遥感原理与应用实验一

遥感原理与应用实验实验一、ENVI软件功能简介实验一、ENVI功能简介ENVI支持文件格式ENVI的窗口和显示ENVI基本功能FeatureExtraction空间特征提取模块DEMExtraction立体像对高程提取模块AtmosphericCorrection大气校正模块1.1ENVI简介——ENVI/IDL体系结构ENVIIDL扩展模块主模块开发语言IDLAdvanced数学与统计扩展工具包IDLDataMiner数据库连接工具包Orthorectification正射校正模块NITFNITF数据支持模块1.1ENVI简介——ENVI从图像中获得您所需的信息

Data->InformationPanchromatic全色Multispectral多光谱Hyperspectral高光谱Radar雷达Lidar激光雷达Thermal热量数据Terrain地形数据GPS位置数据Vector矢量数据三维可视分析制图输出GIS分析Geodatabase1.1ENVI简介——大气校正扩展模块(AtmosphericCorrection)可以有效地去除水蒸气,气溶胶散射，漫反射的邻域效应。获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数。使影像变得“清晰”1.1ENVI简介——立体像对高程提取扩展模块(DEMExtraction)快速从ALOSPRISM,ASTER,CARTOSAT-1,FORMOSAT-2,GeoEye-1,IKONOS,KOMPSAT-2,OrbView-3,QuickBird,WorldView-1,SPOT1-5等以及航空影像立体像对中提取DEM。全面支持RPC模型参数，尽可能少的控制点以达到有效的精度使用DEM编辑工具对提取的DEM做局部编辑交互量测特征地物的高度和收集3D信息并导出为3DShapefile文件格式提供面向对象方法、易于使用的向导操作流程从高分辨率全色和多光谱数据中提取地物信息。包括：交通工具飞机,坦克,汽车,船只建筑物建筑物轮廓,屋顶基础设施道路,桥梁,机场,海港码头自然要素河流,湖泊,森林,田地云和雾1.1ENVI简介——空间特征提取扩展模块（FeatureExtraction）1.1ENVI简介——正射校正扩展模块（Orthorectification）由瑞典的Spacemetric公司开发支持大多数传感器模型快速、容易和精确校正影像同时对多幅影像正射校正集成镶嵌和裁剪（标准分幅）功能可以自行开发新传感器模型提供程序接口便于扩展流程化操作方式（Workflow）1.1ENVI简介——NITF数据支持扩展模块

（NITF）读写、显示标准NITF格式文件JPEG2000编码压缩NITF格式文件支持NITF2.0、NITF2.1和NSIF1.0之间的转换读写从商业卫星、NCDRD和第二图像格式（NSIF）中获得政府标准数据广泛支持NSDE的分类或未分类的TREs，也包括自定义的TREs1.1ENVI简介——ENVI/IDL的特点先进、可靠的影像信息提取工具——全套影像信息智能化提取工具,全面提升影像的价值。专业的光谱分析——高光谱分析一直处于世界领先地位。随心所欲扩展新功能——底层的IDL语言可以帮助用户轻松地添加、扩展ENVI的功能，甚至开发定制自己的专业遥感平台。流程化图像处理工具——ENVI将众多主流的图像处理过程集成到流程化（Workflow）图像处理工具中，进一步提高了图像处理的效率。与ArcGIS的整合——从2007年开始，与ESRI公司的全面合作,为遥感和GIS的一体化集成提供了一个典型的解决方案。1.2安装目录结构Bin：相应的ENVI运行目录。Data：数据目录，保存一矢量文件夹（一些矢量数据）、两个TM5栅格数据、两个DEM数据和一个高光谱数据。Filt_func：ENVI常规传感器的光谱库文件。例如：aster、modis、spot、tm等。Help：ENVI的帮助文档。Lib：IDL生成的可编译的程序，用于二次开发。Map_proj：影像的投影信息，文本格式，客户可以进行定制。Menu：ENVI菜单文件，可以进行中、英文菜单互换。Save：应用IDL可视化语言编译好的、可执行的ENVI程序。Save_add：客户自主开发的、可执行程序，比如各种补丁程序。Spec_lib：波谱库，不同地区可以有不同的波谱库，用户可以自定义。二、ENVI的窗口和显示

