envi的图像配准.docx

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envi的图像配准

请教对ETM+进行几何校正的详细步骤

阎殿武

ENVI的图像配准与几何校正工具允许你将图像定位到地理坐标上，并校正它们使其与基图像几何形状相匹配。

图像可以用Rotate/FlipData菜单项在配准以前进行旋转。

通过使用全分辨率（主图像）和缩放窗口选择地面控制点（GCPs），来进行图像－图像和图像－地图的配准。

基图像和未校正图像的GCPs的坐标被显示，伴随有特定纠正算法计算的误差项。

纠正用重采样、缩放和平移，多项式函数或德洛内三角测量（RST）实现。

支持的重采样方法包括最近邻、双线性和立方体卷积。

用ENVI的多个动态覆盖能力，对基图像和纠正图像进行比较，可以快速估价配准精度。

参阅ENVITutorialImageGeoreferencingandRegistration中有关图像配准的详细描述。

镶嵌允许多个图像插入到一个用户定义了大小和坐标的基图像中。

独立图像或多波段图像文件被输入，且放到图像或地图坐标中或用鼠标确定位置。

输出的镶嵌特征可以用图幅显示，且能进行交互式调整。

用ENVI可以进行虚拟镶嵌，这使你不必将数据的两个副本存到磁盘上。

羽化技术能用于混合图像边界，进行无缝镶嵌。

镶嵌模板可以被存储，用于其它图像。

ENVI配准、校正和镶嵌功能可以从ENVI的主菜单中的Register菜单里选择。

SelectGroundControlPoints（选择地面控制点）

在菜单Register里的SelectGroundControlPoints菜单项允许交互式选择地面控制点（GCPs），并对单一波段图像或多波段文件纠正。

这一工具允许对不同控制点和纠正项进行原形恢复和检验。

支持图像-图像和图像-地图的配准。

详细步骤参见ENVITutorialImageGeoreferencingandRegistration中的图像配准例子。

Image-to-ImageRegistration（图像-图像的配准）

图像-图像配准需要两幅图像均打开。

用每一个显示的缩放窗口选择地面控制点。

可以选择Subpixel（小数的）坐标。

一旦已经选择了足够用于定义一个纠正多项式的控制点，就能预测纠正图像中的GCP位置。

GCPs可以被存储或从文件中恢复，彩色标签与GCP标记的顺序可以更改（有关纠正方法的描述，参见“WarpingandResamplingOptions”部分）。

1用AvailableBandsList打开基图像和纠正图像文件，并在两个窗口显示它们。

2一旦两幅图像都已经显示，选择Register>SelectGroundControlPoints>ImagetoImage。

3出现ImagetoImageRegistration对话框时，在“BaseImage:

”下面点击需要显示的名字，选择基图像（参照图像）。

4在“WarpImage:

”下方点击需要显示的名字，选择被纠正的图像。

5点击“OK”，出现GroundControlPointsSelection对话框。

·改变对话框的大小，用鼠标左键点击任何一个角处，拖曳到需要的大小和形状。

参见ENVITutorial“ImageGeoreferencingandRegistration”中对图像配准的描述。

选择地面控制点

选择地面控制点（GCP或TiePoint），通过在缩放窗口定位十字准线，在基图像和纠正图像中选择像元。

像元的左上方是整个数字坐标的原点，自这点向右和向下对应的X值和Y值不断增加。

在缩放窗口中，可得到的像元fraction与缩放系数是成比例的。

例如，缩放系数为4x，像元将被分成4个亚区。

缩放系数为10x时，定位可能只有1/10像元。

GCP标记被放在缩放窗口中，显示出亚像元（subpixel）的位置。

在选择GCPs时，亚像元被用于提高准确度。

·在基础和纠正图像中，选择GCP的位置。

1为每幅图像移动缩放窗口到需要的GCP区域。

2.在缩放窗口的一个特定像元上点击鼠标左键，把光标定位在该像元或像元的一部分上。

注意

从图像窗口，点击Functions>PixelLocator选择像元位置，并提供整数的GCP坐标（见第227页的“PixelLocator”）。

在GroundControlPointsSelection对话框，被选择处的坐标按sample、line顺序分别显示在标签为“BaseX,Y”和“WarpX,Y”文本区中。

