1、ENVI基本影像處理流程操作,ESRI中國（北京）有限公司 遙感事業(yè)部 鄧書斌,主要內(nèi)容,1.快速認(rèn)識ENVI 2.影像一般預(yù)處理 3.影像信息基本提取方法 4.制圖與三維可視化,數(shù)據(jù)的輸入輸出,圖像顯示與分析,圖像預(yù)處理（幾何糾正、融合、鑲嵌等）,影像信息提?。ㄈ斯そ庾g、自動分類、特征提取、動態(tài)檢測等）,專題制圖/三維可視化分析（集成GIS現(xiàn)有數(shù)據(jù)),成果報(bào)告（GIS分析/共享）,遙感圖像處理的一般流程,1.快速認(rèn)識ENVI,1.1 ENVI簡介 1.2 安裝目錄結(jié)構(gòu) 1.3 柵格文件系統(tǒng)和儲存 1.4 數(shù)據(jù)顯示 1.5 常見系統(tǒng)設(shè)置,1.1ENVI簡介ENVI/IDL體系結(jié)構(gòu),擴(kuò)展模塊,主

2、模塊,開發(fā)語言,1.1ENVI簡介ENVI從圖像中獲得您所需的信息 Data - Information,1.1ENVI簡介大氣校正擴(kuò)展模塊(Atmospheric Correction),可以有效地去除水蒸氣, 氣溶膠散射，漫反射的鄰域效應(yīng)。 獲得地物反射率和輻射率、地表溫度等真實(shí)物理模型參數(shù)。 使影像變得“清晰”,1.1ENVI簡介立體像對高程提取擴(kuò)展模塊(DEM Extraction),快速從ALOS PRISM, ASTER, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, GeoEye-1, IKONOS, KOMPSAT-2, OrbView-3, QuickBird, World

3、View-1, SPOT 1-5等以及航空影像立體像對中提取DEM。 全面支持RPC模型參數(shù)，盡可能少的控制點(diǎn)以達(dá)到有效的精度 使用DEM編輯工具對提取的DEM做局部編輯 交互量測特征地物的高度和收集3D信息并導(dǎo)出為3D Shapefile文件格式,提供面向?qū)ο蠓椒ā⒁子谑褂玫南驅(qū)Р僮髁鞒虖母叻直媛嗜投喙庾V數(shù)據(jù)中提取地物信息。包括： 交通工具 飛機(jī), 坦克, 汽車, 船只 建筑物 建筑物輪廓, 屋頂 基礎(chǔ)設(shè)施 道路, 橋梁, 機(jī)場, 海港碼頭 自然要素 河流, 湖泊,森林, 田地 云和霧,1.1ENVI簡介空間特征提取擴(kuò)展模塊（Feature Extraction）,1.1ENVI簡介正射

4、校正擴(kuò)展模塊（Orthorectification）,由瑞典的Spacemetric公司開發(fā) 支持大多數(shù)傳感器模型 快速、容易和精確校正影像 同時對多幅影像正射校正 集成鑲嵌和裁剪（標(biāo)準(zhǔn)分幅）功能 可以自行開發(fā)新傳感器模型 提供程序接口便于擴(kuò)展 流程化操作方式（Workflow）,1.1ENVI簡介 NITF數(shù)據(jù)支持?jǐn)U展模塊 （NITF）,讀寫、顯示標(biāo)準(zhǔn)NITF格式文件 JPEG2000編碼壓縮NITF格式文件 支持NITF2.0、NITF2.1和NSIF1.0之間的轉(zhuǎn)換 讀寫從商業(yè)衛(wèi)星、NCDRD和 第二圖像格式（NSIF）中獲得政府標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 廣泛支持NSDE的分類或未分類的TREs，也包括

5、自定義的TREs,1.1ENVI簡介ENVI/IDL的特點(diǎn),先進(jìn)、可靠的影像信息提取工具全套影像信息智能化提取工具,全面提升影像的價(jià)值。 專業(yè)的光譜分析高光譜分析一直處于世界領(lǐng)先地位。 隨心所欲擴(kuò)展新功能底層的IDL語言可以幫助用戶輕松地添加、擴(kuò)展ENVI的功能，甚至開發(fā)定制自己的專業(yè)遙感平臺。 流程化圖像處理工具ENVI將眾多主流的圖像處理過程集成到流程化（Workflow）圖像處理工具中，進(jìn)一步提高了圖像處理的效率。 與ArcGIS的整合從2007年開始，與ESRI公司的全面合作,為遙感和GIS的一體化集成提供了一個典型的解決方案。,1.2 安裝目錄結(jié)構(gòu),Bin：相應(yīng)的ENVI運(yùn)行目錄。

