基于TM影像的水体信息提取实习报告

1、目录实习目的3实习内容3一、操作环境3二、常用的水提取方法31 、非监督分类法32 、监督分类法33 、单波段阈值法44 、谱间关系法45 、归一化水体指数法4三、具体操作步骤及效果比较51 、非监督分类法52 、监督分类法63 、单波段阈值法73.1 步骤73.2 单波段阈值法分析84 、谱间关系法94.1 步骤94.2 分析95 、水体指数法1.05.1 步骤1.05.2 分析1.1四、水体提取的综合应用1.2.1 、水体及背景地物的光谱值分析1.2.2 、水体提取方法综合运用1.3.五、制图与输出1.6实习总结1.6实习目的1、熟悉ENVI软件的具体安装和操作；2、理解并能掌握水体信息的

2、提取方法、步骤及其结果评价方法；3、掌握遥感专题图的制图输出；4、通过实习，加深对所学遥感专业知识的理解与掌握，使理论知识融会贯通，提高实践动手能力和综合解决实际问题的能力。实习内容一、操作环境软件：ENVI4.7影像：某地区的TM影像二、常用的水提取方法1、非监督分类法也称聚类分析，是一种“盲目”的分类；仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律，即自然聚类的特性，进行分类；2、监督分类法根据已知训练区提供的水体样本，通过选择特征参数，求出特征参数作为决策规则，建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类；3、单波段阈值法单波段阈值法主要利用对水陆界线反映较好的TM影像的第5波段(中红外波段),根据

3、影像的灰度特征经过数据采样确定其阈值。进行水体的提取。提取模型如式1所示,其中TM5表示第五波段的灰度值,T为水体提取的灰度阈值:TM5<T(1)4、谱间关系法谱间关系法是周成虎等人提出,通过分析水体与其他地物的在TM影像各波段上灰度曲线图,发现水体具有独特的谱间关系特征,即波段2灰度值加波段3灰度值大于波段4灰度值加波段5灰度值。提取模型如式2所示:TM2+TM3>TM4+TM5(2)5、归一化水体指数法水体指数法的基本原理是通过波段之间的比值运算增强某些地物之间的反差。考虑水体的波谱特征是在TM2具有较强的透射性,TM5处于水的吸收带内,反映含水量敏感,因此采用TM2波段与TM

4、5波段数值之差和这两个波段数值之和的比值作为规一化水体指数(NDWI),当满足NDWI>C时所提取的地物为水体。归一化水体指数计算式如式3所示:NDWI=(TM2-TM5)/(TM2+TM5)(3)、具体操作步骤及效果比较1、非监督分类法Classification-Unsupervised-IsoData一选择实验影像一弹出对话框ISODATAParameter（选择最多分10类，循环10次）一生成非监督分类图像（通过类别的属性设置，使水体高亮显示黑色为其他地物，白色为水体,绿色为河岸、人造水塘等浅水体）原图像局部局部非监督分类图像2、监督分类法1）建立模板：原图像的Overlay菜单

5、一RegionofInterest一弹出对话框ROITool,选择样本2）评价分类模板：对话框ROITool-Option-ComputeROISeparability一弹出SelectInputFile对话框（选择原图影像）一弹出ROISeparabilityCacilation对话框（选择要评价的ROI）一生成ROISeparabilityReport。注:大于1.8即为合格3）进行监督分类Classification-Supervised-MaxinumLikelihood一选择实验影像一生成监督分类图像局部图像监督分类图像3、单波段阈值法3.1步骤1）确定阈值原图像的Overlay菜单

6、一RegionofInterest一弹出对话框ROITool一选择样本一确定阈值AOIRr>uh1Gll向着OpflfiOfiS/Mok/MmniReqIon#1Red1329points101.52.CBand hF1len5Jic-G.，盅或“Falx-2LULil2LIJEOT-EtegrianHIRTJ1323psintaBaicSt-itsHiciNahttean.BtdevBind112211尸18Q25确定阈值为21;2）进行提取BasicTools-BandMath（输入提取模型b5<21）一生成单波段阈值法提取的图像。单波段阈值法图像局部3.2单波段阈值法分析阈值

