遥感图像处理实验指导书

遥感图像处理实验指导书 孙 华 林 辉 莫登奎 编著 林业遥感信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究中心 2006年11月 1 目 录 实验一 图像处理软件ENVI4.2功能介绍 ..................................................................................... 3 实验二 影像的地理坐标定位和校正 ........................................................................................... 15 实验三 使用ENVI进行正射校正 ................................................................................................. 23 实验四 图像镶嵌 ........................................................................................................................... 29 实验五 图像融合 ........................................................................................................................... 36 实验六 波段组合计算及图像增强 ............................................................................................... 45 实验七 图像分类 ........................................................................................................................... 58 实验八 使用ENVI进行三维曲面浏览与飞行 ............................................................................. 66 实验九 地图制图 ........................................................................................................................... 78 2 实验一 图像处理软件ENVI4.2功能介绍 1 ENVI4.2支持文件格式 ENVI使用的是通用的栅格数据格式，包含一个简单的二进制文件和一个相关的ASCII的头文件。读该文件格式允许ENVI使用几乎有的影像文件，包括那些自身嵌入头文件信息的影像文件。 通用的栅格数据都会存储为二进制的字节流，通常它将以BSQ(按波段顺序)、BIP(波段按像元交叉)或者BIL(波段按行交叉)的方式进行存储。 ENVI软件支持的数据类型，包括字节型，整型，无符号整型，长整型，无符号长整型，浮点型，双精度浮点型，复数型，双精度复数型，64位整型，以及无符号64位整型。 2 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(Main Image Window)、滚动窗口(Scroll Window)和缩放窗口(Zoom Window)，见图1.1。 图1.1 ENVI显示窗口组:主影像窗口、滚动窗口和缩放窗口 3 2.1 ENVI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。如果所选的显示组中不包括主影像窗口，那么菜单将会出现在滚动窗口或者缩放窗口的顶部，同ENVI其他的菜单一样，从该菜单中可以选择任意的菜单选项。此外，在任何一个显示窗口点击右键会弹出一个快捷菜单。通过这个菜单可以访问显示函数，也可以改变显示的设置。 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(Available Bands List)是一个特殊的ENVI对话框，它包括了所以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。使用波段列表可以把彩色和灰阶影像加载到一个显示窗口中，可以直接打开一个新的显示窗口，也可以点击对话框底部的Display按钮，并从中选择显示窗口号，打开相应的显 4 示窗口，然后点击Gray Scale 或者RGB单选按钮，再从列表中点击波段名，选择所需要的波段，加载显示影像。 提示:如果加载的是单波段影像，可以直接在波段上双击来完成。 图1.3可用波段列表对话框 3 ENVI基本功能 打开影像文件 首先启动ENVI软件，双击软件图标即可。要打开一个影像文件可以分以下几个步骤: ?Open Image file。在屏幕上弹出文件选择对话框“Enter Input 1 选择File Data File”。 2 选择进入实验课程所提供的数据目录envidata中，双击打开文件夹，选择can_tm文件夹，从文件夹中选择can_tmr.img文件，然后点击ok。 3 在可用波段列表中就会显示刚才选择的文件can_tmr.img，使用鼠标左键 5 点击选择影像的显示方式(Gray Scale或RGB)。选择某个影像波段或三个波段进行显示，所选波段在标有“Selected Band”显示出来。 4 点击Load Band或Load RGB，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。 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?Cursor Location/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Cursor Location/Value。 接着在屏幕上出现的Cursor Location/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哪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Cursor Location/Value对话框顶部的菜单中，选择file?cancel。 一旦Cursor Location/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1.4 Cursor Location/Value对话框 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。 1 从主影像窗口菜单栏中，选择Tools?Profiles?X profle，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(sample number)之间的关系曲线图，见图1.5。 6 2 重复上述过程，选择Y profile，绘制出一幅数据值与行号(line number)之间的关系曲线图。选择Z profile，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 选择Window?Mouse Button Descriptions，可以查看鼠标键在剖面廓线显示窗口中按键功能的描述。 4 放置好这三个剖面廓线窗口，以便能同时看到它们。 5 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。 6 从绘制图每个窗口中，选择File?Cancel，来关闭绘制窗口。 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 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)。 1 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。 2 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。 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。 1 在主影像窗口菜单栏中，选择Tools ? 2D Scatter Plots。接着Scatter Plot Band Choice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。 7 2 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。 3 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。 提示:选择Window?Mouse Button Descriptions 来显示不同的鼠标键在Scatter Plot显示窗口中的功能。 4 在主影像窗口上移动鼠标光标，观察所产生的跳跃像素(dancing pixels )效果。 5 可以使用散点图来突出显示主影像窗口中含有对应波谱值的像素，将鼠标光标放在散点图窗口上，点击并拖动鼠标中间键。 6 在散点图菜单栏中，选择file?cancel 来关闭Scatter Plot 窗口。 图1.6 一个交互式的散点图，对波段2和波段3进行比较 加载一幅彩色图像 1如果屏幕上没有显示可用波段列表对话框，那么在ENVI主菜单栏中，选择Window ?Available Bands list，打开该对话框，如图1.3。 注意:如果没有打开影像，那么在ENVI主菜单中，选择File?Open Image File，然后选择一个要打开的影像。接着该影像的波段就加载到可用波段列表中。 8 2 点击RGB单选按钮，然后在另一个显示窗口中，加载一幅彩色影像。 3 通过点击列表中的波段名，从列表中为每种颜色(红、绿、蓝)选择一个波段。当点击列表中的波段名时，指定的RGB单选按钮会自动的向前选择。 4 当三种颜色都有波段与其对应时，点击Display,1下拉式菜单按钮，并从中选择New Display。 5 点击Load RGB按钮，就可以将一幅彩色影像加载到一个新的显示窗口中。 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。要在两个显示窗口中链接在一起，操作步骤如下: 1 从主影像窗口菜单中，选择Tools?link?Link Displays，或者在影像中点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中，选择Link Displays。Link Displays对话框就会打开。 2 在Link Displays对话框中，点击ok，建立链接。 3 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。 选择感兴趣区域(Region of Interest) ENVI允许在影像中定义感兴趣区(region of interest，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。 1 从主影像窗口中选择Overlay?Region of interest，或者在影像中点击鼠标右键，在弹出的菜单对话框中，选择ROI Tool。接着与该影像显示窗口相对应的ROI Tool对话框就会出现在屏幕上(图1.7)。 2 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。 通过选择ROI Tool对话框顶部相应的单选按钮，感兴趣区也可以在缩放窗 9 口中被定义。 当完成一个感兴趣区的定义后，该区域会在Available Regions of Interest 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。 3 要定义另一新的感兴趣区，在ROI Tool对话框中点击New Region即可定义。效果见图1.7。 图1.7 定义感兴趣区的对话框 图1.8 定义了三个感兴趣区的图像 10 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。 1 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) 图1.9文本(Text)模式的Annotation对话框 2 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。 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(Declination Diagrams)、地图图例、颜色标注及影像注记。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。 放置注记:比如向主影像窗口中添加文本注记: 1 在Annotation:Text对话框中，添加要输入的文本(for example， Center South University of Forestry & 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 11 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。 