【干货】利用ENVI从航空影像中提取DEM

远方~ · 发表于 2020-6-9 15:51

数字地面高程模型(Digital Elevation Models)是地表形态的数字形式，具有广泛的应用潜力。随着遥感技术的发展，利用遥感影像提取DEM已经得到广泛应用。本文以框幅式航空相片为例，介绍如何利用ENVI软件来提取立体像对航空相片的DEM信息。

技术路线

ENVI的DEM Extraction模块，要求立体像对图像包含RPC文件，RPC文件用来产生Tie点和计算立体图像之间的关系。因此先要对航空相片构建RPC文件。航空图像可以根据相机参数、地面控制点来构建RPC参数。所以利用ENVI对航空立体像对影像提取DEM的方法分为两步：

一、构建RPC文件。

（1）输入相机的焦距和像中心点坐标。（这是相机的参数，一般在数据包中都提供了一些相机参数和飞行参数，可在相机参数报表中获取。

（2）利用框标点内定向，建立影像和相机之间的关系，将像素坐标系转换成相机坐标系（可在相机参数报表中获取框标点参数）。

（3）利用地面控制点外定向，建立影像和地物之间的关系。

二、利用DEM Extraction提取模块，提取DEM信息。

详细实现过程

实例数据采用两幅具有立体相对的框幅式航空相片。框幅式相片的特点是每幅影像上都有4个或8个框标点，在图上以一个圆圈中加一个十字丝的方式表现。

第一步：构建RPC文件

（1）设置相机参数，输入相机的焦距和像中心点坐标。

打开ENVI并加载需要构建RPC文件的两幅航空相片。在Map菜单下点击Build RPCs，选择图像IMG1.。OK！弹出Build RPCs的窗口（图1）。在该窗口的左栏中选择传感器类型：Frame （框幅式），输入焦距（Focal Length）和像中心点坐标x0，y0 。

图1 Build RPCs的窗口

（2）内定向。利用框标点内定向，建立影像和相机之间的关系。（此步骤与几何纠正选择GCPs的操作一样，根据框标点的位置，分别在图像窗口中找到相应的点并给其坐标位置）

在Build RPCs的窗口（图1）的右栏，点击Select Fiducials in Display按钮，弹出Interior Orientation Fiducials（内定向）窗口（图2）和图像显示的三窗口，在图像显示的窗口中分别找到各个框标点并输入相应的位置坐标，然后Add Point，依次添加8个框标点的位置参数（图3）。然后在Interior Orientation Fiducials窗口的Options菜单下选择Export Fiducials to Build RPCs Widget按钮，Interior Orientation Fiducials窗口和图像显示的三窗口消失。

图2 Interior Orientation Fiducials（内定向）窗口

图3 框标点和像中心点的示意图

（3）外定向。利用地面控制点外定向，建立影像和地物之间的关系。点击Select GCPs in Display按钮，弹出Select GCPs in Display对话框，设置地面控制点的投影信息（图4）。点击OK。弹出Exterior Orientation GCPs窗口（图5）和图像显示的三窗口。在图像显示的三窗口中选择GCPs，并在Exterior Orientation GCPs窗口（图5）中添加对应的地理坐标信息和高程信息。在选择合适数量的控制点后，在Exterior Orientation GCPs窗口的Options菜单下选择Export GCPs to Build RPCs Widget按钮，Exterior Orientation GCPs窗口和图像显示的三窗口消失。最后点击Build RPCs窗口中的OK按钮，出现外方位元素的误差报告（图6）。在波段列表中可以发现，原图像已经包含了地图信息（图7 RPC文件自动的加载到影像的Map Info信息中了。）

图4 GCPs投影参数设置

图5 外定向添加GCPs窗口

图6 根据GCPs计算外方位元素的误差报告

图7 添加RPC文件后的数据

第二步：DEM提取

利用ENVI的DEM提取模块，提取DEM信息。这是一个流程化的操作模块，根据标题提示设置参数后点击下一步，即可完成整个DEM提取的操作。

（1）输入立体相对图像

在ENVI→Topographic→DEM Extraction→DEM Extraction Wizard→New弹出对话框，选择左影像（Left Image）和右影像（Right Image），单击Next按钮。

（2）定义地面控制点

提供了三种定义地面控制点的方式：不定义、交互式定义和读取控制点文件。单击Next按钮。

（3）定义连接点

提供了三种定义连接点方式：自动寻找、交互式手工定义和外部读取控制点文件（图8）。选择合适的方式并输入合适的参数，点击Next按钮。软件自动寻找连接点（图9）。

图8 设置自动生成连接点的参数

图9 编辑连接点的对话框和生成的同名点

（4）设置DEM提取参数和输出投影方式以及输出参数（图10）。

图10 设置DEM的输出

（5）输出DEM并检查结果

指定输出路径，得到从航片中提取的DEM信息（图11）。可以将得到的DEM结果可以和原影像图叠加三维显示来检验DEM的效果。为了更加精确的检验提取的DEM精度就必须结合实际的地面点高程信息。

图11 立体像对航片和提取的DEM结果

第三步：结果浏览

将DEM数据导入到ArcGlobe中进行三维展示（图12）。

图12 叠加ArcGlobe中高精度影像图的三维效果

用航天、航空遥感图像立体像对生成DEM，不仅数据更新快，而且能够获取不同比例尺要求的DEM。比如航空立体相对影像能够获取大比例尺的DEM数据，如1:1000、1：2000：1、1：5000等。大比例尺的DEM数据应用非常的广泛，如利用航空摄影测量的方法获取设计道路区域地形数据，在此数据基础上进行预科的道路选线和工程量的计算，接着，公路设计人员再进行实地勘测，能具体地确定公路的设计位置。

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