专题：利用高分辨率影像提取城市绿地信息1

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专题：利用高分辨率图像提取城市绿地信息

1、专题概述

城市绿地在改善城市生态环境和人居环境起着积极的作用，城市绿地含量逐渐成为衡量城市生活质量的一个重要指标。此外，城市绿地的空间分布格局与其生态效应有着密切的关系。因此，必须客观、准确地掌握城市绿地信息。目前，随着航天遥感技术的发展，高分辨率遥感图像在国内已经得到广泛的应用。而这些高分辨率图像的出现，也给城市绿地信息提取提供了更为有效而便捷的手段。

本专题详细介绍了利用0.5米空间分辨率的WorldView-2图像提取城市绿地空间信息的完整流程，专题涉及WorldView-2图像正射校正、融合、大气校正、面向对象图像信息提取等内容。除了使用ENVI主模块功能外，还需要用到大气校正扩展模块中的快速大气校正工具（QUAC）、ENVI EX扩展模块中的Feature Extraction工具。

2、处理流程介绍

根据WorldView-2图像处理特点以及城市绿地提取技术要求，采用的技术路线为：先对WorldView-2数据进行预处理，包括图像融合、正射纠正、大气校正、图像裁剪；在预处理结果的基础上，采用面向对象图像信息提取的方法提取城市绿地信息；最后对提取的绿地矢量结果进行后处理。具体流程如图专-1.1所示。

图 专-1.1 流程图 流程说明：

一、图像获取：WorldView-2图像数据选择带RPC文件的LV2A级数据，其中多光谱数据是由8个波段组

成，也可以是包含红色、近红外等4个波段组成的产品；成像时间为6~9月份，这期间植被长势最好。

二、图像融合：根据WorldView-2卫星的特点，先做全色和多光谱图像的融合，再利用全色图像的RPC网址：http://wendang.chazidian.com 技术支持网站：http://wendang.chazidian.com 电话：010-57632288 技术支持热线：400-819-2881-7

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文件对融合图像进行正射纠正，得到的融合图像正射纠正结果与全色图像正射纠正结果在相同条件下的精度是一致的。这样的顺序能减少流程而提高效率，并且进行全色和多光谱的图像融合时，能保证他们之间精确的空间配准。

三、正射纠正：基于控制点+RPC+DEM完成正射纠正过程，控制点从参考影像中选择，也可以使用野外

测量获取的控制点。

四、大气校正：使用快速大气校正工具（QUAC）去除部分大气的影响，在进行面向对象绿地信息提取环

节中，提高计算对象的NDVI、光谱属性值的精度，。

五、面向对象绿地信息提取：选择一部分区域作为实验区，获取分类规则，包括对象分割和合并阈值、

对象提取规则，然后将实验区的分类规则应用到整个图像中。

六、矢量后处理：整个过程是在ArcGIS@ Desktop的 ArcMAP中完成，包括矢量结果检查与编辑、矢量数

据拼接与裁剪、属性赋值。

说明：①这个处理流程中没有图像镶嵌和裁剪过程，主要是为了减少整个过程的图像计算量以提高效率。WorldView-2图像的空间分辨率（0.5米）和辐射分辨率（16bit）非常高，我们采取分别对单景图像进行预处理和绿地信息提取的方式，最后对生成的绿地矢量数据进行拼接和裁剪，这样就避免了一次性处理海量图像带来的不便。

②基于其他高分辨影像（如QuickBird、IKONOS、GeoEye等）可采用类似的流程。

3、详细处理过程

以下有部分基础内容没有详细描述，在阅读这些内容时，假设您已经具备了基本的ENVI操作知识。（练习数据存放在“..\ 专题：利用高分辨率影像提取城市绿地信息”中）

3.1数据预处理

第一步：图像融合

选择ENVI的Pan Sharpening融合方法，本专题中选择在ENVI EX中完成这个过程，具体操作如下：

(1) 启动ENVI EX，在ENVI EX中打开WorldView-2多光谱和全色图像（选择.TIL后缀名的文件打开）。

(2) 在Toolbox中，双击Pan Sharpening工具。在第一个弹出对话框中单击选择多光谱图像文件，单击

OK按钮。

(3) 在弹出的对话框中选择全色图像文件，单击OK按钮，进入Pan Sharpening参数面板（图专-1.2）。

(4) 自动识别传感器类型（Sensor）:WorldView-2；选择输出路径及文件名，其他参数选择默认，单击

OK执行Pan Sharpening融合。

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图 专-1.2 Pan Sharpening参数面板

说明：①如果融合的图像文件非常大，需要选择ENVI EX→File→Preferences，将Directories选项中的Temporary Directory选择为一个具有较大磁盘空间的目录（至少为图像融合结果大小的一倍），重启ENVI EX。

②如果WorldView-2图像文件是以多个.TIF文件构成，应该选择.TIL文件，ENVI会自动镶嵌.TIF图像文件。

第二步：图像正射纠正

在正射纠正之前，需要确定控制点以及输出正射纠正图像的坐标系，本专题中都采用北京54坐标系，首先在ENVI中定义北京54坐标系。

手动添加北京54坐标系的椭球体和基准面：打开安装目录下HOME\ITT\IDL7x\products\envi4x\map_proj\ellipse.txt文件，将“Krasovsky，6378245.0，6356863.0”添加到末端；打开安装目录下HOME\ITT\IDL7x\products\envi4x\map_proj\ datum.txt文件，将“D_BEIJING_1954, Krasovsky, 0,0, 0” 添加到末端。

