实验三-遥感图像的几何校正和裁剪.doc

实验三、遥感图像的几何校正与裁剪
实验内容：
1.图像分幅裁剪（Subset Image）
2.图像几何校正（Geometric Correction）
1.图像分幅裁剪
在实际工作中，经常需要根据研究工作范围对图像进行分幅裁剪，按照ERDAS IMAGINE 8.4实现图像分幅裁剪的过程，可以将图像分幅裁剪为两类型：规则分幅裁剪，不规则分幅裁剪。
1.1规则分幅裁剪
(以c:\Program File\ IMAGINE 8.4\examples\lanier.img为例)
规则分幅裁剪是指裁剪图像的范围是一个矩形，通过左上角和右上角两点的坐标可以确定图像的裁剪位置，过程如下：
方法一:
→ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Data Preparation(或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“DataPrep”图标)
→打开Data Preparation 对话框

→单击Subset Image按钮，打开Subset对话框

在Subset对话框中需要设置下列参数：
→输入文件名（Input File）:lanier.img
→输出文件名（Output File）:lanier_sub.img
→坐标类型（Coordinate Type）:Map
→裁剪范围（Subset Definition）:ULX、ULY、LRX、LRY
（注：ULX，ULY是指左上角的坐标，LRX,LRY是指右上角的坐标，缺省状态为整个图像范围）
→输出数据类型（Output Data Type）:Unsigned 8 Bit
→输出文件类型（Output Layer Type）:Continuous
→输出统计忽略零值:Ignore Zero In Output Stats
→输出像元波段（Select Layers）:2,3,4

→OK(关闭Subset对话框，执行图像裁剪)
方法二:
→ERDAS IMAGINE 8.4图标面板菜单条:Main→Start IMAGINE Viewer(或单击RDAS IMAGINE 8.4图标面板工具条“Viewer”图标)
→打开一个二维视窗
→单击视窗工具条最左端的“打开文件”图标
→打开Select Layer To Add对话框
在Select Layer To Add对话框完成以下设置：
→Look In:examples
→File Name:lanier.img
→Files of type:IMAGINE Image
→双击OK按钮
→在二维视窗中打开lanier.img文件

→单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“DataPrep”图标
→打开Data Preparation对话框

→单击Subset Image按钮
→打开Subset对话框

在Subset对话框中需要设置下列参数：
→输入文件名（Input File）:lanier.img
→输出文件名（Output File）:lanier_sub.img
→坐标类型（Coordinate Type）:Map
→输出数据类型（Output Data Type）:Unsigned 8 Bit
→输出文件类型（Output Layer Type）:Continuous
→输出统计忽略零值:Ignore Zero In Output Stats
→输出像元波段（Select Layers）:2,3,4

→单击From Inquire Box按钮
→打开Invalid Coordinate Type对话框

→单击Continue
→在显示图像文件lanier.img视窗中单击工具条的“+”按钮,打开Inquire Cursor对话框,在视窗中移动十字光标,确定裁剪范围左上角和右下角,读取其坐标分别填入Subset Image对话框的ULX,ULY中和LRX,LRY中
→单击OK按钮(关闭Subset对话框，执行图像裁剪)
方法三:
首先在视窗中打开lanier.img文件

→AOI→Tools打开AOI工具面板

→单击矩形框确定裁剪范围

→File→Save→AOI Layer As
→打开Save AOI As对话框,输入文件名:2

→单击OK(退出Save AOI As对话框)
→单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“DataPrep”图标
→打开Data Preparation对话框

→单击Subset Image按钮
→打开Subset对话框

在Subset对话框中需要设置下列参数：
→输入文件名（Input File）:lanier.img
→输出文件名（Output File）:lanier_sub.img
→坐标类型（Coordinate Type）:Map
→输出数据类型（Output Data Type）:Unsigned 8 Bit
→输出文件类型（Output Layer Type）:Continuous
→输出统计忽略零值:Ignore Zero In Output Stats
→输出像元波段（Select Layers）:2,3,4

