ENVI地形分析

1、第11章 地形分析數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱DEM），是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。DEM是數(shù)字地形模型（Digital Terrain Model，簡(jiǎn)稱DTM）的一個(gè)分支，其它各種地形特征值均可由此派生，如坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性。DEM還可以計(jì)算地形特征參數(shù)，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和溝谷等。建立DEM的方法有多種。按數(shù)據(jù)源及采集方式主要有：（1）直接從地面測(cè)量，例如用GPS、全站儀、野外測(cè)量等；（2）根據(jù)航空或航天影像，通過攝影測(cè)量途徑獲取，如立體坐標(biāo)量測(cè)儀觀測(cè)及空三加密法、解析測(cè)圖、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等；（3）

2、從現(xiàn)有地形圖上采集，如格網(wǎng)讀點(diǎn)法、數(shù)字化儀手扶跟蹤及掃描儀半自動(dòng)采集，然后通過內(nèi)插生成DEM等方法。DEM的內(nèi)插方法很多，常用的有整體內(nèi)插、分塊內(nèi)插和逐點(diǎn)內(nèi)插三種。下表對(duì)比了幾種創(chuàng)建DEM的主要方法。表11.1 幾種DEM創(chuàng)建方法匯總 【遙感專題系列】影像信息提取之DEM提取EB/OL. /s/blog_764b1e9d01017lty.html.方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)航空攝影測(cè)量成熟的方法，精度高，可獲取大比例尺DEM。成本高，周期長(zhǎng)，且受航空管制。高程點(diǎn)或者等高線差值成本低，操作簡(jiǎn)單。受數(shù)據(jù)源限制大，很多地區(qū)無高程點(diǎn)或等高線數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感可以大范圍獲取DE

3、M。受天氣影響較大，目前可獲取的比例尺較小。干涉雷達(dá)技術(shù)可以大范圍獲取DEM，不受天氣影響。目前獲取大比例尺DEM較困難，隨著德國(guó)高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星TanDEM-X的上天會(huì)有所突破。激光雷達(dá)技術(shù)精度高，可獲取大比例尺DEM。起步階段，技術(shù)門檻高。 要想快速的獲取大范圍的DEM數(shù)據(jù)，衛(wèi)星遙感是一種較好的方法。隨著衛(wèi)星傳感器的飛速發(fā)展，獲取的DEM精度越來越高。如目前商業(yè)衛(wèi)星最高分辨率的0.41米GeoEye-1，在使用高質(zhì)量控制資料時(shí)，垂直精度的中誤差可達(dá)到0.5米，可滿足1:5000的地圖比例尺生產(chǎn)?？梢粤Ⅲw成像的衛(wèi)星主要有ASTER，ALOSPRISM，CARTOSAT-1，F(xiàn)ORMOSAT-

4、2，IKONOS，KOMPSAT-2，OrbView-3，QuickBird，RapidEye，GeoEye-1，WorldView-1/2，SPOT5/6，Pleiades，以及國(guó)產(chǎn)的資源三號(hào)、資源一號(hào)02C星、天繪衛(wèi)星等。由于DEM描述的是地面高程信息，它在測(cè)繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通訊、軍事等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)，以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如在工程建設(shè)上，可用于土方量計(jì)算、通視分析等；在防洪減災(zāi)方面，DEM是進(jìn)行水文分析，包括匯水區(qū)分析、水系網(wǎng)絡(luò)分析、降雨分析、蓄洪計(jì)算、淹沒分析等的基礎(chǔ)；在無線通訊上，可用于蜂窩電話的基站分析等。DEM還廣泛用于生產(chǎn)地圖產(chǎn)

5、品，如等高線地圖、正射地圖等。在遙感應(yīng)用方面，DEM用于制圖、正射校正和土地利用分類；還可用于高速公路和鐵路的規(guī)劃中。11.1 地形建模11.1.1 地形菜單ENVI5.0的Topographic （地形）菜單可以對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行打開、分析和輸出等操作。圖11.1 地形菜單 打開地形文件（Open Topographic File）：可以打開的格式有數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)（DTED）、美國(guó)地質(zhì)勘察數(shù)字高程模型（USGS DEM）、空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)（SDTS）格式的 USGS 數(shù)字高程模型（USGS SDTS DEM）文件以及 Shuttle Radar Topography Mission即航天飛機(jī)

6、雷達(dá)地形測(cè)繪的數(shù)字高程模型（SRTM DEM）格式 北京星圖環(huán)宇科技有限公司. ENVI遙感影像處理實(shí)用手冊(cè)M. 2005：496.。 地形建模（Topographic Modeling）：可以從地形數(shù)據(jù)中計(jì)算出一些地形模型，包括坡度、坡向、凸面和曲率等。 地形特征（Topographic Features）：可以生成一幅分類圖像，其中顯示河道、山脊、山峰、溝谷、水平面等。 DEM擴(kuò)展模塊（DEM Extraction）：它能夠簡(jiǎn)單、快速地從掃描、數(shù)字航空影像或者沿軌道方向、垂直軌道方向的推掃式衛(wèi)星傳感器等影像上創(chuàng)建DEM。DEM Extraction模塊除了DEM自動(dòng)提取向?qū)?，還包括三個(gè)D