启动ENVI软件，选择主菜单→Map→Customize Map Projection，图专-1.3所示。

（1） 投影坐标系名称（Projection Name）：BJ-54 6Degree 123E。

（2） 选择投影类型（Projection Type）：Transverse Mercator。

（3） 选择基准面类型（Projection Datum）：选择D_BEIJING_1954。

（4） 东偏距离（False eastion）：500000。

（5） False northing：0

（6） 中央纬线（Latitude）： 0

（7） 中央经线（Longitude）：123

（8） 中央经线长度比（Scale factor）：0.9996。

（9） 选择Projection→Add New Projection, 将投影添加到 ENVI 所用的投影列表中。

选择 File→ Save Projections，存储自定义的投影坐标，一个自定义投影坐标完成。

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图 专-1.3 自定义坐标系参数面板

说明：①为了更好的与ArcGIS系列产品兼容，从ENVI 4.7开始，所有产品包括 ENVI、ENVI+IDL、ENVI Zoom 和ENVI EX，全部采用ArcGIS投影转换引擎（ENVI4.7之前的版本用的是GCTP——常规制图转换包），对我们来说，ENVI菜单中所有的投影操作不变，同时还直接支持ArcGIS中的投影类型。但是自定义北京54及西安80坐标系有一些改变，即定义两个坐标系的基准面（datum）时候使用统一的名称：D_BEIJING_1954和D_Xian_1980。

②这里采用的北京54坐标系是等角投影坐标系，对统计绿地面积会产生一定的系统误差。

下面开始利用控制点正射纠正图像。

(1) 打开第一步中的融合结果图像，在Display窗口中RGB:532真彩色显示。

(2) 在ENVI主菜单中，选择Map→Orthorectification→WorldView→ Orthorectify WorldView with Ground

Control，在文件对话框中选择WV-2_pansharpening融合结果，单击OK，打开Ground Control Points Selection面板。

(3) 在Ground Control Points Selection面板中，单击Change Proj…按钮。

(4) 在打开的Projection Selection面板中，选择前面定义好的坐标系：BJ-54 6Degree 123E。单击OK回到

Ground Control Points Selection面板中。开始选择地面控制点，下面使用两种选择控制点的方法。

手动输入控制点信息：

a) 在校正图像Display中移动方框位置，寻找明显的地物特征点作为输入GCP。

b) 在Zoom窗口中，移动定位十字光标（利用键盘↓↑←→微调），将十字光标定位到地物特征点上。

c) 在Ground Control Points Selection面板上，将这个点坐标x（E）、y（N）、高程（Elev）值键盘输入，单击Add Point按钮添加控制点。

从参考图像上选择控制点（从参考图像上获得坐标x（E）、y（N）、高程（Elev）值）：

a) 打开参考图像文件gcpimage.img和DEM数据Aster-dem.tif，在波段列表中打开参考图像Edit Header，

选择Edit Attributes→Associate DEM File，将参考图像文件和DEM数据进行绑定，这样就可以在参考图像上获取x、y和相同位置的高程（Elev）值。在Display中显示参考图像文件。

b) 在显示校正图像WV-2_pansharpening.img的Display窗口中，单击右键选择Geographic Link，将显示

校正图像和参考图像的Display进行地理链接。

c) 在校正图像Display中找到明显地物特征点，并在Zoom窗口中用十字光标定位。由于校正图像有RPC文件进行基本地理定位，在参考图像的Display中会自动定位到大致位置。

d) 在参考图像Display窗口中，单击右键选择Geographic Link，断开两个Display

窗口的地理链接，网址：http://wendang.chazidian.com 技术支持网站：http://wendang.chazidian.com 电话：010-57632288 技术支持热线：400-819-2881-7

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在Zoom窗口中移动十字光标精确定位到相同位置。

e) 在参考图像的Display窗口中右键选择Pixel Locator菜单，在弹出的面板中有当前十字光标的坐标信息，单击Export按钮自动将x（E）、y（N）、高程（Elev）导入Ground Control Points Selection面板中。

f) 在Ground Control Points Selection面板中，单击Add Point按钮添加控制点。

(5) 整景图像上选择8~12个点即可。

(6) 在Ground Control Points Selection面板上，单击Show List按钮，打开选择的控制点列表，可以用鼠

标选择逐个浏览每个控制点情况。

(7) 控制点的RMS为3.6个像素左右，约为1.8米的误差，基本符合精度要求。

图 专-1.4 控制点选择面板与列表

(8) 在Ground Control Points Selection面板上，选择Options→Orthorectify File，在文件选择对话框中选

择待校正的WorldView文件，单击OK弹出对话框选择WorldView全色图像的RPC文件（.rpb），之后打开Orthorectification Parameters面板。

(9) 在Orthorectification Parameters面板中，单击Select DEM File按钮，选择DEM文件；单击Change proj…

按钮选择输出投影坐标系：BJ-54 6Degree 123E；选择输出路径及文件名：wv-2_Pansharpening_ortho.img；其他选择默认，如图专-1.5所示。单击OK执行正射校正。

图 专-1.5 Orthorectification Parameters面板

说明：①这里正射纠正使用的DEM是像元分辨率30米免费ASTERG-Dem，这个分辨率的DEM远不能满足0.5米图像的正射纠正要求，在实际生产中需要至少1：5000比例尺的DEM数据。

②参考图像、控制点、DEM数据的坐标系与正射纠正结果保持一致，能减少一定的系统误差。

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