ENVI实验2：影像地理坐标定位和配准

主要介绍在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。

一、 ENVI中带地理坐标的影像

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种的不同的椭球体以及100多种的基准数据集（Datum）来满足大多数地图投影的需要。

ENVI的地图投影参数存储在ASCII码文本文件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（PST），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的多重动态链接功能对基准影像和校正后的影像进行比较，可以快速评估配准的精度。

（PostScript：只有在能打印彩色输出，并且能使用操作系统标准程序来打印Postscript输出文件的前提下，才能创建PostScript文件）

二、操作：影像到影像的配准

带有地理坐标的SPOT影像被用做基准影像，一个基于像素坐标的Landsat TM影像将被校正，数据文件：bldr_SP.img和bldr_tm.img

·打开文件

1）从ENVI主菜单中，选择File\\Open Image File；

2）当Enter Data Filename对话框出现后，选择文件bldr_tm.img，点击Open，把TM影像加载到可用波段列表中。

3）在列表中选择波段3，点击NO Display，并从下拉菜单中选择New Display; 4）点击Load Band按钮，把TM第3波段影像加载到一个新的显示窗口中。 5）按上述类似步骤，加载bldr_SP.img; ·选择和加载地面控制点

1）从ENVI主菜单中，选择Map\\Registration\\Select GCPs:Image to image.

2）在Image to Image Registration对话框中，点击并选择Display #1(SPOT影像)，作为Base Image，点击Display #2(TM影像)，作为Warp Image.

3）点击OK，启动匹配程序。通过将光标放置在两幅影像的相同地物点上，来添加单独的地面控制点。

图1 地面控制点选择对话框

4）在Ground Control Points Selection对话框的Base X 和Y文本框中，分别输入753和826，将SPOT影像中的光标移动到相应的点上。

5）使用同样的方法，在Warp X 和Y文本框中，分别输入331和缓33，将TM影箱中的光标移动到相应的点上；

6）在两个缩放窗口中，查看光标点所处位置，如果需要，在每个缩放窗口所需的位置上，点击鼠标左键，调整光标所处的位置。

7）在Ground Control Points Selection对话框中，点击Add Point 把该地面控制点添加到列表中，点击Show List可以查看地面控制点列表。注意对话框中所列的实际影像点和预测点坐标，一旦已经选择了至少4个地面控制点以后，RMS误差就会显示出来。

8）在Ground Control Points Selection对话框中，选择Options\\Clear All Points，可以清除掉所有的已选择的地面控制点；

9）从Ground Control Points Selectio对话框中，选择File\\ Save GCPs to ASCII…，可以选择文件把控制点保存。

10）点击Show List对话框中，点击单独的地面控制点，查看两幅影像中相应地面控制点的位置、实际影像点和预测点的坐标以及RMS误差。调整对话框的大小，观察Ground Control Points Selection对话框中所列的合计RMS误差（RMS Error）;

图2 Image to image GCP List对话框

图3 控制点选择结果

·校正影像

可以校正显示的影像波段，也同时可以校正多波段影像中的所有在这里仅对显示的波段进行校正。

1）从Ground Control Points Selectio对话框中，选择Options\\Warp Displayed Band. 2）在Registration Parameters对话框中的Warp Method按钮菜单中，选择RST，在Resampling的按钮菜单中选择Nearest Neighbor 重采样法。

3）输入文件名为bldr_tml.wrp，点击OK；

4）重复步骤1和步骤2，还是选择RST校正法，但是要相应地选择Bilinear和Cubic Convolution重采样法。

5）将结果分别输出到bldr_tm2.wrp和bldr_tm3.wrp文件中；

6）再一次重复步骤1和步骤2，这次选择多项式法Polynomial校正法，并使用Cubic Convolution重采样答，然后再选择Delauny三角网的Triangulation校正法，相应应用Cubic Convolution重采样法；

7）将结果分别输出到bldr_tm4.wrp和bldr_tm5.wrp文件中； ·比较校正结果

使用动态连接来比较校正结果：

1）在可用波段列表中，点击原始的TM波段影像名bldr_tm.img，然后在菜单烂中，选择FILE\\Close Selected File.

