实验二使用ENVI进行正射校正

实验二使用ENVI进行正射校正
1正射校正
正射校正是对一个影像空间和几何畸变进行校正生成平面正射影像的处理过程。

将相机或卫星模型与有限的地面控制点结合起来，可以建立正确的校正公式，产生正确的，经几何校正的具有地图精度级的正射影像。

2 使用ENVI进行正射校正的步骤
使用ENVI进行正射校正需要几个步骤来完成，不考虑采集数字影像数据的传感器和像片类型。

这些步骤包括：
1 进行内定向（Interior Orientation，只针对航空像片而言）：内定向将建立相机参数和航空像片之间的关系。

它将使用航空像片间的条状控制点、相机框标（fiducial mark）和相机的焦距，来进行内定向。

2 进行外定向（Exterior Orientation）外定向将把航片或卫片上的地物点同实际已知的地面位置（地理位置）和高程联系起来。

通过选取地面控制点，输入相应的地理坐标，来进行外定向。

这个过程同影像到影像的配准（image to map registration）比较相似。

3 使用数字高程模型（DEM）进行正射校正，这一步将对航片和卫片进行真正的正射校正。

校正的过程将使用定向文件、卫星位置参数，以及共线方程（collinearity equation）。

共线方程是由以上两步，并协同数字高程模型共同建立生成的。

在进行正射校正之前，需要考虑影像空间分辨率的大小。

正射校正的处理同ENVI影像配准有所不同，它有三个关键的参数：
DEM的像元大小
输出影像的像元大小
正射校正后输出影像的像元大小
允许对任何像元大小的影像进行处理，但是这些参数将对输出结果有很大的影响。

理想情况下，DEM的像元大小应该同要创建的输出正射影像大小相同（或者更小）。

如果DEM 分辨率明显大于所需的输出分辨率，那么得到的正射校正影像结果将有了一些明显的误差。

在结果影像中，这些误差成阶梯状或块状分布，这种情况通常发生在像素集群的边缘处，这些位置通常会被赋予相同的
DEM高程。

因此在ENVI中进行正射校正之前，要使用Basic Tools →Resize Images （spatial/spectral），将重采样成所需的输出正射影像的分辨率。

在这里建议使用双线性插值法（bilinear interpolation）进行重采样。

这次实验的数据为IKONOS数据，由美国space Imaging和Digital Globe公司提供。

ENVI 中的IKONOS影像的正射校正功能将使用RPC相机模型，RPC工具既不需要DEM文件，也不需要地面控制点。

3 查看正射校正所涉及的影像
1要打开一个文件，从ENVI主菜单中，选择file →open image file。

2 在出现的Enter data filename文件选择对话框中，点击open file按钮，选择envidata 目录下的ortho子目录，从文件夹中选择po_101515_pan_0000000.tif文件，然后点击open。

3 在可用波段列表中，选择grey scale单选按钮，选择刚打开IKONOS影像文件的第一个波段，然后点击load band按钮显示该波段。

4 从ENVI主菜单栏中，选择file →open external file→Digital Elevation→USGS DEM，选择进入envidata目录下的ortho子目录的conus_USGS.dem文件，然后点击open。

5 在USGS DEM Input Parameters对话框中，输入ortho_dem.dat作为输出文件名，然后点击ok。

6在可用波段列表中，选择grey scale单选按钮，点击ortho_dem.dat文件下所列的DEM 影像。

7 在可用波段例表底部，点击display＃1按钮，并选择New display。

8 点击load band按钮，把高程影像加载到一个新的显示窗口。

查看这些影像，这个影像区域的高程范围从海平面一直到245米。

这个显著的地形起伏必然将给IKONOS影像带来几何上的误差。

同时，也可以注意到DEM和IKONOS影像没有相同的地图投影，而且没有相同的像元大小，但是ENVI正射校正的工具可以解决这个问题，没有必要在正射校正前对两幅影像重新进行定义进行处理或者重采样。