使用ENVI软件时，打开图像通常有三个窗口，即主影像窗口（MainImageWindow）、滚动窗口（ScrollWindow）和缩放窗口（ZoomWindow），见图1.1。图1.1ENVI显示窗口组：主影像窗口、滚动窗口和缩放窗口2.1ENVI主菜单ENVI主菜单位于显示窗口的顶部，在默认情况下，它显示于主影像窗口的顶部，并提供交互式的影像显示和分析功能，见图1.2。图1.2主影像窗口中的overlay菜单和快捷菜单2.2可用波段列表ENVI可以打开影像文件或者这些文件中的单个波段。可用波段列表（AvailableBandsList）是一个特殊的ENVI对话框，它包括了所有被打开文件中可用的影像波段，以及与此相关的地图信息列表，见图1.3。图1.3可用波段列表对话框三、ENVI基本功能打开影像文件显示光标位置

显示影像剖面廓线

进行快速对比拉伸显示交互式的散点图加载一幅彩色图像链接两个显示窗口选择感兴趣区域（RegionofInterest）对影像进行注记添加网格保存和输出影像将影像保存为ENVI的影像格式3.1打开影像文件要打开一个影像文件可以分以下几个步骤：选择File→OpenImagefile。在屏幕上弹出文件选择对话框“EnterInputDataFile”。选择要打开的影像文件，然后点击ok。在可用波段列表中就会显示刚才选择的文件，使用鼠标左键点击选择影像的显示方式（GrayScale或RGB）。点击LoadBand或LoadRGB，将影像加载到一个新的显示窗口。图像加载后，可以熟悉一下窗口的各个界面，以及对图像主窗口、滚动窗口和缩放窗口进行相关操作。3.2显示光标位置

要显示鼠标光标的位置和值，可以从主影像窗口菜单栏或者从ENVI主菜单栏中选择Window→CursorLocation/Value，或者在主影像窗口中点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择CursorLocation/Value。接着在屏幕上出现的CursorLocation/Value对话框将显示出光标在主影像窗口。滚动窗口或者缩放窗口中的位置，见图1.4。该对话框还显示了十字丝光标所对应的那个象素的屏幕颜色值和实际数据值。要关闭这个对话框，可以在CursorLocation/Value对话框顶部的菜单中，选择file→cancel。一旦CursorLocation/Value对话框打开以后，要隐藏或显示该对话框，可以在主影像窗口中双击鼠标左键即可。图1.4CursorLocation/Value对话框3.3显示影像剖面廓线

可以交互式的选择和显示X轴（水平）、Y轴（竖直）和Z轴（波谱）的剖面廓线图。这些剖面廓线图显示了穿过影像的横线X，纵线Y或者波谱波段Z的数据值。从主影像窗口菜单栏中，选择Tools→Profiles→Xprofle，将会打开一个绘制窗口，该窗口将根据影像中所选择的行，绘制出一幅数值与列号（samplenumber）之间的关系曲线图，见图1.5。重复上述过程，选择Yprofile，绘制出一幅数据值与行号（linenumber）之间的关系曲线图。选择Zprofile，绘制出相应的波谱面廓线图。提示：也可以通过任意影像窗口中的快捷菜单，来打开Z轴波谱剖面廓线图。3.3显示影像剖面廓线放置好这三个剖面廓线窗口，以便能同时看到它们。在影像上移动移动十字丝，查看这三幅影像剖面廓线图在新的位置上是怎样显示新的数据值。从绘制图每个窗口中，选择File→Cancel，来关闭绘制窗口。3.3显示影像剖面廓线图1.5水平轴（X）、Y轴（竖直）和Z轴（波谱）剖面廓线绘制曲线图3.4进行快速对比拉伸使用主影像窗口、缩放窗口或者滚动窗口中的默认参数和数据来进行快速对比度拉伸。选择主影像窗口菜单栏中的Enhance菜单，可以进行各种各样的对比度拉伸（线性拉伸，0－255间的线性拉伸，2％的线性拉伸、高斯拉伸、均衡化拉伸以及平方根拉伸）。使用主影像窗口、缩放窗口或者滚动窗口中的影像作为拉伸数据源，尝试进行各种类型的拉伸变换。比较在窗口显示组中线性、高斯、均衡及平方根拉伸后的结果。3.5显示交互式的散点图

