实验二影像地理坐标定位和配准.doc

实验二 影像地理坐标定位和配准
实验学时：6学时
实验类型：验证性
实验要求：必修
一、实验目的
学会在ENVI中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的配准和影像到地图的校正。学会使用ENVI生成影像地图的步骤，学会利用全色影像和多光谱影像进行HSV融合的步骤。
二、实验内容
本实验主要涉及遥感图像处理中影像校正、配准功能，通过实验进一步掌握这类处理的理论原理。
三、实验原理、方法和手段
ENVI对带地理坐标的影像提供了全面的支持，它能够对许多预定义的地图投影进行处理，这些地图投影可以采用UTM或State Plane投影方式。此外，ENVI的用户自定义地图投影像功能能够创建自定义的地图投影，它允许使用6种基本投影类型，超过35种的不同椭球体以及时100多种的基准数据集（Datum），来满足大多数地图投影的需要。
ENVI地图投影像参数存储在一个ASCⅡ文本文件map_proj.txt中，该文本文件能够被ENVI地图投影工具修改，或者直接被用户编辑。这个文件中的信息会被影像相应的头文件（ENVI Header files）所使用，而且ENVI允许使用已知的地图投影坐标来简单地指定相关联的Magic Pixel（地图坐标系统的起始点）。然后，选择的ENVI函数就能够使用该信息，在带地理坐标的数据空间中进行操作处理。
ENVI的影像配准和几何纠正工具允许用户将基于像素的影像定位到地理坐标上，然后对它们进行几何纠正，使其匹配基准影像的几何信息。使用全分辨率（主影像窗口）和缩放窗口来选择地面控制点（GCPs），进行影像到影像和影像到地图的配准。基准影像和未校正影像的控制点坐标都会显示出来，同时由指定的校正算法所得的误差也会显示出来。地面控制点预测功能能够使对地面控制点的选取简单化。
将使用重采样、缩放比例和平移（这三种方法通称RST），以及多项式函数（多项式系数可以从1到n），或者Delaunay三角网的方法，来对影像进行校正。所支持的重采样方法包括最近邻法（nearest-neighbor）、双线性内插法（bilinear interpolation）和三次卷积法（cubic convolution）。使用ENVI的多重动态链接显示功能对基准影像和校正后的影像进行比较，可以快速地评估配准的精度。
四、实验组织运行要求
集中授课方式。学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。
五、实验条件
微型计算机，ENVI软件。
实验数据：路径envidata/bldr_reg
文件
描述
所需文件
bldr_sp.img
Boulder SPOT带地理坐标的影像子集
bldr_sp.hdr
ENVI相应的头文件
bldr_sp.grd
Boulder SPOT地理公里网参数
bldr_sp.ann
Boulder SPOT地理注记
bldr_tm.img
Boulder TM没有地理坐标的影像
bldr_tm.hdr
ENVI相应的头文件
bldr_tm.pds
TM-SPOT影像到影像配准中所用的控制点
bldrtm_m.pts
TM-MAP影像到地图配准中所用的控制点
bldr_rd.dlg
Boulder道路数字线划图（DLG）
bldrtmsp.grd
融合后的TM-SPOT影像的地图公里网
bldrtmsp.ann
融合后的TM-SPOT影像的注记
生成的文件
bldr_tm1.wrp
使用缩放平移和最近邻重采样法得到的影像到影像的配准结果
bldr_tml.hdr
ENVI相应的头文件
bldr_tm2.wrp
使用RST和双线性内插重采样法进行的影像到影像的配准结果
bldr_tm2.hdr
ENVI相应的头文件
bldr_tm3.wrp
使用RST和三次卷积重采样法进行的影像到影像的配准结果
bldr_tm3.hdr
ENVI相应的头文件
bldr_tm4.wrp
使用一次多项式和三次卷集积采样法进行的影像到影像的配准结果
bldr_tm4.hdr
ENVI相应的头文件
bldr_tm5.wrp
使用Delaunay三角网和三次卷积重采样法进行的影像到影像的配准结果
bldr_tm5.hdr
ENVI相应的头文件
bldrtm_m.img
Boulder TM影像到地图的配准结果，使用了RST和三次卷积重采样法
bldrtm_m.hdr
ENVI相应的头文件
bldrtmsp.img
Boulder TM/SPOT使用HSV融合后的结果，分辨率为10米
bldrtmsp.hdr
ENVI相应的头文件
六、实验步骤
（一）带地理坐标的数据和影像地图
打开并显示SPOT数据
1、从ENVI主菜单：File → Open Imagine File。
