СОВЗОНД главы из учебного пособия по программному комплексу ENVI компании RSI
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Приложение № 5
Использование программного комплекса ENVI для ортотрансформирования аэрофотоснимков и изображений со спутника SPOT
Перевод компании «СОВЗОНД» главы из учебного пособия по программному ком плексу ENVI компании RSI.
Данное учебное пособие состоит из следующих частей:
Общий обзор пособия;
Файлы, использованные в пособии;
Ортотрансформирование в ENVI - общие вопросы;
Инструкции по проведению ортотрансформирования с использованием ENVI;
Пример ортотрансформирования аэрофотоснимка;
Пример ортотрансформирования изображения SPOT;
Советы для успешного ортотрансформирования.
Общий обзор
В данном учебном пособии описаны возможности, которые предоставляет програм мный комплекс ENVI для проведения процесса ортотрансформирования. Для получения дополнительной информации обращайтесь к документу «Руководство пользователя ENVI» или к онлайновой справочной системе ENVI.
Файлы, использованные в пособии
Данное пособие демонстрирует возможности ортотрансформирования, которыми обладает ENVI, но не содержит никаких практических упражнений из-за большого объема набора необходимых данных. Не содержит файлов с требуемыми данными. Пользователи могут получать простые результаты, пользуясь своими отсканированными аэрофотосним ками, или изображениями SPOT 1A, 1B, или новыми данными в формате SPOT CAP и вы полняя процедуры, описанные ниже.
Ортотрансформирование в ENVI - общие вопросы
Ортотрансформирование - это процесс, с помощью которого геометрия изображения становится планиметрически точной посредством моделирования природных и геометричес ких искажений изображения. Модели камеры или спутника в соединении с ограниченны ми наземными данными позволяют вывести формулы для коррекции изображения, применяя которые можно получить точные, геометрически правильные изображения, пригодные для использования в целях картографирования.
Функция Ортотрансформирования ENVI позволяет трансформировать аэрофотоснимки и данные SPOT с использованием цифровой модели рельефа (DEM). Ортотрансформирование использует геометрические проекции для производства геометрически правильных изображений, пригодных для картографирования и измерений.
Инструкции по проведению ортотрансформирования с использованием ENVI
Процесс ортотрансформирования состоит из нескольких этапов, которые всегда одинаковы и не зависят от типа обрабатываемых изображений или датчиков, посредством которых они были получены. Список этапов включает в себя:
1. Построение Внутренней Ориентации (только для аэрофотоснимков): на этом этапе устанавливаются отношения между камерой и аэрофотоснимком. Для этого используются точки привязки изображения и координатными метками камеры (не менее трех) и фокальное расстояние камеры.
2. Построение Внешней Ориентации: Внешняя ориентация используется, чтобы привязать точки на аэрофотоснимке или спутниковом изображении к их известным наземным координатам (координатам карты) в плане и по высоте. Для этого выбираются контрольные точки на поверхности земли (опознавательные знаки) и вводятся их координаты.
3. Ортотрансформирование с использованием Цифровой Модели Рельефа. На этом этапе проводится непосредственно сам процесс ортотрансформирования аэрофотоснимка или спутникового изображения с использованием файлов ориентации или информации о положении спутника и уравнений коллинеарности, полученных из результатов предыдущих этапов, совместно с цифровой моделью рельефа.
Пример ортотрансформирования аэрофотоснимка
Ортотрансформирование аэрофотоснимка в ENVI исправляет искажения, вносимые в изображение геометрией камеры, углом обзора и топографией. Процесс ортотрансформирования выполняется в три этапа, как описано в предыдущем разделе. На рисунке (1) показан уменьшенный подлинный аэрофотоснимок города Boulder, штат Колорадо.
Построение внутренней ориентации аэрофотоснимка
1. Выведите аэрофотоизображение на экран, для того, чтобы иметь возможность выбирать координатные метки в интерактивном режиме. На рисунке (2) показан типичный набор координатных меток.
2. Выполните команду Register > Orthorectification > Build Air Photo Interior Orientation. Если на экран выведено более одного изображения, выберите номер дисплея, который содержит нужное аэрофотоизображение. Появится диалоговое окно ORTHO: BUILD INTERIOR ORIENTATION.
