实验三 几何校正与正射校正

实验三几何校正与正射校正
一、实验目的与要求
1掌握ENVI提供的两种几何校正方法：图像-图像配准、图像-地图配准2掌握ENVI环境下利用有理多项式系数模型进行正射校正的方法。

二、实验材料与数据
三、实验方法与步骤
（一）几何校正
查看参考图像信息
1打开和显示参考图像
●从ENVI主菜单栏选择File→OpenImageFile。

●选择文件bldr_sp.img，单击Open，出现AvailableBandsList。

●从AvailableBandsList中，选择GeoreferencedSPOT，单击LoadBand。

2在ENVI头文件中查看地图信息
●从AvailableBandsList中，右键点击MapInfo图标，选择EditMapInformation，出现
EditMapInformation对话框，该对话框列
出了图像的基本地图信息。

●点击切换按钮可以改变图像的投影
（ChangeProject）或进行度分秒表示方式
的切换。

●点击按钮，然后点击DDEG或DMS进
行度分秒表示方式的切换。

●单击Cancel，退出EditMapInformation对
话框。

3显示光标位置和像素值
●从ENVI主菜单或图像窗口主菜单选择
Window→CursorLocation/Value，出现
cursorlocationandvalue对话框。

在图像窗
口中双击也可以打开该对话框。

●在图像窗口、滚动窗口或放大窗口中移动鼠
标，在cursorlocationandvalue对话框中观
察其中的数值随鼠标移动而产生的变化。

●不要关闭图像，继续下面的操作。

图像到图像的配准
1打开TM图像
●从ENVI主菜单栏中选择File→OpenImageFile。

●选择文件bldr_tm.img，单击Open，出现AvailableBandsList，TM图像自动以RGB合成
图像显示。

2显示光标位置和价值
●在图像窗口中双击以显示cursorlocationandvalue对话框。

●在图像窗口、滚动窗口或放大窗口中移动鼠标，在cursorlocationandvalue对话框中观
察其中的数值随鼠标移动而产生的变化。

比较当鼠标位于SPOT窗口和TM窗口时，该对话框中数值的异同。

3启动图像配准和导入地面控制点
●从ENVI主菜单栏，选择Map→Registration→SelectGCPs:ImagetoImage，出现
ImagetoImageRegistration对话框。

●在BaseImage栏，选择Display＃1（SPOT图像），在WarpImage栏，选择Display＃2
（TM图像）。

●单击OK，弹出GroundControlPointsSelection对话框。

●将鼠标分别放在两幅图像的同名点上来增加单个地面控制点。

在BaseX中输入753，Y
中输入826，每输入一个值单击回车键。

在WarpX中输入331，Y中输入433。

●检查两个缩放窗口的位置，如果需要可
以在适当的位置单击左键更改控制点
的位置。

●在GroundControlPointsSelection对话
框中，单击AddPoint增加新的控制点，
单击ShowList可以查看GCP列表。

控制
点达到4个时开始报告RMSError。

●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏，选择Options→ClearAllPoints可以清除
所有地面控制点。

●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏，选择File→RestoreGCPsfromASCII，
可以从文本文件中获取GCP。

●选择文件bldr_tm.pts，单击Open，以前保存的GCP参数被加载到对话框。

●在显示SPOT图像的窗口将鼠标移动到一个新的位置，点击Predict按钮将显示TM图像窗
口中的鼠标移动到一个与SPOT图像向匹配的位置。

4控制点操作
ImagetoImageGCPList对话框给出了对GCP的一些基本操作。

5校正图像
可以只校正目前显示的波段，也可以校正包括多个波段的图像文件。

本实验是校正显示的波段。

●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏，选择Options→WarpDisplayedBand，
弹出RegistrationParameters对话框。

●在Method下拉菜单中，选择RST。

●在Resampling下拉菜单中，选择NearestNeighbor。

●在EnterOutputFilename栏输入bldr_tm1.wrp，单击OK进行校正，校正结束后，校正后
的图像自动出现在AvailableBandsList中。

●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏，选择Options→WarpDisplayedBand，
弹出RegistrationParameters对话框。

●在Method下拉菜单中，选择RST。

●在Resampling下拉菜单中，选择Bilinear。

●在EnterOutputFilename栏输入bldr_tm2.wrp，单击OK进行校正，校正结束后，校正后
的图像自动出现在AvailableBandsList中。

●重复上述步骤：在Method下拉菜单中，选择RST，在Resampling下拉菜单中，选择
CubicConvolution，在EnterOutputFilename栏输入bldr_tm3.wrp。

●在Method下拉菜单中，选择Polynomial，在Resampling下拉菜单中，选择
CubicConvolution，在EnterOutputFilenam e栏输入bldr_tm4.wrp。

●在Method下拉菜单中，选择Triangulation，在Resampling下拉菜单中，选择
CubicConvolution，在EnterOutputFilename栏输入bldr_tm5.wrp。