7、EM工具：DEM編輯工具（Edit DEM Results）、立體3D量測(cè)工具（Stereo 3D Measurement）和核線圖像3D光標(biāo)工具（Epipolar 3D Cursor）。 使用菜單中的其它地形工具可以進(jìn)行以下操作：生成山區(qū)陰影圖像（Create Hill Shade Image）、替換數(shù)字高程數(shù)據(jù)中的壞值（Replace Bad Values）、不規(guī)則點(diǎn)柵格化（Rasterize Point Data）、將矢量地形圖轉(zhuǎn)化為柵格DEM（Convert Contours to DEM）及對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行3D曲面瀏覽（3D SurfaceView）等。11.1.2 地形建模使用Top

8、ographic Modeling 選項(xiàng)可以對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成陰影地貌表面；計(jì)算地形模型參數(shù)信息，包括：坡度（Slope）、坡向（Aspect）、陰影地貌圖像（Shaded Relief）、剖面曲率（Profile Convexity）、水平曲率（Plan Convexity）、縱向曲率（Longitudinal Convexity）、橫向曲率（Cross Sectional Convexity）、最小曲率（Minimum Convexity）、最大曲率（Maximum Convexity）及均方根誤差（DEM Error） 鄧書斌. ENVI遙感圖像處理方法M. 北京：科學(xué)出版社，2

9、011：248.。 坡度（Slope）：以“度”或者百分比為單位，在水平面上為0度； 坡向（Aspect）：以“度”為單位，ENVI將正北方向的坡向設(shè)為0度，角度按順時(shí)針方向增加； 陰影地貌圖像（Shaded Relief）：入射角的余弦； 剖面曲率（Profile Convexity）：剖面曲率（與z軸所在的平面和坡面相交）度量坡度沿剖面的變化速率； 水平曲率（Plan Convexity）：（與XY平面相交）度量坡向沿平面的變化速率； 縱向曲率（Longitudinal Convexity）：（相交于包含坡度法線和坡向方向平面）度量沿著下降坡面的表面曲率正交性； 橫向曲率（Cross Se

10、ctional Convexity）：（與包含坡度法線和坡向垂線的平面相交）度量垂直下降坡面的表面曲率正交性； 最小曲率（Minimum Curvature）：計(jì)算得到整體曲率的最小值； 最大曲率（Maximum Curvature）：計(jì)算得到整體曲率的最大值； 均方根誤差（RMS Error）：表示二次曲面與實(shí)際數(shù)字高程數(shù)據(jù)的擬合好壞。ENVI地形模型工具使用圖像格式的DEM文件，而不是原始的USGS格式的DEM數(shù)據(jù)。例如USGS DEM、USGS SDTS DEM、DTED、SRTM DEM等格式都需要通過FileOpen External fileDigital Elevation或者T

11、opographicOpen Topographic File選擇一種格式打開，ENVI自動(dòng)將原始格式的DEM轉(zhuǎn)換為ENVI標(biāo)準(zhǔn)柵格文件。具體地形建模步驟如下：（1）在ENVI主菜單中，選擇TopographicTopographic Modeling，在彈出的Topo Model Input DEM對(duì)話框中，選擇一個(gè)DEM文件。打開一個(gè)新的DEM文件，選擇File OpenNew File。點(diǎn)擊“OK”，打開Topo Model Parameters對(duì)話框（圖11.2）。（2）在Topo Model Parameters對(duì)話框中，選擇地形核大?。═opographic Kernel Size

12、）為5。更改地形核尺寸的目的是為了提取多尺度地形信息，可以使用不同的變化核提取多尺度地形信息。需要注意的是地形核越大，處理速度越慢。（3）Select Topographic Measures to Compute列表中，選擇要計(jì)算的地形模型信息，本實(shí)驗(yàn)選擇了全部。（4）單擊Compute Sun Elevation and Azimuth按鈕，在Compute Sun Elevation and Azimuth對(duì)話框中（如圖1l .3），輸入日期和時(shí)間：GMT為16:45:14，Lat（緯度）為31度，Lon（經(jīng)度）為110度。單擊OK按鈕，ENVI將自動(dòng)計(jì)算出太陽(yáng)高度角和方位角。（5）選擇

13、輸出路徑及文件名，單擊OK按鈕，執(zhí)行地形建模。（6）得到的結(jié)果是一個(gè)多波段圖像文件，每一個(gè)地形模型形成一個(gè)波段（如圖1l .4）。圖11.2 Topo Model Parameters對(duì)話框圖11.3 Compute Sun Elevation and Azimuth對(duì)話框圖11.4 地形模型圖像11.1.3 三維地形可視化ENVI的三維可視化功能可以將DEM數(shù)據(jù)以網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（wire frame）、規(guī)則格網(wǎng)（ruled grid）或點(diǎn)的形式顯示出來，或者將一幅圖像疊加到DEM數(shù)據(jù)上構(gòu)建簡(jiǎn)單的三維地形可視化場(chǎng)景。這兩個(gè)文件的空間分辨率不必相同。若這兩個(gè)文件都經(jīng)過定位，它們的投影也可以不必相同，E

