遙感實驗實驗三幾何糾正一、實驗目的

了解ENVI軟件的基本內容和基本操作方法掌握幾何校正的原理與操作步驟練習遙感圖像的裁剪和鑲嵌基本操作二、實驗原理

ENVI（TheEnvironmentforVisualizingImages），由美國系統研究公司（ResearchSystemINC.）開發。1、幾何較正遙感圖像的幾何位置上發生變化，產生諸如行列不均勻；像元大小與地面大小對應不準確，地物形狀不規則變化等，稱為遙感圖像的幾何畸變。產生幾何畸變的原因主要有:（1）遙感平臺位置和運動狀態變化的影響：航高、航速、俯仰、翻滾、偏航。（2）地形起伏的影響：產生像點位移。（3）地球表面曲率的影響：一是像點位置的移動；二是像元對應于地面寬度不等，距星下點愈遠畸變愈大，對應地面長度越長。（4）大氣折射的影響：產生像點位移。（5）地球自轉的影響：產生影像偏離。（6）傳感器自身的性能、結構等因素。因此，需要對遙感圖像進行幾何校正。遙感圖像的幾何校正目前有三種方案，即系統校正、利用控制點校正以及混合校正。遙感數據接收后，首先由接受部門進行校正，這種校正叫系統校正，即把遙感傳感器的校準數據、傳感器的位置、衛星姿態等測量值代入理論校正公式進行幾何畸變校正；利用控制點糾正，而用戶拿到這種產品后，由于使用目的的不同或投影及比例尺不同，仍舊需要做進一步的幾何校正，這就需要對其進行幾何精校正即利用地面控制點GCP混合校正則是由一般地地面站提供的遙感CCT已經完成了第一階段的幾何粗校正，用戶所要完成的僅僅是對圖像做進一步的幾何精校正。幾何精校正就是利用地面控制點GCP對各種因素引起的遙感圖像幾何畸變進行校正。幾何精糾正從數學上說，其原理是通過一組GCP建立原始的畸變圖像空間與校正空間的坐標變換關系，利用這種對應關系把畸變空間中全部要素變換到校正中間中去，從而實現幾何精校正。幾何精校正需要完成兩個環節的內容：一是像素坐標的變換，即將圖像坐標轉變為地圖或地面坐標；二是對坐標變換后的像素亮度值進行重采樣。ENVI軟件中進行幾何校正的計算模型方法主要有多項式模型（Polynomial）、仿射變換模型（RST）、局部三角網模型（Triangulation）。多項式模型在衛星圖像校正過程中應用較多。在應用此模型時，需要確定多項式的次方數，通常選擇2次或3次。選擇的次方數與所需要的最少控制點是相關的，最少控制點計算公式為（N+1）*（N+2）/2，其中N為次方數，即選擇多少次多項式N就是多少，而所需要的最少控制點數目即為（N+1）*（N+2）/2，ENVI中重采樣方式主要有最鄰近點法（nearestneighbor）、雙線性內插法（bilinear）以及三次卷積內插法（cubicconvolution）。可根據需要選擇不同的內插方法進行重采樣，選擇不同的采樣方法效果不同。三、實驗步驟

界面系統介紹（二）文件的存取輸出與顯示1．圖像存取與顯示。第一步，點擊ENVI軟件主菜單File>>openImagefile，選擇打開的Image文件，點擊打開。打文件打開后，將自動添加到可利用波段列表中。第二步，圖像以灰度方式顯示。在vailableBandsList（ABL）中選擇GrayScale方式，并選擇需要顯示的單波段圖像，點擊LoadBand，軟件自動建立顯示窗口Display#1并進行顯示，窗口組成：主圖像窗口、滾動窗口、縮放窗口。第三步，練習窗口操作。（1）主圖像Image窗口：（400*400）100％顯示（全分辨率顯示）scroll的方框，可交互式分析、查詢信息。主圖像窗口內的功能菜單：在主圖像窗口內點擊鼠標右鍵，切換隱藏子菜單的開啟和關閉。該"Functions"菜單控制所有的ENVI交互顯示功能，這包括：圖像鏈接和動態覆蓋；空間和波譜剖面圖；對比度拉伸；彩色制圖；諸如ROI的限定、光標位置和值、散點圖和表面圖等交互特征；諸如注記、網格、圖像等值線和矢量層等的覆蓋（疊置）；動畫以及顯示特征。（2）滾動Scroll窗口：全局，重采樣(降低分辨率)顯示一幅圖像。只有要顯示的圖像比主圖像窗口能顯示的圖像大時，才會出現滾動窗口。滾動窗口位置和大小最初在envi.cfg文件中被設置并且可以被修改。（3）縮放Zoom窗口：（200*200）顯示image的方框。縮放系數（用戶自定義）出現在窗口標題欄的括號中。第四步，圖像以彩色方式顯示。在vailableBandsList（ABL）中選擇RGBColor模式，這時，在vailableBandsList（ABL）中出現R、G、B三個通道，按照彩色合成方案分別將不同單波段圖像放入三個通道內，按照RGB加色法生成彩色圖像。點擊Display#1下拉箭頭，新建一顯示窗口，點擊LoadRGB，將合成圖像在新建窗口中顯示出來。2.數據輸出