6比较校正结果
●在AvailableBandsList中，选择bldr_tm.img，在菜单栏中选择File→Close，在随后出现
的警告对话框中选择Yes，关闭所选择的图像。

●在AvailableBandsList中，选择bldr_tm1.wrp文件，单击Display＃下拉式按钮，选择
NewDisplay，单击LoadBand。

●在图像窗口右击，选择LinkDisplays，弹出LinkDisplays对话框。

●点击OK，链接显示SPOT图像和配准后的TM图像。

●在TM图像窗口点击左键观察SPOT和TM图像的动态连接。

●加载bldr_tm2.wrp和bldr_tm3.wrp到新的图像窗口，使用图像连接和动态覆盖比较三种
不同采样方法（最邻近点法、双线性内插法和三次卷积法）得到的校正图像。

●关闭bldr_tm1.wrp和bldr_tm2.wrp。

●加载bldr_tm4.wrp和bldr_tm5.wrp到新的图像窗口，使用图像链接和动态覆盖与
bldr_tm3.wrp进行比较。

这是三种不同校正方法（RST、多项式法和Delaunay三角网法）得到的校正图像。

图像-地图配准
图像-地图配准里与图像-图像配准相同的步骤不再叙述。

参考地图是经过地理配准后的SPOT图像和数字线划图（DLG），待配准的是TM图像。

1打开和显示SPOT图像文件
●从ENVI主菜单栏选择File→OpenImageFile。

●选择文件bldr_sp.img，单击Open，出现AvailableBandsList。

●选择bldr_sp.img下的GeoreferencedSPOT，单击LoadBand。

已经地理配准的SPOT图像
显示在图像窗口。

2打开和显示TM图像文件
●从ENVI主菜单栏选择File→OpenImageFile。

●选择文件bldr_tm.img，然后单击Open，TMRGB合成图像自动加载到新的图像窗口。

3选择图像-地图配准、导入控制点
●从ENVI主菜单栏选择Map→Registration→SelectGCPs:ImagetoMap，弹出
ImagetoMapRegistration对话框。

●从Display＃1下拉菜单中，选择Display＃2，将TM图像（Display＃2）校正到与SPOT
图像相同的地理空间。

●选择UTM投影，13带，X/YPixelSize栏中输入10.0。

SPOT图像的空间分辨率为10m。

●单击OK，弹出GroundControlPointsSelection对话框。

●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏中选择FileRestore→GCPsfromASCII。

●选择文件bldrtm_m.pts，单击Open，以前保存的地面控制点导入到对话框。

●在GroundControlPointsSelection对话框中，单击ShowList，弹出ImagetoMapGCPList
对话框，检查坐标系统、实际和预测图像坐标、RMS误差。

4使用矢量图（DLG）增加控制点
●从ENVI主菜单栏选择File→
OpenVectorFile。

●从Filesoftype下拉菜单中，选
择USGSDLG。

●选择文件bldr_rd.dlg，单击
Open，弹出
ImportVectorFilesParameters
对话框。

●在
ImportVectorFilesParameters
对话框中，单击Memory按钮，
单击OK读取DLG数据。

●选择文件
ROADSANDTRAILS:BOULDER,CO，单击LoadSelected。

●选择Display＃1，单击OK，弹出VectorParameters:CursorQuery对话框。

●返回LoadVector对话框（从AvailableVectorsList对话框中，选择文件
ROADSANDTRAILS:BOULDER,CO，单击LoadSelected）。

●选择NewVectorWindow，单击OK，加载的矢量文件显示在一个新的矢量窗口。

●在矢量窗口单击并拖动鼠标激活十字丝光标，光标所在位置的地图坐标信息显示在矢量
窗口的底部。

●从TM图像显示窗口菜单栏，选择Tools→PixelLocator。

●在Sample栏输入402，在Line栏输入418，点击Apply，将鼠标移到道路交叉口。

●在矢量窗口中将光标移动到道路交叉口（477593.74，4433240.0）或(40d3m3sN，
-105d15m45sW)，单击左键并拖动鼠标，当十字丝光标外的圆圈完全盖住该道路交叉口时松开鼠标，在矢量窗口右击，选择ExportMapLocation，将改点的坐标加到GroundControlPointsSelection对话框。

●在GroundControlPointsSelection对话框中，单击AddPoint，添加map-coordinate/image
像素对，并观察RMS误差的变化。

5校正：RST和三次卷积法
●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏，选择Options→WarpFile，弹出
InputWarpImage对话框。

●选择文件bldr_tm.img，单击OK，选中TM图像的6个波段，弹出RegistrationParameters
对话框。

●在Method下拉菜单中，选择RST。

●在Resampling下拉菜单中，选择CubicConvolution。

●在Background栏输入255。

●在EnterOutputFilename栏输入bldrtm_m.img，单击OK进行校正，校正结束后，校
正后的图像自动出现在AvailableBandsList中。

