实验二坡段组合与几何校正汇总.docx

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实验二坡段组合与几何校正汇总

实验二波段组合与图像几何校正

一实验目的

通过实验操作，掌握遥感图像波段组合和几何校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像波段组合和几何校正的意义。

二实验内容

1波段组合（LayerStack）

在将单波段的图像文件转换为ERDAS系统的内部格式后，由于对遥感图像的处理大多数是针对多波段图像进行的，因此，必须将若干单波段遥感图像文件组合生成一个多波段遥感图像文件。

波段组合具体操作过程如下：

（1）ERDASIMAGINE9.2图标面板菜单条：

Main→ImageInterpreter（或单击ERDASIMAGINE9.2图标面板工具条Interpreter图标

）→Utilities→LayerStack→打开LayerSelectionandStacking对话框（图7-1）。

（2）在LayerSelectionandStacking对话框中，设置下列参数：

1　InputFile（确定输入文件）：

D:

\data\Chapter7\B10.TIF；

2　单击Add按钮；

3　重复①、②步骤，将D:

\data\Chapter7\B20.TIF、D:

\data\Chapter7\B30.TIF、D:

\data\Chapter7\B40.TIF、D:

\data\Chapter7\B50.TIF、D:

\data\Chapter7\B60.TIF、D:

\data\Chapter7\B70.TIF波段输入；

4　OutputFile（定义输出文件）：

D:

\data\Chapter7\Result\stack.img；

5　OutputDataType（输出数据类型）：

Unsigned8bit；

6　OutputOptions（输出选项）：

Union；

7　选定IgnoreZeroinStats复选框（输出数据统计时忽略零值）；

（3）单击OK（关闭LayerSelectionandStacking窗口，执行波段组合），结果见图7-2

图7-1LayerSelectionandStacking对话框

图7-2七个波段融合后图像

2图像几何校正途径（GeometricCorrectionProcess）

几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影系统，校正成像过程中造成的各种几何畸变的过程。

地理参考是将地图坐标系统赋予图像数据的过程。

由于所有地图投影系统都遵循一定的地图坐标系统，因此几何校正过程包含了地理参考的过程。

几何校正包括几何粗矫正和几何精矫正。

几何粗校正是针对引起畸变的原因进行的校正，如我们得到的卫星遥感数据。

几何精校正是利用地面控制点进行的几何校正，它是利用标准图像与畸变的遥感图像之间的一些对应点（地面控制点数据对）求得这个几何畸变的数学模型来近似描述遥感图像的几何畸变过程，然后利用此模型进行几何畸变的校正，这种校正不考虑畸变的具体形成原因，而只考虑如何利用畸变模型来校正遥感图像。

在ERDASIMAGINE9.2系统中进行图像的几何校正，通常有两种途径启动几何校正模块：

（1）ERDAS图标面板菜单条：

Main→DataPreparation→ImageGeometricCorrection（图7-3），打开SetGeoCorrectionInputFile对话框（图7-4）。

