基于ENVI51的“资源三号”立体像对DEM提取(共9页)

1、基于ENVI5.1的“资源(zyun)三号”立体像对DEM提取1.概述(i sh) 数字高程模型(Digital Elevation Model)，简称DEM，它是用一组有序数值阵列形式表示(biosh)地面高程的一种实体地面模型。DEM除了包括地面高程信息外，还可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。建立DEM的方法有多种，从数据源及采集方式主要有：根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获；野外测量或者从现有地形图上采集高程点或者等高线，后通过内插生成DEM等方法。资源三号搭载了四台光学相机，包括一台地面分辨率2.1m的正视全色TD

2、I CCD相机、地面分辨率3.5m的前视和后视全色TDI CCD相机、一台地面分辨率5.8m的正视多光谱相机。其中前正后视全色相机，推扫成像形成三线阵立体像对，可用于DEM提取。经过测试发现，前视和正视，或后视和正视，可以组成立体像对进行DEM提取，效果较好，优于前视和后视提取的DEM。2.详细操作步骤 DEM Extraction工具分为9个步骤，总体上我们可分为6个步骤，如下图所示。 图1.1 DEM提取流程 图2.1 Step 1 of 9输入立体像对第一步：输入立体像对（1）单击File-Open，以正视和后视图像为例。打开ZY3_01a_hsnnavp_*和ZY3_01a_hsnba

3、vp_*文件夹内的tif文件。（2）在Toolbox中，双击/ Terrain/DEM Extraction/DEM Extraction Wizard: New。（3）单击Select Stereo Image按钮，选择正视(zhngsh)图像（NAVP）为Left Image，后视图像（BAVP）为Right Image。注：1、ENVI一般(ybn)能自动识别RPC文件，否则需要手动选择RPC文件。2、左影像选择垂直观测(gunc)的影像，或者观测角度小的影像。可以简单通过对比立体像对两幅影像的地面分辨率，分辨率高的当作左影像。（4）单击Next按钮。第二步：定义地面控制点提供三种定义地

4、面控制点方式：不定义（No GCPs (relative DEM values only)）、交互式定义（Define GCPs Interactively）和读取控制点文件（Read GCPs From File）。由于缺少地面控制点数据，这里选择不定义控制点，单击Next按钮。注：不定义地面控制点得到的DEM是相对高程，即以卫星地势面为基准。 图2.2 Step2 of 9定义地面控制点 图2.3 Step 4 of 9自动选择Tie点参数设置第三步：定义连接点（1）提供三种定义连接点方式：自动寻找、交互式手工定义和外部读取控制点文件。选择选择自动寻找，参数设置如下所示，连接点数目（Num

5、ber of Tie Points）：1000。搜索窗口大小（Search Windows Size）：481。移动窗口大小（Moving Window Size）：101。最小相关系数（Minimum Correlation）：0.90。平均高程（Region Elevation）：自动从影像读取。是否检查连接点（Examine and Edit Tie Points）：Yes。注：几个参数的设置说明如下说明：搜索窗口大小（Search Windows Size）：大于或等于21的任意整数，并且必须比移动窗口大。该参数的值越大，找到匹配点的可能性也越大，但同时也要耗费更多的计算时间。大致确定

6、搜索窗口大小的方法：在立体像对（带有粗略地理坐标）两个图像上找到一个同名点，量测两个图像上同名点的距离D（像素单位），搜索窗口最小设置为（D+1）*2。移动窗口大小(dxio)（Moving Window Size）：在搜索窗口中进行检查，寻找地形特征匹配的小区域。移动窗口大小必须是奇数。最小的移动窗口大小是5，即为55像素。使用较大的移动窗口将会获得更加可靠的匹配结果，但也需要更多的处理时间。移动窗口的大小跟图像空间(kngjin)分布率有关系，根据如下所列设置：大于等于10 米分辨率图像，设置(shzh)值的范围是915。510 米分辨率图像，设置值的范围是1121。15米分辨率图像，设置

7、值的范围是1541。小于1米分辨率图像, 设置值的范围是2181 或者更高。（2）单击Next按钮，进入Step 5/9步骤。（3）本例子中，自动找到414个Tie点，Maximum Y Parallax（Y视差）=2.3394，小于10即可进行下一步处理。从点的分布来看，有部分地区没有Tie点，下面手动交互添加一些Tie点。注：如果Maximum Y Parallax（Y视差）10，单击Show Table，选择Sort Table By Error，误差大的点排在前面，逐个选择Tie点查看精度，将偏离较大的点进行微调或者直接删除。图2.4 5 of 9自动选择Tie点及分布1）单击Para