6显示和评价结果
●从ENVI主菜单栏选择File→OpenImageFile。

●选择文件bldr_sp.img，单击Open，出现AvailableBandsList。

●在AvailableBandsList中，选择文件GeoreferencedSPOT，单击Display＃下拉式按钮，
选择NewDisplay。

●单击LoadBand将加载SPOT图像加载到一个新的图像窗口。

●比较图像的几何特征和大小。

●从GroundControlPointsSelection对话框菜单栏中选择File→Close关闭该对话框，此
时可以选择是否保存地面控制点。

（二）正射校正
有理多项式系数(RationalPolynomialCoefficients)与正射校正
正射校正主要用来消除由于地形、摄影几何和传感器导致的几何畸变，正射校正后的图像具有精确的空间位置，全幅图像具有统一的比例尺，可以象地形图一样进行测量和定位，从而成为GIS重要的数据源。

ENVI的正射校正模块主要用于对推帚式扫描成像传感器获得的图像（目前主要是ASTER、IKONOS,OrbView-3,QuickBird,SPOT和CARTOSAT-1等）运用RPC模型进行校正。

这些传感器获取的数据里包含有一个从星历表产生的辅助RPC文件，ENVI就是利用这个文件来进行正射校正的。

一个RPC文件一般包括下列内容：
●图像数据
●RPC模型（SPOT图像也可以没有）
●高程信息
●平均海平面和大地水准面的偏移
●如果原始图像缺少精确的地理位置信息，则必须计
算粗略的地表位置信息为RPC变换提供位置基准。

图像数据必须与RPC数据连接在一起，有理多项式
利用这些RPC参数将地面坐标系统转换成传感器坐标系
统。

对IKONOS图像进行正射校正
1读取和显示ERMapper图像
●从ENVI主菜单选择File→OpenImageFile，弹出
fileselection对话框。

●选择文件po_101515_pan_0000000.tif，点击Open。

●在AvailableBandsList里选择GrayScale按钮，选
择Band1，点击LoadBand。

尽管图像具有地图信息，但是图像有比较明显的位置误差，正射校正还是必要的。

●输入DEM数据不是必须的，但DEM数据可以提高正射校正的精度。

从ENVI主菜单选择
File→OpenExternalFile→DigitalElevation→USGSDEM。

●选择conus_usgs.dem，点击Open，弹出USGSDEMInputParameters对话框。

●键入ortho_dem.dat作为输出文件名，点击OK。

●在AvailableBandsList里点击Display#1，选择NewDisplay。

●在AvailableBandsList里选择DEMImage，点击LoadBand。

该区域的海拔高度在水平面与245m之间，显着的高差会在IKONOS图像上产生明显的几何误差。

DEM和IKONOS图像的地图投影和像素大小都不相同，但不必进行投影转换和重采样，ENVI的正射投影模块会自动计算它们之间的差异。

2进行正射校正
●从ENVI主菜单选择Map→Orthorectification→IKONOS→OrthorectifyIKONOS，弹
出fileselection对话框。

●选择po_101515_pan_0000000.tif，点击OK。

弹出OrthorectificationParameters对话框。

●选择Resampling方法为Bilinear。

●设置Background为0。

●选择InputHeight方式为DEM或者为整幅图像赋予一个固定的高程值。

由于有DEM
数据（可以提高正射校正精度），所以选择DEM。

●点击SelectDEM，弹出SelectInputDEMBand对话框。

●在ortho_dem.dat下选择DEMImage，点击OK。

●选择DEMResampling方法为Bilinear。

●Geoidoffset是图像覆盖区域大地水准面与平均海平面之间的差值。

DEM一般提供的是
每个像素相对于平均海平面的高程值，但是正射校正需要每个像素相对于大地水准面的高程值，因此需要将DEM相对于平均海平面高程值转换成相对于大地水准面的高程值。

在这里将Geoidoffset值设为-35，表示该地区的椭球体在平均海平面以上35m。

关于大地水准面高度的计算可参考/cgi-bin/GEOID_STUFF/geoid99_prompt1.prl。

●对话框右边有一些与输出图像的范围和像素大小有关的参数。

默认值是从原始IKONOS
图像上的地理参照系计算得到的，也适合本实验使用。

也可以通过点击ChangeProj来改变输出图像的投影。

●在OrthorectifiedImageFilename栏里输入ikonos_ortho.dat。

●点击OK开始进行正射校正，正射校正结束后，校正后的图像自动加载到
AvailableBandsList。

3检查正射校正结果
●在Display#2里打开正射校正后的图像。

●在图像窗口主菜单选择Tools→Link→LinkDisplays，弹出LinkDisplays对话框，点击
OK，比较原始的IKONOS图像和正射校正后的图像。

●。