3. Установите координатную метку. Для этого: совместите перекрестие сетки нитей с меткой на изображении в увеличенном масштабе и введите ее координаты в единицах камеры (мм) в поля Fiducial X и Fiducial Y (эта информация содержится в документации на датчик). Нажмите на кнопку Add Point в диалоговом окне BUILD INTERIOR ORIENTATION для того чтобы добавить выбранную метку в общий список. Таким образом следует ввести три или более точек. Чтобы гарантировать, что точки выбраны с необходимой точностью, следите за значением среднеквадратической ошибки (RMS).
4. Выполните команду Options > Build Interior Orientation в диалоговом окне ORTHO: BUILD INTERIOR ORIENTATION DIALOG. Введите фокальное расстояние камеры в мм и имя выходного файла с расширением .ort.
Выходной .ort файл содержит в себе координаты точек привязки и коэффициенты аффинных преобразований как из координат камеры в пикселы изображения, так и наоборот – из пикселов изображения в координаты камеры. Далее приведен пример.ort файла после расчета внутренней ориентации.
ENVI файл параметров
ортотрансформирования
Sensor Type = Air Photo (
Focal Length = 304.67100
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
; Interior Orientation Information
; interior points = {fiducial (x,y) millimeters, image (x,y)}
Interior Points = {
-106.0230, -105.9940, 302.33, 251.44,
105.9780, 106.0140, 7315.45, 7359.55,
-106.0210, 106.0100, 7364.71, 303.57,
105.9790, -105.9940, 254.33, 7309.67,
-110.0200, 0.0100, 3834.00, 143.80,
109.9750, 0.0100, 3783.43, 7467.71,
-0.0220, 110.0040, 7473.14, 3832.43,
-0.0320, -109.9880, 146.00, 3779.57}
;Affine Transformation (Camera Coords to Image Pixels)
; a0 = 3808.86863414
; a1 = -0.22975948
; a2 = 33.30821680
; b0 = 3806.73931581
; b1 = 33.28923748
; b2 = 0.23988471
;Affine Transformation (Image Pixels to Camera Coords)
; a0 = -113.52361324
; a1 = -0.00021635
; a2 = 0.03003821
; b0 = -115.13524789
; b1 = 0.03002113
; b2 = 0.00020719
Построение внешней ориентации аэрофотоснимка
1. Выведите аэрофотоизображение на экран как в предыдущем разделе и выполните команду Register > Orthorectification > Build Air Photo Exterior Orientation. Если на экран выведено более одного изображения, выберите номер дисплея, который содержит нужное аэрофотоизображение.
2. Выберите проекцию и введите номер зоны, если это необходимо. Выбранная проекция будет использоваться для построения выходного изображения, и не должна обязательно совпадать с проекцией цифровой модели рельефа (DEM).
Появится диалоговое окно ORTHO: BUILD EXTERIOR ORIENTATION. Это окно совпадает с диалоговым окном выбора наземных опознавательных знаков GROUND CONTROL POINTS SELECTION.
3. Выберите наземный опознавательный пункт (GCP). Для этого: совместите перекрестие сетки нитей с пикселом на аэрофотоизображении и введите соответствующие картографические координаты в предназначенные для этого поля. Введите высотную отметку выбранного пиксела в поле Elev и нажмите кнопку Add Point для того чтобы добавить введенную точку в общий список GCP. Таким образом следует ввести три или более точек. (Примеча
ние: для получения наилучшего результата рекомендуется использовать как можно большее количество GCP, равномерно распределенных по всему изображению.) Чтобы гарантировать, что точки выбраны с необходимой точностью, следите за значением среднеквадратической ошибки (RMS).
4. Выполните команду Options > Build Exterior Orientation диалогового окна ORTHO: BUILD EXTERIOR ORIENTATION и введите файл параметров с расширением .ort, созданный для внутренней ориентации. Наземные опознавательные знаки из внешней ориентации добавляются в выбранный .ort файл. Далее следует пример параметров и пунктов внешней ориентации.
