61-实验三遥感图像预处理（波段合成、裁剪与拼接）

实验三遥感图像预处理（波段合成、裁剪与拼接）
一、 实验目的
通过实验了解整个图像的预处理过程，从而加深对遥感图像计算机处理的内容及概念的理解。

二、 实验内容
1.自定义坐标系
2.波段合成（图像融合）
3.图像镶嵌（图像拼接）
4.图像裁剪
三、 实验数据
1. TM-30m.img
2. bldr_sp.img
3. Mosaic1.img
4. Mosaic2.img
5. bhtmsat.img
6. can_tmr.img
7. qb_boulder_msi.img
8. qb_boulder_pan.img
四、 实验操作原理及步骤
遥感图像预处理主要包括图像几何校正、图像融合、图像镶嵌、图像裁剪等过程，其处理顺序一般如下图所示。

图 1一般图像预处理流程
1.自定义坐标系
一般国外商业软件坐标系都分为标准坐标系和自定义坐标系两种。

我国情况较为特殊，往往需要自定义坐标系。

所以，在ENVI第一次使用时，需要对系统自定义北京54
坐标系西安80坐标系。

1.1添加参考椭球体
找到ENVI系统自定义坐标文件夹—C:\Program Files\ITT\IDL708\products\envi46\map_proj。

根据每台电脑安装的路径以及版本不同而略有不同。

以记事本形式打开ellipse.txt，将“Krasovsky,6378245.0,6356863.0”和“IAG-75,6378140.0,6356755.3”加入文本末端。

（这里主要是为了修改克拉索夫斯基因音译而产生的错误，以便让其他软件识别；另外中间的逗号必须是英文半角。

）
1.2添加基准面
以记事本格式打开datum.txt，将“Beijing-54, Krasovsky, -12, -113, -41”和“Xi'an-80,IAG-75,0,0,0”加入文本末端。

1.3定义坐标
定义完椭球参数和基准面后就可以在ENVI中以我们定义的投影参数新建一个投影信息（Customize Map Projections），在编辑栏里分别定义投影类型、投影基准面、中央子午线、缩放系数等，最后添加为新的投影信息并保存。

主菜单→Map→Customize Map Projection，如下图所示。

图 2 自定义坐标系
分别填写投影系名称、投影类型、选择投影基准面、偏移距离、以及中央经线和中央纬线、缩放比例。

然后点击Projections，添加新坐标，便将该投影信息便添加到ENVI所用的投影列表中。

选择File，保存投影，一个新的自定义投影坐标系就完成了。

打开map_proj.txt，可以查看新建的投影坐标系（图3）。

图 3 坐标信息列表
2.图像融合
图像融合是将地空间分辨率的多光谱图像或高光谱数据与高空间分辨率的单波段图像重采样，生成一副高分辨率多光谱遥感图像的图像处理技术，使得处理后的图像既有较高的空间分辨率，又具有多光谱特征。

图像融合的方法主要有HSV变换、Brovey变换、Gram-Schmidt变换、主成分（PC）变换、color normalized（CN）变换5种。

对于融合方法的选择，取决于被融合图像的特征以及融合的目的。

HSV变换和Brovey变换两种融合方法要求数据具有地理参考或则具有相同的尺寸，RGB输入波段必须为无符号8-bit数据或者从打开的彩色Display中选择。

下面以Brovey 变换为例。

1）打开融合的两个文件（TM-30m.img和bldr_sp.img），将TM-30m.img显示在活动窗体中。

2）选择主菜单→Transform→Image Sharpening→Color Normalized(Brovey)，在Slect Input RGB对话框中，有两种选择方式：从波段列表中和从显示窗口中，前者要求波段必须为无符号8-bit数据。

3）选择Display窗口中选择RGB，单击OK。

（如果加载的时候已经选择跳过这步）
4）在Color Normalized(Brovey)输出对话框中，选择重采样方式和输入文件路径及文件名，点击OK输出结果（见下图）。

图 4 Brovey变换效果
对于多光谱图像，ENVI中通常采用Gram-Schmidt、PC变换、CN变换和Pan sharpening 四种方法。

这四种方法中，Gram-Schmidt法能保持融合前后图像波谱信息的一致性，是一种高保真的遥感图像融合方法；CN变换要求数据具有中心波长和FWHM；Pan sharpening 融合需要在ENVI Zoom中启动，比较适合高分辨率图像。

3.图像镶嵌（拼接）
图像镶嵌是指在一定数学基础控制下，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中的图像镶嵌功能提供交互式的方法将没有地理坐标或者有地理坐标的多幅图像合并，生成一副单一的合成图像。