在缩放窗口处，定位提供了亚像元坐标，因此对话框中显示浮点坐标值。

3一旦两幅图像都选择了需要的像元，在GroundControlPointsSelection对话框中点击“AddPoint”，将选择的GCPs添加到已经选择的X、Y（样本，行）坐标对列表里。

他们将按基图像（第一个圆括号）、纠正图像（第二个圆括号）顺序被列出。

当已经选择了四个或更多个GCPs，对选择的纠正预测的X、Y坐标将显示在第三组圆括号中，X、Y的误差被列表显示在第四组圆括号中，RMS误差列表显示在最后一组圆括号中。

当GCPs已经被添加到列表中时，在两幅图像的缩放窗口里选择的像元（或亚像元）处画一个标记。

选择的GCP数将出现在标记附近。

标记中心（在十字准线下面）显示了实际的GCP位置。

4用同样的方法添加其它的GCPs。

使RMSError最小化

在GroundControlPointsSelection对话框里，选择的GCPs数被显示在文本标签“Pairs”旁的文本框里。

一旦选择了足够的GCPs，运行一次多项式纠正，像元中的X、YRMS误差项按照sample,line顺序列表显示在第四组圆括号中。

所有点的总RMS误差列表显示在标签为“RMS误差”的文本框里。

为了最好的配准，试图使RMS误差最小化。

用于计算误差的多项式的次数显示在对话框顶部“Degree”的附近，当已经选择了足够的GCPs数时，多项式的次数可以改变。

·对于一次多项式，你可以选择RST（Rotation,Scaling,andTranslation）计算误差。

点击“YES”切换按钮，选择RST。

地面控制点选项

地表控制点选项与GCP列表相互作用，包括编辑和更新位置、开启或关闭点、删除所选择的点，以及预测点的位置。

这些按钮排列在GroundControlPointsSelection对话框底部。

·重新移动缩放窗口到任何一个选择的GCPs处，在列表上点击需要的GCP，点击“Goto”。

描述选择的GCP轮廓的标记，将被定位在基图像和纠正图像缩放窗口的中心。

·手动地编辑GCP位置：

1在GroundControlPoints列表中选择要编辑的GCP，点击“Edit”。

当前的X和Y值将出现在“GCPEditPoint”对话框里。

2在合适文本框里，点击并手工输入需要的数值，以编辑基图像和纠正图像的X和Y值。

3点击“OK”，在GroundControlPointsSelection对话框里改变它们。

如果已经选择了几个GCPs，将会延迟一段时间，由于GCPs需要被重新画上，误差也需重新计算。

·配准过程中，有选择性地忽视控制点，选择“On/Off”按钮，点击准备忽略的点

不用已经选择的点重新计算RMS误差和空间转换。

在选择的“OFF”点的左边将出现一个星号，GCP标记的颜色将发生改变。

再次打开GCP，点击列表中的点，再次选择“On/Off”按钮。

·从列表中永久性删除一些单个控制点，点击要被删除的GCP，点击“Delete.”

·交互式改变一些特定GCP的位置：

1在GroundControlPointsSelection对话框，点击要更新的GCP。

2在基图像与纠正图像中重新定位缩放窗口。

3点击“更新”。

在两个缩放窗口里，以前的GCP将被编辑过的GCP代替，GCP的标记位置将被移到当前像元位置处。

·用由当前的GCPs和选择的多项式次数决定的纠正，预测在纠正图像中一个GCP的位置

1在基图像中将缩放窗口定位到一个像元处。

2点击“预测”。

纠正图像缩放窗口将被移到预测的像元处。

3在纠正图像中选择正确的像元以使预测值更精确。

4点击“AddPoint”，输入GCP。

File下拉菜单

在GroundControlPointsSelection对话框中，File菜单包括存储和恢复地面控制点文件选项。

·退出GroundControlPointsSelection对话框，选择File>Cancel.

