PatchMaker

PatchMaker 是一个遥感影像处理工具套件，包含Python和IDL两个部分。Python部分专注于多源遥感数据的裁剪、合并和地理信息提取；IDL部分（原IDL_GeoProcessingSuite）则专注于高分三号（GF3）数据处理。该套件支持多类型遥感数据的联合处理，提供一系列用于数据准备、处理和分析的实用工具。

项目结构

该项目分为 Python 和 IDL 两个主要部分：

Python 部分

Python部分分为根目录和 Unit 目录两个主要部分：

根目录

包含集成模块和高级功能脚本：

1. Reads.py
   影像边界读取脚本，用于从 TIF 文件中提取地理边界并生成 GeoJSON 文件。

2. ReadTimes.py
   时间信息提取脚本，可从文件夹名称中提取日期信息并与 TIF 文件匹配。

3. Cuts.py
   多影像裁剪脚本，用于处理多个文件夹中的匹配影像，提取共同区域并生成裁剪后的 TIF 文件。

Unit 目录

包含基础功能模块，实现核心影像处理功能：

1. Cut.py
   基础裁剪脚本，用于裁剪两幅影像的重叠区域。

2. CutGeoJson.py
   GeoJSON 分割脚本，将大区域 GeoJSON 分割为四个子区域。

3. MergeTiff.py
   影像合并脚本，将多个分块 TIF 文件合并为单一 TIF 文件。

4. ReadAndCut.py
   读取与裁剪联合脚本，基于参考影像有效区域裁剪目标影像。

5. Read.py
   基础数据读取脚本，提供了影像读取和基础信息提取功能。

6. ListDir.py
   目录遍历脚本，用于列出并处理特定目录中的文件。

IDL 部分

主要用于高分三号（GF3）数据处理，分为 Unit 和 Integration 两个部分：

IDL/Unit 文件夹

单元模块，负责实现数据处理的核心功能，包括以下脚本（按执行顺序）：

1. GF3_Import_Process.pro
   导入高分三号数据的脚本，用于加载并预处理数据。

2. GF3_Filter_Process.pro
   数据过滤与增强脚本，用于对高分三号数据进行去噪和增强。

3. Geocoding_Process.pro
   地理编码脚本，用于将数据映射到地理坐标系。

4. Generate_Meta_From_DB_With_Dimensions.pro
   Meta 文件生成脚本，从数据文件中提取维度和其他元信息，生成 meta 文件。

5. Generate_DEM.pro
   数字高程模型（DEM）生成脚本，从影像中提取高程信息。

6. Export_Meta_To_TIFF.pro
   数据导出脚本，将处理后的数据和 meta 信息导出为 TIFF 格式文件。

7. GF3_Multilooking_Process.pro
   多视处理脚本，用于提升图像质量或合成多个视角的数据。

IDL/Integration 文件夹

集成模块，整合 Unit 中的单元模块，完成完整数据处理流程：

1. GF3_Pipeline_Process.pro
   高分三号数据处理管道脚本，串联多个单元模块，实现完整的自动化数据处理流程。

2. GF3_One_Process.pro
   单次处理脚本，用于调试或快速执行单个完整操作。

功能特点

Python 特点

• 多源影像处理：支持光学和 SAR 遥感影像的联合处理和分析
• 影像裁剪：基于重叠区域进行精确裁剪，保证空间一致性
• 地理信息提取：从影像中提取地理边界并转换为标准 GeoJSON 格式
• 时间信息匹配：从文件夹名称中提取时间信息并与影像文件匹配
• 影像合并：将分块处理的影像无缝合并为完整影像
• 区域分割：将大区域 GeoJSON 分割为子区域，便于分块处理

IDL 特点

• 高分三号数据处理：专为高分三号卫星数据设计的处理流程
• 多视处理：提供多视合成功能，提升图像质量
• 单通道强度数据滤波：针对雷达数据的滤波处理
• 地理编码与辐射定标：确保数据的地理准确性和辐射校正
• 完整处理流程：从数据导入到导出的全流程处理能力

使用说明

Python 环境要求

• Python 3.13

IDL 环境要求

• IDL 环境（建议版本：8.8 或 9.1）
• ENVI 软件（建议版本：5.6 或 6.1）
• 高分三号数据文件

快速开始

Python 部分

1. 克隆本项目到本地并安装依赖：

   git clone https://github.com/Mriris/PatchMaker.git
   pip install -r Python/requirements.txt