6、Data：數(shù)據(jù)目錄，保存一矢量文件夾（一些矢量數(shù)據(jù)）、兩個TM5柵格數(shù)據(jù)、兩個DEM數(shù)據(jù)和一個高光譜數(shù)據(jù)。 Filt_func：ENVI常規(guī)傳感器的光譜庫文件。例如：aster、modis、spot、tm等。 Help：ENVI的幫助文檔。 Lib：IDL生成的可編譯的程序，用于二次開發(fā)。 Map_proj：影像的投影信息，文本格式，客戶可以進(jìn)行定制。 Menu：ENVI菜單文件，可以進(jìn)行中、英文菜單互換。 Save：應(yīng)用IDL可視化語言編譯好的、可執(zhí)行的ENVI程序。 Save_add：客戶自主開發(fā)的、可執(zhí)行程序，比如各種補(bǔ)丁程序。 Spec_lib：波譜庫，不同地區(qū)可以有不同的波譜庫，用戶

7、可以自定義。,1.3 柵格文件系統(tǒng)和儲存,ENVI柵格文件格式：ENVI使用的是通用柵格數(shù)據(jù)格式，包含一個簡單的二進(jìn)制文件（ a simple flat binary ）和一個相關(guān)的ASCII（文本）的頭文件。 ENVI頭文件包含用于讀取圖像數(shù)據(jù)文件的信息，它通常創(chuàng)建于一個數(shù)據(jù)文件第一次被 ENVI讀取時。單獨(dú)的ENVI頭文本文件提供關(guān)于圖像尺寸、嵌入的頭文件（若存在）、數(shù)據(jù)格式及其它相關(guān)信息。所需信息通過交互式輸入，或自動地用“文件吸取”創(chuàng)建，并且以后可以編輯修改。您可以在ENVI之外使用一個文本編輯器生成一個ENVI頭文件 通用柵格數(shù)據(jù)都會存儲為二進(jìn)制的字節(jié)流，通常它將以BSQ（按波段順序

8、）、BIP（波段按像元交叉）或者BIL（波段按行交叉）的方式進(jìn)行存儲。 儲存 窗口菜單界面 FileSave File As，將影像按照需要的格式進(jìn)行存儲，保存的為原始數(shù)據(jù)，沒有拉伸。 主影像窗口 FileSave Images As，將影像按照需要的格式進(jìn)行存儲，存儲的影像是顯示的影像樣式。 FileSave Zoom As，將Zoom窗口顯示的影像按照需要的格式進(jìn)行存儲。 其他窗口下的文件存儲 例如：MapMosaicking的鑲嵌窗口下：Apply；Save Template等；Classification等功能下：Output Result to等。,1.4 數(shù)據(jù)顯示,波段列表 每次打

9、開的文件都顯示在Available Bands List中（如圖1.4所示），列表中可以完成當(dāng)前在ENVI中打開的或存儲在內(nèi)存中的文件的信息，還可以進(jìn)行包括：打開新文件、關(guān)閉文件、將內(nèi)存數(shù)據(jù)項(xiàng)保存到磁盤，以及編輯ENVI頭文件等操作。 三視窗顯示 當(dāng)你打開一個圖像文件時，會在一個ENVI的三視窗圖像顯示中，其中包括主圖像窗口，縮放窗口和滾動窗口（應(yīng)用于大的圖像），如圖1.5所示，目前大部分的ENVI圖像處理操作都在這個窗口中完成。 ENVI ZOOM顯示 將圖層管理、圖像顯示、鼠標(biāo)信息等集中在一個窗體中，目前只有部分ENVI圖像處理操作在這個窗口中完成，如面向?qū)ο蟮奶卣魈崛?、Pan sharp

