遥感专题制图实习指导书(RS实验1)

《遥感专题制图实习》

教学指导书

南京信息工程大学

测绘工程系

实习1：增强、滤波、分割和正射校正

实习目的：通过对图像增强、滤波和分割的操作，掌握改善遥感图像显示效果的一般方法；通过对图像正射校正处理，掌握Image Registration Workflow的使用。

实习内容：

（1）图像的增强、滤波和分割；

（2）正射校正。

一、交互式直方图拉伸增强

1、概述

通过拉伸对比度来对直方图进行调整，从而“扩大”前景和背景灰度的差别，达到增强对比度的目的。选择Display/Custom Stretch打开交互式直方图拉伸操作窗口，对图像数据进行拉伸。

2、操作步骤

2．1 打开数据

启动ENVI 5.x，打开影像TM5-lanzhou.dat，以RGB形式显示在主窗体中。（通过Data Manager调整显示波段）

图1 打开图像文件

2．2 直方图拉伸

第一步：选择Display/Custom Stretch，打开交互式直方图拉伸操作对话框。

图 2 直方图拉伸1

第二步：在窗口中选择R、G、B三个波段之一，拉伸图像的某一波段（如选择Gaussian方法对R波段进行拉伸）。

图 3 直方图拉伸2

第三步：在对话框的下方选择下拉列表中的Linear、Equalization、Gaussian 等拉伸方式，对显示效果进行比较。单击Reset Dialog按钮，可以回复拉伸方法到打开窗口之前的状态。

二、滤波

1、概述

根据增强类型（低频、中频、高频）的不同可分为低通滤波、带通滤波和高通滤波。以高通滤波为例，进行操作。

2、操作步骤

第一步：打开图像数据文件（TM-lanzhou.dat）。

第二步：在工具箱中，选择Filter/Convolutions and Morphology，打开Convolution and Morphology Tools对话框（见下图），单击Convolutions按钮，选择Gaussian High Pass。

图4 滤波工具

第三步：卷积核大小（kernel size）以奇数表示。

第四步：图像加回值（Image Add Back），设置为80。

第五步：编辑卷积核值（Editable Kernel），双击文本框可编辑卷积核值，选择File保存或打开一个卷积核文件。

第六步：设置好卷积参数后，单击Apply To File，选择图像文件。

第七步：选择输出路径及文件名，保存文件，显示结果。

图5 滤波增强结果

三、分割

1、概述

使用segmentation工具对图像进行分割。

2、操作步骤

第一步：在工具窗的搜索框输入“segmentation”，找到segmentation image

工具。

第二步：在“Select Input Band”中选择需要分割的波段，点击“OK”。

第三步：在“Min Thresh Value”、“Max Thresh Value”中分别输入需要切割的最小、最大阈值，设置“Output Result To”到“Memory”，点击“OK”，得到分割的结果。

第四步：对分割后的结果、原图像进行对比分析。

四、正射校正

1、概述

ENVI 目前支持的正射校正包括两种模型：严格轨道模型（Pushbroom Sensor）和RPC 有理多项式系数（Rational Polynomial Coefficient）。包括ALOS/PRISM、ASTER、IKONOS、OrbView-3、QuickBird、SPOT1-5、CARTOSAT-1（P5）、FORMOSAT-2、worldview-1、GeoEye-1、KOMPSAT-2等校正模型。

ENVI 还可以根据地面控制点（GCP）或者外方位元素（XS, YS, ZS, Omega, Phi, and Kappa）建立RPC 文件，校正一般的推扫式卫星传感器、框幅式航空相片和数码航空相片。当获得的卫星数据提供的是轨道参数，诸如ALOS PRISM and AVINIR, ASTER, CARTOSAT-1,IKONOS, IRS-C, MOMS, QuickBird, WorldView等，也可

以利用这个功能来生成RPC文件做正射校正。

2、操作步骤

下面以Quickbird 影像为数据源学习卫星影像的正射校正过程。可以在ENVI5.x 或ENVI Classic下操作。

2.1 ENVI 5.x 正射校正

当我们在进行正射校正时，如果没有控制点或控制点需要手动输入时，可以采用ENVI 5.x进行操作。用到的工具为流程化工具/Geometric Correction/Orthorectification/RPCOrthorectification Workflow。

第一步：打开数据

（1）在ENVI 5.x 中选择菜单File > Open As > QuickBird，在弹出的对话框中选择文件“...\数据\QuickBird\005606990010_01_P008_MUL\05JUL11182931-M1BS-00560699

0010_01_P008.TIL”；

图 6 数据打开，查看RPC信息

（2）打开Data Manager（如上图所示），可以看到ENVI 自动识别QB 数据的RPC 信息。

（3）打开DEM 数据“...\数据\QuickBird\phoenix_DEM_subset.tif”；

（4）在Toolbox 中，打开/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification

Workflow；

（5）在弹出的File Selection 对话框中，Input File 选择输入文件，DEM File 选择DEM 数据，如下图所示，点击Next 进入下一步；

