实验二十一 遥感图像立体像对DEM提取

一、实验目的

通过利用ASTER影像立体像对进行高程信息（DEM）提取实验，掌握运用ENVI Topographic功能从ASTER影像数据中提取DEM 的 *** 作，加深对遥感影像信息与DEM 关系的理解。

二、实验内容

①运用ASTER 可见光近红外波段（VNIR）的Band3N和Band3B立体像对数据提取高程信息（DEM）的原理分析；②运用ENVI Topographic功能从广西姑婆山地区ASTER数据提取DEM的 *** 作。

三、实验要求

①掌握利用立体像对提取DEM 的基本 *** 作方法；②掌握DEM 编辑方法。编写实验报告。

四、技术条件

①微型计算机；②广西姑婆山地区ASTER 数据；③ENVI软件；④Photoshop软件（ver60以上）和ACDSee软件（ver40以上）。

五、实验步骤

（1）打开广西姑婆山地区ASTER数据：打开“File>Open Image Files”，将ASTER数据放入“Available Bands List”中，可以看到，ASTER数据包含从可见光到热红外共14个光谱通道，分为可见光近红外（VNIR）、短波红外（SWIR）、热红外（TIR）。其中可见光近红外（VNIR）中的Band3 分为Band3N 和Band3B, Band3N 为星下点数据， Band3B为后视波段，在本次实验中将利用这两个波段进行立体像对观测及DEM 提取。

（2）输入立体像对：打开“Topographic>DEM Extraction>DEM Extraction Wizard>New”，将出现“DEM Extarction Wizard Step 1 of 9”输入立体像对对话框，如图21-1所示，选择“Select StereoImage …”，在“LeftImage”输入星下点数据Band3N；在“Right Image”输入后视数据Band3B，输入完毕后将会自动算出该地区最高点和最低点高程。

（3）选择地面控制点：输入立体像对影像后，选择Next按钮进行下一步 *** 作，出现“DEM Extraction Wizard Step 2 of 9”选择地面控制点对话框，如图21-2所示，本次实验选择“No GCPs（relative DEM values only）”选项，即不选择地面控制点，这种方法提取的高程信息为相对高程。

图21-1 选择立体像对影像对话框

图21-2 选择地面控制点对话框

（4）定义连接点：选择地面控制点后，选择Next按钮进行下一步 *** 作，出现“DEM Extraction Wizard Step 4 of 9”定义连接点对话框，在连接点来源选项中，选择“Generate Tie Points Automaticalyl”选项，即自动生成连接点，自定义生成连接点参数，包括连接点数量（Number of Tie Points）、选择窗口大小（Search Window Size）、移动窗口大小（Moving Window Size）、区域海拔（Region Elevation）四项，如图21- 3所示，设定适当的参数后选择Next按钮进行下一步 *** 作。

等待连接点自动产生后，将会出现左右两幅影像及“DEM Extraction Wizard Step 5 of 9”编辑连接点对话框，如图21-4所示，按动“Current Tie Point”左右箭头，选择目前连接点，将误差较大的连接点进行手动调节，或者直接按Delete按钮删除；或者选择Add按钮在左右两幅影像上添加新的连接点，确保“Maximum Y Parallax”最大视角误差小于10。

编辑连接点完成后，选择Next 按钮进行下一步 *** 作，出现“DEM Extraction Wizard Step 6 of 9”对话框，生成左右两幅核线影像，选择保存路径，并可以选择下方“Examine Epipolar Results”检查核线结果，如图21-5所示。

（5）设置DEM 提取参数：保存和检查核线结果后，选择Next按钮进行下一步 *** 作，出现“DEM Extraction Wizard Step 7 of 9”对话框，选择输出DEM 的投影坐标以及像元大小，选择好后点击Next按钮进行下一步 *** 作，将出现“DEM Extraction Wizard Step 8 of 9”设置DEM 参数对话框，如图21-6所示。

图21-3 定义连接点对话框

图21-4 编辑连接点对话框

图21-5 保存核线影像文件对话框

图21-6 DEM 提取参数设置对话框

在DEM 提取参数（DEM Extraction Parameters）列表中可以设置最小相关系数（Minmum Correlation）、背景值（Background Value）、边缘圆滑（Edge Trimming）、移动窗口大小（Moving Window Size）、地形精度（Terrain Relief）、地形级别（Terrain Detail）。

在DEM结果输出列表中，可以选择输出数据类型（分整型和浮点型两种）、选择输出文件存储路径，如图21-6所示。

（6）编辑DEM：输出DEM 数据后，出现“DEM Extraction Wizard Step 9 of 9”对话框，点击Load DEM Result to Display with Editing Tool按钮，可以显示提取出的DEM数据和“DEM Editing Tool”对话框，可以用DEM 编辑工具对生成的DEM 数据进行编辑，如图21-7所示。

图21-7 DEM 编辑工具对话框

六、实验报告

（1）简述实验过程。

（2）回答问题：①ASTER有15个波段，提取DEM 数据依靠哪些波段数据？为什么？②本次实验提取了相对DEM 数据，如果要提取绝对DEM数据，需要如何 *** 作？