图7-3打开ImageGeometricCorrection过程

（2）ERDAS图标面板工具条：

点击DataPrep图标

→ImageGeometricCorrection→打开SetGeoCorrectionInputFile对话框（图7-4）。

图7-4SetGeoCorrectionInputFile对话框

3几何校正计算模型（GeometricCorrectionModel）

如图所示，ERDAS提供的图像几何校正计算模型有16种，具体功能如表7-1所列：

表7-1几何校正计算模型与功能

模型

功能

Affine

图像仿射变换（不做投影变换）

Camera

航空影像正射校正（利用内外方位元素校正）

DirectLinearTransform（DLT）

直接线性变换

DPPDB

目标定位数据库

IKONOS

IKONOS卫星图像正射校正

NITFRPC

NITF有理函数模型

QuickBirdRPC

QuickBird有理函数模型

ORBIMAGERPC

ORBIMAGE有理函数模型

CARTOSATRPC

CARTOSAT有理函数模型

IRS

印度IRS系列卫星模型

Landsat

Landsat卫星影像正射校正

Polynomial

多项式变换（同时做投影变换）

ProjectiveTransform

射影变换

Reproject

投影转换

RubberSheeting

非线性，非均匀变换

SPOT

SPOT卫星图像正射校正

其中，多项式变换（Polynomial）在卫星图像校正过程中应用较多。

校正时先根据多项式的阶数，在影像中选取足够数量的控制点，建立影像坐标与地面坐标的关系式，再将整张影像进行转换。

在调用多项式模型时，需要确定多项式的次方数（Order），一般多用低阶多项式（三次以下），以避免高阶方程数值不稳定的状况，通常整景图像选择3次方。

此外，各阶多项式所需控制点的数量，除满足要求的最少控制点数外，一般还需额外选取一定数量的控制点，以使用最小二乘平差求出较为合理的多项式系数。

次方数与所需要的最少控制点数是相关的，最少控制点数计算公式为

，式中t为次方数，即1次方最少需要3个控制点，2次方最少需要6个控制点，3次方需要10个控制点，依次类推。

多项式模型一般适用于平地或精度要求相对较低的校正处理。

该校正方式会受到影像面积及高程变化程度的影响，如果影像范围不大且高程起伏不明显，校正后的精度一般会满足需求，否则精度会明显降低。

4多项式校正

不同的数据源，几何校正的方法也不尽相同，下面以LandsatTM的校正为例加以说明。

介绍采用已经具有地理参考的SPOT全色影像为作为标准图像，进行LandsatTM图像校正过程。

具体流程如图7-5所示。

3.1显示图像文件（DisplayImageFiles）

在ERDAS图标面板中点击Viewer图标

两次，打开两个窗口〔Viewer#1和Viewer#2），并将两个窗口平铺放置，操作过程如下：

（1）ERDAS图标面板菜单条：

Session→TileViewers（图7-6）；

（2）在Viewer#1中打开需要校正的LandsatTM图像：

fafu2003.img；

（3）在Viewer#2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像：

fafureference.img（图7-7）。

图7-6窗口平铺TileViewers

图7-7显示图像文件

3.2启动几何校正模块（GeometricCorrectionTool）

（1）Viewer#1菜单条：

Raster→GeometricCorrection，打开SetGeometricModel对话框（图7-8）。

（2）选择多项式几何校正计算模型：

Polynomial→单击OK，同时打开GeoCorrectionTools对话框（图7-9）和PolynomialModelProperties对话框（图7-10）。

图7-8SetGeometricModel对话框

图7-9GeoCorrectionTools对话框

图7-10PolynomialModelProperties对话框

在PolynomialModelProperties对话框中，定义多项式模型参数及投影参数：

1定义多项式次方（PolynomialOrder）为3；

2定义投影参数（Projection）（图略）。

（3）单击Apply→单击Close，打开GCPToolReferenceSetup对话框（图7-11）。

图7-11GCPToolReferenceSetup对话框

说明：

本例是采用窗口采点模式，作为地理参考的SPOT图像已经含有投影信息，所以，这里不需要定义投影参数。

如果不是采用窗口采点模式，或者参考图像没有包含投影信息，则必须在这里定义投影信息，包括投影类型及其对应的投影参数。

ERDAS系统提供9种控制点采集模式（图7-11），可以分为窗口采点、文件采点、地图采点三类，具体类型及其含义如表7-2所示。

表7-2几何校正采点模式及含义

模式

含义

ViewertoViewer

ExistingViewer

ImageLayer（NewLayer）

VectorLayer（NewLayer）

Annotation（NewLayer）

窗口采点模式

在已经打开的视图窗口中采点

在新打开的图像窗口中采点

在新打开的矢量窗口中采点

在新打开的注记窗口中采点

FiletoViewer

GCPFile（*.gcc）

ASCIIFile

文件采点模式

在控制点文件中读取点

在ASCII码文件中读取点

MaptoViewer

DigitizingTablet（Current）

DigitizingTablet（New）

KeyboardOnly

地图采点模式

在当前数字化仪上采点

在新配置数字化仪上采点

通过键盘输人控制点

表7-2所列的3类几何校正采点模式，分别应用于不同的情况：

1如果已经拥有校正图像区域的数字地图、或者经过校正的图像、或者注记图层，就可以应用窗口采点模式，直接以它们作为地理参考，在另一个窗口中打开相应的数据层，从中采集控制点。

本例中采用的就是这种模式。

2如果事先已经通过GPS测量、或者摄影测量、或者其他途径获得控制点的坐标数据并且储存格式为ERDAS控制点数据格式*.gcc或者ASCII数据文件的话，就可以调用文件采点模式，直接在数据文件中读取控制点。

3如果只有印刷地图或者坐标纸作为参考，则采用地图采点模式，在地图上选点后，借助数字化仪采集控制点坐标；或者先在地图上选点并量算坐标，然后通过键盘输入坐标数据。

3.3启动控制点工具（StartGCPTools）

在GCPToolReferenceSetup对话框（图7-11）中选择采点模式：

（1）选择窗口采点模式：

ExistingViewer→单击OK（关闭GCPToolReferenceSetup对话框），自动打开ViewerSelectionInstructions指示器（图7-12）。

图7-12ViewerSelectionInstructions指示器

（2）在显示作为地理参考图像fafureference.img的Viewer#2窗口中点击左键，打开ReferenceMapInformation提示框（图7-13），显示参考图像的投影信息。

图7-13ReferenceMapInformation提示框

（3）单击OK，整个屏幕将自动切换为如图7-14所示的状态，其中包含两个主窗口、两个放大窗口、两个关联方框（分别位于两个窗口中，指示放大窗口与主窗口的关系）、控制点工具对话框和几何校正工具等。

