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文檔簡介

1、第11章 地形分析數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,簡稱DEM),是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。DEM是數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model,簡稱DTM)的一個分支,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)直接從地面測量,例如用GPS、全站儀、野外測量等;(2)根據(jù)航空或航天影像,通過攝影測量途徑獲取,如立體坐標(biāo)量測儀觀測及空三加密法、解析測圖、數(shù)字?jǐn)z影測量等;(3)

2、從現(xiàn)有地形圖上采集,如格網(wǎng)讀點法、數(shù)字化儀手扶跟蹤及掃描儀半自動采集,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)插和逐點內(nèi)插三種。下表對比了幾種創(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)點缺點航空攝影測量成熟的方法,精度高,可獲取大比例尺DEM。成本高,周期長,且受航空管制。高程點或者等高線差值成本低,操作簡單。受數(shù)據(jù)源限制大,很多地區(qū)無高程點或等高線數(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,隨著德國高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星TanDEM-X的上天會有所突破。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,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,以及國產(chǎn)的資源三號、資源一號02C星、天繪衛(wèi)星等。由于DEM描述的是地面高程信息,它在測繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通訊、軍事等國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(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遙感影像處理實用手冊M. 2005:496.。 地形建模(Topographic Modeling):可以從地形數(shù)據(jù)中計算出一些地形模型,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自動提取向?qū)?,還包括三個D

7、EM工具:DEM編輯工具(Edit DEM Results)、立體3D量測工具(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 選項可以對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成陰影地貌表面;計算地形模型參數(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):計算得到整體曲率的最小值; 最大曲率(Maximum Curvature):計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對話框中,選擇一個DEM文件。打開一個新的DEM文件,選擇File OpenNew File。點擊“OK”,打開Topo Model Parameters對話框(圖11.2)。(2)在Topo Model Parameters對話框中,選擇地形核大小(Topographic 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,選擇要計算的地形模型信息,本實驗選擇了全部。(4)單擊Compute Sun Elevation and Azimuth按鈕,在Compute Sun Elevation and Azimuth對話框中(如圖1l .3),輸入日期和時間:GMT為16:45:14,Lat(緯度)為31度,Lon(經(jīng)度)為110度。單擊OK按鈕,ENVI將自動計算出太陽高度角和方位角。(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)果是一個多波段圖像文件,每一個地形模型形成一個波段(如圖1l .4)。圖11.2 Topo Model Parameters對話框圖11.3 Compute Sun Elevation and Azimuth對話框圖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)建簡單的三維地形可視化場景。這兩個文件的空間分辨率不必相同。若這兩個文件都經(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三個波段,之后在Associated DEM Input File對話框中選擇對應(yīng)的DEM文件(圖11.5)。圖11.5 Associated DEM Input File對話框(3)在

15、3D Surface View Input Parameters對話框中(圖11.6),需要設(shè)置以下參數(shù): DEM分辨率(DEM Resolution):使用較高DEM分辨率將會減慢可視化的速度??梢赃x擇多個不同的DEM分辨率,在三維場景可視化時根據(jù)實際需求來回切換。通常,當(dāng)確定最佳飛行路線時,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,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。這些值可從DEM數(shù)據(jù)中選?。ㄓ脕砣コ尘跋袼刂担蛳拗艱EM高程范圍)。需要注意的是低于最小值或者高于最大值的DEM值將不會繪制在三維場景中。 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)建三維場景(圖11.7)。圖11.6 3D Surface View Input Parameters對話框圖11.7 三維場景圖(5)在3D Surface View窗口中,交互瀏覽三維場景。 單擊

17、鼠標(biāo)左鍵,并沿著水平方向拖動鼠標(biāo),這將使得三維曲面繞著Z軸旋轉(zhuǎn)。點擊鼠標(biāo)左鍵,并沿著垂直方向拖動鼠標(biāo),這將會使三維曲面繞著X軸旋轉(zhuǎn)。 單擊鼠標(biāo)中鍵,并拖動鼠標(biāo),可以在相應(yīng)的方向平移(漫游)圖像。 單擊鼠標(biāo)右鍵,并向右拖動鼠標(biāo),可以增大縮放比例系數(shù)。點擊鼠標(biāo)右鍵,并向左拖動鼠標(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對話框中,選擇DEM文件,點擊OK按鈕。打開Topographic Features Parameters對話框(圖11.8)。圖11.8 Topographic Features Parameters對話框(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。可以使用不同的核尺寸提取多尺度地形信息。核尺寸越大,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DEM自動提取在ENVI中,利用立體像對自動提取DEM時,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、 輸入立體像對需要兩個具有重疊區(qū)的黑白影像,