运行正射校正程序
1选择map →orthorectification →IKONOS →orthorectify IKONOS，打开正射校正工具。

2 在文件选择对话框中，选择po_101515_pan_0000000.tif文件，然后点击ok。

3在随后出现的Enter orthorectification Parameters对话框中，输入下列参数。

2．1 orthorectification Parameters对话框
Image Resampling是可以确定IKONOS影像中像元值的大小，它可以把当前影像转换到另外一个空间尺度。

默认的重采样方法是Bilinear（双线性插值），它能够对影像进行适当的平滑。

Cubic convolution（三次卷积重采样）选项能够产生更加平滑的效果，而Nearest neighbor（最近邻法重采样）选项将不会改变初始值的像素值。

Nearest neighbor选项将导致一个相对的不连续效果，但是如果想要在正射校正后的影像上进行分析，这将是唯一有效的选择，在本次实验中，选择默认的Bilinear
Background value就是在最终影像中指定的边缘像素的像素值，一般设定为0
Input Height指定了数字高程模型或者一个固定的高程值是否使用在整个影像中。

因为我们已经有了DEM数据，这是一个更精确的选项，因此选择DEM选项，点击select DEM。

并在随后出现的文件选择对话框中，选择先前生成的高程文件ortho_dem.dat。

DEM Resampling是一个确定像元值的方法，它将在内部进行计算，并生成同IKONOS 影像有相同方位和像素大小的高程影像。

在这里，我们采用默认的Bilinear重采样法。

Geoid Offset为大地水准面超过影像拍摄地平均海平面的高度。

大多数的高程影像都提供了每个像素相应地超过海平面的高程信息。

正射校正仍然需要每个像素相应的超过椭球体的高程信息。

要将DEM中平均海平面高程值转换成超过椭球体的高程值，必须把大地水准面高程加到DEM中。

本次默认值为－35。

对话框右边，都是与输出影像的范围和像元大小相关的参数，默认的参数值将从原始IKONOS影像的地理坐标信息中计算出来，如果想要改变输出的正射影像的投影，可以点击Change Proj…。

Orthorectified Image Filename就是输出文件的名字，在这里输入文件名
ikonos_ortho.dat。

已经选定了所有的参数，点击ok，开始进行正射校正处理。

正射校正处理将花费几分钟的时间，当处理完成后，经正射校正的文件就会列出在可用波段列表中。

检查正射校正后的结果
1 在display＃2中显示正射校正后的影像，当前display＃2显示窗口显示的就是高程影像。

2 从显示窗口的菜单栏中，选择tool→link displays→link，对原始IKONOS影像和正射校正后的影像进行比较。

3 在其中的一个显示窗口中，点击鼠标左键，来查看另一幅影像，注意其几何信息的差异，特别是在两幅影像的右上角处，这就是正射校正后的结果。

4利用地面控制点来对IKONOS进行正射校正
利用控制点对IKONOS进行正射校正，首先要在IKONOS影像上找到明显的交叉点，作为地面控制点，通过GPS外业采集精确的位置和高程值，再输入到相应的地理坐标，这与影像的配准有点类似。

1 显示IKONOS影像和对应的DEM影像。

2 选择map →orthorectification →IKONOS →orthorectify IKONOS with gr ound
control
2.2 ground control points selection对话框
3 将地面控制点的坐标值和高程输入到ground control points selection对话框中，点击add point，再点击show list就可以看到刚才输入的地面控制点值。

2.3show list对话框
4按照上述办法输入剩余的地面控制点值，待控制点的误差达到要求即可进行控制点信息的保存工作。

建议尽量选择足够的控制点，并使这些点均匀分布在影像中。

5 在ground control points selection对话框中，选择file→save gcps w/map coords…。

对控制点信息进行保存。

6在ground control points selection对话框中，选择options →orthorectify file，在select file toorthorectify对话框中，选择待校正的IKONOS影像
po_101515_pan_0000000.tif。

7在随后出现的Enter orthorectification Parameters对话框中，输入参数与图2.1相同，输入参数完毕对图像进行正射校正和保存。