14、NVI 將在飛行瀏覽中對(duì)DEM 進(jìn)行重新投影，使其與圖像投影相匹配 【ENVI入門系列】20.地形分析與可視化EB/OL.http：//s/blog_764b1e9d0102v57k.html.。三維地形場(chǎng)景的生成步驟如下。（1）分別將SPOT數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)文件打開。（2）在Toolbox中，選擇Topographic3D Surface View。選擇SPOT圖像文件的RGB三個(gè)波段，之后在Associated DEM Input File對(duì)話框中選擇對(duì)應(yīng)的DEM文件（圖11.5）。圖11.5 Associated DEM Input File對(duì)話框（3）在

15、3D Surface View Input Parameters對(duì)話框中（圖11.6），需要設(shè)置以下參數(shù)： DEM分辨率（DEM Resolution）：使用較高DEM分辨率將會(huì)減慢可視化的速度?？梢赃x擇多個(gè)不同的DEM分辨率，在三維場(chǎng)景可視化時(shí)根據(jù)實(shí)際需求來回切換。通常，當(dāng)確定最佳飛行路線時(shí)，可以選擇最低的分辨率（64）；然后，在顯示最終三維曲面飛行時(shí)，再選擇較高的分辨率。 重采樣方法（Resampling）：最鄰近重采樣（Nearest Neighbor）法和象元聚合重采樣（Aggregate）法。 DEM最大/最小繪制值范圍（DEM min plot value和DEM max plot

16、 value）：可選項(xiàng)。這些值可從DEM數(shù)據(jù)中選?。ㄓ脕砣コ尘跋袼刂?，或限制DEM高程范圍）。需要注意的是低于最小值或者高于最大值的DEM值將不會(huì)繪制在三維場(chǎng)景中。 垂直夸張系數(shù)（Vertical Exaggeration）：作用于垂直方向的比例放大系數(shù)。值越大，夸張程度越高。 圖像紋理分辨率（Image Resolution）：原始大小（Full）和設(shè)定值（Other）。（4）單擊OK按鈕，創(chuàng)建三維場(chǎng)景（圖11.7）。圖11.6 3D Surface View Input Parameters對(duì)話框圖11.7 三維場(chǎng)景圖（5）在3D Surface View窗口中，交互瀏覽三維場(chǎng)景。 單擊

17、鼠標(biāo)左鍵，并沿著水平方向拖動(dòng)鼠標(biāo)，這將使得三維曲面繞著Z軸旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，并沿著垂直方向拖動(dòng)鼠標(biāo)，這將會(huì)使三維曲面繞著X軸旋轉(zhuǎn)。 單擊鼠標(biāo)中鍵，并拖動(dòng)鼠標(biāo)，可以在相應(yīng)的方向平移（漫游）圖像。 單擊鼠標(biāo)右鍵，并向右拖動(dòng)鼠標(biāo)，可以增大縮放比例系數(shù)。點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，并向左拖動(dòng)鼠標(biāo)，可以減小縮放比例系數(shù)。11.2 地形特征提取ENVI能夠從DEM中提取地形特征，包括山峰（Peak）、山脊（Ridge）、平原（Pass）、水平面（Plane）、山溝（Channel）和溝谷（Pit）。提取地形特征的具體操作如下：（1）在ENVI主菜單中，選擇TopographicTopographic Features

18、；在彈出的Topographic Feature Input DEM對(duì)話框中，選擇DEM文件，點(diǎn)擊OK按鈕。打開Topographic Features Parameters對(duì)話框（圖11.8）。圖11.8 Topographic Features Parameters對(duì)話框（2）坡度容差（Slope Tolerance）：設(shè)置為1；曲率容差（Curvature Tolerance）：設(shè)為0.l。這兩個(gè)容差用來區(qū)分像元是山峰、溝谷、平原還是河道、山脊。被區(qū)分為山峰、溝谷或平原的像元，其對(duì)應(yīng)坡度值必需小于坡度容差，并且垂直方向曲率必須大于曲率容差。增加坡度容差及減少曲率容差將導(dǎo)致分類輸出圖像中的