表明控制点工具被启动，进入控制点采集状态。

图7-14ReferenceMapInformation组合对话框

3.4采集地面控制点（GroundControlPoint）

在正式开始采集控制点之前，首先对控制点工具对话框进行说明。

GCP工具对话框（GCPTool）由菜单条、工具条、控制点数据表（GCPCellArray）及状态条（StatusBar）4个部分组成，菜单条主要命令及其功能如表7-3所示，工具条中的图标及其功能如表7-4所示。

表7-3GCP菜单条主要命令及其功能

命令

功能

View

ViewonlySelectedGCP's

ShowSelectGCPinTable

ArrangeFramesonScreen

Tools

StartChipViewer

显示操作

窗口仅显示所选择的控制点

在表格显示所选择的控制点

重新排列屏幕中的组成要素

调出控制点工具图标面板

重新打开放大窗口

Edit

SetPointType（Control/Check）

ResetReferenceSource

ReferenceMapProjection

PointPrediction

PointMatching

编辑操作

设置采集点的类型（控制点/检查点）

重置参考控制点源文件

改变参考文件的投影参数

按照转换方程计算下一个点位置

借助像元的灰度值匹配控制点

表7-4GCP工具条图标及其功能

图标

命令

功能

ToggleFullyAutomaticGCPEditingMode

自动GCP编辑模式开关键

SolveGeometricModelwithControlPoints

依据控制点求解几何校正模型

SetAutomaticTransformationCalculation

设置自动转换计算开关

ComputeErrorforCheckPoints

计算检查点的误差，更新RMS误差

SelectGCP

激活GCP选择工具、在窗口中选择GCP

CreateGCP

在窗口中选择定义GCP

KeepCurrentToolLock

锁住当前命令，以便重复使用

KeepCurrentToolUnlock

释放当前被锁住命令

FindSelectedPointinInput

选择寻找输人图像中的GCP

FindSelectedPointinRefer

选择寻找参考文献中的GCP

UpdateZValueonSelectedGCPs

计算更新所选GCP的Z值

SetAutomaticZValueUpdating

自动更新所有GCP的Z值

关于GCP工具对话框，还需要说明几点：

（1）输入控制点（X/YInput）的是在原始文件窗口中采集的，具有原文件的坐标系统；而参考控制点（X/YReference）是在参考文件窗口中采集的，具有己知的参考坐标系统，GCP工具将根据对应点的坐标值自动生成转换模型。

（2）在GCP数据表中，残差（X/YResiduals）、中误差（RMS）、贡献率（Contribution）及匹配程度（Match）等参数，是在编辑GCP的过程中自动计算更新的，用户是不可以任意改变的，但可以通过精确GCP位置来调整。

（3）每个IMG文件都可以有一个GCP数据集与之相关联，GCP数据集保存在一个栅格层数据文件中；如果IMG文件有一个GCP数据集存在的话，只要打开GCP工具，GCP点就会出现在窗口中。

（4）所有的输入GCP都可以直接保存在图像文件中（SaveInput菜单），也可以保存在控制点文件中（SaveInputAs菜单）。

如果是保存在文件中，调用的方法如（3）所述，如果是保存在GCP文件中，可以通过加载调用（LoadInput菜单）。

（5）参考GCP也可以类似地保存在参考图像中（SaveReference菜单）或GCP文件中（SaveReferenceAs菜单），便于以后调用。

在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和相当繁重的工作，具体采集过程如下：

（1）在GCP工具对话框中点击SelectGCP图标

，进入GCP选择状态。

（2）在GCP数据表中将输入GCP的颜色（Color）设置为比较明显的颜色，如黄色。

（3）在Viewer#1中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入GCP。

（4）在GCP工具对话框中点击CreateGCP图标

，并在Viewer#3中点击左键定点，GCP数据表将记录一个输入GCP，包括其编号（Point#）、标识码（PointID）、X坐标（XInput）、Y坐标（YInput）。

（5）在GCP工具对话框中点击SelectGCP图标

，重新进入GCP选择状态;