图7 RPC 正射校正选择输入文件和DEM文件

第二步：选择控制点/设置参数

（6）由于本次操作没有进行GCPs 的输入，可以直接选择Advanced 选项卡，设置输出像元大小、重采样方法等参数，如下图所示；建议启用Geoid Correction 设置项，可以在很大程度上提高RPC 模型的水平和垂直精度。PRC 正射校正流程化工具使用Earth Gravitational Model (EGM) 1996 来进行大地水准面校正，自动确定偏移量。

注：如果有实测GCPs，可以切换到GCPs 选项卡，在工具栏选中图标，在图像中添加实测GCP 同名点，然后在右侧表格中输入如下信息，然后继续添加GCP 即可。

（7）参数和控制点设置完成后，可以点击流程化工具左下角的“Preview”进行结果预览，如图所示；

图8 控制点输入与参数设置页面

（8）最后切换到Export 选项卡，设置输出文件路径，点击Finish 即可。

2．2 ENVI Classic正射校正

当GCPs 是从标准图像或矢量中获取时，建议使用ENVI Classic进行正射校正。

第一步：打开数据

（1）开始>程序>ENVI5.1 >Tools>ENVI Classic;

（2）打开待校正Quickbird 数据。选择File > Open External File > Quickbird > GeoTIFF，选择“\数据\QuickBird\005606990010_01_P008_MUL\05JUL11182931-M1BS-005606990010_0 1_P008.TIF”；

（3）打开参考数据。菜单File > Open Image File ，选择文件“\ 数据\QuickBird\BaseImage.dat”；

（4）打开DEM 数据。菜单File > Open ，选择文件“\ 数据\QuickBird\phoenix_DEM_subset.tif”；打开后的波段列表如下图所示。

图9 打开的波段列表

（5）将参考数据与DEM 文件进行绑定，方便后续控制点高程的导入。在标准文件BaseImage.dat 文件名上点击右键，选择Edit Header…，在弹出的对话框中选择Edit Attributes > Associate DEM File…（如下图所示），选择“phoenix_DEM_subset.tif”即可，点击OK。绑定后将DEM 显示在三视窗内，双击鼠标取值可以同时看到DN 值和DEM值；

图10 绑定DEM方法（左），绑定后效果（右）

第二步：选择控制点

（6）将待校正和参考数据均显示在三视窗内，本例中参考数据窗口为Display #1，待校正数据窗口为Display #2 。然后选择菜单Map > Orthorectification > QuickBird > Orthorectify Quickbird with Ground Control，在弹出的对话框内选择待校正文件对应的窗口编号（本例为Display #2），自动弹出控制点选择面板Ground Control Points Selection；

（7）在Ground Control Points Selection 面板中，单击Change Proj...按钮，修改控制点坐标系与参考数据的坐标系一致；

图11 修改地面控制点坐标信息

（8）在待校正和参考数据的窗口内选择同名点（如下图），然后在参考数据窗口右键选择Pixel Locator 菜单，点击Export 按钮（如下图所示），将参考数据上的控制点信息自动输出到Ground Control Points Selection 面板，点击Add Point 按钮添加控制点。

注：由于待校正图像已经读取了RPC 文件，有了粗略的地理位置。可以使用地理链接Geographic Link 工具辅助寻找“同名点”。在显示参考数据的Display 中右键选择Geographic Link，在Geographic Link 面板上将显示参考数据和待校正数据的Display 设置为On。大致定位后，设成Off 取消地理链接，再精确定位。

图12 控制点选取界面

图13 使用Export 导入控制点信息

（9）重复步骤（6），选择一系列同名控制点，控制点的分布尽量均匀。RMS Error控制在1~2 个像元大小左右（与输入文件的分辨率有关，分辨率越高，RMSE 可相对要求低些）；

图14 控制点的RMS Error

第三步：执行正射校正

（10）在Ground Control Points Selection 面板，选择Options > Orthorectify File…；在弹出对话框中选择待校正文件，点击OK；

（11）在弹出的Orthorectification Parameters 对话框中设置正射校正参数。如下图所示，左侧设置输入文件和DEM 重采样方法、背景值等参数，在左侧下边设置输出路径；右侧设置输出投影坐标系和像元大小等参数。输出的投影坐标系可以与参考数据（或者控制点坐标系）不一致。

（12）设置完成后，点击OK 执行正射校正。

注：如果修改输出的X/Y Pixel Size，需要在修改后按Enter 键，ENVI 会自动重新计算输出文件的行列数，否则会导致输出结果错误。

图15 设置正射校正参数

在ENVI5.x 新界面中打开校正后的结果与参考数据进行对比，如下图所示，在山区校正了地形产生的几何畸变。

图16 校正结果的对比（窗口中间为参考数据），上图-校正前，下图-校正后