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实验一:遥感立体像对提取DEM2013116047TL1、实验目的加深对课堂上各种概念的理解,了解什么是卫星遥感摄影模型,掌握、理解卫星遥感数据的相关知识,进一步巩固立体像对成像原理,了解立体像对的RPC模型定位原理,通过上机实践熟悉P5立体像对提取dem过程;熟悉ENVI软件一些基本操作,将课堂知识融会贯通,深刻理解。2、实验内容和意义主要内容是使用ENVI软件对卫星遥感立体影像数据进行处理,提取DEM是地貌信息利用雷达信号的相位信息提取地球表面的高精度三维信息,主要应用于测量地面点的高程及其动态变化;经过对卫星遥感立体影像进行处理过生成DEM三维立体图,可用于获取高精度的地形高程数据及监测地壳形变等等。3、实验要求尝试在ENVI软件中建立一个物理模型,在模型上提取3D模型;了解有理多项式影像模型RPC的参数;在影像配准时找对应点进行配准;重新设置DEM提取参数,对比前后的结果是否发生变化。掌握用ENVI建立P5遥感卫星立体模型,了解各种参数的含义以及对模型的影响。4、利用遥感立体像对提取DEM的原理从不同方位对同一地区摄取两幅影像构成为立体影像对,其实质是传感器模拟人的双眼,构成人体立体视觉,即将像对上的视差反应为人眼的生理视差后得到的立体视觉,一般立体像对的重叠度至少在60%以上。构建人造立体视觉需具备三个条件:1)由两个不同位置(一条基线的两端)拍摄同一景物的两张相片称为立体像对;2)两只眼睛分别观察像对中的一张像片;3)观察时像对上同名像点的连线要同人的眼睛基线大致平行,而且同名点间的距离一般小于眼基线。立体像对获取DEM的原理简易阐述为:在天空两点(相当于人的两只眼睛)拍摄地面同一点时形成一个角,当天空两点的空间位置确定后,该角度越大地物点越高;反之,角度越小地物点越低。以此类推,将地面所有的高程解算后就得到了数字地面模型,如下图:基于立体像对提取DEM原理示意图5、利用遥感立体像对提取DEM的方法立体像对获取DEM的原理简易阐述是:在天空两点(P1和P2)拍摄地面同一点A时形成∠P1AP2夹角,当P1和P2位置确定后,该角度越大地物点越高,反之,角度越小地物越低。将地面所有点的高程解算后就得到了数字地面模型。传感器成像几何模型反映了地物点在物方空间坐标系的三维坐标与相应像点在像平面坐标系的二维坐标之间的数学关系,其建立是进行摄影测量立体定位处理的基础。本次实习老师介绍的是有理函数模型RPC。RPC模型是将一影像的像点坐标用比值多项式描述为相应地面大地坐标的有理函数。利用其能获取和卫星遥感影像严格成像模型近似一致的精度而形式简单。尤其在少量控制点或者无地面控制点的情况下,该纠正模型可以获取较高的定位精度。为了降低计算过程中进入的误差,增强参数求解的稳定性,将地面坐标和影像坐标正则化到-1到1之间。6、实验操作流程图7、试验过程(1)输入立体像对(设置左右影像及最低最高高程),左影像为BANDA.TIF,右影像为BANDF.TIF,最低高程设为默认-100,改为0,最高高程设为1500。(2)定义地面控制点(设置GCPs的来源:影像采集、定义GCPs、文件读取,本次实验采用影像采集)。(3)定义连接点:目的是连接左右两张影像,连接点来源与地面控制点相同,本实验采用自动生成,设置定义连接点个数为60,搜索窗口大小为481*481,移动窗口大小为41*41,最小相关性为0.7,区域高程为700。(4)设定输出参数:设置输出路径,核因子为1,像元大小为3*3,输出最小相关性为0.8,背景值采用默认值-999,移动窗口大小为5*5,输出图像类型为整型,地势显示细节为Level5,地势起伏选择缓和性Moderate(即地形起伏在距离上的变化率不应过大,不存在或很少存在比较尖锐的山脊或沟谷棱角),待选项还有Law,High。(5)输出DEM及检验,平面结果图如下所示:三维立体结果:在使用老师的带来3D眼镜观察输出的影像时,地物呈现出立体形状,给人立体感觉明显(如下图);但或许由于DEM精度原因,地物类型还是较模糊的。8、实验总结(1)对采用立体像对DEM的提取有深刻的理解。如立体像对的前提条件是使所有光线对对相交,而不是交叉和有某些光线相交,只有对对相交才能找到同名点,对于这个提取DEM的新技术也产生浓厚的兴趣。(2)在少量控制点或者无地面控制点的情况下,RPC纠正模型可以获取较高的定位精度,大大提高了一般卫星传感器的应用效率,不得不说这种模型的潜力是很大的;同时认识和了解到RPC模型的线性(直接线性变化DLT)及非线性形式(使用3阶有理多项式替代成像模型,其使用两组不同的多项式函数分别计算从地面坐标(经度、纬度、高程)到影像的行列坐标)的各种参数,线性形式有11个参数,非线性时参数个数依据分母是否相同以及多项式次数进行变化,例三次时最多有78个参数。实际的RPC模型需要坐标“重心化”、比例“归一化”等数学统计方法将坐标进行变化。(3)在ENVI的RPC纠正模型下,在对影像进行匹配时,定义连接点的误差较大和设置提取DEM参数的原因,对输出的影像精度有一些影响。(4)由于初次接触到这个软件,操作不是很熟悉,幸好老师一旁指导,才把生成的dem呈现出立体效果。
本文标题:遥感立体像对提取DEM
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