2. 根据需要修改脚本中的文件路径：

   • 打开相应脚本，修改 input_dir 和 output_dir 变量为实际路径

3. 执行特定功能：

   • 裁剪两幅影像的重叠区域：

     python Python/Unit/Cut.py

   • 基于多源影像进行裁剪：

     python Python/Cuts.py

   • 提取影像边界为 GeoJSON：

     python Python/Reads.py

IDL 部分

1. 在 IDL 环境中加载并运行需要的脚本：

   • 单独测试某一功能时，可加载 IDL/Unit 文件夹中的脚本。
   • 执行完整流程时，可加载 IDL/Integration 文件夹中的脚本。

2. 执行完整流程示例：

   .compile 'GF3_Pipeline_Process.pro'
   GF3_Pipeline_Process

数据处理流程示例

Python 处理流程

影像裁剪流程

1. 读取光学和 SAR 影像
2. 提取有效像素区域并转换为几何对象
3. 计算两幅影像的重叠区域
4. 基于重叠区域裁剪两幅影像
5. 更新元数据并保存裁剪结果

GeoJSON 分割流程

1. 读取原始 GeoJSON 文件
2. 获取多边形边界框和中心点
3. 创建四个子多边形（左上、右上、左下、右下）
4. 将每个子多边形保存为独立的 GeoJSON 文件

时间信息提取流程

1. 遍历 TIF 文件目录
2. 从文件名中提取标识信息
3. 搜索目标文件夹中的匹配子文件夹
4. 从子文件夹名中提取日期信息
5. 输出 TIF 文件与对应日期的匹配关系

IDL 处理公式和算法

UTM Zone 计算公式

在高分三号数据处理中，UTM Zone（UTM 区号）是根据数据集文件夹名中的经度信息来计算的。

1. 解析文件夹名中的经度信息
   文件夹名格式通常包含经度信息，计算 UTM Zone 需要从文件夹名中提取该经度。文件夹名的第四部分包含经度信息，我们首先提取该部分，然后去掉首字母。

2. UTM Zone 计算公式
   UTM Zone 是根据经度值来确定的，具体计算公式为：

$$\text{UTM Zone} = \left\lfloor \frac{\text{longitude}}{6} \right\rfloor + 31$$

• 经度是文件夹名中提取的经度值
• $\left\lfloor x \right\rfloor$ 表示向下取整（整数部分）
• $31$ 是加上的基准值，用于确定起始区号

多视因子计算公式

在高分三号数据处理中的 多视因子 计算是为了进行图像处理中的 多视合成，这通常用于提升图像质量或处理雷达图像的分辨率。

1. 地面分辨率
   地面分辨率计算公式为：

$$\text{ground_resolution} = \frac{\text{pixel_spacing_rg}}{\sin \left( \frac{\pi \cdot \text{incidence_angle}}{180} \right)}$$

• pixel_spacing_rg 是雷达方向的像素间距
• incidence_angle 是入射角度，单位为度
• $\sin$ 是正弦函数

2. Range 多视因子
   Range 多视因子计算公式为：

$$\text{range_multilook} = \lceil \frac{\text{ground_resolution}}{\text{pixel_spacing_rg}} \rceil$$

• pixel_spacing_rg 是雷达方向上的像素间距
• $\lceil x \rceil$ 表示向上取整

3. Azimuth 多视因子
   Azimuth 多视因子计算公式为：

$$\text{azimuth_multilook} = \lceil \frac{\text{ground_resolution}}{\text{pixel_spacing_az}} \rceil$$

• pixel_spacing_az 是方位方向上的像素间距

参考资料

Python 参考资料

• Rasterio 文档
• Shapely 文档
• GeoPandas 文档

IDL 参考资料

• IDL String 方法
• IDL String Split
• CSDN 博客文章

本地 ENVI 安装帮助文件

以下路径为 ENVI 软件本地帮助文档路径，仅在安装 ENVI 软件后可用：

• SARscape 多视处理：
  file:///D:/Application/Harris/SARscape/auxiliary/envi_extensions/idl/help/SARscape/multilooking.htm
• SARscape 多视任务处理：
  file:///D:/Application/Harris/SARscape/auxiliary/envi_extensions/idl/help/SARscape/sarmap_task_multilooking.htm
• GMTED2010 概述：
  file:///D:/Application/Harris/ENVI56/IDL88/help/online_help/Subsystems/envi/Content/GeorectifyImagery/GMTED2010Overview.htm
• ENVI 扩展任务导出 TIFF：
  file:///D:/Application/Harris/ENVI56/IDL88/help/online_help/Subsystems/envi/Content/ExtendCustomize/ENVITasks/ENVIExportRasterToTIFFTask.htm
• ENVI OpenRaster 文档：
  file:///D:/Application/Harris/ENVI56/IDL88/help/online_help/help.htm#search-OpenRaster
• ENVI Raster 文档：
  file:///D:/Application/Harris/ENVI56/IDL88/help/online_help/Subsystems/envi/Content/ExtendCustomize/ENVIRaster/enviRaster.htm