2、Enter Data Filename对话框选择envidata#1/envidata/bldr_reg/bldr_sp.img文件。
3、点击OK。
4、通过可用波段列表打开图像。
修改ENVI头文件中的地图信息
1、在可用波段列表中，右键点击bldr_sp.img文件名下的Map Info图标，从弹出的快捷菜单中选择Edit Map Information。
Edit Map Information对话框出现在屏幕上。
这个对话框列出了在ENVI中添加地理坐标所用的地理信息。可以调整ENVI使用的Magic Pixel（作为地图坐标系统的起始点）相对应的影像坐标。因为ENVI可以从相应头文件信息和地图投影文件中，识别出地图投影、像元大小以及地图投影参数，所以用它能够计算出影像中任意像元的地理坐标。既可以输入地图坐标，也可以输入地理坐标（纬度/经度）。
2、点击Projection/Datum文本旁边的箭头切换按钮，显示UTM Zone 13 North地图投影的纬度/经度坐标。ENVI在处理过程中才进行转换。
3、点击当前的DMS或者 DDEG按钮，分别在度-分-秒（Degrees-Minutes-Swconds）和十进制的度（Decimal Degrees）之间进行切换。
光标位置/值
要打开一个显示主影像窗口，滚动窗口，或者缩放窗口中光标位置信息的对话框，可以按如下几步进行。
1、从主影像窗口菜单栏中，选择Tool → Cursor Location/Value。也可以从ENVI主菜单和主影像窗口菜单栏中，选择Window →Cursor Location/Value，打开这个对话框。
注意到对于这幅带地理坐标的影像，对话框同时给出了像素坐标和地理坐标。
2、在影像中移动光标，查看特定位置的坐标值，并注意地图坐标和经纬度之间的关系。
叠合地图公里网
1、从主影像窗口菜单栏中，选择Overlay → Grid Line。#1 Grid Line Parameters 对话框出现在屏幕上，同时一个虚拟的边框添加到影像中，允许在影像外部显示地图公里网的标注。
2、在这个新的对话框中，选择File → Restore Setup。
3、在Enter Grid Parameters Filename 对话框中，选中bldr_sp.grd文件，点击Open。先前保存过的公里网参数就会被加载到对话框中。
4、在#1 Grid Line Parameters对话框中，从对话框菜单栏中，选择Option → Edit Map Grid Attributes，来查看地图参数。这将打开Edit Map Attributes对话框。
5、在Edit Map Attributes对话框中，注意公里网的间隔以及控制线条、标签、公里网交角以及矩形框（轮廓框）相应颜色和其它特征的参数。
6、处理完成后，点击Cancel来关闭该对话框。
7、在#1 Grid Line Parameters对话框，从菜单栏中，选择Option → Edit Geographic grid Attributes，查看地理坐标。在Geographic grid Attributes对话框，再次注意地理坐标（纬度/经度）公里网的参数。处理完成后，点击Cancel来关闭该对话框。
8、在Grid Line Parameters dialog对话框中，点击 Apply，在影像中放置公里网。
ENVI允许同时放置像素、地图、和地理坐标公里网。
叠合地图注记
1、在主影像窗口中，选择Overlay → Annotation。
2、在#1 Annotation:Text对话框中，选择File → Restore Annotation。打开一个标准的文件选择对话框。
3、在Enter Annotation Filename对话框中，从文件列表中选择bidr_sp.ann文件，点击OK，先前保存过的地图注记被加载到影像上。
4、按住滚动窗口的一角，并拖动鼠标，拉大该滚动窗口。重新放置改变了大小的滚动窗口，这样就可以同时看到主影像窗口。
5、在改变了大小的滚动窗口中，使用鼠标左键，移动主影像指标矩形框，查看主影像窗口中出现的地图要素。
6、在#1 Annotation:Text对话框中，点击并按住Object菜单，查看可以用来注记地图的对象。
输出到影像或Postscript文件
1、主影像窗口：File → Save Image As → Image File。
2、Output Display to Image File中：Output File Type下拉菜单选择输出格式；
Chang Graphics Overlay Selections按钮打开的对话框允许添加或删除许多制图叠合选项（graphics options），包括注记和公里网；
Change Image Border Size按钮也可以打开一个对话框，允许改变顶部、底部、左边和右边的边框宽度，如果需要，也可以改变边框颜色。