ENVI可以绘制出两个所选影像的数值关系图，即分别选定这两个波段为X、Y轴，在平面坐标上绘制两者的散点图。在主影像窗口菜单栏中，选择Tools→2DScatterPlots。接着ScatterPlotBandChoice对话框就会出现在屏幕上，在该对话框中选择要进行比较的两个影像波段。选择其中一个波段作为X轴，另一个波段作为Y轴，然后点击OK，即可生成散点图。一旦打开了散点图绘制窗口（图1.6）就可以将鼠标光标放在主影像窗口中的任意位置，并可以按住鼠标左键来拖动光标，此时，十字丝光标周围10×10范围内的像素在散点图中所对应的点将会用红色突出显示出来。3.5显示交互式的散点图在主影像窗口上移动鼠标光标，观察所产生的跳跃像素（dancingpixels）效果。在散点图菜单栏中，选择file→cancel来关闭ScatterPlot窗口。3.5显示交互式的散点图图1.6一个交互式的散点图，对波段2和波段3进行比较3.6加载一幅彩色图像打开多个波段影像文件点击RGB显示分别将各波段文件载入R、G、B；点击LoadRGB。真彩色合成：3（R）、2（G）、1（B）。假彩色合成：4、3、2等。TM波段选择321：真彩色合成，即3、2、1波段分别赋予红、绿、蓝色，则获得自然彩色合成图像，图像的色彩与原地区或景物的实际色彩一致，适合于非遥感应用专业人员使用。432：标准假彩色合成，即4、3、2波段分别赋予红、绿、蓝色，获得图像植被成红色，由于突出表现了植被的特征，应用十分的广泛，而被称为标准假彩色。741：波段组合图像具有兼容中红外、近红外及可见光波段信息的优势，图面色彩丰富，层次感好，具有极为丰富的地质信息和地表环境信息；而且清晰度高，干扰信息少，地质可解译程度高，各种构造形迹（褶皱及断裂）显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布以及火山机构也显示清楚。TM波段选择743：可监测林火及灾后变化。这是因为TM7波段（2.08-2.35微米）对温度变化敏感；TM4、TM3波段则分别属于红外光、红光区，能反映植被的最佳波段，并有减少烟雾影响的功能；同时TM7、TM4、TM3（分别赋予红、绿、蓝色）的彩色合成图的色调接近自然彩色，故可通过TM743彩色合成图的分析来指挥林火蔓延与控制和灾后林木的恢复状况。541：砂石矿遥感调查是通过对陆地卫星TM最佳波段组合的选择（TM5、TM4、TM1）以及航空、航天多种遥感资料的解译分析进行的，在初步解译查明调查区第四系地貌。

543：这个组合的合成图像不仅类似于自然色，较为符号人们的视觉习惯，而且由于信息量丰富，能充分显示各种地物影像特征的差别。采取4、5、3波段分别赋红、绿、蓝色合成的图像，色彩反差明显，层次丰富，而且各类地物的色彩显示规律与常规合成片相似，符合过去常规片的目视判读习惯。3.7链接两个显示窗口