图像拼接中有两种方法，分别为有地理参考的图像镶嵌和基于像素的图像镶嵌。

下面以两幅多光谱TM5图像为例。

3.1有地理参考的图像镶嵌
首先，在主菜单中启动镶嵌工具（Map→Mosaicking→Georeferenced），打开Map Basic Mosaic对话框。

然后加载要拼接的图像，在Mosaic对话框中选择Import→Import Files，选择
Mosaic1.img和Mosaic2.img导入。

可以在文件列表中选择显示在上层的文件，右键进行升降。

加载结果如图5。

图 5 镶嵌对话框
图像重叠区设置，选择一个文件列表中的文件，右键Edit Entry，在打开对话框中设置忽略值为0，羽化半径为10像素。

然后在Mosaic对话框中的File菜单中保存临时文件；将保存的模板文件显示在Display中，然后选择Overlay→Annotation，在重叠区绘制一条折线当做切割线；绘制一个Symbol放在切割线一旁，表示这部分被裁剪，单击两次完成注记绘制；保存注记文件，回到Mosaic对话框中，右键编辑，选择保存的切割注记文件（.Ann文件）。

颜色平衡设置。

在文件列表中选择一个图像右键Edit Entry，打开Entry对话框，将Mosaic Display设置为RGB显示；选择颜色平衡参数，一个图像为基准参数（Fixed），另一个为校正参数（Adjust）。

最后，在mosic对话框中文件下选择Apply，输出镶嵌图像。

图 6 镶嵌后影像
3.2基于像素的图像镶嵌
该方法与基于地理位置参考镶嵌主要过程一致。

Map→Mosaicking→Pixel Based，然后加载图像，设置镶嵌范围，最后导出镶嵌结果。

4.图像裁剪
图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除。

常用方法是按照行政界线或自然区边界进行图像裁剪，在数据生产中还经常进行标准丰富裁剪。

在ENVI图像裁剪中，分为规则裁剪和不规则裁剪。

4.1规则分幅裁剪
规则分幅裁剪是只裁剪图像的边界范围是一个矩形，这个范围获取途径包括行列号、左上角和右下角坐标、图像文件、ROI/矢量文件。

在File菜单中将打开的Image文件在ENVI Standard中打开（Save File as→ENVI Standard）,弹出New File Builder对话框；然后单击Import File弹出Create New File Input File对话框；然后选中Select Input File列表中的裁剪图像，单击Spatial Subset 按钮；在子对话框中单击Image按钮，弹出Subset by Image，这里就可以根据需要拖动红色矩形框来选择需要裁剪的范围（如图7）。

最后通过Spectral Subset按钮选择输出波段子集完成输出。

这里也可以在Select Spatial Subset对话框中利用Map、File、ROI/EVF、和Scroll
选择范围。

图 7 规则裁剪中间过程对话框
4.2不规则分幅裁剪
不规则裁剪是指裁剪外边界范围是一个任意多边形。

可以是事先完成好的闭合多边形区域，也可以是ROI（Region of Interest）区域或者是ENVI支持的矢量文件。

1）手动绘制感兴趣区
打开图像can_tmr.img并显示在Display中。

在Image窗口中选择Overlay→Region of Interest，在ROI Tool对话框中单击ROI_Type→Polygon；绘制若干个多边形后双击右键结束绘制；然后选择ROI Tool→File→Subset data via ROIs,选择裁剪图像；在打开对话框中设置裁剪区域外的背景值为0（即空白），最后输出裁剪图。

如下图所示。

图 8 ROI裁剪效果图
2）矢量数据生成感兴趣区
选择主菜单→File→Open Vector File，打开已知.shp数据，导入内存；在Available Vector List对话框中，选择File→Export Layer to ROI，在弹出的对话框中选择裁剪图像，单击OK；然后在Export EVF Layer to ROI选择对话框中选择第二项，将所有矢量要素都转成一个ROI，单击OK；选择主菜单→Basic Tools→Subset data via ROIs，选择裁剪图像；同样的，设置感兴趣区外的背景像素为0；最后输出文件（如图9）。

图 9 矢量裁剪图
五、 思考题
1.利用Gram-Schmidt变换将qb_boulder_msi.img快鸟多光谱图像和
qb_boulder_pan.img快鸟全色图像进行融合。

2.利用像素来对Mosaic1.img和Mosaic2.img图像进行融合。

3.简述图像裁剪的几种方法。