(1)選擇File>>Savefileas，ENVI輸出數據格式如下圖所示。(2)選擇主影像窗口中菜單File>>SaveImageAs>>imagefile,將出現下圖，注意：如輸出彩色圖像，在Resolution處必須選擇24位選項，輸出文件類型可以根據需要進行選擇。三、幾何校正第一步：打開并顯示圖像文件1.選取已有的bldrtm_m和bldr_tm待校正圖像遙感影像作為實驗數據，bldrtm_m已做過幾何校正，帶有地圖信息，因此將其作為基準影像，bldr_tm待校正圖像不具有地圖信息，是要校正的圖像。2.打開基準圖像（bldrtm_m）和待校正圖像（bldr_tm待校正圖像），并在窗口中顯示，#1為基準圖像顯示窗口，#2為待校正圖像顯示窗口。如下圖所示（左邊是參考圖像，右邊是待校正圖像）：第二步：啟動幾何校正模塊1.在envi軟件菜單欄點擊Map—Registtation—SlectGCPs：ImagetoImage即影像對影像來校正。2.選擇基準圖像為Display

#1，校正圖像為Display

#2。點擊OK進入采集地面控制點。第三步：采集地面控制點1.選擇控制點,在兩幅圖像中選擇位置相同的點并將光標精確定位為同名點，選擇的控制點精度要高，如河流、道路交叉點。選取地面控制點時要遵循以下幾基本原則：選取的點要均勻分布，高程基本一致，選取特征明顯的點，要有足夠的數量。2.第一個點選好后，單擊Add

Point，然后，按照同樣步驟選擇其它控制點，精確選取4個點后就可以預測。3.用軟件自帶的功能選取更多的點：把十字架放在參考影像某個地物，點選predict，則待校正影像就會自動跳轉到與參考影像相對應的位置，而后再進行適當的調整并選點，總共選取25個控制點。4.控制點選擇結束后，首先把控制點保存：選擇ground

controlpoints窗口上的file>>savegcpasASCII

出現下圖：點擊OK，保存已選取的控制點信息,控制點文件后綴為.pts格式。如需恢復以前存儲的GCPs:①選擇File>>RestoreGCPsfromASCII.②輸入需要的GCP.pts文件名。

5.

選擇ground

controlpoints窗口上的ShowList,顯示控制點詳細信息：6．對于RMS過高的點（小于0.5，最大不超過1），直接刪除重新選取，或者進行微調，選擇Update更新。第四步：選擇校正參數輸出結果1.在groundcontrol

points.對話框中選擇options>>warpfile(asimage

tomap)，出現如下圖所示窗口，選擇要校正的圖像。2.選擇OK進入registrationparameters對話框：圖中重采樣選擇Bilinear，背景值（Background）為0，選擇輸出途徑和文件名。注意：要求按三種不同幾何校正方法進行校正，得到三種不同校正后圖像，并進行對比分析。3、幾何校正的計算模型ENVI提供三種計算模型：仿射變換（RST）。多項式模型（Polynomial）。局部三角網（Triangulation）。4、沖采樣的方法1）最鄰近法。2）雙線性內插法。3）三次卷積內插法。第五步：檢驗校正結果1.同時在兩個窗口打開圖像，#1顯示基準圖像，#3顯示校正后的圖像。2.右鍵選擇Geographic

