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[RS类] 基于ENVI5.1的“资源三号”立体像对DEM提取

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发表于 2015-8-25 14:35:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
基于ENVI5.1的“资源三号”立体像对DEM提取

  1.概述
  数字高程模型(Digital Elevation  Model),简称DEM,它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM除了包括地面高程信息外,还可以派生地貌特性,包括坡度、坡向等,还可以计算地形特征参数,包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。建立DEM的方法有多种,从数据源及采集方式主要有:根据航空或航天影像,通过摄影测量途径获;野外测量或者从现有地形图上采集高程点或者等高线,后通过内插生成DEM等方法。
  资源三号搭载了四台光学相机,包括一台地面分辨率2.1m的正视全色TDI CCD相机、地面分辨率3.5m的前视和后视全色TDI  CCD相机、一台地面分辨率5.8m的正视多光谱相机。其中前正后视全色相机,推扫成像形成三线阵立体像对,可用于DEM提取。经过测试发现,前视和正视,或后视和正视,可以组成立体像对进行DEM提取,效果较好,优于前视和后视提取的DEM。
  2.详细操作步骤
  DEM Extraction工具分为9个步骤,总体上我们可分为6个步骤,如下图所示。
  


  图1.1 DEM提取流程
  第一步:输入立体像对
  (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
  第二步:定义地面控制点
  提供三种定义地面控制点方式:不定义(No GCPs (relative DEM values only))、交互式定义(Define GCPs  Interactively)和读取控制点文件(Read GCPs From File)。由于缺少地面控制点数据,这里选择不定义控制点,单击Next按钮。
  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
  第三步:定义连接点
  (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:
  o 大于等于10 米分辨率图像,设置值的范围是9~15。
  o 5~10 米分辨率图像,设置值的范围是11~21。
  o 1~5米分辨率图像,设置值的范围是15~41。
  o 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。
  


  1. 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
  第四步:设定DEM提取参数
  (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
  第五步:输出DEM并检查结果
  在Step 9 of 9中,单击Load DEM Result to Display按钮加载生成DEM结果。
  


  图2.8 DEM结果
  第六步:编辑DEM
  生成的DEM有些地方如果有厚云等,对获得的地形有影响,可以通过手动编辑来更改这些区域的高程数据。
  (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
  

  如下图是利用相同的流程和参数,使用其他资源三号数据提取得到的DEM结果。
  


  图2.9资源三号立体像对提取的DEM结果
  3.常见问题解答
  3.1整体效果差
  问题描述:呈现大范围"三角形"状,地形不平滑
  解决方法:1、可能Tie点太少造成,增加Tie数量。
  2、可能立体像对拍摄夹角太大,如选择前视和后视作为立体像对时。
  3.2部分地区地形插值不平滑
  问题描述:如下图所示,主要产生的原因是地形起伏较大,尤其是山体存在阴影情况。
  解决方法:增加Tie点。
  


  图3.1 DEM结果局部不平滑
  3.3处理速度慢
  设置地形地貌(Terrain Relief)和地形细部(Terrain Detail)级别太高,如设置Terrain  Relief:High和Terrain Detail:Level 7。
  一般设置Terrain Relief:Moderate和Terrain Detail:Level 6即能满足大部分处理要求。
  3.4内存溢出
  问题描述:提示错误类似Unable to allocate memory: to make array。
  解决方法:设置的分块大小太大导致。在ENVI Classic中,File – Preferences 面板中(如下图),建议设置Cache  Size为内存大小的50%;Image Tile Size设置可参考:
  · 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
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发表于 2015-11-1 16:12:55 | 显示全部楼层
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发表于 2016-12-29 10:12:57 | 显示全部楼层
可以分享下数据嘛
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发表于 2017-12-19 19:50:39 | 显示全部楼层
谢谢分享
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