1、基于ENVI5.1的“資源(zyun)三號”立體像對DEM提取1.概述(i sh) 數字高程模型(Digital Elevation Model)，簡稱DEM，它是用一組有序數值陣列形式表示(biosh)地面高程的一種實體地面模型。DEM除了包括地面高程信息外，還可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，還可以計算地形特征參數，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和溝谷等。建立DEM的方法有多種，從數據源及采集方式主要有：根據航空或航天影像，通過攝影測量途徑獲；野外測量或者從現有地形圖上采集高程點或者等高線，后通過內插生成DEM等方法。資源三號搭載了四臺光學相機，包括一臺地面分辨率2.1m的正視全色TD

2、I CCD相機、地面分辨率3.5m的前視和后視全色TDI CCD相機、一臺地面分辨率5.8m的正視多光譜相機。其中前正后視全色相機，推掃成像形成三線陣立體像對，可用于DEM提取。經過測試發現，前視和正視，或后視和正視，可以組成立體像對進行DEM提取，效果較好，優于前視和后視提取的DEM。2.詳細操作步驟 DEM Extraction工具分為9個步驟，總體上我們可分為6個步驟，如下圖所示。 圖1.1 DEM提取流程 圖2.1 Step 1 of 9輸入立體像對第一步：輸入立體像對（1）單擊File-Open，以正視和后視圖像為例。打開ZY3_01a_hsnnavp_*和ZY3_01a_hsnba

3、vp_*文件夾內的tif文件。（2）在Toolbox中，雙擊/ Terrain/DEM Extraction/DEM Extraction Wizard: New。（3）單擊Select Stereo Image按鈕，選擇正視(zhngsh)圖像（NAVP）為Left Image，后視圖像（BAVP）為Right Image。注：1、ENVI一般(ybn)能自動識別RPC文件，否則需要手動選擇RPC文件。2、左影像選擇垂直觀測(gunc)的影像，或者觀測角度小的影像。可以簡單通過對比立體像對兩幅影像的地面分辨率，分辨率高的當作左影像。（4）單擊Next按鈕。第二步：定義地面控制點提供三種定義地

4、面控制點方式：不定義（No GCPs (relative DEM values only)）、交互式定義（Define GCPs Interactively）和讀取控制點文件（Read GCPs From File）。由于缺少地面控制點數據，這里選擇不定義控制點，單擊Next按鈕。注：不定義地面控制點得到的DEM是相對高程，即以衛星地勢面為基準。 圖2.2 Step2 of 9定義地面控制點 圖2.3 Step 4 of 9自動選擇Tie點參數設置第三步：定義連接點（1）提供三種定義連接點方式：自動尋找、交互式手工定義和外部讀取控制點文件。選擇選擇自動尋找，參數設置如下所示，連接點數目（Num

5、ber of Tie Points）：1000。搜索窗口大小（Search Windows Size）：481。移動窗口大小（Moving Window Size）：101。最小相關系數（Minimum Correlation）：0.90。平均高程（Region Elevation）：自動從影像讀取。是否檢查連接點（Examine and Edit Tie Points）：Yes。注：幾個參數的設置說明如下說明：搜索窗口大小（Search Windows Size）：大于或等于21的任意整數，并且必須比移動窗口大。該參數的值越大，找到匹配點的可能性也越大，但同時也要耗費更多的計算時間。大致確定

6、搜索窗口大小的方法：在立體像對（帶有粗略地理坐標）兩個圖像上找到一個同名點，量測兩個圖像上同名點的距離D（像素單位），搜索窗口最小設置為（D+1）*2。移動窗口大小(dxio)（Moving Window Size）：在搜索窗口中進行檢查，尋找地形特征匹配的小區域。移動窗口大小必須是奇數。最小的移動窗口大小是5，即為55像素。使用較大的移動窗口將會獲得更加可靠的匹配結果，但也需要更多的處理時間。移動窗口的大小跟圖像空間(kngjin)分布率有關系，根據如下所列設置：大于等于10 米分辨率圖像，設置(shzh)值的范圍是915。510 米分辨率圖像，設置值的范圍是1121。15米分辨率圖像，設置

7、值的范圍是1541。小于1米分辨率圖像, 設置值的范圍是2181 或者更高。（2）單擊Next按鈕，進入Step 5/9步驟。（3）本例子中，自動找到414個Tie點，Maximum Y Parallax（Y視差）=2.3394，小于10即可進行下一步處理。從點的分布來看，有部分地區沒有Tie點，下面手動交互添加一些Tie點。注：如果Maximum Y Parallax（Y視差）10，單擊Show Table，選擇Sort Table By Error，誤差大的點排在前面，逐個選擇Tie點查看精度，將偏離較大的點進行微調或者直接刪除。圖2.4 5 of 9自動選擇Tie點及分布1）單擊Para