图1.10 带注记的影像 注意:选择Window ?Mouse Button Description ，描述在注记对话框中鼠标按键的各项功能。 2 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。 保存和恢复注记: 1 从Annotation:Text对话框的菜单栏中，选择File?Save Annotation，来保存影像注记。 2 打开一个Output Annotation Filename 对话框。要保存影像注记，在该对话框中指定要保存的路径以及保存的文件名，该文件的扩展名为.ann。 12 注意:如果没有将影像的注记保存到文件中，那么关闭Annotation:Text对话框时，注记也将丢失。 3 在Annotation:Text对话框中，选择File?Restore annotation，就可以恢复保存过的注记文件。 修改先前放置的注记 要对先前已经放置好的注记进行修改，可按如下步骤进行修改: 1 在Annotation:Text对话框中，选择Object?Selection/Edit。 2 用鼠标点击并托拽出一个矩形框来包含要修改的注记对象。 3 当小圆柄出现后，点击拖动注记及小圆柄，修改其对应的属性，这就像设置新的注记对象时一样。 添加网格 1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 ?Grid line Parameters对话框。 注意:当给影像添加公里网格时，影像的边框会自动添加进来。 2 在Grid line Parameters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。 图1.11 添加注记和网格的影像 13 3 在Edit Pixel Attributes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Edit Pixel Attributes对话框中的ok按钮，将所做的更改应用到这些影像当中。 4 当对所加的公里网满意之后，点击Grid line Parameters对话框中的Apply按钮。 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。 将影像保存为ENVI的影像格式 1 从主影像窗口菜单栏种，选择File ?Save Image File, Output Display To image file 对话框就会出现在屏幕上。 2 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。 3 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。 4 点击ok保存影像。 14 实验二 影像的地理坐标定位和校正 本专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 旨在介绍如何在ENVI中对影像进行地理校正，添加地理坐标，以及如何使用ENVI进行影像到影像的几何校正。 1图像文件头文件的修改 打开并显示SPOT数据 首先打开软件，打开软件自带数据库中的SPOT数据，步骤如下: ?open image file。 1 从ENVI主菜单中，选择file 2 当enter data filename文件选择对话框出现后，选择进入envidata目录下的bldr_sp.img文件。 3 点击ok。 4 当可用波段列表对话框出现后，点击Grey scale单选按钮，使用鼠标左键，点击相应的波段名，从对话框顶部所列波段中选中SPOT波段。所选择的波段名显示在select Band:字段区域中。 5 点击Load Band按钮，加载这幅影像到一个新的显示窗口中。 修改ENVI头文件中的地图信息 1 在可用波段列表中，右键点击bldr_sp.img文件名下的Map info图标，从弹出的快捷菜单中选择Edit Map Information。 Edit Map Information对话框出现在屏幕上。图2.1 这个对话框列出了在ENVI中添加地理坐标所用的地理信息。可以调整ENVI使用的Magic Pixel(作为地图坐标系统的起始点)相对应的影像坐标。因为ENVI可以从相应头文件信息和地图投影文件中，识别出地图投影，像元大小以及地图投影参数，所以用它能计算出影像中任意像元的地理坐标，既可以输入地图坐标，也可以输入地理坐标(经纬度)。 2 点击Projection/Datum文本旁边的箭头切换按钮，显示UTM Zone13 North 地图投影的纬度/经度坐标。ENVI在处理过程中才进行转换。 3 点击当前的DMS或者DDEG按钮，分别在度分秒(Degree,Minutes,Second)和十进制的度(Decimal Degrees)之间进行切换。 4 点击Cancel，推出Edit Map Information对话框。 15 图2.1Edit Map Information对话框 5 修改图像的pixel size信息，添加公里网格和地图标注。 6 保存图像。在主影像窗口中，选择file ?save image as ?image file。选择输出路径和填写输出文件名称。 2 影像对影像的几何配准 利用SPOT图像校正Landsat TM。 打开并显示Landsat TM图像 1 从ENVI主菜单中，选择file ?open image file。 2 当enter data filenames对话框出现后，选择进入envidata目录下的bldr_reg子目录，从列表中选择bldr_tm.img文件。 3 在文件选择对话框中，点击open ，把TM影像波段加载到可用波段列表中。 4 在列表中选择band3，点击display#1按钮，并从下拉式菜单中选择new display。 5 点击Load Band按钮，把TM的band3波段的影像加载到一个新的显示窗口中。 16 显示光标位置/值 要打开一个显示主影像窗口，滚动窗口，或者缩放窗口中光标位置信息对话框，可以按以下步骤进行操作。 1 从主影像窗口菜单栏中，选择tools ?Cursor Location/value。 2 在主影像窗口、滚动窗口和缩放窗口的TM影像上，移动鼠标光标。 注意坐标是以像素为单位给出的，这是因为这个影像是基于像素坐标的，它不同于上面带有地理坐标的SPOT影像。 3 选择file ?Cancel，关闭Cursor Location/value对话框。 开始进行影像配准 1 从ENVI主菜单栏中，选择Map ?Registration ?Select GCPs:Image to Image。 2 在image to Image Registration对话框中，点击并选择display,1(spot影像)，作为Base Image。点击display,2(TM影像)作为Warp image。 图2.2image to Image Registration对话框 3 点击ok，启动自动配准程序。通过讲光标放置在两幅影像的相同地物点上，来添加单独的地面控制点。 注意:同名地物点，需要在两张图上都有的，一般选择河流和道路的交叉点或者拐角点。交叉点或拐角点的选择要依据图像空间分辨率大小来确定，如Quickbird的空间分辨率为0.61米，则对Quickbird进行图像校正时，道路的交叉点宽度应在1米以内为好。 4 启动Ground control Points Selection对话框后，首先在两张图上找到同名地物点，如现在SPOT图像上找到一点，将鼠标移动至该点，同样的方法在TM影像上找到该点。 17 5 在两个缩放窗口(Zoom)中，查看光标所在位置，把十字丝移到对应位置，记录每点的X,Y值。 图2.3缩放窗口(Zoom)对话框 6 Ground Control Points Selection对话框的base X和Y文本框中，分别输入286和255，将SPOT影像中的光标位置移动到相应的位置点上。使用同样的方法在Warp X和Y文本框中，分别输入133和264，将TM影像中的光标移动到相应的位置。 7 Ground Control Points Selection对话框中，点击Add point，把该地面控制点添加到列表中。点击Show list查看地面控制点列表，见图2.4。然后依同样的方式寻找其余的同名地物点。 图2.4用来进行影像配准的Ground Control Points Selection对话框和Show list列表 18 注意:在缩放窗口中支持亚像元(sub-pixel)级的定位，缩放的比例越大，地面控制点的精度就越好。地面控制点的选择除了通过移动光标之外还可以直接在同名地物点上通过鼠标进行点击完成。在show list对话框中，一旦已经选择了4个以上的地面控制点后，RMS误差就会显示出来。 8 如果选择的控制点中，某点的误差很大，删除该点，重新寻找新的点来代替。在show list对话框中用鼠标点击该点，选择delete即可删除该点。如果对所有选择的控制都不满意的话，可以通过Ground Control Points Selection对话框，选择Options ?Clear All Points，可以清除掉所有的已选择的地面控制点。 9 若选择的地面控制点比较满意，则在对图像进行校正之前要对控制点信息进行保存。具体方法为在Ground Control Points Selection对话框中，选择file ?Save GCPs to ASCII„，选择保存路径和文件名，对控制点信息进行保存，以备下次使用。 图2.5影像配准中所用到的Image to Image GCP List对话框 校正影像 在这里我们校正的影像为TM影像的一个波段，我们也可以同时校正多波段影像中的所有波段。 1 从Ground Control Points Selection对话框中，选择Options ?Warp Displayed Band。 2 在Registration Parameters对话框中的Warp Method按钮菜单中，选择RST。 19 在Resampling的按钮菜单中选择Nearest Neighbor重采样法。 图2.6 Registration Parameters对话框 3 输入文件名bldr_tm1.wrp,点击ok。 4 重复步骤1和步骤2，还是使用RST校正法，但是要相应的选择Bilinear和Cubic Convolution重采样法。 5 将结果分别输出为bldr_tm2.wrp和bldr_tm3.wrp文件中。 6 再一次重复步骤1和步骤2，这一次选择一次多项式Polynomial校正法，并使用Cubic convolution重采样法。然后再选择Delaunay 三角网的Triangulation校正法，相应的使用Cubic convolution重采样法。 7 将上述结果分别输出到bldr_tm4.wrp和bldr_tm5.wrp文件中。 按照同样的方法可以对TM影像的其余波段进行校正，与上述步骤有区别的地方是，对其余的波段进行校正，不需要重新找点，只需要将保存的控制点信息直接调用即可。 在Ground Control Points Selection对话框中，选择file ?Restore GCPs from 20 ASCII，调用保存的控制点信息即可对图像进行校正，校正后的图像进行合成。 8 合成的步骤为，在ENVI主菜单栏中选择basic tools ?lay stacking，通过lay stacking选择校正后的各个波段进行图层的叠加，对叠加后的图像进行保存，保存文件名为bldrtm_m.img。 比较校正结果 使用动态链接来比较校正结果: 1 在可用波段列表中，点击原始的SPOT波段影像名bldr_sp.img，然后从菜单中，选择Grey scale显示方式来显示图像。 2在可用波段列表中，选择bldr_tm1.wrp文件，在Display,下拉式按钮中选择New Display，点击Load Band将该文件加载到一个新的显示框中。 3 在主影像窗口中，点击鼠标右键，选择tools ?Link ?link displays。 4 在link displays对话框中，点击ok，把SPOT影像和已添加了地理坐标的bldr_tm1.wrp影像链接起来。 5 使用动态链接功能，与带地理坐标的SPOT影像进行比较。 6 取消动态链接功能，选择tools ?Link ?unlink displays。 查看地图坐标 1 从主影像窗口菜单栏中，选择Tools ?cursor Location/Value。 2 浏览带地理坐标的数据集，注意不同采样方法和校正方法对数据值所产生的效果。 3 选择File ?Cancel，关闭该对话框。 3对不同分辨率的带地理坐标的数据集进行HSV融合 对两幅不同分辨率的带地理坐标的数据进行融合处理，在这里使用配准过的TM彩色合成影像作为低分辨率的多光谱影像，而带地理坐标的SPOT影像作为高分辨率的影像。融合后的结果增强了空间分辨率的彩色合成影像。 显示30米分辨率的TM假彩色合成影像 1 如果已经关闭了校正后的TM影像，那么请重新打开文件bldrtm_m.img。 2 点击可用波段例表中的RGB单选按钮，将波段4、波段3、波段2(分别对应RGB)加载到一个新的显示窗口。 21 显示10米分辨率的SPOT影像 1如果已经关闭了SPOT影像，那么请重新打开文件bldr_sp.img。 2 点击可用波段例表中的Grey Scale按钮，然后点击Display,按钮，从下拉菜单中选择New Display。点击Load Band按钮，将SPOT影像加载到一个新的显示窗口中。将SPOT影像和TM影像进行比较，注意影像中相似的几何信息，以及不同分空间范围和影像比例。 