如果当前的点还没有存储到一个文件中，用户可以选择退出时保存它们。

·将GCPs存储到一个ASCII输出文件中：

1选择File>SaveGCPstoASCII.

2键入一个扩展名为.pts的输出文件，用“Choose”按钮选择一个输出文件，点击“OK”保存文件。

·恢复以前存储的GCPs:

1选择File>RestoreGCPsfromASCII.

2输入需要的GCP.pts文件名。

·存储到GCPs，误差输出到一个ASCII文件：

1选择File>SavePointsw/RMStoASCII.

2输入一个输出文件名，点击“OK”。

GCPs下拉菜单

在GroundControlPointsSelection对话框中的GCPs菜单，控制了地面控制点的标签、颜色、顺序，并允许基础和纠正图像翻转。

地面控制点用一个十字准线，圆圈和数字被标注在图像上。

·将关闭/开启标签,在GCPs菜单下，点击“LabelGCPsOff”或“LabelGCPsOn”旁的切换按钮。

·选择GCP对是否通过它们的索引“ID#”或“Error”，显示在列表中，点击“OrderGCPsbyIndex”或“OrderGCPsbyError”附近的按钮。

索引ID顺序是它们被选择的顺序。

误差顺序按照从高到低的顺序列出。

·删除列表中所有GCPs，选择GCPs>ClearGCPs.

·改变GCP标记标签的颜色：

1选择GCPs>SetGCPColors。

2出现GCPColors对话框时，用初始标签为“Red”（与“GCPswhichare“Off”紧邻）的按钮菜单（nexttothe“GCPswhichare“On”label），选择GCP标记的颜色。

3用初始标签为“Green”（紧邻“GCPswhichare“Off”）的下拉菜单，控制GCPs的标记颜色（whichareturnedoff）

·翻转基础和纠正图像中的GCPs位置，选择GCPs>ReverseBase/Warp.

这允许纠正基图像，并与纠正图像匹配。

Options下拉菜单

在GroundControlPointsSelection对话框中的Options菜单，允许从当前显示的波段纠正或从一个文件纠正。

如果你的基图像是地理坐标的，你可以选择图像-地图型纠正。

允许你改变输出像元的大小以及纠正图像中使用的投影类型。

·用GCPs进行一个标准的配准,选择Options>WarpDisplayedBand或WarpFile.

·选择图像-地图型纠正，如果基图像是地理坐标系的，选择Options>WarpDisplayedBand（asImagetoMap）或WarpFile（作为图像-地图型）.

出现RegistrationParameters对话框。

ENVI中可利用的各个纠正项细节将在“WarpingandResamplingOptions”部分讨论。

Image-to-MapRegistration（图像-地图配准）

图像-地图配准要求至少由一幅图像是打开的。

图像中地面控制点（GCPs）由缩放窗口中的光标选择。

也可以选择亚像元坐标。

相应的地图坐标被手工输入或从矢量窗口输入。

一旦选择了足够的点定义一个纠正多项式，在纠正图像中的GCP位置就能预测。

GCPs可以被存储和从文件中恢复，GCP标记的颜色表示和顺序可以改变，详细描述见“WarpingandResamplingOptions”部分。

1打开一幅图像，显示需要的波段

2选择Register>SelectGroundControlPoints>ImagetoMap.

出现ImagetoMapRegistration对话框。

3点击对话框中显示的名字，选择要与地图配准的图像。

注意到如果只打开了一幅图像，则它会自动被选上。

4在“SelectRegistrationProjection”列表中，点击类型选择要输出的投影。

·对于UTM，在标有“Zone”的文本框里输入区域号，或点击“SetZone”按钮，输入经纬度值计算区域号。

·对于StatePlane投影，输入一个区域号或点击“SetZone”按钮，从列表中（列表显示的有NOS和USGS区域号）选择区域号。

·对于那些需要定义数据的投影类型，选择“Datum”按钮，并从列表中选择。

·改变投影单位，点击“Units”按钮，并选择需要的单位。

5分别在“XPixelSize”和“YPixelSize”文本框里，输入X和Y输出像元的大小（用与投影相对应的单位）。

6点击“OK”。

出现GroundControlPointsSelection对话框（见BasicENVITutorial#2-Registration（UsingENVI）对图像-地图配准的详细描述）。

选择地面控制点

地面控制点（或TiePoints）的选择类似于图像-图像配准。

1像图像-图像的步骤一样，通过移动缩放窗口到需要的图像区域选择GCPs.

