(最新)ENVI对图像进行配准、校正、拼接、裁剪

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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