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
; Exterior Orientation Information
; projection info = {UTM, 13, North}
; exterior points = {map (x,y,z) meters, image (x,y)}
Exterior Points = {
476788.860, 4434052.500, 1702.040, 2993.00, 545.00,
475174.630, 4430823.600, 1705.600, 2037.50, 2192.50,
478404.380, 4430819.300, 1672.630, 3748.00, 2296.00,
478602.050, 4428903.900, 1635.940, 3799.00, 3314.00,
481632.990, 4430804.900, 1613.830, 5439.00, 2391.00,
480787.590, 4429184.200, 1627.220, 4965.00, 3212.00,
476789.250, 4427487.300, 1713.750, 2815.00, 3997.00,
477837.900, 4424410.800, 1750.380, 3279.00, 5646.00,
480272.650, 4422811.100, 1707.080, 4501.00, 6550.00,
483949.430, 4423904.600, 1762.360, 6487.33, 6086.33}
; PHI = 0.08065113
; OMEGA = -0.29078090
; KAPPA = -87.39367868
; Projection Center x = 478695.7071
; Projection Center y = 4428046.0844
; Projection Center z = 20962.4655
Ортотрансформирование аэрофотоизображения
1. Выполните команду Register > Orthorectification > Orthorectify Air Photo.
2. Выберите имя файла, содержащего исходное аэрофотоизображение, и любые желаемые настройки.
3. Выберите имя файла, содержащего исходную цифровую модель рельефа (DEM). DEM
для аэрофотоснимка территории Boulder, Колорадо, показана ниже.
4. Выберите имя файла, содержащего параметры ориентации (.ort), созданного как описано в предыдущих разделах.
5. Когда появится диалоговое окно ORTHORECTIFICATION BOUNDS (Границы ортотрансформирования), введите или рассчитайте приблизительное минимальное значение, содержащееся в DEM файле.
- Откроется диалоговое окно ORTHORECTIFICATION PARAMETERS (Параметры ортотрансформирования). В настоящее время возможен выбор только одного вида дискретизации – по методу ближайшего соседа.
6. В соответствующем поле установите опцию "игнорировать отсутствующие данные" для DEM.
7. Чтобы установить "Фоновое Зна
чение" (значение DN, которым обычно заполняют области с отсутствующими данными в искривленном изображении), введите значение DN в поле Background Value.
Размеры выходного изображения автоматически устанавливаются равными размерам прямоугольника, который ограничивает искривленное входное изображение. Таким образом, размеры выходного изображения могут не совпадать с размерами DEM изображения. Координаты выходных размеров задаются в координатах проекции внешней ориентации. По желанию можно изменить плановые координаты или информацию о широте/долготе для верхнего левого элемента изображения, а также размер пиксела и размеры изображения, нажав на кнопку Change Output Parameters и введя желаемые значения.
Кнопка Change Projection используется только для ввода новых координат верхнего левого элемента изображения. Проекция выходного изображения устанавливается функцией Построить Внешнюю Ориентацию.
8. Выберите, куда поместить выходное изображение - "File" или "Memory" и нажмите "OK" чтобы начать ортотрансформирование. Результат ортотрансформирования аэрофотоизображения Boulder, Colorado, показан ниже.
Пример ортотрансформирования
изображения SPOT
SPOT 1A, 1B и новые CAP данные могут быть ортотрансформированы с использованием цифровой модели рельефа. Ортотрансформирование проводится в два этапа. На первом этапе строится внешняя ориентация с помощью наземных опознавательных знаков. При проведении ортотрансформирования используются спутниковые эфемериды из основного SPOT файла для расчета начальной орбиты и просмотра геометрической модели. Наземные опознавательные знаки (GCP) используются для оптимизации орбитальной модели, выполняя нелинейную инверсию. Положение спутника и набор коллинеарных уравнений для каждой линии данных SPOT рассчитываются и хранятся в файле с расширением .sot. На втором этапе выполняется собственно ортотрансформирование с использованием орбитальной модели и DEM файла, корректирующее SPOT изображение пиксел за пикселом. Более подробную информацию можно найти в следующем издании: Westin, Torbjorn, 1990. Precision rectification of SPOT imagery, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 56, No. 2, pp. 247-253.