进行HSV变换融合 1 从主菜单中，选择Transform ?Image Sharpening ?HSV。 2 如果已经加载了彩色影像，那么就从Select Input RGB对话框中选择合适的显示窗口。否则，在Select Input RGB Input Band对话框中，选择TM影像的波段4、波段3和波段2，然后点击ok。 3这样就打开了High resolution Input file对话框。在Select Input Band 例表中选择SPOT影像，点击ok。 4 在HSV Sharpening Parameters对话框中，输入输出文件名bldrtmsp.img，点击ok。 一个显示处理进度的状态条出现在屏幕上，当处理完成后，新生成的影像会自动出现在可用波段例表中。 显示10米分辨率的彩色影像 1 在可用波段例表中，选择RGB color单选按钮，然后从列出的新生成的文件中，选择R、G和B波段，点击Load RGB，将融合后的图像加载到一个新的显示窗口中。将HSV融合后的彩色影像和原始的TM彩色合成影像以及SPOT影像进行比较。 2 用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化彩色变换(color Normalized(Brovey) Transform)，试着进行同样的处理。选择Transform ?Image Sharpening ?Normalized(Brovey)，并输入所需的文件信息，然后点击ok。 3 对融合后的图像进行叠加公里网格，注记等操作。 4 输出影像处理结果。 22 实验三 使用ENVI进行正射校正 1正射校正 正射校正是对一个影像空间和几何畸变进行校正生成平面正射影像的处理过程。将相机或卫星模型与有限的地面控制点结合起来，可以建立正确的校正公式，产生正确的，经几何校正的具有地图精度级的正射影像。 2 使用ENVI进行正射校正的步骤 使用ENVI进行正射校正需要几个步骤来完成，不考虑采集数字影像数据的传感器和像片类型。这些步骤包括: 进行内定向(Interior Orientation，只针对航空像片而言):内定向将建1 立相机参数和航空像片之间的关系。它将使用航空像片间的条状控制点、相机框标(fiducial mark)和相机的焦距，来进行内定向。 2 进行外定向(Exterior Orientation)外定向将把航片或卫片上的地物点同实际已知的地面位置(地理位置)和高程联系起来。通过选取地面控制点，输入相应的地理坐标，来进行外定向。这个过程同影像到影像的配准(image to map registration)比较相似。 3 使用数字高程模型(DEM)进行正射校正，这一步将对航片和卫片进行真正的正射校正。校正的过程将使用定向文件、卫星位置参数，以及共线方程(collinearity equation)。共线方程是由以上两步，并协同数字高程模型共同建立生成的。 在进行正射校正之前，需要考虑影像空间分辨率的大小。正射校正的处理同ENVI影像配准有所不同，它有三个关键的参数: , DEM的像元大小 , 输入影像的像元大小 , 正射校正后输出影像的像元大小 ENVI允许对任何像元大小的影像进行处理，但是这些参数将对输出结果有很大的影响。理想情况下，DEM的像元大小应该同要创建的输出正射影像大小相同(或者更小)。如果DEM分辨率明显大于所需的输出分辨率，那么得到的正射校正影像结果将有了一些明显的误差。在结果影像中，这些误差成阶梯状或块状分布，这种情况通常发生在像素集群的边缘处，这些位置通常会被赋予相同的 23 DEM高程。因此在ENVI中进行正射校正之前，要使用Basic Tools ?Resize Images(spatial/spectral)，将重采样成所需的输出正射影像的分辨率。在这里建议使用双线性插值法(bilinear interpolation)进行重采样。 这次实验的数据为IKONOS数据，由美国space Imaging和Digital Globe公司提供。ENVI中的IKONOS影像的正射校正功能将使用RPC相机模型，RPC工具既不需要DEM文件，也不需要地面控制点。 3 查看正射校正所涉及的影像 1要打开一个文件，从ENVI主菜单中，选择file ?open image file。 2 在出现的Enter data filename文件选择对话框中，点击open file按钮，选择envidata目录下的ortho子目录，从文件夹中选择po_101515_pan_0000000.tif文件，然后点击open。 3 在可用波段列表中，选择grey scale单选按钮，选择刚打开IKONOS影像文件的第一个波段，然后点击load band按钮显示该波段。 4 从ENVI主菜单栏中，选择file ?open external file?Digital Elevation ?USGS DEM，选择进入envidata目录下的ortho子目录的conus_USGS.dem文件，然后点击open。 5 在USGS DEM Input Parameters对话框中，输入ortho_dem.dat作为输出文件名，然后点击ok。 6在可用波段列表中，选择grey scale单选按钮，点击ortho_dem.dat文件下所列的DEM影像。 7 在可用波段例表底部，点击display,1按钮，并选择New display。 8 点击load band按钮，把高程影像加载到一个新的显示窗口。 查看这些影像，这个影像区域的高程范围从海平面一直到245米。这个显著的地形起伏必然将给IKONOS影像带来几何上的误差。同时，也可以注意到DEM和IKONOS影像没有相同的地图投影，而且没有相同的像元大小，但是ENVI正射校正的工具可以解决这个问题，没有必要在正射校正前对两幅影像重新进行定义进行处理或者重采样。 24 运行正射校正程序 1选择map ?orthorectification ?IKONOS ? orthorectify IKONOS，打开正射校正工具。 2 在文件选择对话框中，选择po_101515_pan_0000000.tif文件，然后点击ok。 3在随后出现的Enter orthorectification Parameters对话框中，输入下列参数。 3(1 orthorectification Parameters对话框 , Image Resampling是可以确定IKONOS影像中像元值的大小，它可以把当前 影像转换到另外一个空间尺度。默认的重采样方法是Bilinear(双线性插 值)，它能够对影像进行适当的平滑。Cubic convolution(三次卷积重采样) 选项能够产生更加平滑的效果，而Nearest neighbor(最近邻法重采样)选 项将不会改变初始值的像素值。Nearest neighbor选项将导致一个相对的不 连续效果，但是如果想要在正射校正后的影像上进行分析，这将是唯一有效 的选择，在本次实验中，选择默认的Bilinear选项。 25 , Background value就是在最终影像中指定的边缘像素的像素值，一般设定为 0。 , Input Height指定了数字高程模型或者一个固定的高程值是否使用在整个 影像中。因为我们已经有了DEM数据，这是一个更精确的选项，因此选择DEM 选项，点击select DEM。并在随后出现的文件选择对话框中，选择先前生成 的高程文件ortho_dem.dat。 , DEM Resampling是一个确定像元值的方法，它将在内部进行计算，并生成同 IKONOS影像有相同方位和像素大小的高程影像。在这里，我们采用默认的 Bilinear重采样法。 , Geoid Offset为大地水准面超过影像拍摄地平均海平面的高度。大多数的高 程影像都提供了每个像素相应地超过海平面的高程信息。正射校正仍然需要 每个像素相应的超过椭球体的高程信息。要将DEM中平均海平面高程值转换 成超过椭球体的高程值，必须把大地水准面高程加到DEM中。本次默认值为 ,35。 , 对话框右边，都是与输出影像的范围和像元大小相关的参数，默认的参数值 将从原始IKONOS影像的地理坐标信息中计算出来，如果想要改变输出的正 射影像的投影，可以点击Change Proj„。 , Orthorectified Image Filename就是输出文件的名字，在这里输入文件名 ikonos_ortho.dat。 , 已经选定了所有的参数，点击ok，开始进行正射校正处理。 正射校正处理将花费几分钟的时间，当处理完成后，经正射校正的文件就会列出在可用波段列表中。 检查正射校正后的结果 1 在display,2中显示正射校正后的影像，当前display,2显示窗口显示的就是高程影像。 2 从显示窗口的菜单栏中，选择tool?link displays?link，对原始IKONOS影像和正射校正后的影像进行比较。 3 在其中的一个显示窗口中，点击鼠标左键，来查看另一幅影像，注意其几何信息的差异，特别是在两幅影像的右上角处，这就是正射校正后的结果。 26 4利用地面控制点来对IKONOS进行正射校正 利用控制点对IKONOS进行正射校正，首先要在IKONOS影像上找到明显的交叉点，作为地面控制点，通过GPS外业采集精确的位置和高程值，再输入到相应的地理坐标，这与影像的配准有点类似。 1 显示IKONOS影像和对应的DEM影像。 2 选择map ?orthorectification ?IKONOS ? orthorectify IKONOS with ground control 3.2 ground control points selection对话框 3 将地面控制点的坐标值和高程输入到ground control points selection对话框中，点击add point，再点击show list就可以看到刚才输入的地面控制点值。 3.3show list对话框 27 4按照上述办法输入剩余的地面控制点值，待控制点的误差达到要求即可进行控制点信息的保存工作。建议尽量选择足够的控制点，并使这些点均匀分布在影像中。 5 在ground control points selection对话框中，选择file?save gcps w/map coords„。对控制点信息进行保存。 6在ground control points selection对话框中，选择options ?orthorectify file，在select file to orthorectify对话框中，选择待校正的IKONOS影像po_101515_pan_0000000.tif。 7在随后出现的Enter orthorectification Parameters对话框中，输入参数与图3.1相同，输入参数完毕对图像进行正射校正和保存。 28 实验四 图像镶嵌 镶嵌就是将多幅影像连接合并，生成一幅单一的合成影像。ENVI提供了交互式的方式来将没有地理坐标的影像拼接在一起，或者自动拼接有地理坐标的影像，并输出成有地理坐标的镶嵌影像。镶嵌程序提供了透明处理，直方图匹配，以及颜色自动平衡的功能，ENVI的虚拟镶嵌功能还允许用户快速浏览镶嵌结果，而不需要花时间生成一个很大的结果文件。 1 基于像素的影像镶嵌 1在ENVI主菜单中，选择Map ?Mosaicking ?Pixel Based。开始进行ENVI基于像素的镶嵌操作。Pixel Based Mosaic对话框就出现在屏幕上。 图4.1Pixel Based Mosaic对话框 29 2 从Pixel Based Mosaic对话框中，选择Import ?Import files。 3 在Mosaic Input files对话框中，点击open file，选择进入envidata ?avmosaic目录，选择文件dv06_2.img。 图4.2 Mosaic Input files对话框中 4在Mosaic Input files对话框中，再次点击open file，选择进入envidata ?avmosaic目录，选择文件dv06_3.img。 5在Mosaic Input files对话框中，查看两个文件的像素大小，从图4.2可以看到每景图的像素大小为614×512。 t键，并同时点击文件6在Mosaic Input files对话框中，按下键盘上的shif dv06_2.img和文件dv06_3.img。选中这连个文件，点击ok。 7 在select Mosaic size对话框X size中输入614，Y size中输入1024，指定镶嵌影像的大小。 30 8 在Pixel Based Mosaic对话框中，点击dv06_3.img文件名。影像当前的位置就会以像素为单位，列在对话框底部的文本框中。 9 在YO文本框中，输入值513，按下键盘上的enter键。这样dv06_3.img文件就会放置在dv06_2.img文件的下面。 图4.3 Pixel Based Mosaic对话框(614×1024) 注意:请大家考虑为什么在YO文本框中输入513。另外，还可以用别的方式来放置影像，在对话框右边的镶嵌图中的所需影像上，点击并按住鼠标左键，托拽所选影像到所需的位置，然后松开鼠标左键就可以放置该影像了。 10在Pixel Based Mosaic对话框中，选择file?apply。当Mosaic parameters 对话框出现后，输入输出文件名dv06.img，即可生成镶嵌影像。 31 图4.4两幅图镶嵌前后的对比 2 基于地理坐标的影像镶嵌 在进行带地理坐标的影像镶嵌时，通常要对镶嵌的图像进行羽化 (Feathering)处理，并创建基于地理坐标的镶嵌影像。 1 打开要进行影像镶嵌的两张图像，在ENVI主菜单栏中，选择file?open image file，找到envidata目录下的avmosaic文件夹，选择lch_01w.img文件。点击打开。用同样的方法打开lch_02w.img文件。 