8、ms按鈕修改兩個窗口大小為481和101。預測(yc)參數設置2）在左邊(zu bian)圖像的無Tie點區域，定位一個點，單擊Predict Right按鈕，自動在右邊圖像上定位一個點，確認兩個點是同名點，單擊Add按鈕添加。注：一般預測的點都很準確，個別不準確可以由右邊圖像上的點來預測左邊圖像（Predict Left按鈕）的同名點。3）重復以上步驟，手動增加一些Tie點，尤其(yuq)是地形起伏較大區域。4）當誤差達到一定范圍，如這里的3.4373（Maximum Y Parallax10），單擊Next。圖2.5手動添加一些Tie點的分布第四步：設定DEM提取參數（1）Step 6 o

9、f 9，ENVI會生成核線圖像，可以用于立體觀測，選擇一個路徑分別輸出，單擊Next。圖2.6 Step 6 of 9 輸出(shch)核共線圖像（2）在Step 7 of 9中，設置DEM輸出投影參數。這里直接設置為UTM坐標，輸出像元大小為10m（記得(j de)回車自動計算輸出像元行列數，否則結果會帶很多黑背景），單擊Next。注：這里輸出的像元大小沒有一個明確(mngqu)的規定，一般可選擇 10或者15米輸出。（3）在Step 8 of 9中，設置DEM輸出參數：最小相關系數閾值（Minimum Correlation）：0.7。值的范圍是01，這個參數是評價兩個點匹配好壞。這個閾值

10、越大，匹配精度越高，能得到的匹配點越少。一般設定在0.650.85之間。背景值（Background Value）：-999。設定DEM的背景像素值。外邊界清理焊縫(Edge Trimming)：0。值的范圍是0.00.6。設定輸出DEM外邊界清理焊縫寬度，用占整個DEM的百分比來標示。移動窗口大小（Moving Window Size）：13x13。定義計算兩圖像相關性的范圍大小，于來執行圖像匹配，值越大越可靠，精確的匹配結果越少，計算量越大。地形地貌（Terrain Relief）：Moderate。三個級別Low、Moderate和High。Low用于覆蓋區域地形平坦；Moderate用

11、于大多數地形；High用于地形起伏較大的山區，地形地貌很明顯區域。地形細部（Terrain Detail）：Level 6。設置DEM地形細節等級。等級越高，生成的DEM越精細，處理時間越長。數據輸出類型（Output Data Type）：Integer。16bit的Integer和32bit的Floating Point。（4）選擇輸出路徑和文件名。圖2.7 Step7 of 9、8 of 9DEM輸出(shch)投影與輸出參數設置第五步：輸出DEM并檢查(jinch)結果在Step 9 of 9中，單擊Load DEM Result to Display按鈕加載生成(shn chn)DE

12、M結果。第六步：編輯DEM生成的DEM有些地方如果有厚云等，對獲得的地形有影響，可以通過手動編輯來更改這些區域的高程數據。（1）在Step 9 of 9中，單擊Load DEM Result to Display with Editing Tool按鈕，打開DEM編輯工具。（2）在Image 窗口中繪制需要編輯的區域，在Method中選擇一種修改方法，單擊Apply to Region of Interest或者Apply to Entire Band進行修改。幾種修改方法說明如下表：（3）單擊Save按鈕，保存為工程文件。圖2.8 DEM結果(ji gu)表 2.2 編輯(binj)DEM高

13、程值的7種方法方法說明Replace with value用指定的值替換感興趣區內的高程值，需要設定一個替代常量。Replace with mean用感興趣區內原來的平均高程值替換整個感興趣區內的高程值。Smooth對感興趣區內做低通卷積濾波，需要設定一個卷積核，默認為3x3。Median Filter對感興趣區內做中值卷積濾波，需要設定一個卷積核，默認為3x3。Noise Removal如果感興趣區內原高程值大于其周圍高程值的標準差，則用周圍高程值的中值代替。Triangulate用三角內插算法對感興趣區內的高程值重新插值。Thin Plate Spline用薄板樣條插值算法對感興趣區內的高

14、程值重新插值。如下圖是利用相同(xin tn)的流程和參數，使用其他資源三號數據提取得到的DEM結果。圖2.9資源三號立體像對提取(tq)的DEM結果3.常見(chn jin)問題解答3.1整體(zhngt)效果差問題描述：呈現大范圍三角形狀，地形不平滑;解決方法：1、可能Tie點太少造成，增加Tie數量。2、可能立體像對拍攝夾角太大，如選擇前視和后視作為立體像對時。3.2部分地區地形插值不平滑問題描述：如下圖所示，主要產生的原因是地形起伏較大，尤其是山體存在陰影情況。解決方法：增加Tie點。圖3.1 DEM結果局部不平滑3.3處理速度慢設置地形地貌（Terrain Relief）和地形細部（

15、Terrain Detail）級別太高，如設置Terrain Relief：High和Terrain Detail：Level 7。一般設置Terrain Relief：Moderate和Terrain Detail：Level 6即能滿足大部分處理要求。3.4內存溢出圖3.2 ENVI Classic分塊大小設置問題描述：提示錯誤類似Unable to allocate memory: to make array。解決方法：設置的分塊大小(dxio)太大導致。在ENVI Classic中，File Preferences 面板中（如下圖），建議(jiny)設置Cache Size為內存大小的50%；Image Tile Size設置可參考：內存(ni cn) 2G，Image Tile Size 1M內存 4G，Imag