7、法关键的是阈值的确定，而阈值的确定至今都是一个难点，最佳阈值是经过反复试验得到。利用ENVI遥感图像处理软件对水体提取结果影像和假彩色合成影像利用link功能察看提取效果。，得出单波段阈值法除了提取出水体外，还提取出来几乎全部的阴影（图中黄色圈中为误提的阴影）。同时，提取出的水体宽度比实际小，右上角绿色圈中的细小水体漏提。在第五波段水体和非水体有明显的区别，但由于山体阴影的影响，使得中红外在阴坡面的反射能量特别低，从而造成山体阴影在影像上呈现出明显体暗色调，水体与阴影的混淆使得难以在单波段上通过阈值法来提取水体。4、谱间关系法4.1步骤BasicTools-BandMath（输入提取模型b2+

8、b3>b4+b5）生成谱间关系法提取的图像。谱间关系法图像局部4.2分析杨存建提出的水体具有(TM2+TM3)>(TM4+TM5)的特征的方法易操作、稳定性好。本文采用此方法经试验，得到如图所示的谱间关系法水体提取效果图。用ENVI对水体提取结果影像和原影像进行叠加判读，谱间关系法提取了几乎所有的水体区域，但是，此方法存在把阴影误提为水体的问题。5、水体指数法5.1 步骤1）建立NDWI模型：BasicTools-BandMath（输入（b2-b4）/（b2+b4）一生成NDWI的图像。NDWI图像局部2）选择水体样本：确定水体的NDWI范围NDWI图像的Overlay菜单一Reg

9、ionofInterest一弹出对话框ROITool一选择样本一确定范围确定范围为：max=0.49min=0.223）波段运算输出提取图像：BasicTools-BandMath（输入（b1<0.49andb1>0.22）一生成NDWI的图像水体指数图像某局部1某局部2某局部35.2 分析改进的归一化差异水体指数（NDWI）法提取漏提了部分水体（如局部3）,主要也是因为水体被污染（如山洪爆发使水体混入了泥沙）后和非水体在影像上表现为差别不大，由于确定的范围问题，部分水体（如局部2）中间部分有“椒盐噪音”现象，可以通过分类后图像处理解决（如腐蚀、膨胀）四、水体提取的综合1、水体及背

10、景地物的光谱值分析我们对易混淆的地物进行了采样统计，做出水体与易混淆地物的光谱特征曲线图，分析了以上方法产生误提和漏提的原因，并观察地物的光谱特征规律，研究如何综合各方法的优势，取得好的提取效果。首先，在遥感影像上，就每种地物选取一定的研究样本，测定各波段的光谱亮度值，并从中抽取一些典型而具有代表性的样本。统计后平均值数据列于表1中，并对同一地物同一波段的采样点亮度值做均值统计，做出如图所示的地物光谱特征曲线图。TM2TM3TM4TM5水体726017291河岸等浅水体74765261阴影4335211341表1地物光谱特征曲线图从地物光谱特征曲线图中可以看出由于在第五波段阴影和水体的亮度值较

11、接近，单波段阈值法无法将水体单独提取出来；水体、河岸及浅水体和阴影在第2、3、4、5波段上均有(TM2+TM3)>(TM4+TM5)的光谱特性，所以用光谱间关系法提取水体时误提了很多东西出来；河岸及浅水体TM2和TM5采样点的亮度值比较接近，所以用改进归一化差异水体指数法会提取出部分河岸及浅水体。同时，阴影的亮度值也具有TM2>TM5的特征，导致阴影被误提为水体。2、水体提取的解决方案分析了上述3种方法的提取效果，并结合地物的光谱特征曲线图，我们得出的解决方法如下(1) 如何解决阴影的误提：(TM2+TM3)>(TM4+TM5)特征对消除易混淆的阴影的效果较好，但对部分阴影，(TM2+TM3)>(TM4+TM5)影像仅起到了增加水体和阴影亮度差值的作用。用谱间关系法和改进的归一化差异水体指数(NDWI)法都不易消除阴影的影响。因此，可以用T0>(TM2+TM3)-(TM4+TM5)>T1(T1为阈值)的方法来解决。(2) 如何解决河岸及浅水体的误提：光谱特征曲线图第五波段水体和阴影的亮度值差异不大，而河岸及浅水体的亮度值与水体和阴影的亮度值差异很大。因此可采用TM5<T2(T2为阈值)来消除河岸及浅水体的影响。通过上述分析得到水体提取综合方法，对影像进行处理，流程如图所示