花等现象，片与片之间接边处有无痕迹,接边重叠处是否模糊或重影等均是常用的DOM质量检查项目，以上检查的好坏也决定着DOM成果是否达到令人满意的结果。 图3.12 校正过的影像影像 图3.13进行栅格增强后的影像3.3生成正射影像图使用Xpace模块制作正射影像专题地图，为影像图添加图名、经纬网和比例尺等主题图信息，并设置出图的格式，可供选择的格式有JPEG、TIFF、PDF等，这里选择的出图格式为（*TIFF）格式。 图3.14 出图前设置 图3.15 转换出图格式 图3.16 最终成果4基于PCI三维场景制作和三维可视化飞行FLY！模块是一个数字影像处理工具，使用数字图解技术可以将普通影像转变成三维地形。用FLY！模块将航片或卫片同数字高程模型进行叠加，可立即创建一个能够警醒实时导航的三维场景。在飞行中，可以改变飞行的速度、高度视点，也可以在飞行过程中调整所有观察参数。用鼠标点击的方式就可以控制飞行。还可以创建稳定的盘旋观察方式，或是通过选择的一系列飞行参数自定义飞行路线。 图4.1 FLY模块主面板和显示窗口4.1数据导入。将DEM文件和相关影像文件导入软件中。 图4.2 导入DEM和影像文件 图4.3加载DEM和影像文件面板4.2 显示窗口将显示所加载的数据产生的水平三维场景。而且模块的主面板上的按钮全部被激活，图4.4加载影像后的显示窗口 图4.5 主面板的按钮被激活4.3飞行设置。通过Parameters Control按钮可以控制飞行方向、飞行高度、飞行速度来进行飞行控制。 图4.6 Parameters Control按钮 图4.7改变飞行参数后的显示窗口4.4 建立飞行轨迹。FLY模块提供有用户自主建立飞行轨迹的功能，用户可以在影像上建立飞行路线，来提高仿真效果进行模拟飞行。 图4.8 添加的飞行结点坐标值 图4.9 添加飞行轨迹4.5为飞行路径甲烷所以结点后，FLY模块可以通过生成一帧一帧的视频图像创建循环轨迹，是三维地形沿着飞行路径自动循环飞行。生成的文件可以有BMP、JPEG、TIFF等图像格式以及Mov视频格式，供用户保存。 图4.10 生成图像或视频文件5.成果展示 图5.1 提取的DEM 图5.2 控制点和同名点分布情况图5.3生成的正射影像图 图5.4 增强后的效果图5.5生成的TIFF格式正射影像图6.结论和展望 正射影像图是一种兼具地图和影像特点的新型地图，目前正受到广泛的重视，利用PCI制作正射影像图具有生产速度快、效率高、费用低等特点。本文以SPOT影像数据为例围绕遥感正射影像图的制作进行了论述，主要研究了运用PCI遥感图像处理软件制作遥感正射影像图和生成三维场景的基本流程和方法，通过实践再一次证实了运用PCI软件生成正射影像图的可行性。国外的遥感制图技术目前已经实现了产业化，我国由于总体上的技术和设备原因，全面实现产业化还需要一段时间。但是随着科学技术的发展，我国的遥感制图技术正在得到广泛的应用，相信很快就能形成多层次、多样化、系统化的遥感制图生产体系。摄影测量与遥感基础实习参考教材（三）基于ARCSCENE的三维地形场景制作三维场景生成将各地质层的TIN数