基于高分七号（GF-7）立体像对提取DSM和点云数据

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 https://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：

enviXX-win.exe
photogrammetryXX-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许可，并且许可包含摄影测量扩展模块，那么直接安装 photogrammetryXX-win.exe 重启ENVI即可使用。

2 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：envi.geoscene.cn/china

3 数据介绍

本次测试数据为两个相邻轨道的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，BWD和FWD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：

4 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。

5 单景DSM分别提取

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

2）按照下图和说明进行参数设置。

注：本例中只修改了Terrain Type为Mountainous，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：两个选项，分别为Flat、Mountainous。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。