遥感信息技术实习指导书(2).doc

2006.10 遥感信息技术原理与应用 ERDAS IMAGINE 实习指导书 实习2. ERDAS IMAGINE 8.6系统的数据预处理本章主要学习以下内容：l 三维地形表面l 图像分幅裁减l 图像几何校正(此部份内容较多，供有兴趣的同学选做)l 图像拼接处理l 图像投影变换 1、三维地形表面三维地形表面工具允许您在不规则空间的基础上产生三维地形表面l 启动三维地形表面（Starting Create Surface） ERDAS图标面板菜单条：MainData PreparationData preparation菜单 选择Create Surface打开3D Surfacing对话框l 定义地形表面参数（Defining Surface Parameters）第一步：3D Surfacing 对话框菜单条：FileRead打开Read Points第二步：在Read Points 对话框中需要定义下列参数：-数据源文件类型（Source File Type）: ASC File -数据源文件名称（Source File Name）: 用户文件夹Inpts.dat -OK 进入Import Option对话框其中参数定义如图所示：然后点击OK从Import Options 对话框显示的原始数据可知，数据文件中的数据记录方式是一行一个点，每一行数据包括点号、X坐标、Y坐标、高程值四个字段，其中点号在此外读入数据时不需要，因而在Column Mapping 中确定X、Y、Z与数据文件中字段的对应关系为2、3、4。l 生成三维地形表面（Creating 3D Surface3D Surfacing 对话框菜单条：SurfaceSurfacing打开Surfacing 对话框其中参数如图所示：将输出文件放在个人工作目录下保存，并截图保存在作业中说明；2、图像分幅裁减在实际工作中，经常需要根据研究工作范围对图像进行分幅裁剪，按照ERDAS实现图像分幅裁剪的过程，可以将图像分幅裁剪分为两种类型:规则分幅裁剪，不规则分幅裁剪。l 规则分幅裁剪(Rectangle Subset Image)规则分幅裁剪是指裁剪图像的边界范围是一个矩形，通讨左下角和右下角两点的坐标，就可以确定图像的裁剪位置，整个裁剪过程比较简单。ERDAS图标面板菜单条:Main一Data Preparation一Data Preparation菜单选择Subset Image一打开Subset Image对话框图2.1 Subset Image对话框选择Subset Image一打开Subset Image对话框(图2.1)在Subset Image对话框中需要设置下列参数:输入文件名称(Input File):Lanier.img输出文件名称(Output File):Lanier sub.img（1）坐标类型(Coordinate Type):File（2）裁剪范围(Subset Definition)输入ULX, ULY, LRX, LRY（用户自行决定）（3）输出数据类型(Output Data Type”):Unsigned 8 Bit（4）输出文件类型(Oouput Layer Type) : Continuous（5）输出统计忽略零值:Ignore Zero In Output Stats（6）输出像元波段(Select Layers):2:5(表示选择2, 3, 4, 5四个波段)一OK(关闭Subset Image对话框，执行图像裁剪)说明:在上述图像裁剪过程中，裁剪范围是通过直接输入左上角点坐标(ULX, ULY)和右下角点坐标(LRX; LRY)定义的。此外，还可以通过两种方式定义裁剪范围:其一是应用查询框(Inquire Box)，具体过程是首先在打开被裁剪图像的视窗中放置查询框，然后在SubsetImage对话框中选择From Inquire Box功能:其二是应用感兴趣区域(AOI)，具体过程是首先在打开被裁剪图像的视窗中绘画矩形AOI，然后在Subset Image对话框中选择AOI功能，打开AOI对话框，并确定AOI区域来自图像视窗即可。（有兴趣的同学可以试试）l 不规则分幅裁剪(Polygon Subset Image)在实际工作中，我们经常遇到的问题是不规则的边界剪裁问题。