2 在可用波段列表中，选择lch_01w.img文件。点击波段名，然后点击Load band按钮，以灰阶的形式显示该文件。 3在可用波段列表中，选择lch_02w.img文件。点击波段名，然后点击Load band按钮，以灰阶的形式显示该文件。 4 比较这两幅影像，寻找两张图的重叠部分。 5 在ENVI主菜单栏中，选择map ?mosaicking ?Georeferenced。出现map 32 based mosaic 对话框。 图4.5map based mosaic 对话框 6 在map based mosaic 对话框中，选择import ?import files。 7在Mosaic Input files对话框中，按下键盘上的shift键，并同时点击文件lch_01w.img和文件lch_02w.img。选中这连个文件，点击ok。 8 在mosaic窗口中，可以看到两张图有一定的重叠度，可以通过边缘羽化和忽略像元背景值的方式来达到镶嵌的效果。 9 在图4.6中，在对话框的下部，有两幅影像的名称，鼠标右键点击,2band1:lch_01w.img文件，选择Edit entry。 10 在entry对话框中，在data value ignore文本框中填入0，表示忽略像元背景值，即图像以外黑色的区域。Feathering distance文本框中填入20，表示在距离边缘线10个像素的距离处，顶部和底部的影像都会使用50,来混合计算输出的镶嵌影像。Color balancing选择adjust，点击ok。 33 4.6 mosaic对话框 4.7entry对话框 34 11点击ok后即可看见两幅镶嵌的影像，在mosaic对话框中，选择file?apply。选择镶嵌文件的输出路径和文件名lch_mosaic.img。 图4.8镶嵌影像羽化效果图 12 在可用波段列表对话框中，打开lch_mosaic.img即可看到镶嵌效果图。 35 实验五 图像融合 数据融合是将多幅影像组合到单一合成影像的处理过程。它一般使用高空间分辨率的全色波段与低空间分辨率的多光谱影像进行融合，达到增强光谱影像空间分辨率的问题。 进行数据融合的影像文件必须含有地理坐标，在这种情况下，空间采样会自动运行。如果进行数据融合的影像文件没有地理坐标，则影像就必须覆盖同一地理区域，并且有相同的像素大小，影像大小以及相同的方位。 1 无地理坐标系统的影像融合 读取并显示ER Mapper影像 London 的TM影像和SPOT影像都是二进制的文件，含有ER Mapper的头文件。它们能够自动被ENVI的ER Mapper读取程序读取。 1 选择file ?open external file ?IP software ?ER Mapper，然后进入lontmsp子目录，选择lon_tm.ers。 2 在可用波段列表中，单击RGB color单选按钮，并依次选取红、绿、蓝字段对应的波段，点击Load RGB来显示一幅彩色的TM影像。 3 选择file ?open external file ?IP software ?ER Mapper，然后进入lontmsp子目录，选择lon_spot.ers文件。 4 在可用波段列表中，单击grey scale单选按钮，选取pseudo layer波段，从display的下拉菜单中选择new display，点击load band来显示一幅灰阶的SPOT影像。 调整影像大小 1 在可用波段列表中单击SPOT影像可以发现其空间尺寸为2820×1569，用同样的方法可以知道TM影像的空间尺寸为1007×560。TM影像的像素大小为28米，而SPOT影像的像素大小为10米。TM影像必须以2.8的倍率来调整大小，以产生与SPOT影像匹配的10米大小的像元。 2 选择Basic tools ?Resize Data(spatial/Spectral)选择lon_tm.ers并单击ok。在resize data parameters对话框的xfac文本框中输入2.8，在yfac文本框中输入2.8009，选择保存路径和文件名lontm，点击ok来调整TM影像的大小。或者直接在samples文本框中输入2820，在lines文本框中输入1569， 36 选择保存路径和文件名lon_tm，点击ok来调整TM影像的大小。 图 5.1 Resize Data 对话框 3 显示调整过的影像，选择Tools ?link ?Link Displays将调整过大小的TM影像和SPOT的全色影像链接起来，使用动态链接来分析比较这两幅影像。 图5.2TM彩色合成影像和SPOT全色影像 进行HIS数据融合 为了了解整个处理过程，选择进行手工数据融合。第一步，TM的彩色影像转换到色度、饱和度和数值(也称亮度值)(hue-saturation-value(intensity)) 37 彩色空间。将高分辨率SPOT影像替换数值(value)波段，并将其拉伸到0至1之间以满足正确的数据范围，再将从TM影像获取的色度、饱和度以及SPOT影像中获取的数值进行反转换，转回到红-绿-蓝彩色空间。这个过程将产生出一幅输出影像，其中包含了从TM影像中获取的颜色信息以及从SPOT影像中获取的空间分辨率信息。 HSV正变换 1 从ENVI的主菜单选择Transform ?color Transforms ?RGB to HSV，然后选择调整过大小的TM数据作为输入的RGB影像。输入要输出的文件名，点击ok执行变换。 2 作为灰阶影像或RGB彩色影像，来显示色度、饱和度和数值的影像。 拉伸SPOT影像并替换TM的数值波段 1 从ENVI的主菜单选择Basic Tools ?Stretch Data，单击lon_spot文件，然后点击ok。 2 在Data stretching对话框的Output Data中，在min文本框中输入0，Max文本框中输入1.0，并输入一个输出文件名。单击ok将SPOT影像的数据拉伸为浮点型，范围为0到1.0。 图5.3 Data stretching对话框 38 HSV反变换 1 从ENVI主菜单中选择Transform ?Color Transforms ?HSV to RGB，选择经过变换的TM影像的Hue和Saturation波段作为变换的H和S波段。 2 选择拉伸过的SPOT影像作为V波段，点击ok。在HSV to RGB Parameters对话框中输入要输出的文件名，点击ok进行反变换。 图5.4 HSV to RGB Parameters对话框 显示结果 1 在可用波段列表中点击RGB Color单选按钮，并按顺序点击反变换后的RGB波段。再点击Load RGB按钮来显示一幅经过融合的TM/SPOT彩色影像。 2 显示融合后的影像，选择Tools ?Link ?Link Displays将融合后的影像，同调整过大小的TM影像以及SPOT的全色影像链接起来。使用动态分析比较这些影像。 进行自动HSV变换融合 1 在ENVI的主菜单选择Transform ?Image Sharpening ?HSV。 2 如果调整过大小的TM彩色影像已经显示在窗口中，则可以在Select Input RGB 39 对话框中直接选择合适的影像显示窗口。否则，就要在Select Input RGB对话框中，选择“Red Layer”，“Green Layer”，“Blue layer”所对应的调整过大小的TM影像波段，然后点击ok。 3 High Resolution Input File对话框中选择SPOT影像，点击ok。 4 输入输出文件名:lontmsp.img，在HSV Sharpening Parameters对话框中点击ok。 结果显示、链接和比较 1 显示融合后的彩色影像，在可用波段列表中，选择RGB Color单选按钮，再在 RGB波段中，选择融合影像中相应的波段，点击Load RGB。 2 通过在主影像窗口菜单中选择Tools ?Link ?Link Displays，将原始的TM彩色影像，SPOT影像以及自动融合的彩色影像进行链接比较。 图5.5 TM彩色影像、SPOT影像以及融合后的彩色影像链接比较 2 带地理坐标系统的影像融合 打开要进行融合的图像 1选择file ?open image file 然后进入envidata目录，双击p123r043ETM文件夹，选择p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr，点击打开，影像就出现在可用波段例表中。 2 在可用波段列表中，点击RGB Color，选择R(4)G(5)B(3)三个波段来进行波段显示。 3 选择file ?open image file 然后进入envidata目录，双击p123r043ETM文件夹，选择p123r043_7p19991224_z49_pan.hdr，点击打开，影像就出现在可用波段例表中。 40 4在可用波段列表中，点击Grey scale，选择p123r043_7p19991224_z49_pan.hdr，点击Display,1下拉菜单，点击New display，点击Load band。 Color Normalized(Brovey)sharpening(标准化彩色变换融合) 1在ENVI的主菜单选择Transform ?Image Sharpening ?Color Normalized (Brovey)。 2 在select Input for color Bands对话框中选择Available Bands List，点击ok。 图5.6 select Input for color Bands对话框 3 在随后出现的可用波段列表对话框中，从 p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr文件中选择三个波段对应RGB选项，点击ok。 4 在high resolution Input file对话框中，选择p123r043_7p19991224_z49_pan.hdr文件波段，点击ok。 图5.7 high resolution Input file对话框 41 5 在Color Normalized sharpening对话框中，Resampling重采样方法选择Nearest Neighbor，输入输出文件名和保存路径，点击ok，就会进行自动融合，融合结果就会出现在可用波段例表当中。 图5.8 Color Normalized sharpening对话框 6 查看波段融合结果，在可用波段列表对话框中，选择RGB color显示方式，选择R(4)G(5)B(3)，点击Load RGB，显示融合图像。 Gram-schmidt spectral sharpening(GS变换融合) 1在ENVI的主菜单选择Transform ?Image Sharpening ?Gram-schmidt spectral sharpening。 2 在select low spatial resolution multi band input file对话框中选择p123r043_7p19991224_z49_multi文件，点击ok。 4 在high resolution Input file对话框中，选择p123r043_7p19991224_z49_pan文件波段，点击ok。 5 在Gram-schmidt spectral sharpening对话框中，Resampling重采样方法选择Nearest Neighbor，输入输出文件名和保存路径，点击ok，就会进行自动融合，融合结果就会出现在可用波段例表当中。 6 查看波段融合结果，在可用波段列表对话框中，选择RGB color显示方式，选择R(4)G(5)B(3)，点击Load RGB，显示融合图像。 42 图5.9 select low spatial resolution multi band input file对话框 PC spectral sharpening(主成分变换融合) 1在ENVI的主菜单选择Transform ?Image Sharpening ?PC spectral sharpening。 2 在select low spatial resolution multi band input file对话框中选择p123r043_7p19991224_z49_multi文件，点击ok。 4 在high resolution Input file对话框中，选择p123r043_7p19991224_z49_pan文件波段，点击ok。 5 在PC spectral sharpening对话框中，Resampling重采样方法选择Nearest Neighbor，输入输出文件名和保存路径，点击ok，就会进行自动融合，融合结果就会出现在可用波段例表当中。 6 查看波段融合结果，在可用波段列表对话框中，选择RGB color显示方式，选择R(4)G(5)B(3)，点击Load RGB，显示融合图像。 43 注意:改变图像融合的重采样方法，看看是否会对图像显示产生影响。从图像 的清晰度和色彩两个方面来比较不同的图像融合方法，对图像的影响。 44 实验六 波段组合计算及图像增强 在本专题中，以ETM数据为对象，介绍在图像处理过程中的波段组合方式，波段之间的运算方式，数据的拉伸及增强处理过程。 打开影像 1选择file ?open image file 然后进入envidata目录，双击p123r043ETM文件夹，选择p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr，点击打开，影像就出现在可用波段例表中。 2 在可用波段列表中，点击RGB Color，选择R(4)G(5)B(3)三个波段来进行波段显示。 3 点击Load RGB，一幅假彩色图像就显示在影像窗口中。 