基于ENVI51的“資源三號(hào)”立體像對(duì)DEM提取(共9頁(yè))

1、基于ENVI5.1的“資源(zyun)三號(hào)”立體像對(duì)DEM提取1.概述(i sh) 數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model)，簡(jiǎn)稱(chēng)DEM，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示(biosh)地面高程的一種實(shí)體地面模型。DEM除了包括地面高程信息外，還可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，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，從數(shù)據(jù)源及采集方式主要有：根據(jù)航空或航天影像，通過(guò)攝影測(cè)量途徑獲；野外測(cè)量或者從現(xiàn)有地形圖上采集高程點(diǎn)或者等高線，后通過(guò)內(nèi)插生成DEM等方法。資源三號(hào)搭載了四臺(tái)光學(xué)相機(jī)，包括一臺(tái)地面分辨率2.1m的正視全色TD

2、I CCD相機(jī)、地面分辨率3.5m的前視和后視全色TDI CCD相機(jī)、一臺(tái)地面分辨率5.8m的正視多光譜相機(jī)。其中前正后視全色相機(jī)，推掃成像形成三線陣立體像對(duì)，可用于DEM提取。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，前視和正視，或后視和正視，可以組成立體像對(duì)進(jìn)行DEM提取，效果較好，優(yōu)于前視和后視提取的DEM。2.詳細(xì)操作步驟 DEM Extraction工具分為9個(gè)步驟，總體上我們可分為6個(gè)步驟，如下圖所示。 圖1.1 DEM提取流程 圖2.1 Step 1 of 9輸入立體像對(duì)第一步：輸入立體像對(duì)（1）單擊File-Open，以正視和后視圖像為例。打開(kāi)ZY3_01a_hsnnavp_*和ZY3_01a_hsnba

3、vp_*文件夾內(nèi)的tif文件。（2）在Toolbox中，雙擊/ Terrain/DEM Extraction/DEM Extraction Wizard: New。（3）單擊Select Stereo Image按鈕，選擇正視(zhngsh)圖像（NAVP）為L(zhǎng)eft Image，后視圖像（BAVP）為Right Image。注：1、ENVI一般(ybn)能自動(dòng)識(shí)別RPC文件，否則需要手動(dòng)選擇RPC文件。2、左影像選擇垂直觀測(cè)(gunc)的影像，或者觀測(cè)角度小的影像?？梢院?jiǎn)單通過(guò)對(duì)比立體像對(duì)兩幅影像的地面分辨率，分辨率高的當(dāng)作左影像。（4）單擊Next按鈕。第二步：定義地面控制點(diǎn)提供三種定義地

4、面控制點(diǎn)方式：不定義（No GCPs (relative DEM values only)）、交互式定義（Define GCPs Interactively）和讀取控制點(diǎn)文件（Read GCPs From File）。由于缺少地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，這里選擇不定義控制點(diǎn)，單擊Next按鈕。注：不定義地面控制點(diǎn)得到的DEM是相對(duì)高程，即以衛(wèi)星地勢(shì)面為基準(zhǔn)。 圖2.2 Step2 of 9定義地面控制點(diǎn) 圖2.3 Step 4 of 9自動(dòng)選擇Tie點(diǎn)參數(shù)設(shè)置第三步：定義連接點(diǎn)（1）提供三種定義連接點(diǎn)方式：自動(dòng)尋找、交互式手工定義和外部讀取控制點(diǎn)文件。選擇選擇自動(dòng)尋找，參數(shù)設(shè)置如下所示，連接點(diǎn)數(shù)目（Num

5、ber of Tie Points）：1000。搜索窗口大?。⊿earch Windows Size）：481。移動(dòng)窗口大小（Moving Window Size）：101。最小相關(guān)系數(shù)（Minimum Correlation）：0.90。平均高程（Region Elevation）：自動(dòng)從影像讀取。是否檢查連接點(diǎn)（Examine and Edit Tie Points）：Yes。注：幾個(gè)參數(shù)的設(shè)置說(shuō)明如下說(shuō)明：搜索窗口大?。⊿earch Windows Size）：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)也要耗費(fèi)更多的計(jì)算時(shí)間。大致確定