Link命令，選擇需要鏈接的兩個窗口，進行檢驗。四、圖像裁剪（選做）

方法：1.規則裁剪

2.不規則裁剪：又包括人工繪制區域裁剪（感興趣區裁剪）、利用已有區域文件進行裁剪和掩膜。

掩膜：Masking工具允許創建和使用圖像掩膜，掩膜是有0和1值組成的一個二進制圖像。當在某一功能中應用掩膜時，1值區域被處理，被屏蔽的0值區域不被包括在計算中。它可以用于ENVI的多項功能，包括統計、分類、分離、匹配濾波、包絡線去除和波段特征擬合。1.規則裁剪ENVI：BasicTools>>ResizeData>>ResizeDataInputFile對話框（如下圖）。①選擇需要切割的原始圖像；②選擇SpatialSubset或SpectralSubset方式；③若設置空間切割方式（SpatialSubset>>selectSpatialSubset）點擊“Image”；④出現SubsetbyImage對話框，Subset的尺寸用2種形式，移動圖像上的方框或直接填寫samples/lines（列/行）值；⑤若設置波段范圍（SpectralSubset>>FileSpectralSubset），選擇波段；若要根據已選擇的感興趣區域進行切割，可用ENVI：BasicTools>>SubsetDataviaROIs。若要使用與上次輸入的空間大小相同的文件的空間子集，點擊“Previous”按鈕。注：ResizeData還可以進行圖像重采樣（如下），若僅僅進行子區的選擇，則不要調整OutputFileDimensions。*圖像左上角為原點(1.1---列.行)。2．感興趣區域裁剪打開影像bldrtm_m后，在圖像的主影像窗口點擊Overlay>>RegionofInterest，來用感興趣區進行裁剪。出現如上對話框后就可以在你選的窗口上畫感興趣區，畫完點右鍵結束，再在畫的區域中點右鍵填充顏色，就得到了需要的感興趣區。點擊感興趣區窗口中的File>>SubsetDataViaROIs，就可以實現在影像上裁剪出感興趣區。點擊OK，loadband顯示裁剪結果。五、影像鑲嵌（選做）

包括：將以像元為基礎的圖像或應用地理坐標系的圖像鑲嵌起來兩種方式首先，利用影像裁剪功能先從bldrtm_m中裁剪出兩部分圖像，然后，利用圖像鑲嵌功能實現兩部分圖像的鑲嵌。（1）基于pixel：將以像元為基礎的圖像鑲嵌起來。操作步驟：選擇Map>>Mosaicking>>PixelBased，打開PixelBasedMosaic鑲嵌界面。Import>>ImportFiles>>選擇要鑲嵌的影像，定義鑲嵌范圍（行列號、影像拉框選擇、地理坐標，引入其他文件范圍等），鍵入鑲嵌輸出的維數（或尺寸），選擇鑲嵌所用的波段>>OK。選擇或鍵入鑲嵌尺寸的大小>>OK。調整、確定影像的相對位置。分別選擇影像—右鍵點擊—EditEntry：對背景值、羽化值、勻光等進行設置。所有參數設置完成以后>>File>>SaveTemplate：生成臨時效果影像，方便檢查、調整。生成最終結果：File>>Apply>>確定輸出象素大小、重采樣方式、輸出路徑及文件名、背景值等>>OK。（2）基于地理坐標：

操作步驟：選擇Map>>Mosaicking>>Georeferenced，打開MapBasedMosaic鑲嵌界面。Import>>ImportFiles>>選擇要鑲嵌的影像，定義鑲嵌范圍（行列號、影像拉框選擇、地理坐標，引入其他文件范圍等），鍵入鑲嵌輸出的維數（或尺寸），選擇鑲嵌所用的波段。

分別選擇影像—右鍵點擊—EditEntry：對背景值、羽化值、勻光等進行設置。所有參數設置完成以后—File—SaveTemplate：生成臨時效果影像，方便檢查、調整。生成最終結果：File—Apply—確定輸出象素大小、重采樣方式、輸出路徑及文件名、背景值等—OK。六、影像統計分析（選做）

1．統計特征分析ENVI：BasicTools>>Statistics>>ComputerStatis