（6）在GCP数据表中将参考GCP的颜色（Color）设置为比较明显的颜色，如红色。

（7）在Viewer#2中移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参考GCP。

（8）在GCP工具对话框中点击CreateGCP图标

，并在Viewer#4中点击左键定点，系统将自动把参考点的坐标‘XReference,YReference’显示在GCP表中，

（9）在GCP工具对话框中点击SelectGCP图标

，重新进入GCP选择状态。

将光标移回到Viewer#1，准备采集另一个输入控制点。

（10）不断重复步骤

（1）—（9），采集若干GCP，直到满足所选定的几何校正模型为止。

而后，每采集一个InputGCP,，系统自动产生一个参考控制点（Ref.GCP），通过移动Ref.GCP可以逐步优化校正模型。

采集GCP以后，GCP数据表如图7-15所示，实际数据以所采集的GCP的点位不同而不同。

图7-15GCP数据列表对话框

注意：

要移动GCP需要在GCP工具窗口选择SelectGCP图标

，进人GCP选择状态。

在Viewer窗口中选择GCP，拖动到需要放置的精确位置。

也可以直接在GCP数据列表中修改坐标值。

如果要删除某个控制点，在GCP数据列表Point#列，右击需要删除的点编号，在弹出的菜单项中选择DeleteSelection，删除当前控制点。

3.5采集地面检查点（GroundControlPoint）

以上所采集的GCP的类型为控制点（ControlPoint），用于控制计算，建立转换模型及多项式方程。

下面所要采集的GCP的类型均是用于衡量效果的地面检查点（CheckPoint），用于检验所建立的转换方程的精度和实用性。

没有严格规定RMS误差的精度要求。

通常情况下认为在平地和丘陵地区，平面RMS误差不超过1个像素，在山区，RMS不超过2个像素。

依然在GCPTool对话框状态下：

（1）在GCPTool菜单条中确定GCP类型：

Edit→SetPointType→Check，进入检查点编辑状态。

（2）在GCPTool菜单条中确定GCP匹配参数（MatchingParameter）：

Edit→PointMatching，打开GCPMatching对话框（图7-16）。

（3）在GCPMatching对话框中，需要定义下列参数：

1在匹配参数（MatchingParameters）选项组中设置最大搜索半径（Max.SearchRadius）为3；搜索窗口大小（SearchWindowSize）为：

X：

5；Y：

5；

2在约束参数（ThresholdParameters）选择组中设置相关阈值（CorrelationThreshold）为0.8；删除不匹配的点（DiscardUnmatchedPoint）；

3在匹配所有/选择点（MatchAll/SelectedPoint）选项组中设从输入到参考（ReferencefromInput）或从参考到输入（InputfromReference）；

4单击Close，保存设置，关闭GCPMatching对话框。

（4）确定地面检查点：

在GCPTool工具条中选择CreateGCP图标

，并将Lock图标

打开，锁住CreateGCP功能，和选择控制点一样，分别在Viewer#l和Viewer#2中定义检查点，定义完毕后点击Unlock图标，解除CreateGCP功能。

（5）计算检查点误差：

在GCPTool工具条中点击ComputeError图标，检查点的误差就会显示在GCPTool的上方，只有所有检查点的误差均小于一个像元（Pixel），才能继续进行合理的重采样。

一般来说，如果控制点（GCP）定位选择比较准确的话，检查点匹配会比较好，误差会在限制范围内；否则，若控制点定义不精确，检查点就无法匹配，误差会超标。

图7-16GCPMatching对话框

3.6计算转换模型（ComputeTransformation）

在控制点采集过程中，一般设置为自动转换计算模式，随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成，下面是转换模型的查阅过程：

（1）在GeoCorrectionToosl对话框中点击DisplayModelProperties图标

。

（2）打开PolynomialModelProperties（多项式模型参数）对话框。

（3）在多项式模型参数对话框中查阅模型参数，并记录转换模型。

（4）单击Close，关闭多项式模型参数对话框，进入图像重采样阶段。

3.7图像重采样（ResampletheImage）

重采样过程就是依据未校正图像的像元值，计算生成一幅校正图像的过程，原图像中所有栅格数据层都要进行重采样。

ERDASIMAGINE9.2提供了三种最常用的重采样方法：

（1）NeatestNeighbor：

邻近点插值法，将最邻近像元值直接赋予输出像元。

（2）BilinearInterpolation：

双线性插值法，用双线性方程和2×2窗口计算输出像元值。

（3）CubicConvolution：

立方卷积插值法，用立方方程和4×4窗口计算输出像元值。

图像重采样具体操作过程：

（1）在GeoCorrectionTools对话框中选择ImageResample图标

，打开ImageResample（图像重采样）对话框（图7-17）。

（2）在ImageResample对话框中，定义重采样参数：

1OutputFile（输出图像文件名）：

2003resample.img；

2ResampleMethod（选择重采样方法）：

NearestNeighbor；

3OutputCorners（定义输出图像范围）：

ULX,ULY;LRX,LRY（缺省状态为整个图像范围）；

4OutputCellSizes（定义输出像元大小）：

X：

30.Y：

30，一般与数据源像元大小一致；

5选定IgnoreZeroinStats复选框（输出数据统计时忽略0值）；

6RecalculateOutputDefaults（设置重新计算输出缺省值）：

设SkipFactors为10。

（3）单击OK，关闭ImageResample对话框，执行重采样。

图7-17Resample对话框

3.8保存几何校正模式（SaveRectificationMode