Построение внешней ориентации
Внешняя ориентация используется, чтобы оптимизировать орбитальную модель спутника путем установления соответствия между элементами SPOT изображения и их известными плановыми и высотными координатами. Она создается путем выбора наземных опознавательных знаков и ввода соответствующих им координат, подобно привязке изображения к карте. SPOT изображение должно быть выведено на экран в окне изображения для того, чтобы можно было указать положение наземного опознавательного знака.
1. Выведите SPOT изображение на экран.
2. Выберите опцию меню Register > Orthorectification > Build SPOT Exterior Orientation. Если на экран выведено более одного изображения, укажите номер дисплея, содержащего нужное SPOT изображение.
3. Выберите желаемую проекцию для выходного изображения и введите номер зоны, если это необходимо. Выбранная проекция будет использоваться для построения выходного изображения, и не должна обязательно совпадать с проекцией цифровой модели рельефа (DEM).
Появится диалоговое окно ORTHO: BUILD EXTERIOR ORIENTATION. Это окно совпадает с диалоговым окном выбора наземных опознавательных знаков GROUND CONTROL POINTS SELECTION.
4. Выберите наземный опознавательный пункт (GCP). Для этого: совместите перекрестие сетки нитей с пикселом на изображении и введите соответствующие плановые координаты в предназначенные для этого поля. Введите высотную отметку выбранного пиксела в поле Elev и нажмите кнопку Add Point для того чтобы добавить введенную точку в общий список GCP. Таким образом следует ввести три или более точек. (Примечание: для получения наилучшего результата рекомендуется использовать как можно большее количество GCP, равномерно распределенных по всему изображению.) Чтобы гарантировать, что точки выбраны с необходимой точностью, следите за значением среднеквадратической ошибки (RMS).
Примечание:
Рекомендуется использовать как можно больше опознавательных знаков, распределенных по изображению для стабилизации инверсии спутниковой орбиты. Хотя ортотрансформирование может быть проведено всего с тремя GCP, это может привести к нестабильной инверсии спутниковой орбиты.
5. После указания всех GCP, выполните команду Options > Build Exterior Orientation диалогового окна Ortho: Build Exterior Orientation. Укажите имя основного SPOT файла, обычно lead_xx.dat, где xx – номер сцены. Введите имя выходного файла с расширением .sot. для удобства. .sot файл имеет бинарный формат и содержит положение спутника и коллинеарные уравнения для каждой линии SPOT изображения.
Ортотрансформирование
SPOT изображения
На этом этапе проводится непосредственно ортотрансформирование SPOT изображения с использованием файла параметров с расширением .sot, созданного ранее, и цифровой модели рельефа (DEM).
1. Выполните команду Register > Orthorectification > Orthorectify SPOT Image.
- Укажите имя входного SPOT изображения и другие желаемые настройки.
- Укажите имя файла, содержащего цифровую модель рельефа (DEM).
- Укажите имя файла (.sot), содержащего параметры ортотрансформирования, созданного ранее.
- Укажите имя основного SPOT файла.
2. Когда откроется диалоговое окно ORTHORECTIFICATION BOUNDS, введите или вычислите приблизительное минимальное значение, которое содержится в файле DEM. Если для DEM указано заполняющее значение для отсутствующих данных, то введите это значение в поле DEM Value to Ignor.
3. Нажмите OK, и откроется диалоговое окно ORTHORECTIFICATION PARAMETERS. В соответствующем поле установите опцию игнорировать отсутствующие данные в DEM. Чтобы установить "Фоновое Значение" (значение DN, которым обычно заполняют области с отсутствующими данными в искривленном изображении), введите значение DN в поле Background Value.
Размеры выходного изображения автоматически устанавливаются равными размерам прямоугольника, который ограничивает искривленное входное изображение. Таким образом, размеры выходного изображения могут не совпадать с размерами DEM изображения. Координаты выходных размеров задаются в координатах проекции внешней ориентации. По желанию можно изменить картографические координаты или информацию о широте/долготе для верхнего левого элемента изображения, а также размер пиксела и размеры изображения, нажав на кнопку Change Output Parameters и введя желаемые значения.
4. Выберите, куда поместить выходное изображение - "File" или "Memory" и нажмите "OK" чтобы начать ортотрансформирование.
