envi遥感图像处理实验教程 实验三 几何校正(影像、地形图)

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1、 实验三 ENVI 影像的几何校正 本专题旨在介绍如何在 ENVI 中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及 如何使用 ENVI 进行影像到影像的几何校正。遥感图像的几何纠正是指消除影像 中的几何形变，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新影像。 一般常见的几何纠正有从影像到地图的纠正， 以及从影像到影像的纠正， 后 者也称为影像的配准。遥感影像中需要改正的几何形变主要来自相机系统误差、 地形起伏、地球曲率以及大气折射等。几何纠正包括两个核心环节：一是像素坐 标的变换， 即将影像坐标转变为地图或地面坐标； 二是对坐标变换后的像素亮度 值进行重采样。 本实验将针对不同的数据源和辅助数据，提供

2、以下几种校正方法： Image to Map 几何校正：几何校正：通过地面控制点对遥感图像几何进行平面化的过程， 控 制点可以是键盘输入、从矢量文件中获取。地形图校正就采取这种方法。 Image to image 几何校正：几何校正：以一副已经经过几何校正的栅格影像作为基准图，通 过从两幅图像上选择同名点（GCP）来配准另一幅栅格影像，使相同地物出现在 校正后的图像相同位置。大多数几何校正都是利用此方法完成的。 Image to image 自动图像配准：自动图像配准：根据像元灰度值自动寻找两幅图像上的同名点， 根据同名点完成两幅图像的配准过程。 当同一地区的两幅图像由于各自校正误差 的影像，

3、使得图上的相同地物不重叠时，可利用此方法进行调整 1. 地形图的几何校正 （1）打开并显示地形图 从 ENVI 主菜单中，选择 file open image file，打开 3-几何校正地形图 G-48-34-a.JPG。 （2）定义坐标 从 ENVI 主菜单栏中， 选择 Map Registration Select GCPs： Image to map。 在 image to Map Registration 对话框中，点击并选择 New,定义一个坐标系从 ENVI 主菜单栏中，选择Map Registration Select GCPs: Image to Map。 图 3.1 ima

4、ge to map Registration 对话框 （3）点击 ok，启动自动配准程序。 （4） Ground Control Points Selection 对话框中， 点击 Add point，把该地面控制点添加到列表中。点击 Show list 查看地面 控制点列表，见图 3.2。然后依同样的方式寻找其余的同名地物点。 Ground Control Points Selection 对话框 图 3.2用来进行影像配准的 Ground Control Points Selection 对话框和 Show list 列表 注意注意：在缩放窗口中支持亚像元（sub-pixel）级 的定位，

5、缩放的比例越大，地面控制点的精度就越 好。地面控制点的选择除了通过移动光标之外还可 以直接在同名地物点上通过鼠标进行点击完成。在 show list 对话框中，一旦已经选择了 4 个以上的 地面控制点后，RMS 误差就会显示出来。 图 3.3 缩放窗口（Zoom） （5）如果选择的控制点中，某点的误差很大，删除该点，重新寻找新的点 来代替。在 show list 对话框中用鼠标点击该点，选择 delete 即可删除该点。 如果对所有选择的控制都不满意的话，可以通过 Ground Control Points Selection 对话框，选择 Options Clear All Points，可

6、以清除掉所有的已选 择的地面控制点。 （6）若选择的地面控制点比较满意，则在 Ground Control Points Selection 对话框中选 择 optionsWarp File 选择待校正的地形图文件，点击 OK 填写重采样参数(注意：输出像元大小选择 5 米，如果太大输出的图像模糊)，输 出文件路径及文件名。 （8）打开校正后的地形图，在主窗口双击鼠标左键，查询校正结果。 重复以上步骤， 校正 3-几何校正地形图G-48-34-b.JPG 文件。 最后将两幅校正 好的地形图在 ARCGIS 中打开，观察两者的位置关系。 2.影像对影像的几何配准 利用 SPOT 图像校正 Lan

7、dsat TM。 （1）打开并显示 Landsat TM 图像 1 从 ENVI 主菜单中，选择 file open image file。 2 从列表中选择 tmatlanta.imgimg（待校正影像）（待校正影像）文件。 3 在文件选择对话框中，点击 open ，把 TM 影像波段加载到可用波段列表中。 4 在列表中选择 3 个波段, 选择 new display 彩色显示。 （2）打开并显示 SPOT 图像 同上方法,选择 panpanatlanta.img（已具有投影信息的参考影像）并打开（已具有投影信息的参考影像）并打开 SPOT TM （3）显示光标位置/值 要打开一个显示主影像

8、窗口， 滚动窗口， 或者缩放窗口中光标位置信息对话 框，可以按以下步骤进行操作。 1 从主影像窗口菜单栏中，选择 tools Cursor Location/value。 2 在主影像窗口、滚动窗口和缩放窗口的 TM 影像上，移动鼠标光标。 注意坐标是以像素为单位给出的，这是因为这个影像是基于像素坐标的， 它不同 于上面带有地理坐标的 SPOT 影像。 3 选择 file Cancel，关闭 Cursor Location/value 对话框。 （4）开始进行影像配准 1 从 ENVI 主菜单栏中，选择 Map Registration Select GCPs：Image to Image。

9、2 在 image to Image Registration 对话框中，点击并选择 display1（spot 影像） ，作为 Base Image。点击 display2（TM 影像）作为 Warp image。 图 2.2image to Image Registration 对话框 3 点击 ok，启动自动配准程序。 6 RMS Error (Root mean square error 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。 7 Predict 预测点坐标功能 2 3 4 5 6 7 基准图像的控制点的坐标 校正图像的控制点的坐标

10、 增加一个控制点 查看地面控制点列表 多项式纠正法校正的次数 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 Ground Control Points Selection 对话框中，点击 Add Point 4，把该地面控制点添加到列表中。点击 Show List 5查看地面控制点列表。 (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（a first order polynomial）计算的，它的大 小表明了点是否正确输入（如果误差较

11、大，你可能需要编排基准位置）。） (3) 一旦已经选择了至少 3 个个地面控制点以后，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 Show List,显示控制点列表： 图 2.5 影像配准中所用到的 Image to Image GCP List 对话框 “Order Points by Error”,按 RMS 误差大小的顺序排列控制点； “Clear all points” ，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

12、（5）选择纠正参数并输出结果 在 Ground Control Points Selection 上，选择 OptionsWarp File，选 择需纠正图像。 重采样说明： 校正参数设置 输出图像范围 保存校正后影像 2 2 3 4 (1) ENVI 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(Delaunay triangulation)。 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。The RST warping algorithm

13、 uses an affine transformation（仿射变换）: x = a1 + a2 X + a3 Y y = b1 + b2 X + b3 Y 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” 4 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 =9。

14、考虑到切 变，一阶的多项式法校正算法如下： x = a1 + a2 X + a3 Y + a4 XY y = b1 + b2 X + b3 Y + b4 XY 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 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。 Zero Edge 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(sme

15、aring)” 效果。For triangulation warping, use the Zero Edge toggle button to select whether or not you want a one-pixel border of background color at the edge of the warp data. (2) 2 重采样(Resampling) 的三种方法：最邻近法(Nearest Neighbor)、双线性内插 法(Bilinear interpolation)、三次卷积法(Cubic Convolution) (3) 在“Background Va

16、lue” 3 里， 输入 DN （Digital number） 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（Output image Extent）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(Base image)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-left corner values） 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) Click OK. ENVI 会把结果直接输出可用波段列表（Available Band