19、山峰、溝谷和平原的數(shù)量增多。（3）地形核大?。═opographic Kernel Size）：7?？梢允褂貌煌暮顺叽缣崛《喑叨鹊匦涡畔ⅰ：顺叽缭酱?，處理速度越慢。（4）在Select Feature to Classify列表中，選擇所有的地形特征。（5）選擇輸出路徑及文件名，單擊OK按鈕，執(zhí)行地形特征提取。（6）得到分類圖像（圖11.9）。圖11.9 輸出的分類圖像11.3 立體像對(duì)DEM自動(dòng)提取在ENVI中，利用立體像對(duì)自動(dòng)提取DEM時(shí)，首先需要確認(rèn)是否擁有DEM Extraction擴(kuò)展模塊的使用許可。它的流程總體上分為六步。如下所示：1、 輸入立體像對(duì)需要兩個(gè)具有重疊區(qū)的黑白影像，

20、帶有RPC文件。RPC文件用來產(chǎn)生Tie點(diǎn)（連接點(diǎn)）和計(jì)算立體圖像之間的關(guān)系。2、 定義地面控制點(diǎn)如果沒有地面控制點(diǎn)信息，DEM自動(dòng)提取向?qū)?zhí)行的結(jié)果是以衛(wèi)星默認(rèn)的地勢(shì)面作為基準(zhǔn)面的相對(duì)DEM；在有地面控制點(diǎn)信息情況下，可以得到絕對(duì)DEM。3、 定義連接點(diǎn)采用手動(dòng)或者自動(dòng)的方式在兩個(gè)影像上尋找同名點(diǎn)。4、 設(shè)定DEM提取參數(shù)參數(shù)包括坐標(biāo)投影、像元大小、插值算法和參數(shù)等。5、 輸出DEM并檢查結(jié)果6、 編輯DEM獲取的DEM屬于DSM（數(shù)字表面模型)，根據(jù)需要可去除如樹高、房子高度等信息，將DSM變成真正的DEM。如果影像上有厚云，這部分區(qū)域的DEM實(shí)際上是云的高度，也需要進(jìn)行局部的修改。11.

21、3.1 DEM自動(dòng)提取操作步驟本節(jié)內(nèi)容采用文獻(xiàn)4中以CARTOSAT-1（P5）數(shù)據(jù)為例介紹從立體像對(duì)中提取DEM的詳細(xì)操作步驟。表11.3是數(shù)據(jù)文件的詳細(xì)說明。表11.3 CARTOSAT-1（P5）數(shù)據(jù) 【遙感專題系列】影像信息提取之DEM提取EB/OL. http：//s/blog_764b1e9d01017lty.html.文件說明BANDA.TIF左影像圖像文件BANDA_MET.TXT左影像元數(shù)據(jù)文件BANDA_RPC.TXT左影像RCP文件BANDF.TIF右影像圖像文件BANDF_MET.TXT右影像元數(shù)據(jù)文件BANDF_RPC.TXT右影像RC

22、P文件Tie.pts連接點(diǎn)文件P5GEOTIFF.DOC數(shù)據(jù)格式說明文件第一步 輸入立體像對(duì)（1）在主菜單中，選擇FileOpen Image選擇BANDA.TIF和BANDF.TIF文件打開。（2）在主菜單中，選擇TopographicDEM Extraction打開DEM Extraction模塊功能命令，菜單命令及其功能說明如下表所示。表11.2 DEM Extraction模塊菜單命令及其功能說明 鄧書斌. ENVI遙感圖像處理方法M. 北京：科學(xué)出版社，2011：234.菜單命令功能說明DEM Extraction WizardDEM自動(dòng)提取向?qū)EW新建DEM自動(dòng)提取向?qū)Чこ蘒SE

23、 Previous File打開DEM自動(dòng)提取向?qū)Чこ涛募elect Stereo GCPs選擇立體像對(duì)的地面控制點(diǎn)（GCP）Select Stereo Tie Points選擇立體像對(duì)的連接點(diǎn)（Tie）Build Epipolar Images創(chuàng)建核線圖像Extract DEM提取DEM，需要控制點(diǎn)文件、連接點(diǎn)文件等外部輔助文件。Edit DEM Result編輯DEM結(jié)果Stereo 3D Measurement立體3D量測(cè)工具Epipolar 3D Cursor核線圖像3D光標(biāo)工具（3）選擇DEM Extraction WizardNew，打開DEM Extraction Wizard

24、對(duì)話框（圖11.10），包括9個(gè)小步驟。（4）單擊Select Stereo Images按鈕，選擇BANDA.TIF作為左視圖像（Left image）， BANDF.TIF作為右視圖像（Right image）。一般推薦垂直獲取圖像（nadir- viewing）或者觀測(cè)角度小的影像作為左視圖，非垂直方向（off-nadir viewing）獲取圖像作為右視圖。也可以通過簡(jiǎn)單對(duì)比立體像對(duì)兩幅影像的地面分辨率，分辨率高的作為左視圖。（5）系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)自帶的星歷參數(shù)文件獲得圖像區(qū)域的最大高程和最小高程，也可以根據(jù)已知信息手動(dòng)輸入。（6）單擊Next按鈕，進(jìn)入Step2操作。圖11.10 DEM

