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ENVI 的DEM自动提取模块能够简单、快速地从扫描或者数字航空影像、摆扫式或推扫式卫星传感器,如ALOS PRISM, ASTER, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, GeoEye-1, IKONOS, KOMPSAT-2, OrbView-3, QuickBird, WorldView-1/2、SPOT1~6,以及国产的资源三号、天绘卫星系列等创建DEM。独特的向导工具使得DEM提取更加简便、自动;提取完成后还可以使用DEM编辑工具对DEM进行局部编辑;DEM模块全面支持RPC模型参数,尽可能用最少的地面控制点达到有效精度;重叠区可以选择基于灰度或者特征自动寻找匹配点,减少工作量。
图1.1 DEM提取流程
(1)单击File->Open,以正视和后视图像为例。打开"ZY3_01a_hsnnavp_*"和"ZY3_01a_hsnbavp_*"文件夹内的tif文件。
(2)在Toolbox中,双击/ Terrain/DEM Extraction/DEM Extraction Wizard: New。
(3)单击Select Stereo Image按钮,选择正视图像(NAVP)为Left Image,后视图像(BAVP)为Right Image。
注:1、ENVI一般能自动识别RPC文件,否则需要手动选择RPC文件。
2、左影像选择垂直观测的影像,或者观测角度小的影像。可以简单通过对比立体像对两幅影像的地面分辨率,分辨率高的当作左影像。
(4)单击Next按钮。
图2.1 Step 1 of 9输入立体像对
注:不定义地面控制点得到的DEM是相对高程,即以卫星地势面为基准。
图2.2 Step2 of 9定义地面控制点
(1)提供三种定义连接点方式:自动寻找、交互式手工定义和外部读取控制点文件。选择选择自动寻找,参数设置如下所示,
连接点数目(Number of Tie Points):1000。
搜索窗口大小(Search Windows Size):481。
移动窗口大小(Moving Window Size):101。
最小相关系数(Minimum Correlation):0.90。
平均高程(Region Elevation):自动从影像读取。
是否检查连接点(Examine and Edit Tie Points):Yes。
图2.3 Step 4 of 9自动选择Tie点参数设置
注:几个参数的设置说明如下说明:
搜索窗口大小(Search Windows Size):大于或等于21的任意整数,并且必须比移动窗口大。该参数的值越大,找到匹配点的可能性也越大,但同时也要耗费更多的计算时间。大致确定搜索窗口大小的方法:在立体像对(带有粗略地理坐标)两个图像上找到一个同名点,量测两个图像上同名点的距离D(像素单位),搜索窗口最小设置为(D+1)*2。
移动窗口大小(Moving Window Size):在搜索窗口中进行检查,寻找地形特征匹配的小区域。移动窗口大小必须是奇数。最小的移动窗口大小是5,即为5×5像素。使用较大的移动窗口将会获得更加可靠的匹配结果,但也需要更多的处理时间。移动窗口的大小跟图像空间分布率有关系,根据如下所列设置:
大于等于10 米分辨率图像,设置值的范围是9~15。
5~10 米分辨率图像,设置值的范围是11~21。
1~5米分辨率图像,设置值的范围是15~41。
小于1米分辨率图像, 设置值的范围是21~81 或者更高。
(2)单击Next按钮,进入Step 5/9步骤。
(3)本例子中,自动找到414个Tie点,Maximum Y Parallax(Y视差)=2.3394,小于10即可进行下一步处理。从点的分布来看,有部分地区没有Tie点,下面手动交互添加一些Tie点。
注:如果Maximum Y Parallax(Y视差)>10,单击Show Table,选择Sort Table By Error,误差大的点排在前面,逐个选择Tie点查看精度,将偏离较大的点进行微调或者直接删除。
图2.4 5 of 9自动选择Tie点及分布
1)单击"Params…"按钮修改两个窗口大小为481和101。
图 预测参数设置
2)在左边图像的无Tie点区域,定位一个点,单击Predict Right按钮,自动在右边图像上定位一个点,确认两个点是同名点,单击Add按钮添加。
注:一般预测的点都很准确,个别不准确可以由右边图像上的点来预测左边图像(Predict Left按钮)的同名点。
3)重复以上步骤,手动增加一些Tie点,尤其是地形起伏较大区域。
(4)当误差达到一定范围,如这里的3.4373(Maximum Y Parallax<10),单击Next按钮。
图2.5手动添加一些Tie点的分布
(1)Step 6 of 9,ENVI会生成核线图像,可以用于立体观测,选择一个路径分别输出,单击Next。
图2.6 Step 6 of 9 输出核共线图像
(2)在Step 7 of 9中,设置DEM输出投影参数。这里直接设置为UTM坐标,输出像元大小为10m(记得回车自动计算输出像元行列数,否则结果会带很多黑背景),单击Next。
注:这里输出的像元大小没有一个明确的规定,一般可选择 10或者15米输出。
(3)在Step 8 of 9中,设置DEM输出参数:
最小相关系数阈值(Minimum Correlation):0.7。值的范围是0~1,这个参数是评价两个点匹配好坏。这个阈值越大,匹配精度越高,能得到的匹配点越少。一般设定在0.65~0.85之间。
背景值(Background Value):-999。设定DEM的背景像素值。
外边界清理焊缝(Edge Trimming):0。值的范围是0.0~0.6。设定输出DEM外边界清理焊缝宽度,用占整个DEM的百分比来标示。
移动窗口大小(Moving Window Size):13x13。定义计算两图像相关性的范围大小,于来执行图像匹配,值越大越可靠,精确的匹配结果越少,计算量越大。
地形地貌(Terrain Relief):Moderate。三个级别——Low、Moderate和High。Low用于覆盖区域地形平坦;Moderate用于大多数地形;High用于地形起伏较大的山区,地形地貌很明显区域。
地形细部(Terrain Detail):Level 6。设置DEM地形细节等级。等级越高,生成的DEM越精细,处理时间越长。
数据输出类型(Output Data Type):Integer。16bit的Integer和32bit的Floating Point。
(4)选择输出路径和文件名。
图2.7 Step7 of 9、8 of 9DEM输出投影与输出参数设置
图2.8 DEM结果
(1)在Step 9 of 9中,单击Load DEM Result to Display with Editing Tool按钮,打开DEM编辑工具。
(2)在Image 窗口中绘制需要编辑的区域,在Method中选择一种修改方法,单击Apply to Region of Interest或者Apply to Entire Band进行修改。几种修改方法说明如下表:
(3)单击Save按钮,保存为工程文件。
表 2.2 编辑DEM高程值的7种方法
方法 |
说明 |
Replace with value |
用指定的值替换感兴趣区内的高程值,需要设定一个替代常量。 |
Replace with mean |
用感兴趣区内原来的平均高程值替换整个感兴趣区内的高程值。 |
Smooth |
对感兴趣区内做低通卷积滤波,需要设定一个卷积核,默认为3x3。 |
Median Filter |
对感兴趣区内做中值卷积滤波,需要设定一个卷积核,默认为3x3。 |
Noise Removal |
如果感兴趣区内原高程值大于其周围高程值的标准差,则用周围高程值的中值代替。 |
Triangulate |
用三角内插算法对感兴趣区内的高程值重新插值。 |
Thin Plate Spline |
用薄板样条插值算法对感兴趣区内的高程值重新插值。 |
图2.9资源三号立体像对提取的DEM结果
图3.1 DEM结果局部不平滑
内存 – 2G,Image Tile Size – 1M
内存 – 4G,Image Tile Size – 4~10M
内存 – 8G及以上,Image Tile Size – 50~100M
图3.2 ENVI Classic分块大小设置