8、ms按钮修改两个窗口大小为481和101。预测(yc)参数设置2）在左边(zu bian)图像的无Tie点区域，定位一个点，单击Predict Right按钮，自动在右边图像上定位一个点，确认两个点是同名点，单击Add按钮添加。注：一般预测的点都很准确，个别不准确可以由右边图像上的点来预测左边图像（Predict Left按钮）的同名点。3）重复以上步骤，手动增加一些Tie点，尤其(yuq)是地形起伏较大区域。4）当误差达到一定范围，如这里的3.4373（Maximum Y Parallax10），单击Next。图2.5手动添加一些Tie点的分布第四步：设定DEM提取参数（1）Step 6 o

9、f 9，ENVI会生成核线图像，可以用于立体观测，选择一个路径分别输出，单击Next。图2.6 Step 6 of 9 输出(shch)核共线图像（2）在Step 7 of 9中，设置DEM输出投影参数。这里直接设置为UTM坐标，输出像元大小为10m（记得(j de)回车自动计算输出像元行列数，否则结果会带很多黑背景），单击Next。注：这里输出的像元大小没有一个明确(mngqu)的规定，一般可选择 10或者15米输出。（3）在Step 8 of 9中，设置DEM输出参数：最小相关系数阈值（Minimum Correlation）：0.7。值的范围是01，这个参数是评价两个点匹配好坏。这个阈值

10、越大，匹配精度越高，能得到的匹配点越少。一般设定在0.650.85之间。背景值（Background Value）：-999。设定DEM的背景像素值。外边界清理焊缝(Edge Trimming)：0。值的范围是0.00.6。设定输出DEM外边界清理焊缝宽度，用占整个DEM的百分比来标示。移动窗口大小（Moving Window Size）：13x13。定义计算两图像相关性的范围大小，于来执行图像匹配，值越大越可靠，精确的匹配结果越少，计算量越大。地形地貌（Terrain Relief）：Moderate。三个级别Low、Moderate和High。Low用于覆盖区域地形平坦；Moderate用

11、于大多数地形；High用于地形起伏较大的山区，地形地貌很明显区域。地形细部（Terrain Detail）：Level 6。设置DEM地形细节等级。等级越高，生成的DEM越精细，处理时间越长。数据输出类型（Output Data Type）：Integer。16bit的Integer和32bit的Floating Point。（4）选择输出路径和文件名。图2.7 Step7 of 9、8 of 9DEM输出(shch)投影与输出参数设置第五步：输出DEM并检查(jinch)结果在Step 9 of 9中，单击Load DEM Result to Display按钮加载生成(shn chn)DE

12、M结果。第六步：编辑DEM生成的DEM有些地方如果有厚云等，对获得的地形有影响，可以通过手动编辑来更改这些区域的高程数据。（1）在Step 9 of 9中，单击Load DEM Result to Display with Editing Tool按钮，打开DEM编辑工具。（2）在Image 窗口中绘制需要编辑的区域，在Method中选择一种修改方法，单击Apply to Region of Interest或者Apply to Entire Band进行修改。几种修改方法说明如下表：（3）单击Save按钮，保存为工程文件。图2.8 DEM结果(ji gu)表 2.2 编辑(binj)DEM高

13、程值的7种方法方法说明Replace with value用指定的值替换感兴趣区内的高程值，需要设定一个替代常量。Replace with mean用感兴趣区内原来的平均高程值替换整个感兴趣区内的高程值。Smooth对感兴趣区内做低通卷积滤波，需要设定一个卷积核，默认为3x3。Median Filter对感兴趣区内做中值卷积滤波，需要设定一个卷积核，默认为3x3。Noise Removal如果感兴趣区内原高程值大于其周围高程值的标准差，则用周围高程值的中值代替。Triangulate用三角内插算法对感兴趣区内的高程值重新插值。Thin Plate Spline用薄板样条插值算法对感兴趣区内的高

14、程值重新插值。如下图是利用相同(xin tn)的流程和参数，使用其他资源三号数据提取得到的DEM结果。图2.9资源三号立体像对提取(tq)的DEM结果3.常见(chn jin)问题解答3.1整体(zhngt)效果差问题描述：呈现大范围三角形状，地形不平滑;解决方法：1、可能Tie点太少造成，增加Tie数量。2、可能立体像对拍摄夹角太大，如选择前视和后视作为立体像对时。3.2部分地区地形插值不平滑问题描述：如下图所示，主要产生的原因是地形起伏较大，尤其是山体存在阴影情况。解决方法：增加Tie点。图3.1 DEM结果局部不平滑3.3处理速度慢设置地形地貌（Terrain Relief）和地形细部（

15、Terrain Detail）级别太高，如设置Terrain Relief：High和Terrain Detail：Level 7。一般设置Terrain Relief：Moderate和Terrain Detail：Level 6即能满足大部分处理要求。3.4内存溢出图3.2 ENVI Classic分块大小设置问题描述：提示错误类似Unable to allocate memory: to make array。解决方法：设置的分块大小(dxio)太大导致。在ENVI Classic中，File Preferences 面板中（如下图），建议(jiny)设置Cache Size为内存大小的50%；Image Tile Size设置可参考：内存(ni cn) 2G，Image Tile Size 1M内存 4G，Imag