envi的图像配准.docx

1、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/Flip Data 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

2、配准精度。参阅 ENVI Tutorial Image Georeferencing and Registration 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。Select Ground Cont

3、rol Points (选择地面控制点)在菜单 Register 里的Select Ground Control Points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 ENVI Tutorial Image Georeferencing and Registration 中的图像配准例子。Image-to-Image Registration (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

4、(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“Warping and Resampling Options”部分）。1 用 Available Bands List 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 Select Ground Control Points Image to Image。3 出现Image to Image Registration对话框时，在“Base I

5、mage:”下面点击需要显示的名字，选择基图像（参照图像）。4 在 “Warp Image:” 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 Ground Control Points Selection 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 ENVI Tutorial “Image Georeferencing and Registration” 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 Tie Point），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

6、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 Pixel Locator 选择像元位置，并提供整数的 GCP 坐标(见

7、第 227 页的 “Pixel Locator”)。在 Ground Control Points Selection 对话框，被选择处的坐标按 sample、line 顺序分别显示在标签为 “Base X, Y” 和 “Warp X, 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 Ground Control Points Selection 对话框中点击“Add Point”，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

8、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 RMS Error 最小化在 Ground Control Points Selection 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

9、行一次多项式纠正，像元中的X、Y RMS 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, and Translation) 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

10、点，以及预测点的位置。这些按钮排列在 Ground Control Points Selection 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 Ground Control Points 列表中选择要编辑的 GCP，点击“Edit”。当前的 X 和 Y 值将出现在 “GCP Edit Point” 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 Grou

11、nd Control Points Selection 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 Ground Control Poin

12、ts Selection 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 “Add Point”，输入G CP。File 下拉菜单在 Ground Control Points Selection 对话框中，F

13、ile 菜单包括存储和恢复地面控制点文件选项。 退出 Ground Control Points Selection 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 Save GCPs to ASCII.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 Restore GCPs from ASCII.2 输入需要的GCP .pts 文件名。存储到 GCPs，误差输出到一个

14、ASCII 文件：1 选择 File Save Points w/RMS to ASCII.2 输入一个输出文件名，点击 “OK”。GCPs 下拉菜单在 Ground Control Points Selection 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 “Label GCPs Off” 或 “Label GCPs On” 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 “Order GCP

15、s by Index” 或 “Order GCPs by Error” 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 Clear GCPs.改变 GCP 标记标签的颜色：1 选择 GCPs Set GCP Colors。2 出现 GCP Colors 对话框时，用初始标签为 “Red”（与 “GCPs which are “Off”紧邻）的按钮菜单（next to the “GCPs which are “On” label），选择 GCP 标记的颜色。3 用初始标签为 “Green”（紧邻“GCPs which ar

16、e “Off”）的下拉菜单，控制 GCPs的标记颜色（which are turned off） 翻转基础和纠正图像中的GCPs位置，选择GCPs Reverse Base/Warp.这允许纠正基图像，并与纠正图像匹配。Options 下拉菜单在 Ground Control Points Selection 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 Warp Displayed Band 或Warp F

17、ile.选择图像-地图型纠正，如果基图像是地理坐标系的，选择Options Warp Displayed Band (as Image to Map)或Warp File (作为图像-地图型).出现 Registration Parameters 对话框。ENVI 中可利用的各个纠正项细节将在 “Warping and Resampling Options” 部分讨论。Image-to-Map Registration (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。

18、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“Warping and Resampling Options”部分。1 打开一幅图像，显示需要的波段2 选择Register Select Ground Control Points Image to Map.出现Image to Map Registration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 “Select Registration Projection” 列

19、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“Set Zone”按钮，输入经纬度值计算区域号。对于 State Plane 投影，输入一个区域号或点击“Set Zone”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 “X Pixel Size” 和 “Y Pixel Size” 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 G

20、round Control Points Selection 对话框（见 Basic ENVI Tutorial #2 - Registration (Using ENVI) 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 Tie Points）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 Ground Control Points Selection 对话框里，标签为 “Image X” 和 “Image Y” 的框里出现选择处的坐标。亚像元坐标用于提高

21、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 “DMSDD” 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 “Geographic Coordinates” 文本标签附近的按钮。相应的地图投影坐标

22、将自动被计算出来。用矢量数据自动输入地图坐标，见 “Entry of Map GCPs from a Vector Window”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 Ground Control Points Selection 对话框中的 “Add Point” 按钮，将点添加到 GCPs 的列表里。被选择的位置处坐标显示在 Ground Control Points Selection 对话框的中心，顺序为 “Map X, Y” (第一个圆括号), “Image X, Y” (第二个圆括号) 。一旦已经选择了

23、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 “Selected X, Y Pairs:.” 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、Y RMS 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。

24、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 “Ground Control Points Options” 部分。想了解对 File、GCPs 和 Options 下拉菜单的描述，见“The File Pulldown Menu”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 Ground Control Points Selection 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

25、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 Vector Window Params 对话框的底部，点击 “Export” 输入矢量光标的地图坐标，直接到 Ground Control Points Selection 对话框。4 点击 “Add Point” 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 Ground control points selection 对话框中的 Options Warp Displayed Band or Warp File。出现Registration Parameters对话框。ENVI 中可利用的

26、各个纠正项细节在 “Warping and Resampling Options” 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

27、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, Remote Sensing Digital Image Analysis, 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 Ground Control Points Selection 对话框，选择 Options 需要的纠正方法。2 出现 Registra

28、tion Parameters 对话框时，从与 “Warp Method” 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 “Zero Edge” 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 ENV I 的特定数据地理坐标定位功能看到。3 从 “Resampling” 标签附近

29、的下拉菜单里，选择需要的重采样方法。4 在 “Background Value” 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 “Change Output Parameters”，将需要的数值输入到 “Out

30、put Image Size” 文本框里，用于图像-图像配准。对图像-地图配准, 通过点击 “Change Output Parameters” 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，“Change Projection” 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 “Change Output Parameters” 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 “Mem

31、ory”.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 Available Bands 列表中。通过使用 Open Files List 中的 File Save Selected File to Disk 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 Available Bands List，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 “Multiple Dynamic Overlays” 部分)。Warp from Pre-existing GCPs（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 Warp from Pre-existing GCPs Image to Image.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 Input Warp Image 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