第一部分 利用ENVI对图像进行配准-校正-拼接-裁剪 .............. 2 一、图像配准与校正 ............................................................................ 2 (一)基础知识 ............................................................................................... 2 (二)ENVI操作 ............................................................................................. 4 二、图像镶嵌(图像拼接) ............................................................. 16 (一)基础知识 ............................................................................................. 16 (二)ENVI操作 ........................................................................................... 16 三、图像裁剪 ...................................................................................... 20 (一)基础知识 ............................................................................................. 20 (二)ENVI操作 ........................................................................................... 21 第二部分:下载影像及介绍 ............................................................. 26 (一)基本信息 ............................................................................................. 26 (二)日期信息 ............................................................................................. 26 (三)云量信息 ............................................................................................. 26 (四)空间信息 ............................................................................................. 26
第一部分 利用ENVI对图像进行配准-校正-拼接-裁剪 一、图像配准与校正 (一)基础知识
1、图像配准
就是将不同时间、不同传感器(成像设备)或不同条件下(天候、照度、摄像位置和角度等)获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程,它已经被广泛地应用于遥感数据分析、计算机视觉、图像处理等领域。 2、几何校正
是指利用地面控制点和几何校正数学模型,来矫正非系统因素产生的误差,非系统因素如传感器本身的高度、地球曲率、空气折射或地形等的影响。由于校正过程中会将坐标系统赋予图像数据,所以此过程包括了地理编码。简单来说,图像校正是借助一组控制点,对一幅图像进行地理坐标的校正。
本文将采用地面控制点+校正模型的几何校正方式中的Image to Image,利用Image格式的基准影像对2006年兰州TM影像进行配准与校正。 3、图像选点原则
[1] 选取图像上易分辨且较精细的特征点,如道路交叉点、河流弯曲或分叉
处、海岸线弯曲处、飞机场、城廓边缘等。 [2] 特征变化大的地区需要多选。 [3] 图像边缘部分一定要选取控制点。 [4] 尽可能满幅均匀选取。
[5] 保证一定数量的控制点,不是控制点越多越好。 4、数理知识: [1] 多项式模型
x=a0+a1X+a2Y+a3X²+a4XY+ a5Y²+....
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y=b0+ b1X+b2Y+b3X²+ b4XY +b5Y²+ ....
X,Y: 校正前该点的位置;x,y:校正后该点的位置 [2] 最少控制点个数: ( n+1 )²
[3] 误差计算:RMSEerror = sqrt( (x' -x)²+ (y' -y)²) 5、重采样方法(插值算法) [1] 最近邻法
概念:取与所计算点( x,y )周围相邻的4个点,比较它们与被计算点的距离,哪个点距离最近就取哪个亮度值作为 ( x,y )点的亮度值
优点:简单易用,计算显小
缺点:图像的亮度具有不连续性,精度差 [2] 双线性内插法
概念:取(x,y)点周围的4个邻点,在y方向内插2次,再在x方向内插1次,得到( x,y)点的亮度值 f ( x,y)
优点:双线性内插法比最近邻法虽然计算虽有所增加,但精度明显提高,特别是对亮度不连续现象或线状特征的块状化现象有明显的改善。
缺点:内插法会对图像起到平滑作用,从而使对比度明显的分界线变得模糊。
[3] 三次卷积内插法(插值算法)
概念: 取与计算点周围相邻的16个点,先在某一方向内插,再根据计算结果在另一个方向上内插,得到一个连续内插函数。是进步提高内插精度的一种方法,通过增加邻点来获得最佳插值函数
优点:精度最高,细节表现更为清楚。 缺点:计算最大,对控制点要求较高。
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(二)ENVI操作
1、波段合成
[1]启动ENVIclassic(彩色图标)
[2]点击File >> Open External File >> Landsat >> Fast
[3]选择ETM_lanzhou_06_years >> L5-130035-20061017 >> SCENE01>>文件形式选择“*.*” >> 打开 header.dat(头文件)
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[4]在Available Bands List窗口显示该图像的波段和波长,同时,有两种图像显示方式:Gray Scale(灰度图像)、RGB Color(彩色图像)
a. 若选择Gray Scale,下拉No Display选择New Display>> Load Band b. 若选择RGB Color,为R\\G\\B分别选择一个波段 >> 下拉No Display
选择New Display >> Load Band
[5]窗口介绍:
a. 出现三个窗口,分别是Image(主窗口)、Scroll、Zoom。