不规则分幅裁剪是指裁剪图像的边界范围是个任意多边形，无法通过左上角和右下角两点的坐标确定图像的裁剪位置，而必须事先生成一个完整的闭合多边形区域，可以是一个AOI(AREA OF INTREST)一多边形，也可以是ArcInfo的一个Polygon Coverage,针对不同的情况采用不同裁剪过程.1 、AOI多边形裁剪(Polygon AOI Subset Image )首先在视窗中打开需要裁剪的图像Lanier.img，并应用AOI工具绘制多边形AOI 可以将多边形AOI保存在文件中(*.aoi )，保存名为：subset.aoi也可以暂时不退出视窗，将图像与AOI多边形保留在视窗中，然后:ERDAS图标面板菜单条:MainData Preparation一Data Preparation菜单，选择Subset Image一打开Subset Image对话框ERDAS图标面板工具条:点击Data Prep图标一打开Data Preparation菜单选择Subset Image一打开Subset Image对话框在Subset Image对话框中需要设置下列参数输入文件名称(Input File): Lanier.img输出文件名称(Output File): subLanier.img应用AOI确定裁剪范围:点击AOI按钮打开选择AOI (Choose AOI)对话框在Choose AOI对话框中确定AOI的来源(AOI Source) : File(或Viewer)如果选择了文件(File)，则进一步确定AOI文件，否则，直接进入下一步图2.4 设置Subset Image参数对话框输出数据类型(Output Data Type):Unsigned 8 Bit输出像元波段(Select Layers):1:6(表示选择1,2, 3, 4, 5,6六个波段)OK(关闭Subset Image对话框，执行图像裁剪)将裁剪后的图像保存在作业中说明l ArcInfo多边形裁剪(Polygon Coverage Subset Image)如果是按照行政区划边界或自然区划边界进行图像的分幅裁剪，往往是首先利用ArcInfo或ERDAS的Vector模块绘制精确的边界多边形(Polygon )，然后以.ArcInfo的Polygon为边界条件进行图像裁剪。对于这种情况，需要调用ERDAS其它模块的功能分两步完成。第一步:将ArcInfo多边形转换成栅格图像文件（有4种方式可以打开）ERDAS图标面板菜单条:Main一Image Interprete:一UtilitiesVector to Raster 打开Vector to Raster对话框ERDAS,图标面板菜单条:Main一Vector一Vector to Raster 打开Vector to Raster对话框ERDAS图标面板工具条:点击Interpreter图标一Utilities一Vector to Raster 打开Vector to Raster对话框ERDAS图标面板工具条:点击Vector图标一Vector to Raster 打开Vector to Raster对话框在Vector to Raster对话框中需要设置下列参数:（1）输入矢量文件名称(Input Vector File):zone88（2）确定矢量文件类型(Vector Type) : Polygon（3）输出栅格文件名称(Output Image File):raster.img（4）栅格数据类型(Data Type):Unsigned 8 bit（5）栅格文件类型(Layer Type) : Continuous(6)转换范围大小(Size Definition) : ULX, ULY, LRX, LRY(7)坐标单位(Units) :feet(8)输出像元大小(Cell Size):X:80/Y:80(9)选择正方形像元:Squire Cell(10)OK(关闭Vector to Raster对话框，执行矢栅转换)第二步:通过掩膜运算(Mask)实现图像不规则裁剪ERDAS图标面板菜单条:Main一Image Interpreter一Utilities一Mask打开Mask对话框ERDAS图标面板工具条:点击Interpreter图标一UtilitiesMask打开Mask对话框在Mask对话框中需要设置下列参数:输入图像文件名称(Input File) :germtm .img输入掩膜文件名称(Input Mask File):raster.img点击Setup Recode设里裁剪区域内新值(New Value)为1，区域外取0值确定掩膜区域做交集运算:Intersection输出图像文件名称(Output File):mask.img输出数据类型(Output Data Type):Unsigned 8 bitOK(关闭Mask对话框，执行掩膜运算)打开多边形剪切后的图像mask.img将多边形剪切后的图像mask.img截图保存在作业中说明3、图像几何校正(Geometric Correction)几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合(Conform)地图投影系统的过程;而将地图坐标系统赋予图像数据的过程，称为地理参考（Geo-referencing）。由于所有地图投影系统都遵从于一定的地图坐标系统，所以几何校正过程包含了地理参考过程。l 图像几何校正途径(Geometric Correction Process)在ERDAS IMAGINE系统中进行图像几何校正，通常有两种途径启动几何校正模块。