25、 Extraction Wizard Step1對(duì)話框第二步 定義地面控制點(diǎn)DEM Extraction Wizard 的Step2共有三種控制點(diǎn)定義方法（圖11.11）。（1）No GCPS（relative DEM value only）無控制點(diǎn)，選擇這個(gè)選項(xiàng)得到的DEM是相對(duì)高程。（2）Define GCPS Interactively交互式選擇控制點(diǎn)。選擇這個(gè)選項(xiàng)后，單擊Next按鈕，打開交互定義地面控制點(diǎn)界面?？刂泣c(diǎn)的選擇過程與幾何校正相似。（3）Read GCPs From File從外部文件（.pts）中讀取控制點(diǎn)。由于缺少地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，故本實(shí)驗(yàn)中選擇No GCPs（relat

26、ive DEM value only），單擊Next按鈕，進(jìn)入Step4操作。圖11.11 Step2選擇定義地面控制點(diǎn)方式第三步 定義連接點(diǎn)Step3提供了三種定義連接點(diǎn)的方法。（1）Generate Tie Points Automatically基于區(qū)域灰度匹配法自動(dòng)尋找重疊區(qū)的連接點(diǎn)，如圖11.12所示。以下是幾個(gè)參數(shù)的說明： 連接點(diǎn)數(shù)目（Number of Tie Point）：60。需要尋找連接點(diǎn)的數(shù)量。 搜索窗口大?。⊿earch Windows size）：481。大于或等于21的任意整數(shù)，并且必須比移動(dòng)窗口大。該參數(shù)的值越大，找到匹配點(diǎn)的可能性也越大，但同時(shí)要耗費(fèi)更多的計(jì)算時(shí)

27、間。大致確定搜索窗口大小的方法是：在立體像對(duì)（帶有粗略地理坐標(biāo)）的兩個(gè)圖像上找到一個(gè)同名點(diǎn)，量測(cè)這兩個(gè)圖像上同名點(diǎn)間的距離D（像素單位），搜索窗口大小可設(shè)置為(D+1)x2。 移動(dòng)窗口大小（Moving Window size）：41。在搜索窗口中進(jìn)行檢查，尋找地形特征匹配的小區(qū)域。移動(dòng)窗口大小必須是奇數(shù)。最小的移動(dòng)窗口大小是5，即為5x5像素。使用較大的移動(dòng)窗口將會(huì)獲得更加可靠的匹配結(jié)果，但也需要更多的處理時(shí)間。移動(dòng)窗口的大小跟圖像空間分辨率有關(guān)系，參照如下設(shè)置：u 大于等于10m分辨率圖像，設(shè)置值的范圍是915；u 5l0m分辨率圖像，設(shè)置值的范圍是1121；u 15m分辨率圖像，設(shè)置值的

28、范圍是1541；u 小于1m分辨率圖像，設(shè)置值的范圍是2181或者更高。 平均高程（Region Elevation）：自動(dòng)從圖像讀取，根據(jù)提供的RPC文件計(jì)算得到。 是否檢查連接點(diǎn)（Examine and Edit Tie Point）：Yes。如果選擇“Yes”，單擊Next按鈕，進(jìn)入查看/添加/編輯連接點(diǎn)步驟（Step5）；選擇No，直接跳過查看/添加/編輯連接點(diǎn)步驟（Step5）。圖11.12 Step4自動(dòng)尋找重疊區(qū)的匹配點(diǎn)（2）Define Tie Point Interactively人工交互式定義連接點(diǎn)（至少需要定義9個(gè)連接點(diǎn)）。選擇此選項(xiàng)單擊Next按鈕進(jìn)入查看/添加/編輯連

29、接點(diǎn)步驟（Step5）（圖11. 12）。（3）Read Tie Points From File讀取外部連接點(diǎn)文件（.pts）。Examine and Edit Tie Points項(xiàng)如果選擇“Yes”，單擊Next按鈕，進(jìn)入查看/添加/編輯連接點(diǎn)步驟（Step5）；選擇No，直接跳過查看/添加/編輯連接點(diǎn)步驟（Step5）（圖11. 12）。本例中選擇的是Generate Tie Points Automatically。按照上述內(nèi)容設(shè)置好參數(shù)后單擊Next按鈕，進(jìn)入查看/添加/編輯連接點(diǎn)步驟step5（圖11.13）。利用這個(gè)對(duì)話框上的功能按鈕手動(dòng)添加新的連接點(diǎn)，編輯已選擇的連接點(diǎn)。每個(gè)

30、按鈕命令的功能說明如表11.4所示。當(dāng)連接點(diǎn)數(shù)量大于9個(gè)，且最大Y方向視差（Maximum Y Parallax）的值小于10（以像素為單位）時(shí)，單擊Next按鈕，進(jìn)入Step6。圖11.13 Step5查看/添加/編輯連接點(diǎn) 注：1 如果最大Y方向視差大于10，需要編輯自動(dòng)尋找的Tie點(diǎn)。單擊Show Table，選擇Sort Table By Error，誤差大的點(diǎn)排在前面，逐個(gè)選擇Tie點(diǎn)查看精度，將偏離較大的點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)或者直接刪除。2 自動(dòng)尋找的Tie點(diǎn)分布有間隙，可以手動(dòng)增加一些點(diǎn)，充分利用Predict Left（或Right）預(yù)測(cè)功能可以提高效率。3 可先單擊Delete ALL