b. 关闭Image,其余两个窗口也会关闭;只关闭scroll或zoom,其余
两个窗口不会关闭。
c. Scroll显示的图像是Image所显示图像的放大;Zoom显示的图像是
Scroll所显示图像的放大。
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d. Image可通过以下步骤打开其十字丝:右键 >> Toggle >> Display
Cross-hair
e. Zoom左下角有三个小框,分别是“缩小”功能、“放大”功能、“十字
丝”功能。
当放大到一定程度时,可定位到像元。
[6]保存可通过以下步骤进行:
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a. 点击File >> Save File As >> ENVI Standard (标准格式)
b. New File Builder 窗口选择Import File(输出文件)
c. Create New File Input File窗口Select Input File中选中
header.dat(即第[3]步骤打开的文件)。
File Information中可以看到该文件的文件信息,如路径、尺寸大小、
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储存字节、文件形式、影像类型、像元、旋转轨道等。 d. 点击Create New File Input File窗口左下角的“OK”
e. New File Builder 窗口中“Remove Superfluous Files”(是否清除
多余文件)选择No
f. New File Builder 窗口中Output result to 有两种选择格式“Flie”
和“Memory(记忆格式)”
(1)若选择Memory,点击左下角OK。
会看到Memory展示在Available Bands List窗口中,而不是路径中。
若要继续将Memory保存为File,可以在主菜单点击File >> Save File As >> ENVI Standard > >Import File >> Create New File Input File窗口Select Input File中选中[Memory] >> OK >> 见下一步骤(2)
(2)若选择Flie,Enter Output Filename下方编辑文件名 >> 点击“Choose”选择路径
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g. 点击左下角OK
2、加载数据
[1]点击主菜单的File >> Open Image File
[2]打开两幅图像,一副待校正,另一幅为已经带有坐标信息的正确图像。打开步骤同步骤“1、[4]”
[3]点击主菜单的Map >> Registration >> Select GCPs Image to Image
[4]在Image to Image Registration窗口中Base Image(基准影像)选择带有坐标的影像窗口,Warp Image(待校正影像)选择需要校正坐标的影像窗口 >> 点击OK
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3、采集地面控制点
[1]采集方法一:手动+半手动采集点
a. 分别在Base Image和 Warp Image窗口找到一对匹配的点。图像选
点原则见“(一)2、”
b. 在Ground Control Points Selection(控制点选择面板)窗口选择
Add Point。
(1)Show List可以看控制点的信息以及各对点的误差值(误差值在不等于0的情况下,越小越好,意为越精确)、可以修改(Update)点、删除(Delete)点、将点按照误差值大小按序排列(Image to Image GCP List窗口Options下拉菜单选择Order Points by Error) (2)RMS Error为总误差。做中等几何精校正时,将RMS Error控制在1以下。
(3)Number of Selected Points会显示已添加的点数
(4)当已添加点数超过3个点时,可以利用Predict(预测)功能,
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进行半手动采集点。
在Base Image或Warp Image上找一个点 >> 点击Predict,另一副图像窗口会显示预测的对应位置,做些调整后点击Add Point。
[2]采集方法二:自动采集点
a. 在Ground Control Points Selection(控制点选择面板)窗口
Options菜单下拉,选择Automatically Generate Tie Points” b. Bese Image Band Matching Choice和Warp Image Band Matching
Choice选择波段后>>点击OK
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c. 在Automatic Tie Points Parameters窗口中,Number of Tie Points
(点个数)可多选一些,比如50;Search Window Size(搜索窗口尺寸)可大一点,比如110;Moving Window Size(移动窗口尺寸)可用其默认值11 >> 点击OK
d. 在Ground Control Points Selection(控制点选择面板)窗口选择
Show List,调整采集的点。做中等几何精校正时,将RMS Error控制在1以下。
[3]采集方法三:导入已有的点文件
a. 在Ground Control Points Selection(控制点选择面板)窗口File
菜单下拉选择Restore GCPs from ASCII b. 选择PTS格式的文件>>打开 [4]保存点
a. 在Ground Control Points Selection(控制点选择面板)窗口File
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菜单下拉选择Save GCPs to ASCII
b. 在Input Warp Image窗口Select Input File选择待校正影像>>点
击左下角OK
4、重采样输出(运行点/校正影像)
[1]在Ground Control Points Selection(控制点选择面板)窗口Options菜单下拉,有两个选项“Wrap File”和“Wrap File(as Image to Map)”
a. 若选择Wrap File,在Input Wrap Image窗口选择待校正影像>>点击
左下角OK
在Registration Parameters面板有“校正模型的选择(Method,
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Degree)”和“重采样方法的选择(Resampling)”,但没有“输出的投影信息”及“分辨率”的设置。这种方法输出的影像像元大小、投影参数完全和基准影像一致的情况,所以如果想要保留原来影像的分辨率,需要另一种方法,见b.