输出Postscript文件：File → Save Image As →Postscript File。操作同上类似。
（二）影像到影像的配准
带有地理坐标的SPOT影像被用作基准影像，一个基于像素坐标的Landsat TM影像被校正。以匹配SPOT影像。
打开并显示Landsat TM影像文件
打开bldr_reg/bldr_tm.img。通过可用波段列表打开3波段。
显示光标位置/值
Tool → Cursor Location/Value。注意到坐标是以像素单位给出的，这是因为这个影像是基于像素坐标的，它不同于上面带的地理坐标的SPOT影像。
开始进行影像配准并加载地面控制点
1、ENVI主菜单：Map → Registration → Select GCPs:Image to Image。
2、在Image to Image Registration 对话框中，分别选择Base Image和Warp Image。（下右图）

3、点击OK跳出Ground Control Points Selection对话框（上左图）。
4、在Ground Control Points Selection对话框中，点击Add Point，把选择的控制点添加到列表中。

5、Ground Control Points Selection对话框中选择File → Restore GCPs from ASCⅡ。选择bldr_tm.pts，加载这个预先保存的地面控制点坐标。
通过Image to Image GCP List相应的菜单操作可对地面控制点进行相关处理。同学可自行通过查阅help进行操作尝试。
校正影像
可以校正显示波段，也可以同时校正多波段影像中的所有波段。
1、Ground Control Points Selection对话框：Option → Warp Displayed Band或Warp File；
2、Registration Parameters对话框Warp Method有三种可选，分别是RST、Polynomial和Triangulation；重采样方法也有三种；
3、可分别采用不同校正方法和不同重采样方法进地校正，最后可比较各种校正的效果。
（三）影像到地图的配准
开始操作同上；
不同处从Map → Registration → Select GCPs:Image to Map开始；
……
关于影像到地图的配准，同学们可以自行查阅help文件进行练习。
（四）对不同分辨率的带地理坐标的数据集进行HSV融合
这部分将对两幅不同分辨率的带地理坐标的数据集进行融合处理。这里使用配准过的TM彩色合成影像作为分辨率的多光谱影像，而带地理坐标的SPOT影像作为高分辨率影像。融合后的结果为增强了空间分辨率的合成影像。
分别打开TM与SPOT影像
注意TM影像必须是已校正好了的：bldrtm_m.img；
SPOT影像：bldr_sp.img。
进行HSV变换融合
Transform → Image Sharpening →HSV
High Resolution Input File对话框。在Select Input Band列表中选SPOT点击OK。
换名存文件即可。

七、实验报告
将所有实验过程（包括以上每一步操作）以拷屏的形式记录下来，形成一个word文档作为实验报告递交（拷屏方法：Alt+PrintScreen键copy当前活动窗口至剪贴板，单独一个PrintScreen键则copy当前所有可见窗口，然后可在其它的应用程序中进行粘贴。）Word文件名必须是本人学号加上姓名，如“0508402010邓运员.doc”(其中doc是word文件的扩展名,一般情况下不要写)。