实验报告格式见附录一。

一、工作流程

石漠化遥感调查涉及多学科内容，总体上以遥感应用技术为主线，综合应用多学科技术对多源的数据进行综合处理与信息提取，并在野外典型样点调查与处理结果验证的基础上，开展石漠化遥感信息增强与提取工作(图4－1)。

二、工作步骤

(一)前期技术准备

收集、整理了研究区内岩溶石漠化研究的历史整料，以及有关气象、地形、地貌、土壤、植被、土地利用、基础地质、水文地质、人文等方面的大量文本与图件资料、相关遥感资料。

(二)数据处理

包括遥感图像处理与影像图制作、各种基础资料(包括气候、地形、地貌、土壤、植被、土地利用、地质等资料)的处理。

1)遥感图像处理与制作工作。主要是对收集的遥感数据进行了辐射校正、几何校正、地理配准、RGB彩色合成、图像融合、数字化、图像镶嵌、选择最佳方案对岩溶石漠化遥感信息增强处理、生成岩溶石漠化指数图像，为后续的石漠化遥感信息提取与交互修改提供基础图件。

图4－1 石漠化信息增强与提取技术流程图

2)各种基础资料的处理工作主要是将多源的数据资料归并到统一的GIS平台与RS平台上，以便与遥感资料集成和岩溶石漠化信息提取与分析。包括图形矢量化、地理配准、制作各类辅助基础图件(包括实验区碳酸盐岩分布图、土地利用现状图、岩溶地貌图、DEM、地质图、水文地质图等)、空间数据库建设等工作。

(三)图像格式转变

岩溶石漠化快速自动信息提取模块集成在MapGIS空间分析平台上，因此，将在遥感平台上处理的栅格型石漠化指数图像转换为MapGIS能够接收的通用格式(tiff)，再将通用的图像格式转变成MapGIS的内部图像msi格式。格式转变时注意到了保持原图像的特征，如原遥感影像信息的相对位置关系和相对大小关系、原图像的地理参考信息等都不发生变异。

(四)初步解译

在工作区水文地质遥感解译图、碳酸盐岩分布图、野外样点调查成果图的基础上，生成非碳酸盐岩、较大的水体等分布范围的二值图像，对岩溶石漠化指数图像进行掩膜处理(MaskingProcess)，以提高分类精度和加快分类处理速度。然后建立石漠化分级的阈值，借助GIS平台上进行计算机自动信息提取，生成石漠化解译草图。

(五)详细解译

建立研究区目视解译标志，借助土地利用现状图等基础资料，区分重度石漠化与因农作物收割形成的裸地，区分石漠化与“旮旯”地、石漠化与耕地因农作物长势原因形成的相似影像。

(六)野外验证与同步解译

对解译成果进行实地调查验证。通过野外石漠化核实调查，准确了解了石漠化的现状，明确各种解译标志含义，建立了影像与实地之间的相关关系，为室内进一步人—机交互解译、编辑修改提供依据。与此同时，收集、走访了解不同时间段的土地利用现状、森林覆盖等资料，为室内解译提供参考，提高了解译精度。

(七)综合分析与研究

在野外验证工作基础上，修正了解译标志，完善解译内容，修编室内解译成果，并编制了石漠化遥感调查图。

1数据的选取

（1）遥感资料的选取

根据《总体设计书》的规定，Landsat-TM是本次国土资源调查的基础遥感资料。覆盖河南省167000 km2的TM资料共需21景。其中，覆盖河南全省1997～1999年秋季时相数据图像共14景，涉及省外资料8景（表211）。

表211　河南省国土资源调查遥感资料（Landsat-TM）一览表

（2）地理数据的选取

根据遥感图像几何校正和影像地图制作的需要，选择使用1∶100000地形图131幅、1:250000地形图13幅，供图像处理时对图像进行精校正点选取及行政区划境界线数据套合使用。

2技术路线和方法

Landsat-TM图像处理是国土资源遥感调查的重要环节。此次的主要任务是借助数字图像处理技术来增强各种地物信息，在图像上以色调和纹理所表现出来的差别，从中提取所需要的特征信息。为了提高遥感调查的适时性，力求反映现状信息、突出综合信息。在波段选择上遵循先试验、后推广的原则。其工艺流程见图211。

图211　河南省卫星影像图制作工艺流程框图

3彩色合成图像制作

彩色合成图像是综合调查的基本素材，应力求达到色调协调、反差与对比度适中、信息丰富的最佳效果。由于地物在各波段的辐射信息之间的相关性，使得Landsat-TM的7个波段数据特征带有较强的相关性。若选取的三个波段的相关性很强，各波段的信息就会出现大量的重复，影响合成图像色彩的饱和度。即相关性越强，图像饱和度越差，导致合成图像的总信息量不高。因此，标准偏差和相关系数两个参数都直接影响合成图像的使用效果。由此选择波段组合原则为：