波段组合 1 在显示的影像中，只用了p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr文件的三个波段，而文件有6个波段，在这里，可以尝试从6个波段当中，选取3个波段来组合，并比较不同波段组合之间的图像显示效果。 2 在可用波段列表中，点击RGB Color，选择R(7)G(4)B(1)三个波段来进行波段显示。 图6.1不同波段组合间的影像显示效果 3 在可用波段列表中，点击Display,1，在下拉菜单中，选择New display，点击Load RGB，一幅真彩色图像就显示在影像窗口中。 45 4 动态链接比较前后两幅影像的效果，在主影像窗口中，选择tools ?link ?link displays，在link displays对话框中，点击ok，两幅影像就链接起来了。 5 在可用波段列表中，选择其余的波段组合方式，并加以比较。 波段运算 Band math功能为用户提供了一个灵活的图像处理工具，在Band math对话框中，可以实现不同波段之间的加减乘除等运算。在这里还是以 p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr文件为对象进行波段运算。 1 在主菜单栏中，选择file ?open image file 然后进入envidata目录，双击p123r043ETM文件夹，选择p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr，点击打开，影像就出现在可用波段例表中。 2 在主菜单栏中，选择Basic Tools ?Band math。将出现band math对话框。 图6.2 Band math对话框 3 在enter an expression的文本框中，输入需要进行波段计算的IDL(Interactive Data Language)表达式，使用变量代替波段名或文件名，变量 ”或“B”开头，后面跟着5个以内的数字字符。 名必须以字符“b 注意:例如，若想计算三个波段的平均值，可以将数学表达式: (float(b1)+float(b2)+float(b3))/3输入到文本框中，该表达式中使用的三个变量b1表示第一个变量，b2表示第二个变量 ，b3表示第三个变量，在变量前用浮点型字节来防止计算时出现字节溢出错误，输入有效的表达式之后，点击 46 Add to list，表达式将添加在对话框中，点击ok。 4 变量赋值，在variables to Bands Pairings对话框中，允许从一个输入波段列表中，把波段赋给“enter an expression”文本框中包含的变量。 图6.3 variables to Bands Pairings对话框 要把一个值给原先实例中的变量“b1”;在variables to Bands Pairings对话框中，在标签为“Variables used in expression”的文本框内，点击变量“B1”。 在标签为“Available Bands List”的列表中，点击所需要的波段，数据集随即显示在变量名之后，注意一旦第一个波段被选中，只有那些具有相同空间尺寸的波段被显示在波段列表中，按照同样的方法，为“B2”，“B3”等赋予一个值。 5 输出波段运算结果，三个变量都选定了相应的波段之后，点击ok对运算结果进行输出，在Variables to Bands Pairings对话框中，选择“file”或“Memory”切换按钮，运算结果将显示在可用波段列表中。 提醒:除了波段的均值计算之外，还可以尝试波段之间的比值、加减或者乘法等 47 一系列的运算。波段运算一般满足四个条件: 1)必须使用IDL语言书写波段运算表达式;2)输入的波段必须具有相同的维数;3)表达式中的所有变量都必须用Bn(bn)命名;4)结果波段必须与输入波段的维数相同。 交互式数据拉伸(Interactive Stretching) 打开要进行拉伸的数据p123r043_7p19991224_z49_multi.hdr，在主影像窗口，选择Enhance?interactive stretching，在交互式对比度拉伸对话框中将显示一个输入直方图何一个输出直方图，它们表明了当前的输入数据以及分别应用的拉伸。两条垂线(虚线)表明了当前拉伸所用到的最小值和最大值。对于彩色影像来说，直方图的颜色与所选的波段颜色一致(系统默认显示红色波段的直方图)。交互式直方图窗口的底部会列出拉伸类型和直方图来源。要浏览一幅彩色图的绿波段和蓝波段的直方图，点击窗口中的“G”、“B”切换按钮。要把任何拉伸或直方图的变换自动应用到图像，选择Options ?Auto Apply。一般情况下只有点击“Apply”按钮才能把任何变换应用到图像，通过取消选中Options ?Auto Apply来关闭自动功能。 图6.4 交互式对比度拉伸对话框 48 设置拉伸参数 在交互式对比度拉伸对话框中，使用“Options”菜单和鼠标交互功能可以为拉伸设置参数，并同时浏览交互式直方图窗口中的信息。 1)更改拉伸最小值和最大值 更改拉伸最小值和最大值，在任意一条垂直虚线上点击鼠标左键，然后拖放到一个新的位置，或者直接在对话框顶部的文本框中输入所需值。 提示:当在文本框中指定最大和最小值时，输入所需要的实际值(例如，最小值37，最大值68)或者数据的百分比(例如，最小值2,，最大值98,)。可以设置数据范围之外的值，但是只根据输入直方图的数据范围进行拉伸。输入数据后，输出直方图会自动更新，以反映输入直方图中的变化，并应用到新的拉伸显示数据的分布。 2)锁定拉伸条(locking stretch bars) 要锁定最小值和最大值拉伸条(垂直虚线)间的距离，选择Options ?locking stretch bars。拉伸条间的距离将被锁定，可以同时移动两个拉伸条。要解除锁定，取消选中locking stretch bars即可。 拉伸类型菜单 在交互式对比度拉伸对话框中的Stretch_type菜单中包含一个所有可供选择的交互式拉伸类型列表。 1)线性对比度拉伸 线性对比度拉伸是系统默认的交互式拉伸。线性拉伸的最小值和最大值分别设置为0和255，两者之间的所有其它值设置为中间的线性输出值。 在交互式对比度拉伸对话框中，选择Stretch_type ?linear contrast stretch。要限定最小和最大输入值，使用鼠标左键，移动输入直方图中的垂直线(白色虚线)到所需要的位置，或者在stretch文本框中输入所需要的DN值或一个数据百分比(例如，最小值5,，最大值95,)。要重新显示原来的拉伸，选择Options ?Reset Stretch。 2)分段线性对比度拉伸(piecewise linear) 分段线性对比度拉伸可以通过使用鼠标在输入直方图中放置几个点进行交互地限定。对于各个点之间的部分采用线性拉伸。 49 选择Stretch_type ?piecewise linear。一个转换函数(初始为一条白色直线)将被绘制在输入直方图。在输入直方图地任何位置点击鼠标中键，从而为转换函数增加一个节点，绘制的线段将把端点和绘制的节点标记连接起来。 图6.5分段线性对比度拉伸对话框 要移动一个点的位置，在标记上点击鼠标左键，然后把它拖放到一个新位置。要删除点，在标记上点击鼠标右键。要手动地键入输入和输出值，选择Options ?Edit piecewise linear。结果将被绘制在输出直方图中，该直方图显示应用新的拉伸后数据的分布情况。点击Apply，将拉伸应用于显示的数据。 3)高斯对比度拉伸(Gaussian) 系统默认的Gaussian拉伸使用均值DN127和对应于0-255的以正负3为标 Gaussian。输入拉伸的最小值和最大准差的值进行拉伸。选择Stretch_type ? 值。输出直方图用一条红色的曲线显示被选择的Gaussian变换函数。被拉伸数据的分布呈白色，并叠加显示在红色Gaussian函数上。 注意:要手动地输入所需要的标准差，选择Options ?Set Gaussian Stdv，点击Apply，把拉伸应用于显示的数据。 4)直方图均衡化对比度拉伸 要自动缩放数据，从而使每个直方图bin中的DN数相均衡;选择Stretch_type ?Equalization。输入直方图显示未被修改的数据分布。输出直 50 方图用一条红色曲线显示均衡化函数，被拉伸数据的分布呈白色叠加显示。点击Apply，将拉伸应用于显示的数据。 5)平方根对比度拉伸(Square Root) 计算输入直方图的平方根，然后应用线性拉伸，选择Stretch_type ?Square Root，输入直方图显示未被修改的数据分布。输出直方图用一条红色曲线显示平方根函数，被拉伸数据的分布呈白色叠加显示，点击Apply，将拉伸应用于显示的数据。 6)自定义对比度拉伸和直方图匹配(Arbitrary) Arbitrary选型允许在输出直方图的顶部绘制任何形状的直方图，或与另一个图像的直方图相匹配。 选择Stretch_type ?Arbitrary。输入直方图未被修改的数据分布，通过点击或按住并拖放鼠标左键，可以在Output Histogram窗口绘制输出直方图，自定义的直方图将用绿色来显示。点击Apply，将拉伸应用于显示的数据。 注意:要删除直方图，点击鼠标中键。点击鼠标右键来接受绘制的输出直方图，并把数据的统计资料匹配到图中。输出直方图用红色显示自己绘制的直方图，匹配的数据函数用白色曲线绘制。 7)直方图匹配 使用自定义对比度拉伸功能也可以把一幅图像的直方图与另一幅图像的直方图进行匹配。要从一幅图像中获得输入或输出直方图，在图表顶部的“Input Histogram”或“Output Histogram”文本标签上点击鼠标左键拖放即可。把名字拖放到其它的自定义输出直方图中，然后释放按钮。被导入的直方图将用红色绘制，输出直方图将被拉伸，与导入的直方图匹配。点击Apply，将拉伸应用于显示的数据。 8)定义查找表拉伸(Defining Look- Up-Table) 一个用户自定义的查找表可以把每个输入的DN值拉伸到一个输出值。它可以恢复或交互式定义。 选择Stretch_type ?User Defined LUT。选择Options ?Edit User Defined LUT。当出现编辑对话框时，一个包含输入DN值和对应的拉伸输出值的列表将显示在“Edit User Defined LUT”标签下，这些值反映了当前的拉伸情 51 况。在值上点击进行编辑。当它出现在“Edit Select item:”文本框中时，输入所需值，然后按回车键。 注意:当该功能被启动后，要重新设置查找表为初始值，点击“Reset”。点击ok，点击Apply，将拉伸应用于显示的数据。 图6.6 Edit User Defined LUT对话框 图像增强与滤波 图像增强的功能在主影像窗口中的enhance下拉菜单中，有线性增强、高斯增强、直方图均衡增强和平方根对比增强几种类型，每种增强类型有三个选择，可以对主影像窗口、卷积窗口和缩放窗口分别进行增强处理。 滤波通常通过特定的空间频率来使图像增强。空间频率通常描述亮度或DN值与距离的方差，图像包括多种不同的空间频率，消除一幅图像的高频信息可以使图像显得平滑。在ENVI软件中进行图像的滤波，是在主菜单栏中filter下进行操作，主要包括卷积滤波(Convolutions and Morphology)、形态学滤波、纹理滤波、自适应滤波和频率滤波。 卷积滤波是指在空间域对图像进行滤波。形态学滤波以形态为基础对图像进行处理。纹理滤波从图像中提取纹理信息。自适应滤波器在抑制噪声的同时保留了图像的尖锐信息和细节。傅立叶滤波在频率域对图像进行滤波。 1)卷积滤波 在主菜单中，选择filter ?Convolutions and Morphology。将出现 52 Convolutions and Morphology Tool对话框。 图6.7 Convolutions and Morphology Tool对话框 选择滤波器类型，在Convolutions and Morphology Tool对话框中，点击Convolutions，在下拉菜单中可以选择滤波器类型(高通、低通、拉普拉斯、直通、高斯高通、高斯低通、中值、sobel、Roberts、用户自定义滤波)，系统默认的滤波器类型为高通类型。 编辑变换核的大小，在Convolutions and Morphology Tool对话框中，用鼠标点击“Kernel Size”增减箭头时，变换核的尺寸将以2为单位增减;当鼠标中键点击“Kernel Size” 增减箭头时，变换核的尺寸将以10为单位增减;当用鼠标右键点击“Kernel Size” 增减箭头时，变换核的尺寸将恢复到默认尺寸。变换核被默认设置为正方形。要将变换核变为非正方形核，选择Option ?Square Kernel:No。默认的Image Add Back为0。 2)纹理滤波器(基于概率统计的滤波) 使用Texture选项可以应用于基于概率统计或二阶概率统计的纹理滤波。许多图像包含的区域以亮度变化为特征，而不仅局限于亮度值。纹理是指图像色调作为等级函数在空间上的变化。被定义为纹理清晰的区域，灰度等级相对于不同纹理的地区一定是比较接近的。 在主菜单中，选择filter ?Texture ?occurrence Measures。在Texture 53 input file对话框中，选择要进行滤波的文件，点击ok。 图6.8 Texture input file对话框 在Occurrence Texture Parameter对话框中，选择输出文件路径核文件名，其余选项采用默认值，点击ok，文件即进行纹理滤波处理。所选的纹理图像将计算出来，并被放置在可用波段例表中。 图6.9 Occurrence Texture Parameter对话框 54 3)自适应增强型Lee滤波器 自适应滤波运用围绕每个像元的标准差来计算一个新的像元值。一般来说，原始的像元值将被基于周围的有效像元(即那些符合标准差的像元)所计算的新值代替。