31、刪除所有點(diǎn)，再單擊Restore加載提供的Tie.pts文件。表11. 4 查看/添加/編輯連接點(diǎn)界面按鈕命令及功能說明按鈕名稱功能Go to定位到當(dāng)前選擇的連接點(diǎn)Add將左右圖像的光標(biāo)定位到同一位置，單擊此按鈕新增連接點(diǎn)。Update選擇一個(gè)需要編輯的連接點(diǎn)，移動(dòng)左右圖像的Zoom窗口的十字光標(biāo)重新定位一個(gè)新位置。單擊此按鈕，用當(dāng)前位置更新連接點(diǎn)的位置。Reset重設(shè)當(dāng)前選擇的連接點(diǎn)回到最初位置，取消之前對(duì)該點(diǎn)的所有編輯。Delete刪除當(dāng)前選擇的連接點(diǎn)Delete All刪除所有連接點(diǎn)Show/Hide Table打開/關(guān)閉連接點(diǎn)列表Save將定義的連接點(diǎn)保存為外部文件Restore打開外

32、部連接點(diǎn)文件Predict Left在右圖像定位一個(gè)連接點(diǎn)后，利用此按鈕可在左圖像上預(yù)測(cè)大概位置。Predict Right在左圖像定位一個(gè)連接點(diǎn)后，利用此按鈕可在右圖像上預(yù)測(cè)大概位置。Params設(shè)置預(yù)測(cè)點(diǎn)參數(shù)，包括搜索窗口和移動(dòng)窗口的大小。在Step6中（圖11.14），利用連接點(diǎn)計(jì)算生成核線圖像（Epipolar Image ）。核線圖像描述了立體像對(duì)之間的像素關(guān)系，可以利用立體眼鏡瀏覽3D效果。圖11.14 Step6輸出核線圖像該模塊包括：（1）分別為左、右核線圖像選擇保存路徑及文件名。（2）核線圖像縮放系數(shù)（Epipolar Reduction Factor），默認(rèn)值為1（不縮放）

33、。（3）單擊RGB=Left、Right、Right或者RGB=Right、Left、Left按鈕，在Display窗口中顯示核線圖像（圖11.15），可以利用立體眼鏡瀏覽3D效果。圖11.15 顯示核線圖像（4）單擊Next按鈕。進(jìn)入設(shè)定輸出參數(shù)步驟Step7。第四步 設(shè)定輸出參數(shù)Step7可設(shè)定輸出DEM的投影參數(shù)、像元大小和范圍（圖11.16）。單擊Next按鈕，進(jìn)入Step8。圖11.16 Step7設(shè)定輸出DEM的投影參數(shù)、像元大小和范圍Step8可以設(shè)定DEM輸出參數(shù)（圖11.17）。（1）需要設(shè)定如下參數(shù)： 最小相關(guān)系數(shù)閾值（Minimum Correlation）：范圍為01，

34、用以評(píng)價(jià)兩個(gè)點(diǎn)匹配好壞。閾值越大，匹配精度越高，能得到的匹配點(diǎn)越少。一般設(shè)定為0.650.85。 背景值（Background Value）：DEM的背景像素值。 外邊界清理焊縫（Edge Trimming）：范圍為0.00.6。設(shè)定輸出DEM外邊界清理焊縫寬度，用占整個(gè)DEM的百分比來表示。 移動(dòng)窗口大?。∕oving Window Size）：定義計(jì)算兩圖像相關(guān)性的范圍大小，用來執(zhí)行圖像匹配，值越大越可靠，精確的匹配結(jié)果越少，計(jì)算量越大。 地形地貌（Terrain Relief）：分為L(zhǎng)ow、Moderate和High三個(gè)級(jí)別。Low用于覆蓋區(qū)域地形平坦；Moderate用于大多數(shù)地形；H

35、igh用于山區(qū)，地形、地貌變化明顯的區(qū)域。 地形細(xì)部（Terrain Detail）：設(shè)置DEM地形細(xì)節(jié)等級(jí)。等級(jí)越高，生成的DEM越精細(xì)，處理時(shí)間越長(zhǎng)。 數(shù)據(jù)輸出類型（Output Data Type）：16位的Integer和32位的Floating Point。（2）選擇DEM輸出路徑及文件名。（3）單擊Next按鈕，執(zhí)行DEM生成過程，進(jìn)入Step9（圖11.18）。第五步 輸出DEM及檢查結(jié)果Step9已經(jīng)產(chǎn)生了DEM結(jié)果（圖11.18），單擊Load DEM Result to Display按鈕，可將產(chǎn)生的DEM結(jié)果顯示在Display窗口中（圖11.19）。圖11.17 Ste

