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[ENVI]基于GF-7立体像对提取DSM和点云数据

转载 2021-04-15 10:01:44
标签: dsm提取 立体像对 gf7 高分七号 dem提取

ENVI 5.4的摄影测量扩展模块(原正射校正扩展模块)增加了两个工具,分别为:

· Generate Point Clouds and DSM by Dense Image Matching——利用高重叠度的多景图像(例如立体像对)提取点云数据和DSM

· RPC Orthorectification Using DSM from Dense Image Matching——利用高重叠度的多景图像(例如立体像对)提取点云数据和DSM。并基于此DSM对输入栅格图像进行正射校正。

注:以上两个工具需要摄影测量扩展模块许可支持。

本文使用ENVI 5.6进行测试。如果只是提取DSM,建议使用第一个工具,效率较高。

1 软件安装与许可申请

请访问 envi.geoscene.cn/envi_license 下载安装包和许可申请工具。

需要下载并安装如下文件:

    · /ENVI56/envi56-win.exe

    · /ENVI56/photogrammetry56-win.exe

然后按照博客方法激活试用许可。

注:如果之前已经激活 ENVI 5.6 许可,并且许可包含摄影测量扩展模块,那么直接安装 photogrammetry56-win.exe,重启 ENVI 即可使用。

中国国产卫星支持工具安装

若已安装,可略过此步骤,建议更新至最新版工具。

建议使用 ENVI App Store 进行 ENVI 扩展工具的下载和管理,方便随时查看和更新最新版工具。ENVI App Store 下载地址:envi.geoscene.cn/appstore

或可以手动下载链接:https://pan.baidu.com/s/1miL3euk

密码:obyz

1将下载的 Zip 文件解压到 ENVI 安装路径下(覆盖同名文件夹):

    · C:\Program Files\Harris\ENVI56\

2重启 ENVI 即可。

数据介绍

本次测试数据为两个相邻轨道不同时间拍摄的数据,文件列表如下。其中MUX为多光谱图像;PAN为全色图像,BWDFWD分别为后视和前视,两个PAN组成一个立体像对。

两景范围相对位置大致如下所示:

数据打开

在安装“中国国产卫星支持工具”后,可使用如下菜单打开GF-7数据。

在弹出的对话框中选择两个PAN.xml文件即可。BWD表示后视,FWD表示前视。

单景DSM分别提取

1)双击启动Toolbox/Terrain/Generate Point Clouds and DSM by Dense ImageMatching

2)按照下图和说明进行参数设置。

注:本例中只修改了Terrain TypeMountainous,其他选项均为默认。

注:在设置Input Rasters时,可选择Spatial Subset进行子区裁剪,仅获取局部DSM,提高效率。

参数说明:

    · Input Rasters:输入高重叠度的多景图像,例如立体像对数据;

    · Input DEM Raster:可选项,输入DEM数据;

    · Block Adjustment:是否进行区域网平差,默认Yes

    · Terrain Type:地形类型。两个选项,分别为FlatMountainous。根据实际情况选择;

    · Minimum Overlap:指定两景图像之间的最小重叠度。当某两景图像的重叠度小于此值时将被忽略。有效范围为0-100,默认55

    · Matching Threshold:此值表示匹配误差,0代表完美匹配。默认值为15。设置此值越小,越能提高可信度并减少误匹配;设置此值越大,将有助于捕捉细节,但是有可能造成过度误匹配。

    · Edge Threshold:有效范围0-100,默认值为5。设置此值越低时,将导致对比度低的区域出现更多的误匹配。设置值较高时,能够强制可接受匹配结果中包含更丰富的纹理和边缘信息。

    · Quality Threshold:质量阈值,有效范围0-100,默认值为60。每个像元会进行质量检查,主要基于匹配窗口图像的相似程度。质量检查有助于提升位于特征边缘的像元的精度。设置此值为0将导致估算所有匹配像元的高度,并生成很大的点云(LAS)数据,有可能包含很多冗余的、错误的点云数据。增加此阈值,将生成较少匹配点(和较小的LAS文件),但是点云质量较好。默认值60是一个可靠的、合理的阈值,可以生成高质量点云数据。设置更高的值将导致点云密度稀疏,并有可能存在数据空缺的情况。

    · Refine Point Clouds:如果设置为Yes,输出的点云数据高度会被平滑处理,但是将丢失亮度或颜色信息。

    · Output Point Cloud Directory:设置输出点云数据的路径。将在此路径下生成多个las文件。可在ENVI LiDAR中同时打开这些las文件。

    · Output DSM Raster:设置输出DSM文件路径,TIFF格式。

5.1 DSM结果查看

本次分别处理了相邻轨道的两对立体像对数据。单景DSM数据结果大小约3GB,空间分辨率为1米。单景提取时间约30分钟。

注:相邻景DSM提取可一次性输入所有立体像对,从而提取整幅DSM图像,免去了镶嵌过程,具体可参考章节6内容。

伪彩色渲染效果图如下:

使用其中一景DSM结果创建的山体阴影图及局部放大图如下所示。山体阴影图使用 Toolbox/Terrain/Topographic Shading Tool工具生成。局部放大图使用工具栏Annotations > Image Magnifier 实现,然后截图即可。这两个功能仅在较高ENVI版本中提供,比如ENVI 5.6

 如果多景DSM分别进行了提取,可使用Seamless Mosaic工具进行镶嵌。两景DSM镶嵌效果图(未匀色未羽化,最近领域重采样)如下所示。可以看到接边位置几乎没有色差,目视感觉DSM提取相对精度较高。

5.2 两轨DSM精度对比

1)首先使用/RasterManagement/Build Layer Stack工具进行两轨DSM的波段组合,通过如下按钮可输出重叠区。

2)通过波段运算公式(b1 ne 0 and b2 ne 0)*abs(b1-b2) 获取两景DSM重叠区的差值绝对值。经统计发现差值均值为5.55米。如下图所示,右图为两景DSM相差大于10米的区域,一般集中在云、云阴影、山体阴影、水体位置。

5.3 点云结果查看

ENVI主菜单选择 Display > ENVI LiDAR,可启动ENVI LiDAR主界面。

在工具栏选择“打开”按钮,选择所有las文件同时打开即可。

注:单景点云所有las文件大小约19GB。所以在处理时请确保足够的硬盘空间。尽量使用固态硬盘,能有效提高处理效率。

两景DSM同时提取

本工具可同时输入多对相邻的立体像对数据,可一次性得到最终镶嵌的DSM结果。当数据质量较好时(比如无云),建议采用这种方法。输入参数如下所示,一次性输入2对立体像对图像。其他参数与单景提取无异。

提取效果如下图所示,对比发现高程值与单景分别提取相差无几。

效率和硬件信息

硬件信息:

    · 笔记本:ThinkPad P52

    · CPUIntel(R) Core(TM) i7-8850H CPU @ 2.60GHz 六核

    · 内存:64.00 GB

    · 硬盘:固态硬盘

结果和效率:

    · 单景DSM结果(tif格式):3GB

    · DSM结果空间分辨率:1

    · 单景点云结果(las格式):19GB

    · 单景处理时间:30分钟

    · 多景同时提取时间和结果大小大概是单景的整数倍。


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