增强型Lee滤波器是Lee滤波器的改进，根据单独滤波窗口中计算出的统计(方差系数)对数据进行滤波。每个像元将被分到3个类型中:相似像元(homogenous)、差异像元(heterogeneous)和指向目标的像元(point target)。 在主菜单中，选择filter ?Adaptive ?enhance Lee。在Enhance Lee filter Input file对话框中，选择要进行滤波文件，点击ok，在Enhance Lee filter Parameters对话框中，输入filter Size大小、Damping Factor及Homogenous Areas等参数，也可以采用默认的方式。参数填写完毕，选择输出路径和输出文件名，点击ok即可。 图6.10 Enhance Lee filter Parameters对话框 4)快速傅立叶变换滤波器 FFT Filtering(Fast Fourier Transform Filtering 快速傅立叶变换滤波 )可以将图像变换成为显示不同空间频率成分的合成输出图像。包括如下操作:频率域滤波器的交互式建立;滤波器的应用;以及FFT向原始数据空间的逆变换。 55 正向FFT滤波 打开影像，在ENVI主菜单栏中选择Filters ?FFT Filtering ?Forward FFT。将出现Forward FFT Input File对话框，选择要进行滤波的文件，点击ok。 在Forward FFT Parameters对话框中选择输出到“file”或“memory”。点击ok开始FFT计算。 定义FFT滤波器 使用Filter Definition选项可以交互式的直接定义滤波器，也可以通过在显示的正向变换图像中绘制来定义滤波器。滤波类型包括:circle pass and cut 以及user-drawn pass and cut。 在ENVI主菜单栏中选择Filters ?FFT Filtering ?Filter Definition。将出现Filter Definition选择对话框。从下列选项中选择: 如果当前显示中包含一幅FFT影像，选择包含FFT图像的显示号，选择“No Display”指出该滤波器不与某个特定图像相关。如果当前显示中不含FFT图像，则在“Samples”和“Lines”文本框中键入数值，以限定滤波器的大小。 图6.11 Filter Definition对话框 在Filter Definition选择对话框中，选择Filter_type即滤波器类型，对于“Circular pass”或“Circular cut”滤波器，需要在“Radius”文本框中，以像元为单位输入滤波半径。 56 对于“Band Pass”或“Band Cut”滤波器，在“Inner Radius”和“Outer Radius”文本框中，以像元为单位键入所需值。 对于“User Defined”和“User Defined Cut”滤波器，允许将ENVI的注记导入滤波器(一般在FFT影像上，使用annotation功能)。 使用箭头按钮来选择“Number of Border Pixels”参数，用于细化滤波器。值为0表示没有平滑。 选择输出到“file”或“memory”。点击apply构建FFT滤波器。 反向FFT变换 反向FFT变换程序实际包括两个步骤，先应用FFT滤波，然后将FFT图像反变换回原始数据空间。 选择Filter ?FFT Filtering ?Inverse FFT，将出现Inverse FFT Input File对话框。选择一个输入文件或波段，若需要，选取任意子集。点击ok即可对图像进行反变换。 57 实验七 图像分类 本专题介绍遥感影像的分类操作处理，比较监督分类和非监督分类后的影像，并对分类后的影像进行相应的后处理。后处理包括聚合(clump)处理，筛选(sieve)处理、并类(combine)处理，以及精度评估。 打开显示分类影像 1从ENVI主菜单中，选择File ?Open Image file，选择进入envidata文件夹目录，点击can_tm子目录，从列表中选择can_tm.img文件，点击ok。 2 在可用波段列表中，选择RGB Color单选按钮，然后用鼠标左键，顺次点击波段4、波段5和波段3。所选的波段就会在对话框中适当的文本框中显示出来。 3 点击Load RGB按钮，把该影像加载到一个新的显示窗口中。在主影像窗口对影像进行简单的区分和目视判读工作。 非监督分类 在ENVI主菜单中，选择Classification ?Unsupervised ?选择K-means或者IsoData。 K均值(K-means)分类法 K,均值非监督分类器使用了聚类分析方法，它需要首先选定所需的分类个数，随机地查找聚类的中心位置，然后迭代地重新配置它们，直到达到最优化的波谱分类。 1在ENVI主菜单中，选择Classification ?Unsupervised ?K-means，在Classification Input file对话框中，选择分类影像和分类波段数，点击ok。 2 在K-means parameters对话框中，确定分类数为6类，其余参数采用默认的方式，选择文件输入名称和输出路径，点击ok，影像进行分类。 3 在可用波段列表中，添加一个新的图像显示窗口，从Display,1下拉菜单中，选择New Display。 4 双击K-means(can_tm.img)分类图像，分类后的图像就显示在新的影像窗口中。 5 从主影像窗口菜单中，选择Tools ?Link ?Link Displays，然后在对话框中，点击ok。 58 图7.1 K-means parameters对话框 6 使用鼠标左键，在影像上点击并拖动动态叠加显示区域，将K-means分类结果同原始的彩色合成影像进行比较。 7 当处理完成后，选择Tools ?Link ?Unlink Display，关闭动态链接。 IsoData(迭代自组织数据分类技术) IsoData非监督分类法将计算数据空间中均匀分布的类均值，然后用最小距离规则将剩余的像元进行迭代聚合。每次迭代都要重新计算均值，且根据所得的新均值，对像元进行再分类。这一处理过程将持续到每一类的像元数变化少于所选的像元变化阈值或者达到了迭代的最大次数。 1在ENVI主菜单中，选择Classification ?Unsupervised ?IsoData，在Classification Input file对话框中，选择分类影像和分类波段数，点击ok。 2 在IsoData parameters对话框中，确定分类数为6类，其余参数采用默认的方式，选择文件输入名称和输出路径，点击ok，影像进行分类。 3 在可用波段列表中，添加一个新的图像显示窗口，从Display,1下拉菜单中，选择New Display。 4 双击IsoData(can_tm.img)分类图像，分类后的图像就显示在新的影像窗口中。 59 5 从主影像窗口菜单中，选择Tools ?Link ?Link Displays，然后在对话框中，点击ok。 6 使用鼠标左键，在影像上点击并拖动动态叠加显示区域，将IsoData分类结果同原始的彩色合成影像进行比较。按住鼠标左键的同时，再次点击鼠标右键，触发第三幅影像的动态叠加显示。将IsoData分类结果和K-means分类结果进行比较。 7 当处理完成后，选择Tools ?Link ?Unlink Display，关闭动态链接。 监督分类法 监督分类是一种边训练边学习的分类方法。在进行监督分类时，首先要训练分类样本，确定分类数，对样本进行保存。然后选择监督分类方法，分类结束后进行分类后的处理工作。 1选择用于非监督分类的影像can_tm.img文件。从主影像窗口中，选择Overlay ?Region of Interest。接着对应于显示窗口的ROI Tool对话框。 图7.2 ROI Tool对话框 2 在ROI Tool对话框中，选择ROI_type为polygon，然后在主影像窗口中，绘制一个多边形，该多边形就代表了新创建的感兴趣区。要完成这一步，请按下面的步骤进行: , 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点。 60 , 再次点击鼠标左键，按顺序选择更多的边线点，点击鼠标右键来闭合该 多边形。鼠标中键可以被用来删除最新定义的点，或者删除已经闭合了 的整个多边形。再一次点击鼠标右键，固定多边形的位置。 , 通过选ROI Controls对话框顶部对应的单选按钮，感兴趣区可以在缩 放窗口中被定义。 感兴趣区域定义完后，它就会在对话框的可用区域列表中显示出来，同时显示的还有感兴趣区域的名字，颜色以及所包含的像素总数。 3 要定义一个新的感兴趣区，点击New Region按钮。点击Edit按钮，在打开的Edit ROI Parameters对话框中，可以输入感兴趣的名字，选择感兴趣区的颜色和填充方式。按照上述步骤，定义新的感兴趣区。对分类影像定义6个地类。 图7.3 感兴趣对话框及训练样本 4 对训练的样本进行保存，在ROI Tool对话框中，选择file ?save ROIs。 5 在Save ROIs to file对话框中，选择Select All Items，点击choose选择保存路径和文件名。 6 点击ok保存文件。 61 图7.4 Save ROIs to file对话框 最小距离法分类(Minimum Distance) 最小距离分类法使用了每个感兴趣区的均值矢量，来计算每一个未知像元到每一类均值矢量的欧氏距离。除非用户指定了标准差和距离的阈值，否则所有像元都将分类到感兴趣区中最接近的那一类。 1在ENVI主菜单中，选择classification ?supervised ?Minimum Distance，在Classification Input File对话框中，点击选择进行监督分类的文件can_tm.img，点击ok。 图7.5 Minimum Distance Parameters对话框 62 2 在Minimum Distance Parameters对话框中，选择Select All Items, set Max stdev from Mean和set Max Distance Error采用默认的方式。选择输出路径和文件名。在对话框的右边，选择不输出规则图像，在Output Rule Image上下按钮用鼠标点击一下即可。 3点击ok，即可进行最小距离的监督分类，计算结果出现在可用波段列表中。 4在可用波段列表中，添加一个新的图像显示窗口，从Display,1下拉菜单中，选择New Display。 5 双击min Dist(can_tm.img)分类图像，分类后的图像就显示在新的影像窗口中。 注意:监督分类方法除了采用最小距离分类之外，还可以采用最大似然法，平行六面体等分类技术，其分类步骤与最小距离法一致。 影像分类后处理 我们需要对分类后的影像进行处理， 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 其分类效果和精度，或者将类概括出来，并导入到地图影像和矢量GIS中。 分类统计 分类统计主要从被分类图像中，提取统计信息。这些不同的统计信息可以是基本统计信息、(最小值、最大值、标准差、方差等)、直方图或者是从每个所选类中计算出的平均波谱。 1 选择classification ?post classification ?class Statistics，来进行统计处理。选择分类影像，然后点击ok。 2 接着选择原始被用来分类的影像can_tm.img，点击ok。 3使用Class Selection对话框，来选择要进行统计的类，点击Select All Items，然后点击ok。 4 最后在Compute Statistics Parameters对话框中，选择要计算的统计信息，并点击Compute Statistics Parameters对话框底部的ok按钮。然后根据所选择的统计选项，几个绘制图和报表会出现在屏幕上。 混淆矩阵(Confusion Matrix) ENVI计算混淆矩阵的功能允许对两幅图像(分类影像和真实影像)，或者对分类影像和感兴趣区进行比较。地面真实影像可以是另一幅分类影像，或者是根 63 据地面真实测量生成的影像。 1 选择Classification ?Post Classification ?Confusion Matrix ?有两个选项可供选择，一为Using Ground Truth Image，或者Using Ground Truth ROIs。 2 在本专题中，我们选择Using Ground Truth ROIs进行混淆矩阵的计算。 3 在Classification Input file对话框中，选择分类后的影像mindistance.img，点击ok。 4 在Confusion Matrix Parameters对话框中点击ok按钮。 5 查看混淆矩阵和混淆影像。通过使用波谱剖面廓线和Cursor/Location Vlaue，来对分类影像和原始反射率影像中的感兴趣区进行比较，确定误差的来源。 图7.6 分类影像混淆矩阵结果 聚合和筛选处理(Clump and Sieve) 1 要对分类影像进行筛选处理，选择ENVI主菜单栏中的classification ?Post classification ?sieve classes，再选择分类影像，并输入到memory中，然后点击ok。 2 使用输出的筛选处理后的结果，作为聚合处理的输入图像。选择classification ?Post classification ?clump classes，在内存中选择先前 64 生成的筛选后处理后的影像，点击ok。 3 输出到Memory，点击Clump Parameters对话框中的ok按钮。 4 比较处理前后的三幅影像。 