(1)数据预处理途径( Start from Data Preparation)ERDAS图标面板菜单条:Main一Data Preparation一Image Geometric Correction打开Set Geo-Correction Input File对话框ERDAS图标面板工具条:点击Data Prep图标- Image Geometric Correction打开Set Geo-Correction Input File对话框l 几何校正计算模型(Geometric Correction Model)如图所示，ERDAS提供的图像几何校正计算模型有10种，具体功能如表所列: 几何校正计算模型与功能模型功能Affine图像仿射变换（不做投影变换）Camera航空影像正射校正Landsat卫星图像正射校正Polynomial多项式变换（同时做投影变换）Rubber Sheeting非线性、非均匀变换SpotSpot卫星图像正射校正DPPDB运用合理的多项式系数描述在图像获取时刻，图像和地球表面的关系IKONOS运用合理的多项式系数描述在图像获取时刻，IKONOS图像和地球表面的关系NITF RPC运用合理的多项式系数描述在图像获取时刻，NITF格式的图像和地球表面的关系QuickBird RPC 运用合理的多项式系数描述在图像获取时刻，QuickBird 图像和地球表面的关系注：DPPDB Digital Point Positioning Data Base以资源卫星图像校正为例介绍的是以已经具有地理参考的SPOT图像为基础，进行Landsat TM图像校正过程。第一步：显示图像文件在首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图标两次，打开两个视窗Viewer #I/ viewer #2 )，并将两个视窗平铺放置，操作过程如下:ERDAS图标面板菜单条:Session一Tile Viewers然后，在Viewer #仲打开需要校正的Landsat TM图像:tmAtlanta.img 在Viewer #2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像:panAtlanta.img:打开两幅图像后的窗口第二步:启动几何校正模块(Geometric Correction Tool)Viewer #1菜单条:Raster一Geometric Correction 打开Set Geometric Model对话框选择多项式几何校正计算模型:Polynomial - OK 同时打开Polynomial Model Properties对话框和Geo Correction Tools对话框在Polynomial Model Properties对话框中，定义多项式模型参数及投影参数: 定义多项式次方(Polynomial Order) : 2 定义投影参数(Projection)(略)一Apply一Close一打开GCP Tool Reference Setup对话框说明:该实例是采用视窗采点模式，作为地理参考的SPOT图像已经含有投影信息，所以，这里不需要定义投影参数。如果不是采用视窗采点模式，或者参考图像没有包含投影信息，则必须在这里定义投影信息，包括投影类型及其对应的投影参数。第三步:启动控制点工具(Start GCP Tools )首先在GCP Toots Reference Setup对话框中选择采点模式:一选择视窗采点模式:Existing Viewer一OK(关闭GCP Tools Reference Setup对话框)一打开Viewer Selection Instiuctions指示器图2.12 Viewer Selection Instiuctions指示器一在显示作为地理参考图像panAtlanta.img的Viewer #2中点击左键一打开Reference Map Information提示框(图2.13)(显示参考图像的投影信息)一OK(关闭Reference Map Information提示框)一整个屏幕将自动变化为如图所示的状态:其中包含两个主视窗、两个放大窗口、两个关联方框(分别位于两个视窗中，指示放大窗口与主视窗的关系)、控制点工具对话框、几何校正工具等。表明控制点工具被启动，进入控制点采集状态。第四步:采集地面控制点(Ground Control Point)(1)控制点工具对话框简介(Introduction to GCP Tool) 在正式开始采集控制点之前，首先对控制点工具对话框进行说明GCP工具对话框（GCP Tool）由菜单条、工具条、控制点数据表（GCP Cell Array）及状态条（Status Bar）4个部分组成，菜单条中菜单命令及其功能详见软件菜单说明。关于GCP工具对话框，还需要说明几点:(a)输入控制点(Input GCP)的是在原始文件视窗中采集的，具有原文件的坐标系统;而 参考控制点(Reference GCP)是在参考文件视窗中采集的，具有己知的参考坐标系统， GCP工具将根据对应点的坐标值自动生成转换模型。