20、帶有RPC文件。RPC文件用來產(chǎn)生Tie點(連接點)和計算立體圖像之間的關(guān)系。2、 定義地面控制點如果沒有地面控制點信息,DEM自動提取向?qū)?zhí)行的結(jié)果是以衛(wèi)星默認(rèn)的地勢面作為基準(zhǔn)面的相對DEM;在有地面控制點信息情況下,可以得到絕對DEM。3、 定義連接點采用手動或者自動的方式在兩個影像上尋找同名點。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連接點文件P5GEOTIFF.DOC數(shù)據(jù)格式說明文件第一步 輸入立體像對(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自動提取向?qū)EW新建DEM自動提取向?qū)Чこ蘒SE

23、 Previous File打開DEM自動提取向?qū)Чこ涛募elect Stereo GCPs選擇立體像對的地面控制點(GCP)Select Stereo Tie Points選擇立體像對的連接點(Tie)Build Epipolar Images創(chuàng)建核線圖像Extract DEM提取DEM,需要控制點文件、連接點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、對話框(圖11.10),包括9個小步驟。(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。也可以通過簡單對比立體像對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)已知信息手動輸入。(6)單擊Next按鈕,進(jìn)入Step2操作。圖11.10 DEM

25、 Extraction Wizard Step1對話框第二步 定義地面控制點DEM Extraction Wizard 的Step2共有三種控制點定義方法(圖11.11)。(1)No GCPS(relative DEM value only)無控制點,選擇這個選項得到的DEM是相對高程。(2)Define GCPS Interactively交互式選擇控制點。選擇這個選項后,單擊Next按鈕,打開交互定義地面控制點界面??刂泣c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。由于缺少地面控制點數(shù)據(jù),故本實驗中選擇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方式第三步 定義連接點Step3提供了三種定義連接點的方法。(1)Generate Tie Points Automatically基于區(qū)域灰度匹配法自動尋找重疊區(qū)的連接點,如圖11.12所示。以下是幾個參數(shù)的說明: 連接點數(shù)目(Number of Tie Point):60。需要尋找連接點的數(shù)量。 搜索窗口大?。⊿earch Windows size):481。大于或等于21的任意整數(shù),并且必須比移動窗口大。該參數(shù)的值越大,找到匹配點的可能性也越大,但同時要耗費更多的計算時

27、間。大致確定搜索窗口大小的方法是:在立體像對(帶有粗略地理坐標(biāo))的兩個圖像上找到一個同名點,量測這兩個圖像上同名點間的距離D(像素單位),搜索窗口大小可設(shè)置為(D+1)x2。 移動窗口大?。∕oving 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。移動窗口大小必須是奇數(shù)。最小的移動窗口大小是5,即為5x5像素。使用較大的移動窗口將會獲得更加可靠的匹配結(jié)果,但也需要更多的處理時間。移動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):自動從圖像讀取,根據(jù)提供的RPC文件計算得到。 是否檢查連接點(Examine and Edit Tie Point):Yes。如果選擇“Yes”,單擊Next按鈕,進(jìn)入查看/添加/編輯連接點步驟(Step5);選擇No,直接跳過查看/添加/編輯連接點步驟(Step5)。圖11.12 Step4自動尋找重疊區(qū)的匹配點(2)Define Tie Point Interactively人工交互式定義連接點(至少需要定義9個連接點)。選擇此選項單擊Next按鈕進(jìn)入查看/添加/編輯連