Рекомендации для успешного ортотрансформирования
Процедура ортотрансформирования в ENVI разработана максимально гибкой, насколько это было возможно, т.е. на параметры, устанавливаемые пользователем, наложено только несколько ограничений. Одновременно с удобством использования инструмента, такая гибкость содержит в себе опасность получения некорректных результатов ортотрансформирования.
Пространственное разрешение
Перед началом ортотрансформирования важно рассмотреть проблему пространственного разрешения. Существуют три ключевых параметра:
1. размер пиксела DEM
2. размер пиксела входного изображения
3. желаемый размер пиксела для результирующего ортотрансформированного изображения
ENVI позволяет установить любую комбинацию этих трех параметров, но необходимо помнить, что эти настройки существенно влияют на результат. В идеале размер пиксела DEM должен быть равен (или меньше), чем размер пиксела для выходного ортоисправленного изображения, которое создается. Если разрешение DEM значительно больше, чем желаемое выходное разрешение, то результирующее ортоисправленное изображение часто содержит отдельные ступени (или блоки). Такие ступени появляются, когда есть граница между группами писелов выходного ортоисправленного изображения, которые вновь помещаются на ту же самую высоту цифровой модели рельефа (т.е. на тот же самый DEM пиксел). Поэтому, перед тем, как начать ортотрансформирование, используйте следующую возможность [Utilities -> File Utilities -> Resize Images (Spatial/Spectral)] чтобы привести разрешение DEM к разрешению, которое желательно установить для выходного ортоисправленного изображения. Мы рекомендуем использовать билинейную интерполяцию для дискретизации, т.к. кубическая свертка больше подходит для создания нереалистичных деталей, а применение метода ближайшего соседа не позволит получить достаточно гладкую дискретизацию DEM.
Дискретизация при проведении ортотрансформирования
В процессе проведения ортотрансформирования определяется значение для каждого пиксела ортоисправленного изображения путем определения, какой пиксел входного изображения ‘принадлежит’ данному положению. Это достигается использованием двух моделей, с помощью которых можно восстановить, какое значение DN соответствовало элементу изображения с данными плановыми координатами в момент съемки. После этого определенное значение DN помещается в его настоящее (истинное) положение в выходном ортоисправленном изображении. В то же время, как координаты центра каждого пиксела выходного ортоисправленного изображения наносятся обратно на отдельные пикселы входного аэрофотоизлбражения, значения, которые используются для выходного ортоисправленного изображения, уточняются путем дискретизации на основе значений соседних пикселов (на аэрофотоизображении). Такая дискретизация позволяет получить более гладкое и более реалистичное ортоисправленное изображение на выходе. Билинейная интерполяция использует значения 4-х ближайших соседних пикселей, тогда как кубическая свертка использует значения 16 соседних пикселей. Однако в ENVI 3.0 (версия, в которой впервые появилась возможность ортотрансформирования) можно было использовать только дискретизацию по методу ближайшего соседа (другие методы дискретизации были добавлены в более поздних версиях). Дискретизация по методу ближайшего соседа не обеспечивает какого-либо сглаживающего эффекта. Поэтому, если пользователь выбирает дискретизацию по методу ближайшего соседа, и размер пиксела выходного ортоисправленного изображения, значительно превышающий размер пиксела исходного изображения, то на выходе можно получить ортоизображение с пространственным разрешением хуже обычного для фотоснимков.
Рассмотрим пример, в котором исходное аэрофотоизображение имеет размер пиксела 1x1 м, а размер пиксела ортоизображения на выходе равен 5x5 метров. В результирующем ортоизображении каждый пиксел размером 5х5 метров будет иметь DN, значение которого основано на области исходного изображения размером 1х1 метр. Более того, т.к. плановое положение центров соседних пикселей 5-ти метрового результирующего ортоизображения разделено между пятью пикселями исходного изображения, соседние пиксели результирующего ортоизображения будут иметь DN, представленные пикселями исходного изображения, которые не постоянны. Если вы хотите, чтобы ваше результирующее ортоизображение имело размер пиксела гораздо больший, чем у исходного изображения (и используете при этом дискретизацию по методу ближайшего соседа), то вначале надо провести дискретизацию исходного изображения для того, чтобы сделать размер пиксела в нем равным тому, который выбирается для исходного ортоизображения.