10、ing、異常檢測等，在新的軟件版本中會有更多的功能集成在此窗體中完成。,1.4 數(shù)據(jù)顯示,1.5常見系統(tǒng)設(shè)置用戶自定義文件,這里可以選擇自定義的圖形顏色文件、顏色表文件、ENVI的菜單文件（ENVI Menu File、Display Menu、Shortcut File）、地圖投影文件等，需要重啟ENVI。,1.5常見系統(tǒng)設(shè)置默認(rèn)文件目錄,設(shè)置一些ENVI默認(rèn)打開的文件夾，如數(shù)據(jù)目錄、臨時文件目錄、輸出文件目錄、ENVI補(bǔ)丁文件、光譜庫文件、備用頭文件目錄等，需要重啟ENVI。,1.5常見系統(tǒng)設(shè)置顯示設(shè)置,可以設(shè)置三窗口中各個分窗口的顯示大小，窗口顯示式樣等。其中可以設(shè)置數(shù)據(jù)顯示拉伸方式（D

11、isplay Default Stretch），默認(rèn)為2%線性拉伸。,1.5常見系統(tǒng)設(shè)置綜合設(shè)置,這個選項(xiàng)設(shè)置的是一些雜項(xiàng)，值得設(shè)置的為制圖單位（Page Unit），默認(rèn)為英寸（Inches），可設(shè)置為厘米（Centimeters）；還有緩沖大小（cache size），可以設(shè)置為物理內(nèi)存的50-75%左右，文件碎片大小設(shè)置為cache size的1/10。,2.影像預(yù)處理,2.1 一般預(yù)處理流程介紹 2.2 預(yù)處理中基礎(chǔ)知識 2.3 ENVI中的幾何校正 2.4 ENVI中的圖像融合、鑲嵌、裁剪,校正模型選擇,影像,參考源,控制點(diǎn)選取,誤差檢查,影像重采樣,不符合,圖像融合,圖像鑲嵌,圖像

12、裁剪,配準(zhǔn)影像,其它影像,同名點(diǎn)選取（人工/自動）,影像配準(zhǔn),校正影像,2.1數(shù)據(jù)預(yù)處理一般流程,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識常見商業(yè)高分辨率衛(wèi)星,其他衛(wèi)星,2.2 預(yù)處理中基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)源的選擇,圖像選擇,經(jīng)濟(jì)成本,專題目的,專題地域環(huán)境,專題圖比例尺,空間分辨率,時間分辨率,波譜分辨率,2.2 預(yù)處理中基礎(chǔ)知識影像格式,傳感器文件格式 不同的衛(wèi)星傳感器研發(fā)或運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般會給所分發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一種分發(fā)格式，如Landsat系列的Fast格式、EOS系列衛(wèi)星的HDF格式等。 商業(yè)軟件文件格式 商業(yè)化的圖像處理軟件都會開發(fā)出軟件本身的圖像格式，如ENVI的Hdr&img格式，Erdas的IMG格式，P

13、CI的pix格式等。 通用圖像文件格式 很多圖像格式成為國際通用，被大多數(shù)軟件所支持。如TIFF、JPEG2000、BMP等。,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識引起圖像畸變因素,系統(tǒng)誤差 有規(guī)律的、可預(yù)測的。比如掃描畸變 非系統(tǒng)誤差 無規(guī)律的 如傳感器平臺的高度、經(jīng)緯度、速度和姿態(tài)的不穩(wěn)，地球曲率及空氣折射，地形影響等,2.3預(yù)處理中基礎(chǔ)知識幾何校正中的幾個概念,幾何校正：糾正系統(tǒng)和非系統(tǒng)因素引起的幾何畸變。 圖像配準(zhǔn)（Registration）：同一區(qū)域里一幅圖像（基準(zhǔn)圖像）對另一幅圖像校準(zhǔn)，以使兩幅圖像中的同名像素配準(zhǔn)。 圖像糾正（Rectification）：借助一組控制點(diǎn)，對一幅圖像進(jìn)行地理坐標(biāo)