将两个显示窗口链接在一起进行比较。当把两个显示窗口链接在一起后，在一个显示窗口中（滚动、缩放等）所进行的任何操作，都会在与其相链接的显示窗口中产生相同的响应。3.7链接两个显示窗口从主影像窗口菜单中，选择Tools→link→LinkDisplays，或者在影像中点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中，选择LinkDisplays。LinkDisplays对话框就会打开。在LinkDisplays对话框中，点击ok，建立链接。现在尝试在其中的一个窗口进行滚动或者缩放操作，观察另一个窗口的反应。3.8选择感兴趣区域（RegionofInterest）ENVI允许在影像中定义感兴趣区（regionofinterest，ROIs）。感兴趣区主要被用于提取分类的信息统计、生成掩膜以及其他一些操作。3.8选择感兴趣区域（RegionofInterest）从主影像窗口中选择Overlay→Regionofinterest，或者在影像中点击鼠标右键，在弹出的菜单对话框中，选择ROITool。接着与该影像显示窗口相对应的ROITool对话框就会出现在屏幕上（图1.7）。绘制感兴趣区的多边形，在ROI_Type中选择ROI_Type类型，包括多边形、矩形、圆形等。具体绘制步骤如下：在主影像窗口中点击鼠标左键，建立感兴趣多边形的第一个顶点。再依次点击鼠标左键，按顺序选择更多的边线点，点击鼠标右键来闭合该多边形。鼠标中键可以删除最新定义的点，或者删除整个多边形。再一次点击鼠标右键，固定多边形的位置。3.8选择感兴趣区域（RegionofInterest）通过选择ROITool对话框顶部相应的单选按钮，感兴趣区也可以在缩放窗口中被定义。当完成一个感兴趣区的定义后，该区域会在AvailableRegionsofInterest列表中显示出来，同时显示的还有感兴趣区的名称、颜色和所包含的像素数。要定义另一新的感兴趣区，在ROITool对话框中点击NewRegion即可定义。效果见图1.8。3.8选择感兴趣区域（RegionofInterest）图1.7定义感兴趣区的对话框3.8选择感兴趣区域（RegionofInterest）图1.8定义了三个感兴趣区的图像3.9对影像进行注记在ENVI软件中，可以向地图和影像中添加一些文本、符号、色标条及一些其他的符号注记。3.9对影像进行注记要对一幅图像进行注记，可以从主影像的菜单选项中选择Overlay→Annotation。接着与主影像窗口相对应的Annotation：Text对话框就会出现在屏幕上（见图1.9）.要对绘制图、3D表面以及相似的对象进行注记，可以从绘制窗口的菜单栏中选择Options→Annotation。3.9对影像进行注记图1.9文本（Text）模式的Annotation对话框3.9对影像进行注记注记类型：Annotation：Text对话框中允许添加不同类型的注记。这些不同的类型都可以从object下拉菜单中进行选择，注记的类型主要有:文本、符号、矩形、椭圆、多边形、折线、箭头、地图比例尺、三北方向图标、地图图例。默认情况下，注记的类型为文本（Text）。对话框中的其他选项用来控制文本注记的字体（Font）、大小（Size）、颜色（color）、位置和角度。3.9对影像进行注记放置注记：比如向主影像窗口中添加文本注记：在Annotation：Text对话框中，添加要输入的文本（forexample，CenterSouthUniversityofForestry&Technology）在对话框相对应的菜单和参数设置中选择文本的字体、颜色和大小，然后在主影像窗口合适的位置上，点击鼠标左键。接着，输入的文本会显示在所选点的位置上，如图1.10。使用鼠标左键，拖动文本注记的小圆柄，在窗口中放置文本注记。可以在对话框中改变相应区域的设置值，或者按下鼠标左键拖动文本或符号注记，以此来改变注记的属性和位置。3完成文本注记的设置，可以点击鼠标的右键来锁定注记的位置。3.9对影像进行注记图1.10带注记的影像3.10添加网格要在影像中添加公里网格信息，可以从主影像窗口中选择Overlay→GridlineParameters对话框。在GridlineParameters对话框，设置公里网线宽、颜色和公里网间隔，来修改公里网的属性。在EditPixelAttributes对话框中，可以改变公里网标注、网格线、矩形边框和交叉角的颜色、宽度以及公里网间隔。完成了这些属性设定之后，点击EditPixelAttributes对话框中的ok按钮，将所做的更改应用到这些影像当中。当对所加的公里网满意之后，点击GridlineParameters对话框中的Apply按钮。3.10添加网格图1.11添加注记和网格的影像3.11保存和输出影像对添加标注和进行图像处理的图像进行保存，可以将影像保存为ENVI的影像文件格式，或者保存为几种通用的图像格式，然后打印或者导入到其他软件当中，也可以直接通过打印机进行打印输出。3.11保存和输出影像将影像保存为ENVI的影像格式从主影像窗口菜单栏种，选择File→SaveImageFile,OutputDisplayToimagefile对话框就会出现在屏幕上。选择24比特彩色或者8比特的灰阶进行输出，然后再选择其他图形选项（包括注记和公里网）以及边框设置。如果将注记和公里网都添加到彩色影像显示中了，那么注记和公里网就会自动的列到graphics选项中，也可以选择其他注记文件应用于输出图像上。使用所需的单选按钮，将影像结果输出到Memory或者file中。如果选择了file，就要输入一个输出文件名。点击ok保存影像。四.影像预处理

