【ENVI入门系列】07.图像自动配准

图像自动配准

1. 概述

2. 详细操作步骤

2.1 相同分辨率影像的图像配准

第一步：选择图像配准的文件

第二步：生成Tie点

2.2 不同分辨率影像的图像配准

1 概述

经常在实际数据生产中会遇到，同一地区的图像或者相邻地区有重叠区的图像，由于几何校正误差的原因，重叠区的相同地物不能重叠，这种情况对图像的融合、镶嵌、动态监测等应用带来很大的影响。遇到这种情况，可以利用重叠区的匹配点和相应的计算模型进行精确配准。

图像配准(Image Registration)就是将不同时间、不同传感器（成像设备）或不同条件下（天候、照度、摄像位置和角度等）获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程。

本课程学习使用Image Registration Workflow对两幅几何位置有偏差的影像进行配准。Image Registration Workflow，它是自动、准确、快速的影像配准工作流，将繁杂的参数设置步骤集成到统一的面板中，在少量或者无需人工干预的情况下能快速而准确的实现影像间的自动配准。

练习数据包括一对相同分辨率、不同成像时间的数据，一对不同分辨率、相同成像时间的全色和多光谱数据，具体情况如下：

文件	说明
01-b.img（.hdr）、02-b.img（.hdr）	2.5米空间分辨率、不同成像时间的影像数据
多光谱图像.dat（.hdr）、全色图像.dat（.hdr）	2.1米全色、6.8米多光谱的影像数据

2详细操作步骤

Image Registration Workflow工具需要两幅影像，其中一幅是基准影像，另一幅则是待配准影像。配准工具支持的数据格式有：

ENVI, TIFF, NITF, JPEG 2000, JPEG, Esri® raster layer。
Geodatabase raster。
Web Services。

基准图像必须包括标准的地图坐标或者RPC信息，不能是像素坐标、有坐标没有投影信息（arbitrary坐标信息）和伪坐标（pseudo）；待配准影像没有严格约束，但如果没有坐标信息，需要手动选择至少3个同名点。

如果可输入的影像数据中某一个具有更高的定位精度，或是正射影像，那么最好用这个影像作为基准影像。

Image Registration Workflow工具中进行图像自动配准的特定步骤如下：

（1）选择图像配准的文件；

（2）生成Tie点；

（3）检查Tie点和待配准图像；

（4）输出图像配准的结果。

整个过程是在流程化操作Image Registration Workflow工具中完成的。

2.1相同分辨率影像的图像配准

以两幅具有一定重叠区的、已做过几何校正的Spot5影像为例，数据在"…\07.图像自动配准\数据\ spot5"中。

第一步：选择图像配准的文件

（1）打开01-b.img和02-b.img图像，在工具选择Portal工具，浏览两个数据叠加情况，发现有一定的偏差。

图1 两个图像叠加显示

（2）在Toolbox中，打开/Geometric Correction/Registration/Image Registration Workflow，启动自动配准的流程化工具，Base Image File选择基准影像01-b.img，Warp Image File选择待配准影像02-b.img，点击Next。

图2 选择输入文件

第二步：自动生成Tie点

默认参数设置能满足大部分的图像配准需求，本练习选择默认参数设置，以下是对三个选项中的参数说明。

（1）在Tie Points Generation面板中，选择Main选项。

图3 Tie点参数设置面板

各参数说明如下：

匹配算法（Matching Method）：提供两种算法，Cross Correlation：一般用于相同形态的图像，如都是光学图像；Mutual Information：一般用于不同形态的图像，如光学-雷达图像，热红外-可见光等。
最小Tie点匹配度阈值（Minimum Matching Score）：自动找点功能会给找到的点计算一个分值，分值越高精度越高。当找到的Tie点低于这个阈值，则会自动删除不参与校正。阈值范围0-1。
几何模型（Geometric Model）：提供三种过滤Tie点的几何模型，不同模型适用不同类型的图像，以及需要设置不同的参数。

1、Fitting Global Transform：适合绝大部分的图像。还需要设置以下两个参数：

变换模型（Transform）：包括一次多项式First-Order Polynomial和放射变化RST。
每个连接点最大允许误差（Maximum Allowable Error Per Tie Point）：这个值越大，保留的Tie越多，当精度约差。

2、Frame Central Projection：适合于框幅式中心投影的航空影像数据。

3、Pushbroom Sensor：适合带有RPC文件的图像。

（2）Seed Tie Points选项：

在这个面板中，可以实现对种子点（同名点）的读入、添加或者删除。以下两种情况需要手动选择Seed Tie：

如果待配准影像没有坐标信息，需要手动选择至少3个同名点，即这里的种子点。
当基准影像或者待校正影像质量非常差，如地物变化很明显等情况，可以手动选择几个Seed Tie点，这样可以提高自动匹配的精度。

图4 Seed Tie Points设置种子点面板

各个选项如下：

Switch To Warp/Switch to Base：基准影像与待配准影像视图切换按钮
Show Table：种子点列表
Start Editing：添加和编辑种子点
Seed Tie Points：种子点个数

注：

1）点击Import Seed Tie Points按钮，可以选择已有的Tie点文件。

2）种子点（即同名点）具有编号，在基准影像中用紫色标记，在待配准影像中用绿色标记；编号与Tie Points Attribute Table（点击Show Table打开）中的POINT_ID相一致。

（3）Advanced选项：

在这个面板中，可以设置匹配波段、拟生成的Tie点数量、匹配和搜索窗口大小、匹配方法等。

图5 Tie点生成高级参数设置

各个参数如下：

Matching Band in Base Image：基准影像配准波段
Matching Band in Warp Image：待配准影像配准波段
Requested Number of Tie Points：Tie点个数，不能小于9。
Search Window Size：搜索窗口大小，需要大于匹配窗口大小，搜索窗口越大，找到的点越精确，但是需要时间越长。简单预测搜索窗大小的方法：让待配准图像50%透明显示，之后量测两个同名点之间的像素距离D，搜索窗口最小为（D+5）*2
Matching Window Size：匹配窗口大小，会根据输入图像的分辨率自动调整一个默认值。
Interest Operator：角点算子，Forstner方法精度最高速度最慢。