1）各波段的方差要尽可能的大；

2）各波段的相关系数要尽可能的小；

3）各波段的均值大小不要相差太悬殊；

4）选用含有目标地物特征谱带的波段。

根据以上分析，结合各波段的波谱物性，我们选择了具有代表性的2景TM数据进行统计分析（表212～5）。

表212　124-36 2048×2048子区样本统计数据

表213　124-36 2048×2048子区样本相关系数矩阵

表214　125-36 2048×2048子区样本统计数据

表215　125-36 2048×2048子区样相关系数矩阵

通过上述分析可知：TM3、4、5、7方差比较大，TM2、3、4、7均值比较接近，说明这几个波段所含信息量相对丰富；TM1、2、3波段，TM5、7波段相关性较好；TM4、6则具有较大的独立性，与其他各波段的相关性都较小。相关性决定了信息重复量，故选用相关性较小的波段参与合成。由此确定波段的组成方案为TM1、2、3中选一个，TM5、7波段中选一个，加一个TM4波段组成红、绿、蓝假彩色合成片。而TM6地面分辨率为120m×120m，分辨率较低且受大气热辐射影响，对于生成清晰、信息量丰富、使用广泛的基础片不适合，故在基本合成中不考虑使用该波段数据。

在TM1、2、3波段中，TM3波段的信息量反映相对丰富，且植被在近红外区（TM4）与红光区（TM3）的波谱差异反映很敏感，由此选用TM3与TM4的组合能很好地突击植被信息，满足1:250000分幅图中对植被的分类要求，故确定TM3波段参与组合。TM5、7波段无论谁与TM4、3组合色调反映较好，并且从直方图可看出，其信息量反映宽，即信息量相对丰富，但是，TM5与TM7相比，TM5与其他波段的相关性较大，即TM5与其他波段信息重复量多，故两者中选择TM7。

由此，确定TM4（红）、7（绿）、3（蓝）波段为最佳组合，用于河南全省TM遥感影像图制作。

4图像数字镶嵌

图像镶嵌一般指的是把多个单幅图像根据相同地物标志拼接成一幅大图像的处理过程。镶嵌时不仅要进行几何镶嵌，还要进行程度不一的色调（灰度）镶嵌。一幅高质量的遥感镶嵌图应具备有三个条件，即：信息丰富，色调协调，几何精度高。根据河南省的TM影像数据具体情况，设计镶嵌方案如下：

1）根据数据预处理结果，确定以1997年10月30日图像为基准色调。其他所有影像颜色均向其配准。

2）由于纵向上124轨道和横向上36带处于河南省中部，且124/36、124/37这两景影像图的接收日期为1997年10月30日。镶嵌时所有影像纵向以124轨道，横向以36带为中心分别向四方扩展拼接。

3）属同一轨道、同一成像时间、同一成像条件的影像，图像辐射亮度水平没有太大的差异，两者可直接镶嵌；时像相差不大的如123/37、123/38，以接近10月30日的图像为基准进行镶嵌，即分别与123/35、123/36的镶嵌图进行颜色配准镶嵌。

4）镶嵌控制点、镶嵌线按照地物走势曲线及颜色变化趋势灵活选取。在镶嵌处理过程中，122/37和122/38,123/35和123/36,124/36和124/37,125/36和125/37属同一时相图像；126/35、126/36、126/37虽不为同一时相，但基本上在一个月份内。地物波谱信息反映相似，色调差异不大，故选择先两两镶嵌。对于部分时像不一致的，颜色差异较大的图像，分别按轨道与10月份的资料镶嵌。在镶嵌前须对这部分资料的三个波段分别按10月份的数据灰度值的亮度情况进行调整，而后利用颜色匹配功能进行调整，达到色调一致的效果。

当每条轨道上图像纵向镶嵌完成后，即以124轨道为准开始横向镶嵌。横向镶嵌对应的重叠区域跨度大时，须要对这两条轨道数据进行多次色度调整试验以达到最佳视觉效果。在整个镶嵌过程中，图像未进行采样，严格按像元一一对应，尽可能不采用镶嵌线两侧的圆滑处理，充分保证了每个像元的精度。

对于遥感来说，1W像素实在不算多。GDAL对你这个问题没有什么意义，因为GDAL是用来读写图像文件的，而你的问题是绘制。要绘制影像，以下几点要考虑到：1）如果只是显示局部影像，那么一定要先把这局部数据提取出来；2）如果要在窗口像素超出要显示的影像像素，那么要采用金字塔技术，根据像素多少判断该采用哪个金字塔层，建金字塔的技术有很多，比如最邻近法（最最简单的方法）、双线性插值法、立方卷积法等。最邻近法因为速度快，你在显示之前按照原理直接从基础影像中提取即可，其他方法最好要预先建立。

首先在数据库里边获得文件的大小，然后给progressbar设置一个最大值；在根据已经下载的文件大小计算站总大小的百分数，然后换算成progressbar的值；一边下载一边设置progressbar的值就行了。

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