4.1一般预处理流程介绍4.2预处理中基础知识4.3ENVI中的几何校正4.4ENVI中的图像融合、镶嵌、裁剪校正模型选择影像参考源控制点选取误差检查影像重采样不符合图像融合图像镶嵌图像裁剪配准影像其它影像同名点选取（人工/自动）影像配准校正影像4.1数据预处理一般流程4.2预处理中基础知识——常见商业高分辨率卫星传感器发射时间国家多光谱波段空间分辨率(米)重返周期IKONOS1999美国红、绿、蓝、近红外全色：1多光谱：

41.5-2.9SPOT52001法国红、绿、近红外、中远红外全色：5或2.5（超模式）多光谱:1026QuickBird（快鸟）2001美国红、绿、蓝、近红外全色：0.61多光谱：2.441-3.5FORMOSATII2004中国台湾红、绿、蓝、近红外全色：2多光谱：41EROS-B2006以色列/全色：0.7（立体）55CartoSAT-1（P5）2005印度/全色：2.5（立体）ALOS2005日本红、绿、蓝、近红外全色：2.5（立体）多光谱：102北京一号小卫星2005中国红、绿、近红外全色：4多光谱：323-5KOMPSAT-22006韩国红、绿、蓝、近红外全色：1多光谱：43WorldView-1/22008美国红、绿、蓝、近红外红边、海岸、黄、近红外2全色：0.5多光谱：2.41.1-3.7资源应用卫星-2B星2008中国/全色：2.37多光谱：19.526GeoEye-12008美国红、绿、蓝、近红外全色：0.41（0.5）多光谱：1.652-3RapidEye2008德国蓝、绿、红、红边、近红外5每天其他卫星传感器发射时间国家多光谱波段空间分辨率(米)Landsat1~772~99美国蓝、绿、红、近红外、短波红外、热红外15、30、60、80、120SPOT41999法国绿、红、近红外、中远红外全色：10

多光谱:20中巴资源卫星-01/02

1999中国蓝、绿、红、近红外多光谱：19.5Resourcesat（P6）2003印度绿、红、近红外、短波红外多光谱24米全色5.8米ALOS2005日本微波、立体像对、多光谱2.5米立体像对、10米多光谱、3米RadarTerraSAR-X2007德国微波1mRadar、3m、5mCOSMO-SkyMed2007意大利微波3米、15米RADARSATII2008加拿大微波3m超细化模式1m景观光线模式NOAA气象卫星/

