【干货】利用ENVI从航空影像中提取DEM

2018 年 1 月 8 日 无人机 测绘吧

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DEMExtraction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DEMExtraction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BuildRPCs，选择图像IMG1.。OK！弹出BuildRPCs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（FocalLength）和像中心点坐标x0，y0。

图1 BuildRPCs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BuildRPCs的窗口（图1）的右栏，点击Select Fiducialsin Display按钮，弹出InteriorOrientation 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AddPoint，依次添加8个框标点的位置参数（图3）。然后在InteriorOrientation Fiducials窗口的Options菜单下选择Export Fiducialsto Build RPCs Widget按钮，InteriorOrientation Fiducials窗口和图像显示的三窗口消失。

图2 Interior OrientationFiducials（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 inDisplay按钮，弹出Select GCPs inDisplay对话框，设置地面控制点的投影信息（图4）。点击OK。弹出ExteriorOrientation 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ExteriorOrientation 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ExteriorOrientation GCPs窗口的Options菜单下选择Export GCPs toBuild RPCs Widget按钮，ExteriorOrientation GCPs窗口和图像显示的三窗口消失。最后点击BuildRPCs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7RPC文件自动的加载到影像的MapInfo信息中了。）

图4GCPs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。（详细的操作流程，参照《ENVI遥感图像处理方法》。）

1）输入立体相对图像

在ENVI→Topographic→DEMExtraction→DEM ExtractionWizard→New弹出对话框，选择左影像（LeftImage）和右影像（RightImage），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。