→单击AOI按钮
→打开Choose AOI对话框

→在Choose AOI对话框作如下设置：
→AOI Source:File
→AOI File:2

→单击OK(退出Choose AOI对话框)
→单击OK(退出Subset对话框,执行图像裁剪)
→单击OK(退出Modeler对话框,完成图像裁剪)
1.2不规则分幅裁剪
不规则分幅裁剪是指裁剪图像的边界范围是个任意多边形，无法通过左上角和右下角两点的坐标确定图像的裁剪位置，而必须事先生成一个完整的闭合多边形区域，可以是一个AOI多边形，也可以是ArcInfo的一个Polygon Coverage，针对不同的情况采用不同的裁剪过程。

（一） AOI多边形裁剪

(以c:\Program File\ IMAGINE 8.4\examples\lanier.img为例)
→在视窗中打开需要裁剪的图像

→应用AOI工具绘制多边形

可以将多边形AOI文件保存在文件中（＊.aoi）,也可以暂时不退出视窗，将图像与AOI多边形保留在视窗中，然后进行以下操作：
→ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Data Preparation(或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“DataPrep”图标)，打开Data Preparation 对话框

→单击Subset Image按钮，打开Subset对话框

在Subset对话框中需要设置下列参数：
→输入文件名（Input File）:lanier.img
→输出文件名（Output File）:lanier_sub.img
→Coordinate Type:Map
→Output:Unsigned 8 bit
→Oupput:Continuous
→选定Ignore Zero in Output Stats
→Select Layers:2,3,4

→单击AOI按钮，打开Choose AOI对话框

→选定File
→选择文件：2.aoi

→单击OK(退出Choose AOI对话框)
→单击OK（退出Subset对话框,执行图像裁剪）
→单击Modeler对话框中的OK按钮完成图像裁剪

（二） ArcInfo多边形裁剪

(以c:\Program File\ IMAGINE 8.4\examples\gy_resample.img为例)
如果是按照行政区划边界或自然区划边界进行图像的分幅裁剪，往往是首先利用ArcInfo或者ERDAS的Vector模块绘制精确的边界多边形（Polygon），然后以ArcInfo的Polygon为边界进行图像裁剪。对于这种情况，需要调用ERDAS其它模块的功能分两步完成。
第一步：将ArcInfo多边形转换为栅格图像文件
打开Vector To Raster对话框有两种方法：
方法一：
ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Image Interpreter (或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“Interpreter”图标)
→打开Image Interpreter对话框

→单击Utilities

→打开Utilities对话框
→选择Vector To Raster
→打开Vector To Raster对话框

方法二：
ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Vector (或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“Vector”图标)
→打开Vector Utilities对话框

→选择Vector to Raster
→打开Vector to Raster对话框

本例中选择前一种方法：
在Vector to Raster对话框中设置下列参数：
→Input Vector File（输入矢量文件名称）：boundgy.shp
→Vector Type(确定矢量文件类型)：polygon
→Use Attribute as Value(使用矢量属性值)：GYBOUND_ID
→Output File（输出栅格文件名称）：raster.img
→Data Type(栅格数据类型)：Unsigned 8 bit
→Layer Type(栅格文件类型)：Thematic
→Size Difinition(转换范围大小)：ULX,ULY,LRX，LRY（缺省条件下为整个图像范围）
→Units（坐标单位）：Meters
→Cell Size（输出像元大小）：X:30/Y:30
→选择Square Cell（正方形像元）

→单击OK（关闭Vector To Raster对话框，执行矢量到栅格的转换）

矢量图：

栅格图：

第二步：通过掩模运算（Mask）实现图像的不规则裁剪
ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Image Interpreter (或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“Interpreter”图标)
→Image Interpreter
→Utilities
→Mask
→打开Mask对话框
在Mask对话框中设置下列参数：
→Input File(输入需要裁剪的图像文件名称):gy_resample.img
→Input Mask File(输入掩模文件名称)：raster.img
→点击Setup Recode按钮设置裁剪区域内新值（New Value）为1，区域外取0值
→选择Intersection（确定掩模区域作交集运算）
→Output File（输出图像文件名称）：mask.img
→Output (输出数据类型)：Unsigned 8 bit