b. 若选择Wrap File(as Image to Map),在Input Wrap Image窗口选
择待校正影像>>点击左下角OK
(1)在Registration Parameters面板有投影设置、分辨率设置、像素个数(会根据分辨率设置而调整)设置。
(2)在warp Parameters部分的Method选择Polynomial,Degree选择2(2次多项式),Resampling选择Cubic Convolution(三次卷积法)
(3)在Output Result to处选择File
(4)在Enter Output Filename下方输入“文件名.dat”,点击Choose选择路径
(5)点击左下角OK
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5、检验校正结果
[1]在Available Bands List窗口用Display #3打开上一步骤保存的影像
[2]在#3的Image(主窗口)右键 >> Geograpjic Link(建立两个影像间的联系)
[3]在Geograpjic Link窗口中Display #2和 Display #3都点击右边的双箭头符号,框内内容变为On
[4]在#2和#3的Image(主窗口)右键 >> Toggle >> Display Cross-hair
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[5]通过在两个主窗口中移动十字丝,观察图像是否配准准确。
二、图像镶嵌(图像拼接) (一)基础知识
图像镶嵌(图像拼接),指的是在定数学基础控制下把多景相邻遥感图像拼接成一个大范围、无缝的图像的过程。
ENVI的图像镶嵌功能可提供交互式的方式,将有地理坐标或没有地理坐标的多幅图像合并,生成一幅单一的合成图像。最新ENVI提供了全新的影像无缝镶嵌工具Seamless Mosaic,所有功能集成在一个流程化的界面。通过这个界面,我们可以实现对图层的叠放顺序的控制,也可以设置忽略值,显示、隐蔽图层以及轮廓线,重新设计有效的轮廓线,选择重采样的方法和输出范围,也可以指定输出波段和背景值。可以进行颜色的校正、羽化和调和,使用高级的自动生成接边线功能,也可手动编辑接边线,此外还可以使用镶嵌结果的预览功能。
接下来,以两幅有地理坐标的兰州TM影像为例,介绍Envi图像拼接功能。
(二)ENVI操作
1、数据加载
[1]启动ENVI(灰色图标)
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[2]Toolbox工具箱 >> Mosaicking(马赛克)>> 双击Seamless Mosaic (无缝镶嵌/拼接工具)
[3]在无缝镶嵌/拼接工作流的操作面板上,点击工具栏中的加号,添加影像>>进入到影像文件的选择面板>>添加需要镶嵌的影像数据(至少两个)
[4]添加进来后,可以看到数据的位置和重叠关系和影像轮廓线
[5]在Main的 Data Ignore Value 列表中,可设置背景透明值,当重叠区区有背景值时候,可设置这个值勾选。这里输入0
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[6]勾选右上角的 Show Preview,可以对镶嵌效果进行初步预览
2、匀色处理
[1]在Color Correction中,进行匀色方法是Histogram Matching(直方图匹配)。勾选 Histogram Matching
[2]选择Overlap Area Only(重叠区直方图匹配)
[3]在Main的Color Matching Action列表中,右键设置不同影像的Reference(参考)和Adjust(校正),根据预览效果确定参考图像。 3、接边线
接边线包括自动和手动绘制两种方法,也可以结合起来使用。 [1]下拉菜单Seamlines,选择Auto Generate Seamlines,自动绘制接边线,自动裁剪掉TM边缘“锯齿”。自动生成的接边线比较规整,可以明显看到由于颜色不同而显露的接边线。
[2]下拉菜单Seamlines,选择 Start editing seamlines,可编辑接边线,可以在接边处绘制多边形,之后自动将绘制的多边形作为新的接边线。
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4、羽化
羽化:在进行基于像元或地理坐标的镶嵌时,在重叠区域的边缘常有比较明显的衔接线,可以使用羽化功能对边缘进行融合,从而消除该衔接线。
ENVI提供两种类型的羽化,分别是边缘羽化和切割线羽化
在Seamlines/Feathering中的Feathering部分,选择Seamline Feathering(切割线羽化)。当然,也可以选择Edge Feathering(边缘羽化)。 5、输出结果
在Export中,可以输出格式、输出文件名、路径、格式、波段、背景值、重采样方法等参数。