(b)在GCP数据表中，残差(Residuals)、中误差(RMS )、贡献率(Contribution)及匹配程度(Match)等参数，是在编辑GCP的过程中自动计算更新的，用户是不可以任意改变的，但可以通过精确GCP位置来调整。(c)每个IMG文件都可以有一个GCP数据集与之相关联，GCP数据集保存在一个栅格层数据文件中;如果IMG文件有一个GCP数据集存在的话，只要打开GCP工具，GCP 点就会出现在视窗中。(d)所有的输入GCP都可以直接保存在图像文件中(Save Ii)put)，也可以保存在控制点 文件中(Save Input As)。如果是保存在文件中，调用的方法如(c)所述，如果是保存在GCP文件中，可以通过加载调用(Load Input)。(e)参考GCP也可以类似地保存在参考图像中(Save Reference)或GCP文件中(SaveReference As)，便于以后调用。(2) GCP的具体采集过程(Steps of GCP Selection)在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和相当繁重的工作，具体过程如下:(a)在GCP工具对话框中点击Select GCP图标，进入GCP选择状态;(b)在GCP数据表中将输入GCP的颜色(Color)设置为比较明显的黄色，-(c)在Viewer #1中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入GCP:(d)在GCP工具对话框中点击Create GCP图标，并在Viewer #3中点击左键定点，GCP.数据表将记录一个输入GCP，包括其编号、标识码、X坐标、Y坐标:(e)在GCP工具对话框中点击Select GCP图标，重新进入GCP选择状态;(f)在GCP数据表中将参考GCP的颜色(Color)设置为比较明显的红色:(g)在Viewer #2中移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参考GCP:(h)在GCP工具对话框中点击Create GCP图标，并在Viewer #4中点击左键定点，系统将自动把参考点的坐标X Reference, Y Reference显示在GCP表中，(i)在GCP工具对话框中点击Select GCP图标，重新进入GCP选择状态:并将光标移回到Viewer #1，准备采集另一个输入控制点。(J)不断重复 (a) - (i)，采集若干GCP,直到满足所选定的几何校正模型为止；而后，每采集一个Input GCP, 系统自动产生 一个Ref. GCP, 通过移动Ref.GCP 可以逐步优化校正模型。采集GCP以后，GCP数据表如图2.15而示:（实际数据以所采集的GSP的点位不同而不同。）GCP Tool 对话框与GCP数据表第5步 采集地面检查点以上所采集的GCP的类型为Control Point(控制点)，用于控制计算，建立转换模型及多项式方程。下面所要采集的GCP的类型均是Check(检查点)，用于检验所建立的转换方程的精度和实用性。依然在GCP Tool对话框状态下:(a)在GCP Tool菜单条中确定GCP类型:Edit一Set Point TypeCheck(b)在GCP Tool菜单条中确定GCP匹配参数(Matching Parameter): Edit - Point Matching一打开GCP Matching对话框(略) 在GCP Matching对话框中，需要定义下列参数:(1)匹配参数(Matching Parameters):(2)最大搜索半径(Max. Search Radius):3(3)搜索窗口大小(Search Window Size): X:5 Y:5(4)约束参数(Threshold Parameters ):设相关阈值(Correlation Threshold):0.8.删除不匹配的点(Discard Unmatched Point):Active(5)在匹配所有/选择点(Match All / Selected Point)选项组中设从输入到参考(Reference from Input)或从参考到输入(Input from Reference)(6)Close(关闭GCP Matching对话框)GCP Matching对话框(c)确定地面检查点:在GCP Tool工具条中选择Create GCP图标，并将Lock图标打开，锁住Create GCP功能，如同选择控制点一样，分别在Viewer #l和Viewer #2中定义5个检查点，定义完毕后点击Unlock图标，解除Create GCP功能。(d)计算检查点误差:在GCP Tool工具条中点击Compute Error图标，检查点的误差就会显示在GCP Tool的上方，只有所有检查点的误差均小于一个像元(Pixel)，才能继续进行合理的重采样。一般来说，如果你的控制点(GCP)定位选择比较准确的话,检查点匹配会比较好，误差会在限差范围内。