2在缩放窗口里特定像元上，点击鼠标左键，定位在指向像元的光标处。

在GroundControlPointsSelection对话框里，标签为“ImageX”和“ImageY”的框里出现选择处的坐标。

亚像元坐标用于提高选择GCPs的精度。

3在地图和图像里选择一般的参考特征（例如在图像和地图中都能看到的道路交叉口），手工从地图上抽取向东和向北方向或经纬度坐标。

4分别在标有“E”和“N”的文本框里，点击适当的位置，手工键入选择的GCPs的地图坐标

·点击地图投影名附近的按钮，在“Latitude”和“Longitude”文本框里，输入地图上GCP位置（用经纬度）。

·在度、分、秒与十进制度数之间变换经纬度值，点击“DMS<->DD”按钮。

·用负（-）的经度代表西半球，负（-）的纬度代表南半球。

·恢复地图投影坐标，点击“GeographicCoordinates”文本标签附近的按钮。

·相应的地图投影坐标将自动被计算出来。

·用矢量数据自动输入地图坐标，见“EntryofMapGCPsfromaVectorWindow”部分。

·用GPS位置自动输入地图坐标，见“GPS-Link”。

5一旦选择完图像中需要的像元，且地图坐标已经输入，点击GroundControlPointsSelection对话框中的“AddPoint”按钮，将点添加到GCPs的列表里。

被选择的位置处坐标显示在GroundControlPointsSelection对话框的中心，顺序为“MapX,Y”（第一个圆括号）,“ImageX,Y”（第二个圆括号）。

一旦已经选择了足够的点，对选择的纠正预测的X，Y坐标显示在第三组圆括号里。

X,Y误差和RMS误差将被显示在第四和第五个圆括号里。

当GCPs已经被添加在列表里，在图像缩放窗口里选择的像元周围将出现一个标记。

已经选择的GCP数将出现在标记周围。

在标记中心（在十字准线的下方）的像元表明了实际的GCP位置。

6用同样的方法添加另外的GCPs.

选择的GCPs数出现在文本标签“SelectedX,YPairs:

.”附近。

一旦选择了足够的GCPs运行一次多项式纠正，像元中的X、YRMS误差项按照sample,line顺序列表显示在第四组圆括号中。

合成的RMS误差显示在最后一个圆括号里。

要得到最好的配准，试图使RMS误差降至最小。

有关编辑和定位GCPs的详细信息，见“GroundControlPointsOptions”部分。

想了解对File、GCPs和Options下拉菜单的描述，见“TheFilePulldownMenu”部分。

从一个矢量窗口，输入地图GCPs

如果你有一个区域的矢量文件要被地图配准，则地图坐标可以直接从矢量数据抽取到GroundControlPointsSelection对话框。

1过程与前述从显示的图像中选择的GCPs被纠正是一样的。

2不用手工从地图上选择UTM控制点，而是将矢量导入一个矢量窗口，用矢量光标定位能力（鼠标左键）对与图像上选择的特征相对应的一个特征进行定位。

3在VectorWindowParams对话框的底部，点击“Export”输入矢量光标的地图坐标，直接到GroundControlPointsSelection对话框。

4点击“AddPoint”将选择的点输入到配准。

纠正图像

·用GCPs运行一个标准的配准，选择Groundcontrolpointsselection对话框中的Options>WarpDisplayedBandorWarpFile。