合并类(Combine Classes) 1选择ENVI主菜单栏中的classification ?Post classification ?combine classes，再选择分类影像,点击ok。 2 在combine classification parameters对话框中，选择要进行合并的两类，先选择要被合并的类，再选择新的输出类，(列如将unclassified 并入到bare Output class地类，组成新的bare地类则Input class选择unclassified，选择bare)。点击ok即可生成新的合并类。 Combine Classification Parameters对话框 图7.7 修改类的颜色 当显示分类影像时，可以通过修改类的颜色，改变特定类所对应的颜色。 1 在主影像窗口中选择，tools ?Color Mapping ?Class Color Mapping。 2 在Class Color Mapping对话框中，点击某个类的名字，并拖动相应的颜色条，或者输入所需的颜色值，来改变类的颜色，所做的改变就会立刻应用到分类影像上。要进行永久性的改变，在对话框中，选择Options? Save Changes。 65 实验八 使用ENVI进行三维曲面浏览与飞行 在本专题中，介绍ENVI三维曲面浏览和飞行的处理知识，实验的主要内容包括彩色影像与数字高程模型的叠加，进行三维曲面浏览，交互式的三维可视化或者创建三维飞行路径。 打开并显示影像数据 1 打开彩色影像，在ENVI主菜单栏中，选择file ?Open Image file，接着，在Enter Data Flienames文件选择对话框中，选择envidata文件夹，双击bh_3d文件子目录，从文件夹中选择bhtmsat.img,点击打开，所选文件就显示在可用波段列表中。 2 ENVI将会把波段1、2、3加载到一个新的显示窗口中。 图8.1多波段彩色影像图 3 打开并显示数字高程(DEM)影像，在ENVI主菜单栏中，选择file ?Open Image file，接着，在Enter Data Flienames文件选择对话框中，选择envidata文件夹，双击bh_3d文件子目录，从文件夹中选择bhdemsub.img,点击打开，所选文 66 件就会以Gray Scale灰度形式自动显示在一个新的窗口中。 图8.2与多波段彩色影像对应的DEM图 启动三维浏览功能 1 选择Topographic ?3D Surface View，启动三维浏览。也可以从主影像窗口，选择Tools ?3D Surface View，启动三维浏览。 2 在Associated DEM Input file对话框中，点击DEM波段名，选择要输入的数字高程模型(DEM)文件。根据其需要进行空间子集处理，然后点击ok，打开3D Surface View Input Parameters对话框。 3 选择三维曲面绘制所需要的DEM分辨率(像素数)复选框。DEM数据将会重采样到所选的分辨率。见图8.3 注意:使用较高的DEM分辨率将会明显的减慢可视化的速度，只有在具备足够快的运算时，才可以使用该分辨率选项。通常确定最佳飞行路径时，需要选择较低的DEM分辨率(64)。然后，在最终三维曲面飞行时，再选择较高的DEM分辨率。 67 图8.3 3D Surface View Input Parameters对话框 4 如果需要，输入DEM最小和最大绘制值，从显示的DEM数据中选择满足特定需要的数据值。DEM值低于最小值或者高于最大值的那部分的像素就不会绘制在三维曲面中。 5 在Vertical Exaggeration中输入所需的数值，增大其数值可以增加垂直夸张的程度。 6 选择Full或者Other分辨率选项。如果选择了Other，那么影像将会被重采样成所选择的DEM像素数。 7 如果需要，点击Spatial subset按钮，选择影像的空间子集。 8 使用X Pixel Size 和Y Pixel Size 文本框中的默认值，或者输入所需的像素大小。 9 点击OK，开始三维可视化显示。 交互式三维可视化控制 鼠标光标和按钮可以被用来交互式地旋转，平移(漫游)以及缩放三维曲面。按照下面的步骤，对三维曲面进行浏览。 在3D Surface View窗口中，点击鼠标左键，并沿着水平方向拖动鼠标，这 68 将使得三维曲面绕着Z轴旋转。点击鼠标左键，并沿着垂直方向拖动鼠标，这将使得三维曲面绕着X轴旋转。 图8.4 使用鼠标左键旋转的两个三维曲面图 在3D Surface View窗口中，点击鼠标中键，并拖动鼠标，可以在相应的方向平移漫游影像。 图8.5 使用鼠标中键旋转的两个三维曲面图 在3D Surface View窗口中，点击鼠标右键，并拖动鼠标，可以增加缩放比例系数。点击鼠标右键，并向左拖动鼠标，可以减少缩放比例系数。 69 图8.6使用鼠标右键设置不同的缩放比例的两个三维曲面图 三维曲面浏览对话框 通过在3D Surface View窗口中，选择Options ?Surface Controls或者Motion Control，可以访问到三维曲面的浏览控制对话框。这些对话框可以确定显示什么样的三维曲面;如何显示这些三维曲面;对旋转、平移或缩放进行精细控制;动画显示曲面等。 图8.7三维曲面浏览控制对话框 曲面显示类型 对于三维曲面，可以选择几种显示的类型，可以在三维曲面上叠加一幅影像(叠合影像)或者以网格结构(wire frame)、直纹XZ(ruled XZ)、纵纹(ruled YZ)或单点的形式显示出三维曲面。 70 1 要以叠合影像的形式显示三维曲面，可以在3D Surface View controls对话框中， surface style ?Textue、wire、ruled XZ、ruled YZ，四种方式来显示三维曲面。 2 通过3D Surface View图像框中，选择Options ? Bilinear Interpolation 进行插值处理，或者不进行插值处理，比较两者之间的效果。默认情况下是不进行插值处理。 图8.8 使用不同格网选项显示的三维曲面:左上:格网结构;右上:直纹结构 左下:纵纹结构;右下:单独点的形式 71 可视化姿态控制 在3D Surface View窗口中，选择Options ?Surface Controls，在3D Surface View controls对话框中，提供了Rotate/Scale/Trans Controls三种样式对三维曲面进行可视化姿态控制调整的手段。 要对三维曲面进行旋转: 1 在Rotation Inc箭头增量矩形框中，输入以度为单位的数值，改变三维曲面的旋转程度。 2 点击Rotation文本标签旁边的箭头，往指定的方向进行旋转。点击左箭头绕着Z轴顺时针旋转，点击右箭头绕着Z轴逆时针旋转，点击上箭头绕着X轴向屏幕内旋转，点击下箭头绕着X轴向屏幕外旋转。 要对三维曲面进行平移 1 在Translation Inc箭头增量矩形框中，输入相应的数值，改变三维曲面的平移量。 2 点击Translation文本标签旁边的箭头，往箭头指示的方向进行平移。 要放大或者缩小三维曲面 1 在Scaling Inc箭头增量矩形框中，输入相应的数值，改变三维曲面的缩放比例。 2 点击Scaling文本标签旁边的加号或者减号按钮，分别增加或者减少缩放比例系数。 其他可视化控制 , 要改变3D Surface View对话框背景颜色，可以选择Options ? Change Background Color。 , 要改变3D Surface View对话框垂直夸张系数，可以选择Options ? Change Vertical Exaggeration，然后输入所需的数值。较高的系数可以增加垂直 夸张的程度。 , 要将三维影像重新设置为默认布局，可以在3D Surface View对话框中，选 择Options ?Reset View。 72 曲面浏览定位对话框 通过设置特定的视点、视线方向或视角，可以控制三维曲面浏览。 图8.9 3D Surface View Positioning对话框 1 在3D Surface View窗口中，选择Options ?position Control,接着Surface View Positioning对话框控制对话框会出现在屏幕上。 2 在主影像窗口中，选择Tools ?Cursor Location/Value，打开Cursor Location/Value对话框，读取所需位置的像素或地理坐标，选择合适的视点。将这些坐标输入到Surface View Positioning对话框中，比如起始点列为(sample)3600，行(line)3000。 3 尝试改变Azimuth(方位角)、Elevation和Height Above Ground的参数值，分析它们对三维曲面浏览的影响。开始处理时，设置Azimuth为90，Elevation(视角),90(竖值向下的方向)，Height Above Ground为2000。然后改变该高度值，观察三维曲面的变化。 4 使用交互式的旋转和缩放功能，从所选视点，查看三维曲面。 创建并播放自定义的动画序列 ENVI的三维曲面浏览功能也能够用来创建一个动画序列或者三维的曲面飞行浏览。 73 尝试恢复先前保存的飞行路径，并播放动画序列。 1在3D Surface View窗口中，选择Options ?Motion Controls，打开Surface View Motion Controls对话框。 图8.10 Surface View Motion Controls对话框 2 在Surface View Motion Controls对话框中，选择file ?Restore Sequence from file，选取文件bhdemsub.pat作为要恢复飞行路径。 3 在Frames箭头增量矩阵中，输入数值500，然后点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。点击Stop Sequence，停止飞行浏览。 尝试交互式定义自己的飞行路径，然后点击曲面飞行浏览这些数据 1 在Surface View Motion Controls对话框中，点击clear按钮，清除当前的飞行路径。使用鼠标或者箭头按钮，选择三维曲面浏览的起始点。点击Add按钮，将所选投影图作为飞行路径的起始点加入。 2 使用鼠标或者箭头按钮，选择其它的三维视图，并点击Add按钮，将该视图添加到飞行路径序列中，重复上面的步骤，直到已经选取了满足需要(至少2分钟)足够多的视图为止。当播放视图序列时，飞行路径会在这些视图之间进行平滑处理。 点击飞行路径序列号，然后点击Replace，可以在飞行路径列表中替换掉该投影视图。点击飞行路径序列号，然后点击Delete，可以在飞行路径列表中删掉该投影视图。点击clear，可以清除飞行路径序列表。 3 输入飞行浏览动画显示中所使用的帧数，飞行路径会进行相应的平滑内插处 74 理。较大的帧数会产生更加平滑的效果，但是它会减慢动画播放的速度。 4 点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。 使用ENVI注记功能创建动画序列 1 在Surface View Motion Controls对话框中，选择Options ?Motion:Annotation Flight Path，使用ENVI注记功能绘制的飞行路径，对数据进行飞行浏览。我们可以折线、多边形、矩形或者椭圆注记对象，对飞行路径进行定义。我们也可以输入保存过的注记文件。 2 通过选择Input Annotation from file单选按钮，再选取注记文件bhdemsub.ann，然后选择第一个注记对象(绿色的折线)，来使用保存过的注记文件定义飞行路径。所选择的注记文件以及它包含的节点数都会显示在对话框的中部，同时飞行路径也会绘制在三维曲面上。在Frames文本框中输入500，要沿着飞行路径动态平均像素点以平滑视图，可以在Flight Smooth Factor文本框中输入1000。接着在Flight Clearance文本框中输入1000，将Up/Down视角设为,60。,90度的垂直视角表示垂直于表明向下看，0度视角表示笔直向前看(水平)。保留Right/Left视角为0值的设置。,90度的水平视角表示向左看，90度视角表示向右看，0度视角表示笔直向前观看。点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。尝试不同的参数值，并观察它们对三维曲面浏览的影响。此外，也可以使用箭头切换按钮选择Flight Clearance，然后输入所需的超过海平面的高度，尝试在三维曲面上空某一恒定的高度进行飞行浏览。 3 接着，还是选择Input Annotation from file单选按钮，再选取注记文件bhdemsub.ann，然后选择第二个注记对象(红色的椭圆)，来使用保存过的注记文件定义飞行路径。在Frames文本框中输入1000，Flight Smooth Factor文本框中输入10000，Flight Clearance文本框中输入1000。然后将Up/Down视角设为,60，再保留Right/Left视角为0值的设置。点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。尝试不同的参数值，并观察它们对三维曲面浏览的影响。 4 现在，在主影像显示窗口中选择Overlay ?Annotation，然后选择File ?Input Annotation from Display，点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。尝试创建自己的注记对象，进行三维曲面飞行浏览。 75 动画序列选型 动画序列允许我们对三维曲面浏览动画显示的速度和方向进行控制。 