否则，若控制点定义不精确，检查点就无法匹配，误差会超标。第六步:计算转换模型(Compute Transformation): 在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模式，所以，随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成，下面是转换模型的查阅过程:_ 在Geo-Correction Tools对话框中点击Display Model Properties图标 打开Polynomial Model Properties(多项式模型参数)对话框(图4.22) 在多项式模型参数对话框中查阅模型参数，并记录转换模型 Close(关闭模型特性对话框，进入图像重采样阶段)第七步:图像重采样(Resample the Image): (I)图像重采样简介(Introduction to image Resample ) 重采样过程就是依据未校正图像像元值计算生成一幅校正图像的过程，原图像中所有栅格数据层都将进行重采样。ERDAS IMAGINE提供三种最常用的重采样方法: (a) Neatest Neighbor:邻近点插值法，将最邻近像元值直接赋予输出像元; ( b ) Bilinear Interpolation:双线性插值法，用双线性方程和2X2窗口计算输出像元值;(c) Cubic Convolution:立方卷积插值法，用立方方程和4X4窗口计算输出像元值;(2)图像重采样过程(Process of Image Resample )首先，在Geo Correction Too、对话框中选择Image Resampl。图标打开Image Resample(图像重采样)对话框(图423)然后，在Image Resample对话框中，定义重采样参数: 一输出图像文件名(Output File):rectify.img 一选择重采样方法(Resample Method): Nearest Neighbor 一定义输出图像范围(0output Corners): ULX, ULY, LRX, LRY 一定义输出像元大小(Output Cell Size): X:30. Y:30 一设置输出统计中忽略零值:Ignore Zero in Stats. 一设置重新计算输出缺省值(Recalculate Output Default): Skip Factor. 10 一OK(关闭Image Resample。对话框，启动重采样进程)第八步:保存几何校正模式(Save Rectification Mode)在Geo Correction Tools对话框中点击Exit按钮，退出图像几何校正过程，按照系统提示选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件(*.gm )，以便下次直接使用。第九步:检验校正结果(Verify Rectification Result)检验校正结果的基本方法是:同时在两个视窗中打开两幅图像，其中一幅是校正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接(Geo Link/Unlink)功能及查询光标(Inquirecursor)功能进行目视定性检脸，具体过程如下:(1)打开两个平铺视窗（open and Tile two Viewer）视窗菜单条:File一OpenRasterOption一图像文件ERDAS图标面板:SessionTile Viewer一平铺视窗(2)建立视窗地理连接关系(Geo Link two Viewer)在Viewer #1中:按住右键一快捷菜单一Geo Link /Unlink在Viewer #2中:点击左键一建立与Viewer #1的连接(3)通过查询光标进行检验(Check with Inquire Cursor)在Viewer #1中:按住右键一快捷菜单一Inquire Cursor一打开光标查询对话框在Viewer #1中:移动查询光标，观测其在两屏幕中的位置及匹配程度，并注意光标 查询对话框中数据的变化。如果满意的话，关闭光标查询对话框。4、卫星图像拼接(Satellite Image Mosaic)l 图像拼接处理(Mosaic Image)的说明：图像拼接处理是要将具有地理参考的若干相邻图像合并成一幅图像或一组图像，需要拼接的输入图像必须含有地图投影信息，或者说输入图像必须经过几何校正处理(Rectified)或进行过校正标定(Calibrated)。虽然所有的输入图像可以具有不同的投影类型、不同的像元大小，但必须具有相同的波段数。在进行图像拼接时，需要确定一幅参考图像，参考图像将作为输出拼接图像的基准，决定拼接图像的对比度匹配以及输出图像的地图投影、像元大小和数据类型。Mosaic Tool视窗由菜单条(Menu Bar)、工具条(Tool Bar)、图形窗口(Graphic View)、和状态条(Status Bar)四部分组成。