6、搜索窗口大小的方法：在立體像對(duì)（帶有粗略地理坐標(biāo)）兩個(gè)圖像上找到一個(gè)同名點(diǎn)，量測(cè)兩個(gè)圖像上同名點(diǎn)的距離D（像素單位），搜索窗口最小設(shè)置為（D+1）*2。移動(dòng)窗口大小(dxio)（Moving Window Size）：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55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(kngjin)分布率有關(guān)系，根據(jù)如下所列設(shè)置：大于等于10 米分辨率圖像，設(shè)置(shzh)值的范圍是915。510 米分辨率圖像，設(shè)置值的范圍是1121。15米分辨率圖像，設(shè)置

7、值的范圍是1541。小于1米分辨率圖像, 設(shè)置值的范圍是2181 或者更高。（2）單擊Next按鈕，進(jìn)入Step 5/9步驟。（3）本例子中，自動(dòng)找到414個(gè)Tie點(diǎn)，Maximum Y Parallax（Y視差）=2.3394，小于10即可進(jìn)行下一步處理。從點(diǎn)的分布來(lái)看，有部分地區(qū)沒(méi)有Tie點(diǎn)，下面手動(dòng)交互添加一些Tie點(diǎn)。注：如果Maximum Y Parallax（Y視差）10，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。圖2.4 5 of 9自動(dòng)選擇Tie點(diǎn)及分布1）單擊Para

8、ms按鈕修改兩個(gè)窗口大小為481和101。預(yù)測(cè)(yc)參數(shù)設(shè)置2）在左邊(zu bian)圖像的無(wú)Tie點(diǎn)區(qū)域，定位一個(gè)點(diǎn)，單擊Predict Right按鈕，自動(dòng)在右邊圖像上定位一個(gè)點(diǎn)，確認(rèn)兩個(gè)點(diǎn)是同名點(diǎn)，單擊Add按鈕添加。注：一般預(yù)測(cè)的點(diǎn)都很準(zhǔn)確，個(gè)別不準(zhǔn)確可以由右邊圖像上的點(diǎn)來(lái)預(yù)測(cè)左邊圖像（Predict Left按鈕）的同名點(diǎn)。3）重復(fù)以上步驟，手動(dòng)增加一些Tie點(diǎn)，尤其(yuq)是地形起伏較大區(qū)域。4）當(dāng)誤差達(dá)到一定范圍，如這里的3.4373（Maximum Y Parallax10），單擊Next。圖2.5手動(dòng)添加一些Tie點(diǎn)的分布第四步：設(shè)定DEM提取參數(shù)（1）Step 6 o

9、f 9，ENVI會(huì)生成核線圖像，可以用于立體觀測(cè)，選擇一個(gè)路徑分別輸出，單擊Next。圖2.6 Step 6 of 9 輸出(shch)核共線圖像（2）在Step 7 of 9中，設(shè)置DEM輸出投影參數(shù)。這里直接設(shè)置為UTM坐標(biāo)，輸出像元大小為10m（記得(j de)回車(chē)自動(dòng)計(jì)算輸出像元行列數(shù)，否則結(jié)果會(huì)帶很多黑背景），單擊Next。注：這里輸出的像元大小沒(méi)有一個(gè)明確(mngqu)的規(guī)定，一般可選擇 10或者15米輸出。（3）在Step 8 of 9中，設(shè)置DEM輸出參數(shù)：最小相關(guān)系數(shù)閾值（Minimum Correlation）：0.7。值的范圍是01，這個(gè)參數(shù)是評(píng)價(jià)兩個(gè)點(diǎn)匹配好壞。這個(gè)閾值