→单击OK（关闭Mask对话框，执行掩模运算）
2.图像几何校正(Geometric Correction)
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的过程；而将地图坐标系统赋予图像数据的过程，称为地理参考（Georeferencing）。由于所有地图投影系统都遵从于一定的地图坐标系统，所以几何校正过程包含了地理参考过程。
在ERDAS IMAGINE 8.4中进行图像几何校正,通常有两种途径启动几何校正模块：

（1） 数据预处理途径

(以c:\Program File\ IMAGINE 8.4\examples\lanier.img为例)
方法一：
首先在视窗中打开lanier.img文件

→ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Data Preparation(或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“DataPrep”图标)，打开Data Preparation 对话框

→选定Image Geometric Correction选项
→打开Set Geo Correction Input File对话框

→选定From Viewer
→单击Select Viewer按钮
→打开Viewer Selection Instructions对话框

→在显示lanier.img图像的视窗中单击鼠标左键
→打开Set Geometric Model对话框

方法二：
→ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Main→Data Preparation(或单击ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条“DataPrep”图标)，打开Data Preparation 对话框

→选定Image Geometric Correction选项
→打开Set Geo Correction Input File对话框

→选择From Image File
→在Input Image File中选择需要进行几何校正的图像：lanier.img

→单击OK
→同时打开一个二维视窗（lanier.img图像文件显示在其中）和Set Geometric Model对话框

（2） 窗栅格操作途径

(以c:\Program File\ IMAGINE 8.4\examples\lanier.img为例)
首先在视窗中打开lanier.img文件

视窗菜单条：Raster→Geometric Correction
→打开Set Geometric Model对话框

资源卫星图像校正具体过程：
① 视窗采点模式：
如果已经拥有需要校正图像区域的数字图像、或经过校正的图像、或注记图层，就可以应用视窗采点模式，直接以数字地图、或经过校正的图像、或注记图层作为地理参考，在视窗中打开该图层，从中采集控制点。
（以c:\Program File\ IMAGINE 8.4\examples下的panAtlanta.img和tmAtlanta.img为例，前者是作为地理参考的图像，后者为需要校正的图像）
第一步：显示图像文件
→在ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条点击“Viewer”图标两次，打开两个视窗
→ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Session→Tile Viewer
然后，在Viewer#1中打开需要校正的Landsat TM图像：tmAtlanta.img
在Viewer#2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像：panAtlanta.img

第二步：启动几何校正模块
Viewer#1菜单条：Raster→Geometric Correction
→打开Set Geometric Model对话框

→选择多项式几何校正计算模型：Polynormial

→单击OK按钮
→同时打开Geo Correction Tools对话框和Polynormial Model Properties对话框

在Polynormial Model Properties对话框中，定义多项式模型参数及投影参数
→定义多项式次方(Ploynomial)：2，其余取缺省值

→单击Apply按钮
→单击Close按钮
→打开GCP Tool Reference Setup对话框

说明：该实例是采用视窗采点模式，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。如果不是采用视窗采点模式，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。
第三步：启动控制点工具
在GCP Tool Reference Setup对话框中
→选择视窗采点模式：Existing Viewer
→单击OK按钮（关闭GCP Tool Reference Setup对话框）
→打开Viewer Selection Instruction指示器

→在显示作为地理参考图像panAtlanta.img的Viewer#2中点击左键
→打开Reference Map Information提示框

→单击OK按钮（关闭Reference Map Information提示框）
此时整个屏幕将显示：两个主视窗、两个放大窗口、两个关联方框（分别位于两个视窗中，指示放大窗口与主视窗的关系）、控制点工具窗口、几何校正工具。表明控制点工具启动，进入控制点采集状态

