ENVI几何配准实习.docx
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ENVI几何配准实习.docx
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ENVI几何配准实习
ENVI实习一几何配准
Author:
陈敏捷
Email:
chenminjie.1986@
Data:
2007/12/20
ENVI实习一几何配准1
一、ENVI软件界面系统介绍2
1.主菜单2
2.可用波段列表(AvailableBandsList)3
3.图像显示窗口4
二、影像到影像的几何配准5
1.启动ENVI5
2.分别打开并显示标准影像和校正影像5
3.定义北京54坐标系8
4.修改ENVI头文件中的地图信息9
5.选择控制点10
6.校正影像13
7.比较结果15
8.查看地图坐标17
9.关闭ENVI17
ENVI(TheEnvironmentforVisualizingImages)Version4.3,由美国系统研究公司(ResearchSystemINC.)开发。
它是一套功能齐全的遥感图像处理系统,是处理、分析并显示多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具。
一、ENVI软件界面系统介绍
1.主菜单
所有的ENVI操作通过使用ENVI主菜单来激活,它由横跨屏幕顶部的一系列按钮水平排列而成(如下图所示)。
File:
ENVI的文件管理功能,如:
打开文件,设置默认参数,退出ENVI,以及实现其他文件和项目的管理功能等。
BasicTools:
提供对多种ENVI功能的访问,如:
RegionsofInterest功能可以用于多重显示,BandMath功能用于对图像进行一般的处理。
StretchData功能提供了进行文件对文件对比度拉伸的一个典范。
Classification:
分类,如:
监督分类和非监督分类(supervised/unsupervised)、决策树分类(decisiontree)、波谱端元收集(Endmembercollection)、分类后处理(postclassification)等。
Transform:
图像转换功能,如:
图像锐化(Imagesharpening),波段比计算(bandratio),主成分分析(principlecomponentsanalysis)等
Filter:
滤波分析,包括:
卷积滤波(Convolutions)、形态学滤波(Morphology)、纹理滤波(text)、自适应滤波(Adaptive)和频率域滤波(傅立叶变换FFT)
Spectral:
多光谱和高光谱图像以及其它波谱数据类型的分析,包括:
波谱库的构建、重采样和浏览;抽取波谱分割;波谱运算;波谱端元的判断;波谱数据的N维可视化;波谱分类;线性波谱分离;匹配滤波;匹配滤波;包络线去除以及波谱特征拟合。
Map:
图像的配准(registration)、正射校正(orthoretification)、镶嵌(mosaicking);转化地图坐标和投影;构建用户自定义投影;转换ASCII坐标;GPS-链接。
Vector:
打开矢量文件、生成矢量文件、管理矢量文件、将栅格图像(包括分类图像)转换为ENVI矢量图层、不规则点栅格化,以及将ENVI矢量文件(EVF)、注记文件(ANN)以及感兴趣区(ROI)转换为DXF格式的文件。
Topographic:
可以对地形数字高程数据进行打开、分析和输出等操作,比如提取阴影(hillshade)、提取地形特征(topographicfeature),三维表面分析(3Dsurface)等
Radar:
对雷达数据的处理,如打开文件、拉伸、颜色处理、分类、配准、滤波、几何纠正等,另外还提供可分析极化雷达数据的特定工具。
2.可用波段列表(AvailableBandsList)
1.在主菜单上打开任何文件,ABL(AvailableBandsList)自动地出现.比如打开图像文件,File->Openanimagefile
⑥
⑤
④
③
⑦
2.ABL顶部的菜单栏,带有两个下拉菜单:
File和Option:
File:
打开、关闭文件,显示文件信息和退出可用波段列表的功能。
Options:
提供三项功能:
查找接近特定波长的波段,显示当前所打开的波段,以及将一幅已打开的影像的所有波段名折叠显示。
3.可用波段列表框③,打开的文件会显示在上面
4.GrayScale④显示一幅灰阶图像。
(1)单击需要显示的波段,它将显示在一个标签为“SelectedBand:
”的小文本框中
(2)在窗口底部点击“LoadBand”⑦,导入波段到显示,把图像显示了出来
5.RGBColor⑤显示一幅彩色图像
(1)在序列中点击所需要显示的红、绿和蓝波段名
(2)在窗口底部点击“LoadBand”⑦,导入波段到显示,把图像显示了出来
6.“Dims”⑥显示文件格式,比如“BSQ”代表波段顺序存储格式。
每行数据后面紧接着同一波谱的下一行数据,这种格式最适合于对单个波谱段中任何部分的空间(X,Y)存储。
3.图像显示窗口
①
③
②
主图像窗口①100%显示(全分辨率显示)scroll的方框,功能菜单条包括5个下拉菜单,控制所有的ENVI交互显示功能,这包括:
图像链接和动态覆盖;空间和波谱剖面图;对比度拉伸;彩色制图;ROI的限定、光标位置和值、散点图和表面图;注记、网格、图像等值线和矢量层等的覆盖(叠置);动画;存储和图像打印等文件管理工具;浏览显示信息和打开显示的显示控制
滚动窗口(Scroll)②重采样(降低分辨率)显示一幅图像。
只有要显示的图像比主图像窗口能显示的图像大时,才会出现滚动窗口。
缩放窗口(Zoom)③放大显示了影像的某一部分,(200*200)显示image的方框。
缩放系数(用户自定义)出现在窗口标题栏的括号中。
二、影像到影像的几何配准
1.启动ENVI
2.分别打开并显示标准影像和校正影像
标准影像:
北京地区2004年5月19日TM影像(BJ-2004-5-19Tm5ROA-warp)
校正影像:
北京地区2002年5月22日ETM影像(L71123032_03220020522_.FST)
TM影像波段信息:
ETM+影像:
增加了TM8波段,0.52-0.90um,空间分辨率15*15m
1.从ENVI主菜单中,选择File→OpenImageFile。
2.当EnterDataFilenames对话框出现后,选择选择“BJ-2004-5-19Tm5ROA-warp”文件,把标准TM影像波段加载到可用波段列表(AvailableBandsList)中。
显示该影像的地图信息
⑦
⑤
⑧
3.选择“RGBColor”⑤显示一幅彩色图像,分别把4,3,2波段加入到R、G、B通道,显示标准假彩色影像。
4.点击NoDisplay⑧按钮,并从下拉式菜单中选择NewDisplay。
5.点击LoadBand⑦按钮,来把TM标准假彩色影像加载到一个新的显示窗口Display#1中。
6.用同样的方法把需要校正的影像加载到另一个新的显示窗口Display#2中
7.注意:
只有空间分辨率相同的几幅影像才可以同时加载到R、G、B通道中,比如ETM+的影像的第8波段就不能与其他波段一起加载。
3.定义北京54坐标系
1.从ENVI主菜单栏中,选择Map→CustomizeMapProjections,定义坐标系
按下图定义北京54坐标系:
中央经度
点击此上下键选择参考椭球体
选择“克拉索夫斯基椭球体”
投影类型:
选择横轴墨卡托
名字
定义好之后,按照下图添加坐标系:
4.修改ENVI头文件中的地图信息
1.在可用波段列表中,右键点击BJ-2004-5-19Tm5ROA-warp标准影像文件名下的MapInfo图标,从弹出的快捷菜单中选择EditMapInformation。
EditMapInformation对话框出现在屏幕上,点击“Changeprojection”,修改坐标信息(右图),选择刚刚建立好的北京54坐标系,点击OK.同理修改校正影像的坐标系。
5.选择控制点
1.从ENVI主菜单栏中,选择Map→Registration→SelectGCPs:
ImagetoImage。
2.在ImagetoImageRegistration对话框中,点击并选择Display#1,作为BaseImage。
点击Display#2,作为WarpImage。
3.点击OK,启动配准程序。
多项式纠正法校正的次数
查看地面控制点列表
增加一个控制点
校正图像的控制点的坐标
基准图像的控制点的坐标
①
RMSError(Rootmeansquareerror均方根误差),可以显示总的RMS误差。
为了最好的配准,应该试图使RMS误差最小化。
Predict预测点坐标功能
4.通过将光标放置在两幅影像的相同地物点上,来添加单独的地面控制点,在GroundControlPointsSelection对话框中,点击AddPoint
,把该地面控制点添加到列表中。
点击ShowList
查看地面控制点列表。
注意:
(1)同名控制点的要求:
分布均匀,不少于30个。
(2)一旦已经选择了至少5个地面控制点以后,RMS误差就会显示出来。
(RMS误差是基于一个适于点的一次多项式(afirstorderpolynomial)计算的,它的大小表明了点是否正确输入(如果误差较大,你可能需要编排基准位置)。
)
(3)一旦已经选择了至少3个地面控制点以后,在标准影像选好控制点之后,就可以用Predict预测出校正影像同名控制点的大致位置。
(4)点击ShowList,显示控制点列表:
“OrderPointsbyError”,按RMS误差大小的顺序排列控制点;
“Clearallpoints”,清除所有的控制点
“On/Off”,开启或关闭点,即是否让所选的高亮度的控制点(如上图中的#5)参与校正
“Delete”,删除所选高亮度的控制点
5.保存地面控制点坐标:
从GroundControlPointsSelection对话框中,选择File→SaveGCPstoASCII,输入文件名,保存。
6.校正影像
我们可以校正显示的影像波段,也可以同时校正多波段影像中的所有波段。
这里我们对整个影像进行校正。
1.从GroundControlPointsSelection对话框中,选择Options→WarpFile。
保存校正后影像
⑤
①
①
输出图像范围
校正参数设置
(1)①ENVI提供三种校正方法:
RST法(Rotation旋转、Scaling缩放、translation平移)、多项式法(polynomial)和三角校正法(Delaunaytriangulation)。
A.RST纠正是最简单的方法,需要三个或更多的GCPs运行图像的旋转、缩放和平移。
TheRSTwarpingalgorithmusesanaffinetransformation(仿射变换):
x=a1+a2X+a3Y
y=b1+b2X+b3Y
6个参数,至少要3个控制点。
这种算法没有考虑图像校正时的“shearing(切变)”。
为了允许切变,应该使用一阶的多项式校正法。
虽然RST方法是非常快的,但是,在大多数情况下,使用一阶的多项式法校正能得到更加精确的结果。
B.多项式校正(polynomial),可以实现1次到n次多项式纠正。
在“Degree”
里输入需要的次数,可以得到的次数依赖于选择的控制点数(#GCPs),要求(次数+1)2<=#GCPs,比如说希望degree=2,#GCPs必须>=9。
考虑到切变,一阶的多项式法校正算法如下:
x=a1+a2X+a3Y+a4XY
y=b1+b2X+b3Y+b4XY
C.三角法校正(Triangulation)实际上是运用了德洛内(Delaunay)三角测量法。
Delaunay三角测量法就是利用不规则空间GCPs建立Delaunay三角形(由与相邻Voronoi多边形<即泰森多边形>共享一条边的相关点连接而成的三角形)并把值内插到所输出的格网中。
ZeroEdge选择是否要在三角测量纠正数据的边缘,用单个像元的背景颜色作边界。
选择这一项,将避免一个也许出现在纠正图像的边缘“托影(smearing)”效果。
Fortriangulationwarping,usetheZeroEdgetogglebuttontoselectwhetherornotyouwantaone-pixelborderofbackgroundcolorattheedgeofthewarpdata.