2）在随后出现的ENVI警告对话框中，点击YES关闭相应的影像文件。

3）在可用波段列表中，选择Bldr_tm1.wrp，将该文件加载到一个新的显示窗口中； 4）在主影像窗口中，点击鼠标右键，选择TOOLS、LINK、LINK Displays.

5）在Link Displays对话框中，点击OK，把SPOT影像和已经添加了地理坐标的TM

影像连接起来；

6）在主影像窗口中，点击鼠标左键，，使用动态链接功能，对SPOT影像和TM影像进行比较；

注意采用不同的校正方法和不同的重采样方法的结果有何不同。 三、操作：影像到地图的配准

从带地理坐标的SPOT影像中获取的地图坐标以及一个矢量的数字线划图（DLG）都将被作为基准数据，然后对基于像素的Landsat TM影像进行校正，以匹配相应的地图数据。

·选择影像到地图的配准并恢复控制点坐标

按照上述步骤打开TM文件，选择第三波段并显示在窗口；

1）从ENVI主菜单中，选择Map\\Registration\\Select GCPs:Image to Map。

2）如果打开了多个影像显示窗口，那么就在Image to Map Registration对话框中，点击选择包含该灰阶的那个显示窗口的显示号；

3）从投影列表中选择UTM，并在Zone文本框中输入13； 4）设置像素大小为30m，点击OK，启动配准程序；

5）在要校正的影像中，把光标移动到一个已知地图坐标的地面点上（可以从一幅地图或ENVI矢量文件中读取所需的地图坐标），来添加单个的地面控制点； 6）Ground Control Points Selection对话框中的E和N文本框中，手动输入已知的地图坐标，然后点击Add Point来添加新的地面控制点；

7）选择足够的地面控制点;

注：使用矢量显示的线划图DLG来添加地图控制点； 1）从ENVI主菜单中，选择File\\Open Vector File\\USGS DLG; 2）在文件选择对话框中，选择bldr_rd,dlg；

3）在Import Optional DLG File Parameters对话框中，选择Memory单选按钮，点击OK，读入所需的数字线划地图数据；

4）在可用波段列表中高亮选择Roads And Trails:Boulder,CO文件，点击Load Selected

按钮；

5）在Load Vector对话框中，点击New Vector Window，把该矢量加载到一个新的矢量显示窗口中；

6）在Vector Windows #1窗口中，点击并拖曳鼠标左键，激活一个十字光标，光标处的地图坐标会在Vector Windows#1窗口的底部列出；

7）在主影像窗口中，选择TOOLS、Pixel Locator，并输入402和418，然后点击Apply,j将影像光标移动到道路交叉口相应的点上去；

8）在矢量窗口中，用鼠标左键点击并拖曳矢量光标，当十字形光标位于所需要的道路交叉时，松开鼠标左键，把矢量光标放置在道路的交叉口上，其坐标为477593.74,4433240.0（北纬40度3分3秒，东经105度15分45秒）

图 矢量窗口

9）在矢量窗口中，点击鼠标右键，并从弹出的快捷菜单中，选择Export Map Location。新的地图坐标就会出现在Ground Control Points Selection 对话框中。

10）在Ground Control Points Selection对话框总，点击Add Point,添加该地图坐标/影像坐标对，并观察RMS误差的变化。

·RST和三次卷积校正

1）在Ground Control Points Selection对话框中，选择Options\\Warp Files;

2）在Input Warp Image对话框中，高亮选择文件名bldr_tm.img，点击OK，对TM的6个波段进行校正；

3）在出现的Registration Parameters Dialogs对话框中，将Warp Method 选为RST，将Resampling设为Cubic Convolution。

4）把Background 值设为255；

5）在Output file文本框中，输入输出文件名为bldrtm_m.img 6）点击OK，开始进行影像到地图的校正；

·显示结果并进行评价

使用光标位置/值（Cursor Location/Value）来对校正后的彩色影像进行评价

1）在可用波段列表中，点击RGB单选按钮，接着点击校正影像的波段4、波段3和波段2（作为RGB）。 2）从Display#下拉菜单按钮中，选择New Display。点击Load RGB，来加载这幅校正后的TM彩色影像；

注意到校正影像是倾斜的，这是由于消除了TM轨道方向影响的原因，此时这个影像已经具有地理坐标，但是注意它的空间分辨率是30米，而SPOT空间分辨率为10米。