第四步：采集地面控制点
控制点工具窗口简介：
控制点工具窗口（GCP Tool）有菜单条、工具条、控制点数据表和状态条四个部分组成。
GCP Tool窗口菜单命令及其功能
命令
功能
File:
Load Input
Save Input
Save Input As
Load Reference
Save Reference
Save Reference AS
Close
文件操作：
调用输入控制点文件（ *.gcc）
将输入控制点保存在图像中
保存输入控制点文件（ *.gcc）
调用参考控制点文件（ *.gcc）
将参考控制点保存到图像中
保存参考控制点文件（ *.gcc）
关闭控制点工具
View:
显示操作：
View Only Selected GCP’s
Show Selected GCP in Table
Arrange Frames on Screen
Tools
Start Chip Viewer
视窗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:
Set Point Type(Control/Check)
Reset Reference Source
Reference Projection
Point Prediction
Point Matching
编辑操作：
设置采集点的类型（控制／检查）
改变参考控制点源文件
改变参考文件的投影参数
按照转换方程计算下一点位置
匹配两幅图像像元的灰度值
Help:
Help for GCP Tool
联机帮助：
关于GCP工具的联机帮助

GCP Tool窗口工具图标命令及其功能(按图标从左到右的顺序)
命令
功能
Toggle
自动GCP编辑模式开关键
Calculate
依据控制点求解几何校正模型
Automatic
设置自动转换计算开关
Compute Error
计算检查点的误差，更新RMS误差
Select GCP
激活GCP选择工具，在视窗中选择GCP
Create GCP
在视窗中选择定义GCP
Lock/Unlock
锁住／释放当前命令，以便重复使用
Find in Input
选择寻找输入图像中的GCP
Find in Refer
选择寻找参考文件中的GCP
Z Value
计算更新所选GCP的Z值
Auto-Z Value
自动更新所有GCP的Z值

GCP窗口数据字段及其含义
字段
含义
Point#
GCP顺序号,系统自动产生
Point ID
GCP标识码,用户可以定义
>
GCP当前选择状态提示符号
Color
输入GCP显示颜色
X Input
输入GCP的X坐标
Y Input
输入GCP的Y坐标
Color
参考GCP显示颜色
X Reference
参考GCP的X坐标
Y Reference
参考GCP的Y坐标
Type
GCP的类型(控制点／检查点)
X Residual
单个GCP的X残差
Y Residual
单个GCP的Y残差
RMS Error
单个GCP的RMS误差

关于GCP Tool窗口的说明:
1.输入控制点(Input GCP)是在原始文件视窗中采集的，具有原文件的坐标系统；而参考控制点(Reference GCP)是在参考文件视窗中采集的，具有已知的参考坐标系统， GCP工具将根据对应点的坐标值自动生成转换模型。
2.在GCP数据中，残差(Residuals)、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，用户是不能任意改变的，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 Tool，GCP点都会出现在视窗中
4.所有的输入控制点(Input GCP)都可以保存在图像文件中(Save Input)，也可以保存在控制点文件中(Save Input As)。如果保存在图像文件中，调用的方法如3所述，如果是保存在控制点文件中，可以通过加载调用(Load Input)。
5.参考控制点(Reference Input)也可以类似地保存在参考图像中(Save Reference)或控制点文件中(Save Reference As)，可以通过加载调用(Load Reference)
采集地面控制点具体过程如下：
→在GCP Tool窗口中点击Select GCP图标，进入GCP选择状态
→在GCP数据表中将输入GCP的颜色（Color）设置为比较明显的黄色
→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
→在GCP Tool窗口中点击Create GCP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，包括其编码、标识码。X坐标、Y坐标
→在GCP Tool窗口中点击Select GCP图标，重新进入GCP选择状态
→在GCP数据表中将参考GCP的颜色（Color）设置为比较明显的红色
→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
→在GCP Tool窗口中点击Create GCP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（X Reference，Y Reference）显示在GCP数据表中
→在GCP Tool窗口中点击Select GCP图标，重新进入GCP选择状态，并将光标移回到Viewer#1，准备采集另一个输入控制点
→不断重复以上步骤，采集若干GCP，直到满足所选定的几何校正模型为止（多项式变换的次方数为二时，最少需要六个控制点），而后每采集一个Input GCP，系统就自动产生一个Reference GCP。