美国红、近红外、中红外和两个热红外1.1km风云系列卫星/中国可见光4个，近红外2个，中远红外2个，热红外2个。1.1kmMODIS/美国36个波段250m、500m和1000m减灾卫星A、B星2008中国多光谱近中红外(4波段)、高光谱(111波段)多光谱：30米高光谱：100米Hyperion/EO-12000美国0.4－2.5μm共有220波段30米4.2预处理中基础知识——数据源的选择图像选择经济成本专题目的专题地域环境专题图比例尺空间分辨率时间分辨率波谱分辨率4.2预处理中基础知识——影像格式传感器文件格式不同的卫星传感器研发或运行机构一般会给所分发的卫星数据设计一种分发格式，如Landsat系列的Fast格式、EOS系列卫星的HDF格式等。商业软件文件格式商业化的图像处理软件都会开发出软件本身的图像格式，如ENVI的Hdr&img格式，Erdas的IMG格式，PCI的pix格式等。通用图像文件格式很多图像格式成为国际通用，被大多数软件所支持。如TIFF、JPEG2000、BMP等。4.2预处理中基础知识——引起图像畸变因素系统误差有规律的、可预测的。比如扫描畸变非系统误差无规律的如传感器平台的高度、经纬度、速度和姿态的不稳，地球曲率及空气折射，地形影响等4.3预处理中基础知识——几何校正中的几个概念几何校正：纠正系统和非系统因素引起的几何畸变。图像配准（Registration）：同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像校准，以使两幅图像中的同名像素配准。图像纠正（Rectification）：借助一组控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正。又叫地理参照（Geo-referencing）图像地理编码（Geo-coding）：特殊的图像纠正方式，把图像矫正到一种统一标准的坐标系。图像正射校正（Ortho-rectification）：借助于地形高程模型（DEM），对图像中每个像元进行地形的校正，使图像符合正射投影的要求。4.4预处理中基础知识——实际中的概念几何粗校正——校正系统误差，地面站完成几何精校正——包括图像纠正、地理编码和部分图像配准图像配准正射校正4.2预处理中基础知识——卫星影像的校正根据卫星轨道参数，包括位置、姿态、轨道及扫描特征，校正影像(有时加入DEM)。地面控制点校正+校正模型轨道参数+地面控制点+DEM4.2预处理中基础知识——多项式模型多项式模型x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+……y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+……最少控制点个数N=（n+1）*（n+2）/2误差计算RMSEerror=sqrt（（x’-x）2+（y’-y）2）4.2预处理中基础知识——控制点获得途径基础数据基础测绘数据数字线画图（DLG）数字栅格图（DRG）影像数据正射影像（DOM）实地测量4.2预处理中基础知识——控制点质量控制图像选点原则选取图像上易分辨且较精细的特征点：道路交叉点，河流弯曲或分叉处，海岸线弯曲处，飞机场，城廓边缘等特征变化大的地区需要多选图像边缘部分一定要选取控制点尽可能满幅均匀选取数量原则在图像边缘处，在地面特征变化大的地区，需要增加控制点保证一定数量的控制点，不是控制点越多越好。如一景TM的控制点数量在30-50左右。4.2预处理中基础知识——重采样方法（插值算法）最近邻法取与所计算点（x,y）周围相邻的4个点，比较它们与被计算点的距离，哪个点距离最近，就取哪个亮度值作为（x,y）点的亮度值简单易用，计算量小，图像的亮度具有不连续性，精度差4.2预处理中基础知识——重采样方法（插值算法）双线性内插法取（x,y）点周围的4邻点，在y方向内插二次，再在x方向内插一次，得到（x,y)点的亮度值f（x,y)双线性内插法比最近邻发虽然计算量有所增加，但精度明显提高，特别是对亮度不连续现象或线状特征的块状化现象有明显的改善。内插法会对图像起到平滑作用，从而使对比度明显的分界线变得模糊。Δ

yΔx双线内插算法原理示意图原始图像4.2预处理中基础知识——重采样方法（插值算法）三次卷积内插法进一步提高内插精度的一种方法，通过增加邻点来获得最佳插值函数取与计算点周围相邻的16个点，先在某一方向内插，再根据计算结果在另一个方向上内插，得到一个连续内插函数计算量大，精度高，细节表现更为清楚，对控制点要