(2)
重采样(Resampling)的三种方法:
最邻近法(NearestNeighbor)、双线性内插法(Bilinearinterpolation)、三次卷积法(CubicConvolution)
(3)在“BackgroundValue”
里,输入DN(Digitalnumber)值,设定背景值(在纠正图像里,DN值用于填充没有图像数据显示的区域)
(4)输出图像大小范围(OutputimageExtent)⑤由纠正输入图像的包络矩形大小自动设定。
所以,输出的纠正图像大小通常与基图像(Baseimage)的大小不一样。
输出大小的坐标由基图像坐标决定。
所以,左上角的值(upper-leftcornervalues)一般也不是(0,0),而是显示的从基图像左上角原点计算的X和Y值。
这些偏移值被储存在文件头里,并允许基图像和纠正图像的动态覆盖(叠置),尽管它们的大小不同。
(5)选择输出到“File”或“Memory”,File保存为文件,Memory保存在内存中。
(6)ClickOK.ENVI会把结果直接输出可用波段列表(AvailableBandsList).
2.在RegistrationParameters对话框中的WarpMethod按钮菜单中,选择RST。
在Resampling
的按钮菜单中选择NearestNeighbor重采样法。
3.输入文件名2002RST_NN,点击OK。
4.重复步骤1和步骤2,还是使用RST校正法,但是要相应地选择Bilinear和CubicConvolution重采样法。
5.将结果分别输出到2002RST_Bilin和2002RST_Cubic文件中。
6.再一次重复步骤1和步骤2,这一次选择一次多项式Polynomial校正法,并使用CubicConvolution重采样法。
然后再选择Delaunay三角网的Triangulation校正法,相应地使用CubicConvolution重采样法。
7.将结果分别输出到2002Poly_Cubic和2002Tri_Cubic文件中。
7.比较结果
使用动态链接来比较校正结果:
1.在可用波段列表(AvailableBandsList)中,选择2002RST_NN文件。
在Display#下拉式按钮中选择NewDisplay,点击LoadBand将该文件加载到一个新的显示窗口中。
2.在主影像窗口中,点击鼠标右键,选择LinkDisplays,使用动态链接。
3.在LinkDisplays对话框中,点击OK,把标准影像(BJ-2004-5-19Tm5ROA-warp)和已添加了地理坐标的2002RST_NN影像链接起来。
4.在主影像显示窗口中,点击鼠标左键,使用动态链接功能,对标准影像和校正后的影像进行比较。
5.同理,将2002RST_Bilin和2002RST_Cubic影像分别加载到新的显示窗口中,使用影像动态链接功能,比较采用三种不同的重采样法(最邻近法、双线性内插法和三次卷积法)所产生的效果。
6.在相应的主影像窗口中,选择File→Cancel,关闭2002RST_NN(RST校正,最近邻法重采样)和2002RST_Bilin(RST校正,双线性内插法重采样)影像的显示窗口。
7.将2002Poly_Cubic和2002Tri_Cubic影像分别加载到新的显示窗口中,使用影像动态链接功能,同2002RST_Cubic影像(RST校正)进行比较,比较采用三种不同校正方法(RST、1次多项式和Delaunay三角网)对影像几何信息所产生的效果。
8.使用动态链接功能,与带有地理坐标的标准影像进行比较。
8.查看地图坐标
1.从主影像窗口菜单栏中,选择Tools→CursorLocation/Value,或者在主影像窗口直接右键选择CursorLocation/Value也可以。
2.浏览带地理坐标的数据集,注意不同的重采样法和校正法对数据值所产生的效果。
3.选择File→Cancel,关闭该对话框。
9.关闭ENVI
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