36、p8設(shè)定生成DEM參數(shù)圖11.18 Step9產(chǎn)生DEM結(jié)果圖11.19 生成的DEM第六步 編輯DEM在Step9（圖11.18）中，單擊Load DEM Result to Display with Editing Tools按鈕，出現(xiàn)編輯窗口，對(duì)生成的DEM可以進(jìn)行編輯（具體操作見下一節(jié)）。單擊Save按鈕，將整個(gè)操作流程保存為工程文件；單擊Finish按鈕，完成整個(gè)DEM的提取流程。11.3.3 編輯DEM在ENVI5.0中編輯DEM有兩種方法，一種是在DEM自動(dòng)提取向?qū)У腟tep9中，單擊Load DEM Result to Display with Editing Tools按鈕，

37、可以打開DEM編輯工具并將DEM數(shù)據(jù)顯示在Display中。另一種是在主菜單中，選擇TopographicDEM ExtractionEdit DEM Result，打開DEM編輯工具。DEM編輯工具提供如下表所列的7種DEM數(shù)據(jù)高程值編輯方法。表11.5 編輯DEM高程值的7種方法 鄧書斌. ENVI遙感圖像處理方法M. 北京：科學(xué)出版社，2011：242.方法說明Replace with value用指定的值替換感興趣區(qū)內(nèi)的高程值，需要設(shè)定一個(gè)替代常量。Replace with mean用感興趣區(qū)內(nèi)原來的平均高程值替換整個(gè)感興趣區(qū)內(nèi)的高程值。Smooth對(duì)感興趣區(qū)內(nèi)做低通卷積濾波，需要設(shè)定

38、一個(gè)卷積核，默認(rèn)為3x3。Median Filter對(duì)感興趣區(qū)內(nèi)做中值卷積濾波，需要設(shè)定一個(gè)卷積核，默認(rèn)為3x3。Noise Removal如果感興趣區(qū)內(nèi)原高程值大于其周圍高程值的標(biāo)準(zhǔn)差，則用周圍高程值的中值代替。Triangulate用三角內(nèi)插算法對(duì)感興趣區(qū)內(nèi)的高程值重新插值。Thin Plate Spline用薄板樣條插值算法對(duì)感興趣區(qū)內(nèi)的高程值重新插值。編輯DEM的具體操作步驟如下：（1）在主菜單中，選擇TopographicDEM ExtractionEdit DEM Result，在文件選擇框中選擇需要編輯的DEM數(shù)據(jù)，打開DEM編輯工具（圖11. 20）。（2）選擇ROI定義窗口（

39、Window）：本實(shí)驗(yàn)中選擇Image。（3）選擇ROI定義類型（Type）：選擇Polygon。（4）選擇像素值編輯方法（Method）：選擇Replace with mean。（5）在Image窗口單擊鼠標(biāo)左鍵繪制多邊形，單擊鼠標(biāo)右鍵閉合多邊形。（6）在DEM Editing Tool對(duì)話框中，單擊Apply to Region of Interest按鈕，執(zhí)行編輯。（7）在Image窗口中，單擊鼠標(biāo)中鍵刪除已繪制的ROI區(qū)域，重復(fù)上述5-6步驟繼續(xù)編輯其它區(qū)域的DEM。（8）在Undo功能區(qū)內(nèi)顯示了編輯次數(shù)，利用Undo Last Edit或者Undo All Edit按鈕可以取消之前或

40、所有的編輯操作。（9）完成所有的DEM編輯區(qū)域后，單擊Save Changes按鈕，保存修改結(jié)果。圖11. 20 DEM編輯窗口11.3.4 立體3D量測(cè)工具立體3D量測(cè)工具（The Stereo Pair 3D Measurement Tool），可以從兩幅立體像對(duì)中量測(cè)一個(gè)點(diǎn)的高程信息，并可以輸出為ASCII文件、EVF矢量文件和ArcView 3D shapefi1e文件。具體操作過程如下：（1）在主菜單中，選擇FileOpen Image選擇BANDA.TIF和BANDF.TIF文件打開。（2）在主菜單中，選擇TopographicDEM ExtractionStereo 3D Mea

41、surement，選擇BANDA.TIF作為左視圖像（Left Stereo Pair Image），選擇BANDF.TIF作為右視圖像（Right Stereo Pair Image）。打開Stereo 3D Measurement Tool對(duì)話框（圖11.21）。（3）在左圖像或右圖像窗口中，用Zoom的十字光標(biāo)定位到需要收集的點(diǎn)位。單擊Pre-dict Right或者Predict left按鈕可以預(yù)測(cè)另外一個(gè)圖像上對(duì)應(yīng)位置。如果預(yù)測(cè)精度太差，單擊Params按鈕，將Search Window size的值調(diào)大一些，或者手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。（4）單擊Get Map Location按鈕，獲取當(dāng)