本次实习我们通过三幅陆地资源卫星(wasia_mss.img, wasia2_mss.img, wasia3_tm.img)接处理，介绍卫星图像的拼接过程。l 启动图像拼接工具(Start Mosaic Tools) 图像拼接工具可以通过下列两种途径启动:ERDAS图标面板菜单条:Main一Data PreparationData Preparation菜单 一选择Mosaic Images一打开Mosaic Tool视窗ERDAS图标面板工具条:点击Data Prep图标一打开Data Preparation菜单 一选择Mosaic Images一打开Mosaic Tool视窗2.2加载Mosaic图像(Add Images for Mosaic) Mosaic Tool视窗菜单条:Edit一Add Images 一打开Add Images for Mosaic对话框 Mosaic Tool视窗工具条:点击Add图标 一打开Add Images for Mosaic对话框 Add Images for Mosaic对话框(选择文件后)在Add Images for Mosaic对话框中，需要设置以下参数:拼接图像文件(Image FileName): wasial mss.img图像拼接区域(Image Area Option)- Compute Active Area (edge)Add(图像wasial_ mss.img被加载到Mosaic视窗中)同样的过程加载wasia2_mss.img和wasia3_tm.imgClose(关闭Add Images for Mosaic对话框)l 图像叠置组合(Images Stacking) Mosaic Too:视窗工具条:点击Set，Input Mode图标，进入设置输入图像模式的状态，Mosaic Tool视窗工具条中会出现与该模式对应的调整图像叠置次序的编辑图标。充分利用系统所提供的编辑工具，根据需要进行上下层调整，这些调整工具包括:Send Image to Top:将选择图像置于最上层Send Image Up One:将选择图像上移一层Send Image to Bottom:将选择图像置于最下层Send Image Down One:将选择图像下移一层Reverse Imge Order:将选择图像次序颠倒调整完成后，在Mosaic Tool视窗图形窗口点击一下，退出图像叠置组合状态。l 图像匹配设置(Image Matching) Mosaic Tool视窗菜单条:Edit一Image Matching -打开Matching Options对话框 Mosaic Tool，视窗工具条:点击Set Input Mode。图标，进入设置输入图像模式, 点击;Image Matchin:图标,打开Matching Options对话框 Matching Options对话框 Set Overlap Function对话框在Matching Options对话框中做如下设置:设置匹配方法(Matching Method): Overlap Areas(重叠区域匹配)OK(保存设置，关闭Matching Options对话框)Mosaic Tool视窗菜单条:Edit一Set Overlap Function打开Set Overlap Function对话框Mosaic Too;视窗工具条:点击Set Intersection Mod。图标，进入设置图像关系模式点击Overlap Function图标打开Set Overlap Function对话框在Set Overlap Function对话框中，设置以下参数: 一设置相交关系(Intersection Method)- No Cutline Exists(没有裁切线) 一设置重叠区像元灰度计算(Select Function) : Average(均值) 一Apply(保存设置)一Close(关闭Matching Options对话框)l 运行Mosaic工具(Run the Mosaic)Mosaic Tool视窗菜单条:Process - Run Mosaic一打开Run Mosaic对话框Run Mosaic对话框在Run Mosaic对话框中，设置下列参数:确定输出文件名(Output File Name)- wasia_mosaic.img确定输出图像区域(Witch Outputs) : All忽略输入图像值(Ignore Input Value): 0输出图像背景值(Output Background Value):0忽略输出统计值(Stars Ignore Value): 0OK(关闭Run Mosaic对话框，运行图像拼接)l 退出Mosaic工具(Exit the Mosaic):Mosaic Tool视窗菜单条:File一Close系统提示是否保存Mosaic设置?No(关闭Mosaic Tool视窗，退出Mosaic工具)。将拼接后图像截图保存至作业说明5、图像投影变换(Rep