出现RegistrationParameters对话框。

ENVI中可利用的各个纠正项细节在“WarpingandResamplingOptions”部分有详细阐述。

Warping和Resampling选项

ENVI提供三个纠正选项：

RST（旋转、缩放和平移）、多项式和德洛内三角测量。

RST纠正是最简单的方法，需要三个或更多的GCPs运行图像的旋转、缩放和平移。

可以得到1次到n次多项式纠正。

可以得到的次数依赖于选择的GCPs数，这里#GCPs>（次数+1）2。

德洛内三角测量适于三角到不规则空间GCPs和内插数值到输出格网中。

可利用的重采样方法包括最近邻、双线性和立方体卷积。

最近邻重采样运用没有解译的像元建立纠正图像。

双线性重采样用四个像元进行线性内插，以对纠正图像进行重采样。

立方体卷积通过三次多项式对图像进行重采样，用16个像元近似正弦函数。

值得注意的是立方体卷积重采样比其它方法速度慢。

详情参见下面的参考书。

Richards,J.A.,1994,RemoteSensingDigitalImageAnalysis,Springer-Verlag,

Berlin,p.340.

一旦为图像-图像或图像-地图配准选择好GCPs，用下列步骤指定纠正和重采样方法：

1在GroundControlPointsSelection对话框，选择Options>需要的纠正方法。

2出现RegistrationParameters对话框时，从与“WarpMethod”邻近的下拉菜单中，选择需要的纠正方法。

可以使用RST（旋转、缩放和平移）多项式和三角测量纠正方法。

·对于多项式纠正，在“Degree”文本框里输入需要的次数。

可以利用的次数依赖于定义的GCPs数。

·选择你是否想在三角测量纠正数据的边缘，用单个像元的背景颜色作边界。

在“ZeroEdge”标签附近，选择“YES”按钮。

通过选择这一项，你将避免一个“托影（smearing）”效果，它也许出现在纠正图像的边缘，且通常可以用ENVI的特定数据地理坐标定位功能看到。

3从“Resampling”标签附近的下拉菜单里，选择需要的重采样方法。

4在“BackgroundValue”文本框里，输入DN值，设定背景值（在纠正图像里，DN值用于填充没有图像数据显示的区域）。

输出图像维数按照包含纠正输入图像的边界矩形大小自动设定。

所以，输出的纠正图像大小通常与基图像的大小不一样。

输出大小的坐标由基图像坐标决定。

所以，左上方拐角处的值典型地不是（0，0），而是显示的从基图像左上角原点计算的X和Y值。

这些偏移值被储存在文件头里，并允许基图像和纠正图像的动态覆盖（叠置），尽管它们的大小不同。

5不考虑输出维数，点击“ChangeOutputParameters”，将需要的数值输入到“OutputImageSize”文本框里，用于图像-图像配准。

·对图像-地图配准,通过点击“ChangeOutputParameters”输入需要的值，改变地图坐标或为了左上方坐标、像元大小以及图像大小而改变经纬度信息。

“Geographic”投影中，地理坐标用米或度表示，“ChangeProjection”按钮只是输入左上方坐标改变投影。

选择地面控制点时，输出图像的投影就已经设置好。

注意

如果你的输出投影是“Geographic”,则用“ChangeOutputParameters”对话框，将输出的像元和图像大小单位变换成度。

6选择输出到“File”或“Memory”.

·若选择输出到“File”,输入一个输出文件名，用“Choose”按钮选择一个文件名。

当纠正被计算时，出现一个状态框。

完成以后，纠正图像将出现在AvailableBands列表中。

通过使用OpenFilesList中的File>SaveSelectedFiletoDisk选项，一幅纠正图像也从内存中被保存。

评价配准精度

要评价配准精度：

1用AvailableBandsList，将纠正图像装到一个新的显示窗口。

2将显示与基图像窗口链接起来（Functions>Link），使用动态覆盖图，在基图像和纠正图像之间闪烁（flicker）（见“MultipleDynamicOverlays”部分）。

WarpfromPre-existingGCPs（用已存地面控制点纠正影像）

Image-to-Image（图像－图像）

·用以前选择的GCPs，对输入文件进行图像-图像配准：

1选择Register>WarpfromPre-existingGCPs>ImagetoImage.

注意

图像必须是已经打开的。

2出现文件选择对话框时，输入GCP文件名或从列表中选择合适的GCP输入文件。

3出现InputWarpImage对话框时，用标准ENVI程序选择被纠正的图像，或空间或波谱子集