29、接點步驟(Step5)(圖11. 12)。(3)Read Tie Points From File讀取外部連接點文件(.pts)。Examine and Edit Tie Points項如果選擇“Yes”,單擊Next按鈕,進(jìn)入查看/添加/編輯連接點步驟(Step5);選擇No,直接跳過查看/添加/編輯連接點步驟(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/編輯連接點步驟step5(圖11.13)。利用這個對話框上的功能按鈕手動添加新的連接點,編輯已選擇的連接點。每個

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

31、刪除所有點,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。Update選擇一個需要編輯的連接點,移動左右圖像的Zoom窗口的十字光標(biāo)重新定位一個新位置。單擊此按鈕,用當(dāng)前位置更新連接點的位置。Reset重設(shè)當(dāng)前選擇的連接點回到最初位置,取消之前對該點的所有編輯。Delete刪除當(dāng)前選擇的連接點Delete All刪除所有連接點Show/Hide Table打開/關(guān)閉連接點列表Save將定義的連接點保存為外部文件Restore打開外

32、部連接點文件Predict Left在右圖像定位一個連接點后,利用此按鈕可在左圖像上預(yù)測大概位置。Predict Right在左圖像定位一個連接點后,利用此按鈕可在右圖像上預(yù)測大概位置。Params設(shè)置預(yù)測點參數(shù),包括搜索窗口和移動窗口的大小。在Step6中(圖11.14),利用連接點計算生成核線圖像(Epipolar Image )。核線圖像描述了立體像對之間的像素關(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、用以評價兩個點匹配好壞。閾值越大,匹配精度越高,能得到的匹配點越少。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DEM的百分比來表示。 移動窗口大小(Moving Window Size):定義計算兩圖像相關(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,計算量越大。 地形地貌(Terrain Relief):分為Low、Moderate和High三個級別。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。等級越高,生成的DEM越精細(xì),處理時間越長。 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,將整個操作流程保存為工程文件;單擊Finish按鈕,完成整個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感興趣區(qū)內(nèi)的高程值。Smooth對感興趣區(qū)內(nèi)做低通卷積濾波,需要設(shè)定

38、一個卷積核,默認(rèn)為3x3。Median Filter對感興趣區(qū)內(nèi)做中值卷積濾波,需要設(shè)定一個卷積核,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):本實驗中選擇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量測工具立體3D量測工具(The Stereo Pair 3D Measurement Tool),可以從兩幅立體像對中量測一個點的高程信息,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位。單擊Pre-dict Right或者Predict left按鈕可以預(yù)測另外一個圖像上對應(yīng)位置。如果預(yù)測精度太差,單擊Params按鈕,將Search Window size的值調(diào)大一些,或者手動進(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對話框中,可以查看所有收集的點坐標(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,并可以輸出為ASCII文件、EVF矢量文件和ArcView 3D shapefi1e文件。使用這個工具之前

43、,必須確保有核線圖像構(gòu)成立體像對。生成核線圖像的方法有兩種,一是可以在DEM自動提取向?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,同時打開Epipolar 3D Cursor對話框(圖11.23)。圖11.23

44、Epipolar 3D Cursor對話框(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,兩個指針合并為一個指針。指針的控制是通過鼠標(biāo)和鍵盤來完成的。 鼠標(biāo)移動:移動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3D指針一個像素單位 向下箭頭(鍵盤):向下移動3D指針一個像素單位 向右鍵頭(鍵盤):向右移動3D指針一個像素單位 向左箭頭(鍵盤):向左移動3D指針一個像素單位 加號(+)(鍵盤):增加3D指針表觀高程 減號(-)(鍵盤):減少3D

45、指針表觀高程(3)在主圖像窗口中,移動鼠標(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3D指針定位位置滿意,單擊鼠標(biāo)中鍵可以將當(dāng)前點的(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,通過插值公式計算各點的高程,得到DEM。ENVI的Convert Contours to DEM工具采用線性(Linear)或五次多項式內(nèi)

46、插(Quintic)插值算法,對矢量等高線進(jìn)行插值,輸出一個連續(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會自動將該格式的矢量數(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矢量等高線的高程屬性文件,即.dbf文件。圖11.24為本節(jié)實驗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):選擇存儲高程信息的字段。(2)設(shè)置有效高程范圍(Va1id Elevation Range):可選項,設(shè)置用于插值的高程

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