10、越大，匹配精度越高，能得到的匹配點(diǎn)越少。一般設(shè)定在0.650.85之間。背景值（Background Value）：-999。設(shè)定DEM的背景像素值。外邊界清理焊縫(Edge Trimming)：0。值的范圍是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(lái)標(biāo)示。移動(dòng)窗口大?。∕oving Window Size）：13x13。定義計(jì)算兩圖像相關(guān)性的范圍大小，于來(lái)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）：Moderate。三個(gè)級(jí)別Low、Moderate和High。Low用于覆蓋區(qū)域地形平坦；Moderate用

11、于大多數(shù)地形；High用于地形起伏較大的山區(qū)，地形地貌很明顯區(qū)域。地形細(xì)部（Terrain Detail）：Level 6。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(lèi)型（Output Data Type）：Integer。16bit的Integer和32bit的Floating Point。（4）選擇輸出路徑和文件名。圖2.7 Step7 of 9、8 of 9DEM輸出(shch)投影與輸出參數(shù)設(shè)置第五步：輸出DEM并檢查(jinch)結(jié)果在Step 9 of 9中，單擊Load DEM Result to Display按鈕加載生成(shn chn)DE

12、M結(jié)果。第六步：編輯DEM生成的DEM有些地方如果有厚云等，對(duì)獲得的地形有影響，可以通過(guò)手動(dòng)編輯來(lái)更改這些區(qū)域的高程數(shù)據(jù)。（1）在Step 9 of 9中，單擊Load DEM Result to Display with Editing Tool按鈕，打開(kāi)DEM編輯工具。（2）在Image 窗口中繪制需要編輯的區(qū)域，在Method中選擇一種修改方法，單擊Apply to Region of Interest或者Apply to Entire Band進(jìn)行修改。幾種修改方法說(shuō)明如下表：（3）單擊Save按鈕，保存為工程文件。圖2.8 DEM結(jié)果(ji gu)表 2.2 編輯(binj)DEM高

13、程值的7種方法方法說(shuō)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(lái)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?chē)叱讨档臉?biāo)準(zhǔn)差，則用周?chē)叱讨档闹兄荡?。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

14、程值重新插值。如下圖是利用相同(xin tn)的流程和參數(shù)，使用其他資源三號(hào)數(shù)據(jù)提取得到的DEM結(jié)果。圖2.9資源三號(hào)立體像對(duì)提取(tq)的DEM結(jié)果3.常見(jiàn)(chn jin)問(wèn)題解答3.1整體(zhngt)效果差問(wèn)題描述：呈現(xiàn)大范圍三角形狀，地形不平滑;解決方法：1、可能Tie點(diǎn)太少造成，增加Tie數(shù)量。2、可能立體像對(duì)拍攝夾角太大，如選擇前視和后視作為立體像對(duì)時(shí)。3.2部分地區(qū)地形插值不平滑問(wèn)題描述：如下圖所示，主要產(chǎn)生的原因是地形起伏較大，尤其是山體存在陰影情況。解決方法：增加Tie點(diǎn)。圖3.1 DEM結(jié)果局部不平滑3.3處理速度慢設(shè)置地形地貌（Terrain Relief）和地形細(xì)部（

15、Terrain Detail）級(jí)別太高，如設(shè)置Terrain Relief：High和Terrain Detail：Level 7。一般設(shè)置Terrain Relief：Moderate和Terrain Detail：Level 6即能滿足大部分處理要求。3.4內(nèi)存溢出圖3.2 ENVI Classic分塊大小設(shè)置問(wèn)題描述：提示錯(cuò)誤類(lèi)似Unable to allocate memory: to make array。解決方法：設(shè)置的分塊大小(dxio)太大導(dǎo)致。在ENVI Classic中，F(xiàn)ile Preferences 面板中（如下圖），建議(jiny)設(shè)置Cache Size為內(nèi)存大小的50%；Image Tile Size設(shè)置可參考：內(nèi)存(ni cn) 2G，Image Tile Size 1M內(nèi)存 4G，Imag