第五步：采集地面检查点
以上所采集的GCP的类型(Type)均为Control(控制点),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Check(检查点),用于检验所建立的转换方程的精度和适用性。
在GCP Tool窗口中
→在GCP Tool窗口菜单条中确定GCP类型：Edit→Set Point Type→Check
→在GCP Tool窗口菜单条中确定GCP匹配参数（Matching Parameter）：Edit→Point Matching→打开GCP Matching对话框
在GCP Matching对话框，需要定义下列参数：
Matching Parameter（匹配参数）:
→Max.Search Radius（最大搜索半径）：3
→Search Window （搜索窗口大小）：X:5；Y:5
Threshold Parameters（约束参数）：
→Correction Threshold（相关阈值）:0.8
→选定 Discard Unmatched Point（删除不匹配的点）

→单击Close（关闭GCP Matching对话框）
→确定地面检查点：在GCP Tool工具条中选择Create GCP图标，并将Lock图标打开锁住Create GCP功能，象选择控制点一样，分别在Viewer#1和 Viewer#2中定义检查点，定义完毕后点击Unlock图标，解除Create GCP功能
→计算检查点误差：在GCP Tool工具条中点击“Compute Error”图标，检查点的误差值会显示在GCP Tool的上方，只有所有检查点的误差均小于一个像元，才能继续进行合理的重采样

第六步：图像重采样
重采样过程就是依据未校正图像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将进行重采样。ERDAS IMAGINE 8.4提供三种最常用的重采样方法：
Nearest Neighbor：邻近点插值法，将最邻近像元值直接赋予输出像元
Bilinear Interpolation:双线性插值法，用双线性方程和2×2窗口计算输出像元值
Cubic Convolution:立方卷积插值法,用立方方程和4×4窗口计算输出像元值
具体操作如下:
在Geo Correction Tools对话框中选择“Image Resample”图标
→打开Image Resample对话框
在Resample对话框中,定义重采样参数:
→Output File(输出图像文件):rectify.img
→Resample Method(选择重采样方法)：Nearest Neighbor
→Output Cell Size(定义输出图像范围)：ULX、ULY；LRX、LRY
→选定Ignore Zero in Stats
→Recalculate Output Default(设置重新计算缺省值)：Skip Factor:X:1;Y:1
→单击Ok（关闭Resample对话框）

第八步：保存几何校正模型
在Geo Correction Tools对话框中点击Exit按钮，退出图像几何校正过程。按照系统提示将图像几何校正模型保存为模式文件resample.gms.

第九步：检验校正结果
检验校正结果的基本方法是：同时在两个视窗中打开两幅图像，其中一幅是校正后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接（Geo Link／Unlink）功能及查询光标功能进行目视定性检验，具体过程如下：
→在ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板工具条点击“Viewer”图标两次，打开两个视窗
→ERDAS IMAGINE 8.4 图标面板菜单条：Session→Tile Viewers
然后，在Viewer#1中打开校正后的图像：rectify.img
在Viewer#2中打开参考图像：panAtlanta.img
→在Viewer#1中：按住右键→快捷菜单→Geo Link/Unlink
→在Viewer#2中：点击左键→建立与Viewer#1的连接
→在Viewer#1中：按住右键→快捷菜单→Inquire Cursor→打开光标查询对话框
→在Viewer#1中：移动查询光标,观测其在两屏幕中的位置及匹配程度,并注意光标查询对话框中数据的变化。如果满意的话，关闭光标查询窗口。