Точность GCP
В отличие от GCP, которые используются при первичной регистрации, точность GCP, которые используются для построения Внешней Ориентации, является величиной критической для определения положения аэрофотокамеры. Если Внешняя Ориентация недостаточно точная, ортотрансформированное изображение будет ошибочным, даже при условии великолепной Внутренней Ориентации. Поэтому нет ничего удивительного в том, что GCP основываются на результатах топографической съемки и их положение определяется с точностью до миллиметра, особенно для обработки аэрофотоизображений с разрешением 1 метр и выше. Кроме того, для восстановления наиболее точного положения камеры постарайтесь распределить GCP по всему изображению максимально равномерно. Лучше иметь меньшее количество равномерно распределенных по изображению GCP, чем множество GCP, собранных в одном месте. Как только по крайней мере 4 GCP введены во Внешнюю Ориентацию, проводится оценка точности положения (X,Y), результат этой оценки сообщается пользователю в виде значения среднеквадратической ошибки. Эта оценка проводится с использованием RST алгоритма искажения, который довольно сильно отличается от процедуры ортотрансформирования. Значения среднеквадратической ошибки предназначено для быстрого нахождения грубых ошибок, которые могут быть внесены опечатками при вводе координат или неправильно выбранными опознавательными знаками. В этих ошибках не учитываются высотные отметки опознаков и их нельзя считать точной оценкой результатов ортотрансформирования.
Минимальное значение DEM
После того, как 1) в процессе построения Внутренней и Внешней Ориентаций создан .ort файл и 2) инициирован процесс ортотрансформирования, пользователю предлагают ввести Минимальное Значение DEM. Для каждого набора параметров ортотрансформирования, чем больше расстояние между камерой и снимаемой поверхностью, тем больше должно быть ортоисправленное изображение. Вводимое здесь значение используется для определения размеров ортотрансформированного изображения на выходе. Вводимое значение не повлияет на значения DN результирующего ортоисправленного изображения, но ввод точного значения уменьшит время обработки и размеры выходного файла.
Размер пиксела на выходе
Размер пиксела ортоисправленного изображения на выходе по умолчанию равен размеру пиксела DEM. Если пользователь желает установить другой размер пиксела для выходного изображения, он может изменить этот параметр в диалоговом окне, нажав кнопку Change Output Parameters, расположенную в центре последнего диалогового окна (Orthorectification Parameters). Вообще говоря, всегда хорошо проверить значения параметров выходного изображения до начала каких-либо действий (ортотрансформирования, деформирования, изменения картографической проекции, и т.д.), т.к. это часто помогает обнаружить проблемы с входными параметрами.
До начала ортотрансформирования
Поскольку ортотрансформирование является интенсивным и трудоемким вычислительным процессом, перед тем как его начать убедитесь, что на диске достаточно места для сохранения результирующего ортоисправленного изображения, т.к. выходной файл может быть очень большим.
238
PAGE 231
2. вариантность то есть наличие у слова единицы языка термина двух и более значений исторически обусловленны
3. Эволюция денежной формы стоимости
4. 2013 г. 2013 г
5. Война в Камбодже
6. реферату- Основні фактори ціноутворенняРозділ- Маркетинг Основні фактори ціноутворення Всі товари та пос
7. Манси
8. Гражданство в Республике Беларусь
9. Считывание данных из гостевой книги
10. РЕФЕРАТ Основания порядок и соблюдение законности при задержании и доставлении в ОВД лиц совершивших а
11. представляет собой повторяющуюся или итеративную операцию
12. СОШ32 в данной школе работаю с 2004г
13. Современные стили, используемые в сфере гостеприимства
14. О налоге на добавленную стоимость
15. Реферат- Сертифікація товарів іноземного походження
16. Picture8 EMBED Word
17. О безопасности 1992г
18. 'н 'лшемі 2айналым 'ралы 3 т'лем 'ралы 4байлы' жасау 'ралы
19. являются важными демократическими гарантиями правосудия по гражданским делам; 2 суд руководствуетс
20. Учебники Российской академии государственной службыпри Президенте Российской Федераци