1 按照上面描述的步骤，利用保存过的注记文件，将飞行路径设置为椭圆。将Frames设为100，然后在Surface View Motion Controls对话框中，选择Options ?Animate Sequence，将单独帧加载到动画显示中。接着3D Surface View控制对话框就会显示出一个交互式的工具，对动画显示进行控制。 图8.11 选择动画序列(Animate Sequence)后的Surface View控制对话框 2 增加Speed箭头增量矩形框中的数值，控制浏览显示的速度。较大的数值会加快动画的显示的速度。 3 点击对话框底部相应的位图按钮，控制浏览显示方向。按钮从左到右分别是:向后显示动画;向前显示动画;连续向前/向后显示动画;暂停动画。 4 当动画暂停时，可以点击并拖动滚动条，每次一帧或者多帧拖动动画显示。 5 选择file ?Cancel，返回Surface View Motion Controls对话框。 76 保存输出曲面浏览 ENVI的三维曲面的浏览功能也可以提供几种选项，保存曲面浏览结果或者 飞行路径。 , 在Surface View Motion Controls对话框中，点击File ?Save Sequence to File，将当前飞行路径保存到ENVI的路径文件(.pat)中,该文件可以在三 维曲面浏览处理操作中恢复出来。 , 在Surface View Motion Controls对话框中，点击File ?Restore Sequence Path from File，可以在用户自定义模式三维曲面浏览中，保存的飞行路径 恢复出来。 , 在Surface View Motion Controls对话框中，点击File ?Input Annotation from Display，可以在注记模式三维曲面浏览中，从当前显示影像中获取注 记对象。 , 在Surface View Motion Controls对话框中，点击File ?Input Annotation from file，可以在注记模式三维曲面浏览中，从ENVI注记文件中中获取注 记对象。 , 在3D Surface View窗口中，选择file ?Save Surface As ?Image file， 将当前显示的视图输出到ENVI影像中。 , 在3D Surface View窗口中，选择file ?Print，将当前显示的视图直接进 行打印输出。 , 在3D Surface View窗口中，选择file ?Save Surface As ?VRML，将三 维曲面浏览输出成VRML文件，该文件可以通过某些程序进行查看。 77 实验九 地图制图 本专题旨在介绍ENVI地图制图的处理流程，以及使用注记功能添加额外的信息。ENVI的地图制图功能能够方便快捷地，交互式地添加图例等要素将一幅影像绘制成地图。制图过程一般包括一下几个步骤组成。首先使用ENVI快速制图(QuickMap)动能生成基本模板(或者恢复保存的模板)，然后使用ENVI的注记功能或其它影像叠合功能按需要进行交互式制图。快速制图允许设定地图比 选择影像的空间子集进行制图，还可以方便的添例。输出页的大小及方位，能够 加基本地图要素如地图公里网、比例尺、地图图标、标识、地图投影信息和其它基本地图注记。 打开将进行制图的Landsat TM影像 1 在ENVI主菜单栏中，选择file ?Open Image file。 2 在出现的Enter Input Data File文件选择对话框中，选择进入envidata目录中ys_tmsub子目录。从列表中选择ysratio.img文件，点击Open。相应的文件和波段会列在可用波段列表中。根据默认的设置，5/7,3/1,3/4的比率波段会自动的加载到“R”“G”“B”字段，且同时选择了RGB Color按钮。 3 点击对话框底部的Load RGB按钮把该影像加载到一个新的显示窗口中。 生成快速制图模块 QuickMap ?New QuickMap，打开1 从主影像显示窗口菜单中，选择File ? QuickMap Default layout对话框。 这个对话框可以用来修改输出页的大小，页的方位以及地图的比例。 图9.1 QuickMap Default layout对话框 2 在QuickMap Default layout对话框中，将Map Scale改为200,000，其余的 78 参数采用默认的方式，点击ok选定影像子集。 3 QuickMap image Selection对话框中，使用鼠标左键点击红色方框的左下角并拖动方框，选中整个影像。 注意:要选择影像的子集输出成地图，使用鼠标左键放置并调整红色矩形框。 图9.2 QuickMap image Selection对话框 4 点击ok，随后QuickMap Parameters对话框就会出现在屏幕上。 5 在对话框中用鼠标左键点击Main Title文本框，键入文本Yellowstone National Park Image Map。 6 在对话框中用鼠标右键点击Lower left Text文本框，在弹出的菜单栏中选择Load Projection Info，从ENVI的头文件中加载影像的投影信息。 7 在对话框中使用鼠标右键Lower Right Text文本框，键入Map Generated 79 Using，然后回车(按下Enter键)，再依次输入ENVI QuickMap、Copyright2001，Research System Inc，每次键入时都要按回车键。 图9.3 QuickMap Parameters对话框 8 根据本专题的目的，在这里建议Scale、Grid Lines 和North 前面的复选框(check box)选中。要更改设置，仍然可以使用QuickMap Parameters对话框右边的复选框及其选项进行。 9 点击Declination Diagram复选框，并选中。 10 在对话框底部选择Save Template，输入Output Filename文件名ysratio.qm，点击ok，将快速制图的结果保存为快速制图模板文件。这个模板可以在处理相同像素大小的影像时进行调用，只需要显示所需影像，并选择File ?QucikMap ?from Previous Template恢复已经保存了的快速制图模板。 11 在QuickMap Parameters对话框的左下角点击Apply，在标准ENVI显示窗口中显示快速制图结果，如果需要可以修改QuickMap Parameters对话框中的设置， 80 然后点击Apply更新显示结果。 12 在ENVI显示窗口中，查看结果，观察地图公里网、比例尺、指北针以及默认文本的位置。 81 自定义地图版面 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的元素 ENVI提供了多种定制地图制图的选项，包括添加虚边框(Virtual borders)、文本注记、公里网、等值线、绘图插入、矢量叠合以及分类叠合。可以使用ENVI的主影像窗口、滚动窗口或者缩放窗口来进行其它定制的制图操作(如果使用滚动窗口，可以拖住其一角来调整显示的大小)。 1)添加虚边框 默认的ENVI显示只包含了影像，周围没有空白的空间。地图制图一般需要将某些地图要素放置在影像之外。ENVI提供了一个“虚拟边框”的功能将注记放置在影像的周围而不用创建新的影像。虚拟边框可以采用几种方法添加在影像上，以下将依次介绍。 在ENVI快速制图中使用公里网来自动添加 一个虚拟边框会被添加到地图影像中与快速制图中的公里网相协调，并且默认的公里网也将显示出来。参见以下具体说明来了解如何修改公里网的属性参数。必要的边框将自动添加到影像的两边。 1 要改变默认的边框，可以从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay ?Grid lines。当Grid line Parameters对话框出现后，选择Options ?Set Display Borders打开Display Borders对话框。 2 输入100，400，150，100，点击ok。 图9.5 设置Display Borders对话框 新的虚拟边框的属性马上就会应用到地图影像中，如果保存了公里网的参数文件，边框属性信息也会同时保存，而且当从公里网参数文件中恢复公里网属性时，边框属性信息也会被恢复。 使用显示参数设置 使用Display Preference对话框，也可以改变虚拟边框的属性和其它显示设置。 82 1 从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择File ?Preference。接着Display Preference对话框就会出现，在对话框的顶部包含了与刚才介绍相类似的文本框。 2 输入所需数值，并为边框选择一个所需的颜色。 3 点击OK。新的边框的属性就会应用到地图影像中。 使用注记功能 在ENVI中使用注记功能也可以调整虚拟边框的属性。 1 从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay ?Annotation。 2 当Annotation对话框出现后，选择Options ?Set Display Borders打开Display Borders对话框。 3 输入所需边框的属性参数，点击OK。新的虚拟边框的属性马上就会应用到地图影像中，如果保存了注记文件，边框属性信息也会同时保存，而且当从注记文件中恢复公里网属性时，边框属性信息也会被恢复。 2)添加公里网 ENVI支持同时显示像素公里网、地理坐标公里网以及地理坐标(纬度/经度)网。当公里网被应用到地图影像中时，100个像素的虚拟边框(在没有添加虚拟边框的情况下)会自动添加到地图影像中，来协调公里网标签(labels)。要添加或修改地图影像公里网，可以参考以下步骤进行。 1 从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay ?Grid Lines。出现Grid Lines Parameters对话框中，默认的公里网间距会显示出来。 83 2 在Grid Spacing文本框中输入4000把公里网间距改为4000米。要改变公里网和标签的属性参数，选择Options ?Edit Map Grid Attributes或者Edit Geographic Grid Attributes来修改所选公里网的属性。同样，也可以从Quick Map Parameters对话框中点击Additional Properties按钮来修改公里网的属性参数。 3 点击OK，确定所选的属性。 4 在Grid Line Parameters对话框中，点击Apply将新的公里网应用到地图影像显示中。要保存公里网属性以便后续使用，从Grid Parameters菜单栏中选择File ?Save Setup，再选择一个输出文件。这样就保存了公里网属性参数的一个模板，以便可以加载到别的地图制图中。 3)操作处理注记 注记是用来在ENVI显示或者在地图制图中插入(或放置)地图要素的一种常规手段。使用ENVI的基本注记功能可以使用多种地图要素并放置它们的位置。 1 从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay ?Annotation，打开Annotation对话框。 2 从Annotation对话框菜单栏的Object下拉菜单中选择所需要的注记要素。 3 选择Image，Scroll或者Zoom单选按钮指定注记放置的窗口。 4 使用鼠标左键放置注记要素，点击鼠标右键进行确定，锁定注记位置。 图9.7 注记(Annotation)对话框 在Object下拉菜单中，有文本(Text)、符号(symbol)、形状注记、线段和箭头注记、地图比例尺(Scale Bar)、三北方向表(Declination)、图例注记(Map 84 key)、嵌入式影像注记(Image)、绘制图(Plot)嵌入式注记等。 在本专题中，要求添加如下注记 ?文本文档:Landsat TM Dtata Ratios 5/7,3/1,3/4(RGB) ?图例注记(Map key) 从Annotation对话框菜单栏的Object ?Map key。选择Edit Key Items来添加、删除或者修改单个的图例项，修改成功后按回车键即可。使用鼠标左键放置图例，使用鼠标右键锁定图例的位置。 ?嵌入影像注记 首先要确保被插入的影像已经在可用波段列表中列出，如果没有在可用波段列表中的话，则先要打开要插入的影像ys_loc.tif。 在Annotation对话框菜单栏的Object ?Image。在Annotation:Image对话框中选择Select New Image，选择要插入的影像ys_loc.tif。 图9.8 Annotation:Image对话框 图9.10 Annotation:Declination对话框 从可用波段列表中选取要插入的影像，如果需要，可以在处理中选取空间子集、调整影像大小。使用鼠标左键放置要嵌入的影像，使用鼠标右键锁定要嵌入的影像。 85 图9.11 使用ENVI注记功能来定制的地图制图 所有的注记添加完毕之后，对注记文件进行保存，在Annotation对话中，选择File ?Save Annotation，即可对注记文件进行保存。 输出地图制图结果 1 在快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择File ?Save Image As ?Image file。 2 在Out Display to Image file对话框中，Out file type的类型选择为BMP或者JPEG，选择 保存路径和文件名，点击ok进行保存，一幅完整的地图制图就完成了。 86