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【ENVI入门系列】03.基于自带定位信息的几何校正

2022-06-15 12:04:30 作者：互联网

1.概述

2.详细操作步骤

2.1MODIS数据几何校正

2.2ASAR数据几何校正

2.3基于GLT方法的国产卫星影像几何校正

1.概述

图像的几何形变一般分为两大类：系统性和非系统性。系统性几何形变一般是由传感器本身引起的，有规律可循、具有可预测性，可以用传感器模型来校正，卫星地面接收站已经完成了这项工作；非系统性几何形变是不规律的，引起它的缘由可以是传感器平台本身的高度、姿势等，也可以是地球曲率及空气折射的变化、地形变化等。常说的几何校正，就是要消除这些非系统性几何形变。

几何校正，是利用地面控制点和几何校正数学模型来矫正非系统性因素产生的误差，将图像投影到平面上使其符合地图投影系统的过程。由于校正过程中会将坐标系统赋予图像数据，所以此过程包括了地理编码（geo-coding）。

不同的数据需要使用不同的几何校正方法，对于重返周期短、空间分辨率较低的卫星数据，如AVHRR、MODIS、SeaWiFS等，地面控制点的选择有相当的难度。这时，可以利用卫星传感器自带的地理定位文件进行几何校正，校正精度主要受地理定位文件的影响。

本课程分别以MODIS和ASAR数据为例，学习Georeference工具的使用，以及以风云三号卫星影像为例，学习基于GLT方法的几何校正。

2.详细操作步骤

2.1 MODIS数据几何校正

下面以MODIS Level 1B级数据为例学习利用自带几何定位文件进行几何校正，数据在" …\03.基于自带定位信息的几何校正\数据\1-Modis"中，具体操作如下：

第一步：打开数据文件

选择主菜单File > Open AS > EOS > MODIS，选择文件MOD021KM.A2013185.0245.005.2013185094144.hdf打开，这个是1000米分辨率的数据（1KM）。

注：1、MODIS数据是以HDF格式保存，HDF（Hierarchical Data Format）的全称为层次是文件格式，HDF文件格式是一种具有自我描述性、可扩展性、自我组织性的可用于绝大多数科学研究的储存形式。

2、ENVI支持读取MODIS Level1B、2、3、或者4数据，包括产品MOD02~MOD44以及MYD02~MYD44。

ENVI自动的提取相关的数据集，包括地理参考信息，数据质量波段等信息，并自动将MODIS数据定标为两部分数据——大气表观反射率（Reflectance）、发射率（Emissive）和辐射率（Radiance）。

图2.1 打开MODIS L1B数据后Data Manager面板

第二步：选择校正模型

在Toolbox 中，打开 Geometric Correction /Georeference by Sensor/ Georeference MODIS，在Input MODIS File对话框中选择相应的数据集，可在右边列表中查看文件信息。这里选择大气表观反射率数据（Reflectance），单击OK进入下一步Georeference MODIS Parameters对话框。

图2.2 Input MODIS File对话框

第三步：设置输出参数

（1）在Georeference MODIS Parameters面板中，设置输出坐标系。这里设置UTM/WGS84坐标系。

（2）在Number Warp Points: X and Y fields中，键入X、Y方向校正点的数量。在X方向的校正点数量应该小于等于51个，在Y方向的校正点数量应该小于等于行数。

注：Georeference工具主要思想是利用数据中提供的经纬度数据自动生成一系列的控制点，如这里的50x50个控制点。

（3）可以将校正点导出成控制点文件（.pts），这里不输出。

（4）Perform Bow Tie Correction选项是用来消除MODIS的"蝴蝶效应"的，默认是选择Yes。

（5）单击OK进入校正参数面板（Registration Parameters）。

图2. 3Georeference MODIS Parameters面板

（1）在Registration Parameters面板中，系统自动计算起始点的坐标值、像元大小、图像行列数据，可以根据要求更改。Background值设置0，选择路径和文件名输出。

（2）单击OK开始校正MODIS数据。

图2.4 Registration Parameters面板

如下为校正结果，由于选择的是UTM坐标系，两边有一定范围的裁剪，如果要得到完整的图像，可以在Registration Parameters面板中手动将输出列大小 Output X Size数字设置大一些。

图2.5 Modis几何校正结果

2.2 ASAR数据几何校正

下面以ENVISAT的ASAR数据为例，学习利用自带几何定位文件进行几何校正。练习数据存放在"…\03.基于自带定位信息的几何校正\数据\2-ASAR"中。

第一步：打开数据文件

选择主菜单File > Open As> ENVISAT > ASAR，打开数据文件: ASA_IMP_1PNDPA20040429_034506_000000162026_00233_11309_0457.N1。

第二步：选择校正模型

在Toolbox中，选择 Geometric Correction > Georeference by Sensor > Georeference ASAR。在Select ENVISAT File对话框中选择文件，单击OK打开Select Out Projection对话框。

第三步：设置输出参数

（1）在Select Out Projection对话框中，设置输出文件的投影参数。选择Geographic Lat/Lon坐标类型，Rotate and Transpose if Descending：No（该数据为升归），单击OK 打开Registration Parameters对话框。

图2. 6 Select Out Projection对话框

（2）在Registration Parameters对话框中，单击Choose按钮，选择文件输出路径及文件名。其他主要主要参数：

校正方法（Method）：Triangulation
重采样方法（Resampling）：Cubic Convolution

（3）单击OK按钮执行校正。

图2. 7 Registration Parameters对话框

第四步：查看/验证结果

校正结果有了Map Info信息。

在Toolbox中，打开SPEAR/SPEAR Google Earth Bridge，利用流程化工具将校正结果叠加到Google Earth中显示，可以看到结果和Google Earth中的底图基本吻合。

图2. 8在Google Earth中显示结果

2.3 基于GLT方法的国产卫星影像几何校正

GLT几何校正法利用输入的几何文件生成一个地理位置查找表文件（geographic lookup table，GLT），从该文件中可以了解到某个初始像元在最终输出结果中实际的地理位置。地理位置查找表文件是一个二维图像文件，文件中所包含两个波段：地理校正影像的行和列，文件对应的灰度值表示原始影像每个像素对应的地理位置坐标信息，用有符号整型储存，它的符号说明输出像元是对应于真实的输入像元，是由邻近像元生成的填实像元（infill pixel）。符号为正时说明使用了真实的像元位置值；符号为负时说明使用了邻近像元的位置值，值为0说明周围7个象元内没有邻近像元位置值。

GLT文件包含初始影像每个像元的地理定位信息，它的校正精度很高。避免了通过地面控制点利用二次多项式几何校正法对低分辨率影像数据的处理。

下面介绍的是国产卫星数据的几何校正，数据在" …\03.基于自带定位信息的几何校正\数据\3-风云三号卫星影像"中，具体操作如下：

第一步：打开数据文件

（1）File > Open，选择文件后缀是.he5的文件，进入Select HDF5 Datasets面板，如下图所示。

注：风云三号卫星影像是以HDF5格式储存，但是后缀名还是.hdf，因此手动改成.he5。

（2）文件中包含很多信息，选择图像数据EV_RefSB，点击中间的加载箭头，将所选数据加载到右边的列表中，单击右下角Open Rasters，打开图像。

（3）相同方法，同时将定位文件（Latitude和Longitude）打开。

注：同时打开的数据集会形成一个多波段的文件。