42、前位置坐標(biāo)。（5）單擊Export Location按鈕，導(dǎo)出坐標(biāo)信息（圖11. 22）。（6）在ENVI Point Collection對(duì)話框中，可以查看所有收集的點(diǎn)坐標(biāo)信息。選擇FileSave Point As選擇一種保存格式。圖11.21 Stereo 3D Measurement Tool對(duì)話框圖11.22 導(dǎo)出的坐標(biāo)信息11.3.5 核線圖像3D光標(biāo)工具核線圖像3D光標(biāo)工具（Epipolar 3D Cursor），可以在3D立體視圖環(huán)境中，基于已存在的核線立體圖像作3D量測(cè)，并可以輸出為ASCII文件、EVF矢量文件和ArcView 3D shapefi1e文件。使用這個(gè)工具之前

43、，必須確保有核線圖像構(gòu)成立體像對(duì)。生成核線圖像的方法有兩種，一是可以在DEM自動(dòng)提取向?qū)У腟tep6（圖11.14）中的Generating Epipolar Image中生成，也可以利用主菜單TopographicDEM ExtractionBuild Epipolar Images生成。（1）在主菜單中，選擇TopographicDEM ExtractionEpipolar 3D Cursor。分別選擇已生成的左右核線圖像。單擊OK按鈕，則左核線圖像作為紅色波段、右核線圖像作為藍(lán)色波段顯示在Display中，同時(shí)打開Epipolar 3D Cursor對(duì)話框（圖11.23）。圖11.23

44、Epipolar 3D Cursor對(duì)話框（2）在主圖像窗口中，鼠標(biāo)顯示為紅色和藍(lán)色指針。當(dāng)用立體眼鏡觀察時(shí)，兩個(gè)指針合并為一個(gè)指針。指針的控制是通過鼠標(biāo)和鍵盤來完成的。 鼠標(biāo)移動(dòng)：移動(dòng)3D指針 鼠標(biāo)左鍵：使3D指針吸?。⊿nap）地面 鼠標(biāo)中鍵：將當(dāng)前點(diǎn)的（x，y，z）坐標(biāo)導(dǎo)入ENVI Point Collection Table中 向上箭頭（鍵盤）：向上移動(dòng)3D指針一個(gè)像素單位 向下箭頭（鍵盤）：向下移動(dòng)3D指針一個(gè)像素單位 向右鍵頭（鍵盤）：向右移動(dòng)3D指針一個(gè)像素單位 向左箭頭（鍵盤）：向左移動(dòng)3D指針一個(gè)像素單位 加號(hào)（+）（鍵盤）：增加3D指針表觀高程 減號(hào)（-）（鍵盤）：減少3D

45、指針表觀高程（3）在主圖像窗口中，移動(dòng)鼠標(biāo)到需要收集的位置，單擊鼠標(biāo)左鍵使得3D指針吸?。⊿nap）地面。（4）如果對(duì)3D指針定位位置滿意，單擊鼠標(biāo)中鍵可以將當(dāng)前點(diǎn)的（x，y，z）坐標(biāo)導(dǎo)入ENVI Point Collection Table中。11.4 等值線插值生成DEM11.4.1 矢量等高線插值DEM等值線（Contour）是DEM的一種表達(dá)方式，是由數(shù)值相同的點(diǎn)依次連接而成的曲線。等值線插值法是比較常用的DEM生成算法，它根據(jù)局部等值線上的高程點(diǎn)，通過插值公式計(jì)算各點(diǎn)的高程，得到DEM。ENVI的Convert Contours to DEM工具采用線性（Linear）或五次多項(xiàng)式內(nèi)

46、插（Quintic）插值算法，對(duì)矢量等高線進(jìn)行插值，輸出一個(gè)連續(xù)的柵格DEM文件。矢量數(shù)據(jù)必須是ENVI矢量格式數(shù)據(jù)（. evf）。如果矢量數(shù)據(jù)是其它格式（如Shapefile），在ENVI中打開該格式的文件ENVI會(huì)自動(dòng)將該格式的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ENVI矢量格式。EVF文件必須包含用于指定每個(gè)矢量等高線的高程屬性文件，即.dbf文件。圖11.24為本節(jié)實(shí)驗(yàn)所需的矢量等高線文件。該等高線是在ArcGIS中利用已有的DEM數(shù)據(jù)提取獲得的。圖11.24 矢量等高線文件啟動(dòng)Convert Contours to DEM工具有兩種方式：可以通過主菜單選擇TopographicConvert Contours to DEM；也可以選擇vectorConvert Contours to DEM。 選擇矢量等高線數(shù)據(jù)，打開Convert Vector Elevation Contours to Raster DEM對(duì)話框（圖11.25），需要定義如下參數(shù)。（1）高程屬性字段（Elevation Attribute Column）：選擇存儲(chǔ)高程信息的字段。（2）設(shè)置有效高程范圍（Va1id Elevation Range）：可選項(xiàng)，設(shè)置用于插值的高程