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[1]选择Output Format(输出格式)为ENVI
[2]在Output Filename(输出文件名)中编辑文件名称,最好用英文>>点击
Browser选择路径
[3]在Output Background Value(输出背景值)处输入0
[4]在Resampling Method(重采样方法)处选择Cubic Convolution(三次
卷积法) [5]点击Finish
[6]静静地等待输出结果。
三、图像裁剪 (一)基础知识
图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除。常用的方法是按照行政区划边界或者自然区划边界进行图像裁剪;在基础数据生产中,还经常要进行标准分幅裁剪。
图像裁剪有规则裁剪、利用矢量数据进行图像的不规则裁剪。
规则分幅裁剪,是指裁剪图像的边界范围是一个矩形,这个矩形范围获取途径包括:行列号、左上角和右下角两点坐标、图像文件、ROI/矢量文件。
不规则图像裁剪,是指裁剪图像的边界范围是一个任意多边形。任意多边形可以是事先生成的一个完整的闭合多边形区域,可以是一个手工绘制的ROI(感兴趣区)多边形,也可以是ENVI支持的矢量文件。
针对不同的情况采用不同的裁剪过程。本文将学习在ENVI下进行图像的规则裁剪、手动交互绘制裁剪区域和利用矢量数据进行图像的不规则裁剪。
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(二)ENVI操作
0、数据加载
[1]启动ENVI(灰色图标)
[2]File >> Open 打开TM影像 >> OK [3]对图像进行2%显示拉伸,调整大小
1、规则图像裁剪
[1]File >> Save AS >> Save As..(ENVI, NIFF, DTED)
[2]在file Selection面板选中要裁剪的图像,点击面板右边的小箭头
[3]选择要裁剪的区域 >> OK
[4]Save File As Parameters面板选择Output Format为ENVI
[5]Save File As Parameters面板Output Filename处填写文件名和保存路径 >> OK
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[6]Layer Manager面板出现原影像和裁剪后影像
2、不规则图像裁剪一:手动交互绘制裁剪区域
[1]Layer Manager面板的原影像处右键 选择New Region Of Interest (新的感兴趣区)
[2]Region of Interest(ROI)Tool 面板Geometery下选择感兴趣区形状
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[3]在影像处绘制闭合图形,右键选择Complete and Accept Polygon完成绘制
[4]Region of Interest(ROI)Tool 面板还可以修改感兴趣区名称、颜色、形状,可可以删除
[5]保存:Region of Interest(ROI)Tool 面板 >> Save As >> 输入文件名 选择路径 >> OK
[6]主界面 Toolbox >> Regions of Interest >>双击 Subset Data from ROIs
[7]Select Input File to subset via ROI面板选择要裁剪的图像 >> OK [8]Spatial Subset via ROI Parameters面板选中裁剪区文件,Mask pixels output of ROI选择yes
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[9]Mask Background Value为0 [10]
填写保存文件名和选择路径,OK
3、不规则图像裁剪二:外部矢量文件裁剪图像 [1]Layer Manager面板选择显示要裁剪的影像
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[2]主界面File >> Open 打开矢量文件(扩展名为.shp) >> OK
[3]主界面 Toolbox >> Regions of Interest >>双击 Subset Data from ROIs
[4]Spatial Subset via ROI Parameters面板选中矢量文件,Mask pixels output of ROI选择yes [5]Mask Background Value为0 [6]填写保存文件名和选择路径,OK
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