14、的校正。又叫地理參照（Geo-referencing） 圖像地理編碼（Geo-coding）：特殊的圖像糾正方式，把圖像矯正到一種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系。 圖像正射校正（Ortho-rectification）：借助于地形高程模型（DEM），對圖像中每個像元進(jìn)行地形的校正，使圖像符合正射投影的要求。,2.4預(yù)處理中基礎(chǔ)知識實(shí)際中的概念,幾何粗校正校正系統(tǒng)誤差，地面站完成 幾何精校正包括圖像糾正、地理編碼和部分圖像配準(zhǔn) 圖像配準(zhǔn) 正射校正,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識衛(wèi)星影像的校正,根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)，包括位置、姿態(tài)、軌道及掃描特征，校正影像(有時加入DEM)。 地面控制點(diǎn)校正+校正模型 軌道參數(shù)+地面控制點(diǎn)

15、+DEM,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識多項(xiàng)式模型,多項(xiàng)式模型 x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+ y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+ 最少控制點(diǎn)個數(shù) N=（n+1）*（n+2）/2 誤差計(jì)算 RMSEerror=sqrt（x-x）2+（y-y）2）,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識控制點(diǎn)獲得途徑,基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù) 數(shù)字線畫圖（DLG） 數(shù)字柵格圖（DRG） 影像數(shù)據(jù) 正射影像（DOM） 實(shí)地測量,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識控制點(diǎn)質(zhì)量控制,圖像選點(diǎn)原則 選取圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點(diǎn)：道路交叉點(diǎn)，河流彎曲或分叉處，海岸線彎曲處，飛機(jī)場，城廓邊緣等 特征變化大的地區(qū)

16、需要多選 圖像邊緣部分一定要選取控制點(diǎn) 盡可能滿幅均勻選取 數(shù)量原則 在圖像邊緣處，在地面特征變化大的地區(qū)，需要增加控制點(diǎn) 保證一定數(shù)量的控制點(diǎn)，不是控制點(diǎn)越多越好。如一景TM的控制點(diǎn)數(shù)量在30-50左右。,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識重采樣方法（插值算法）,最近鄰法 取與所計(jì)算點(diǎn)（x,y）周圍相鄰的4個點(diǎn)，比較它們與被計(jì)算點(diǎn)的距離，哪個點(diǎn)距離最近，就取哪個亮度值作為（x,y）點(diǎn)的亮度值 簡單易用，計(jì)算量小，圖像的亮度具有不連續(xù)性，精度差,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識重采樣方法（插值算法）,雙線性內(nèi)插法 取（x,y）點(diǎn)周圍的4鄰點(diǎn)，在y方向內(nèi)插二次，再在x方向內(nèi)插一次，得到（x,y)點(diǎn)的亮度值f（x,y)

17、 雙線性內(nèi)插法比最近鄰發(fā)雖然計(jì)算量有所增加，但精度明顯提高，特別是對亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線狀特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。 內(nèi)插法會對圖像起到平滑作用，從而使對比度明顯的分界線變得模糊。, y, x,雙線內(nèi)插算法原理示意圖,原始圖像,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識重采樣方法（插值算法）,三次卷積內(nèi)插法 進(jìn)一步提高內(nèi)插精度的一種方法，通過增加鄰點(diǎn)來獲得最佳插值函數(shù) 取與計(jì)算點(diǎn)周圍相鄰的16個點(diǎn)，先在某一方向內(nèi)插，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果在另一個方向上內(nèi)插，得到一個連續(xù)內(nèi)插函數(shù) 計(jì)算量大，精度高，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚，對控制點(diǎn)要求較高, x, y,1,2,3,4,5,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識圖像融合,圖像融合 將低分辨率的多

18、光譜影像與高分辨率的單波段影像重采樣生成成一副高分辨率多光譜影像遙感的圖像處理技術(shù)。 關(guān)鍵技術(shù) 兩個影像配準(zhǔn)在亞像元范圍內(nèi) 融合方法選擇 運(yùn)算速度和交換緩沖空間,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識圖像融合方法,彩色,合成,數(shù)學(xué)運(yùn)算,彩色技術(shù),空間配準(zhǔn),高分辨率,/,多光譜,圖像變換,HIS,變換,加,與,乘,差值,比值,主成,分分,析,濾波,分析,小波,分析,HSV 變換,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識圖像鑲嵌,圖像鑲嵌 指在一定地?cái)?shù)學(xué)基礎(chǔ)控制下，把多景相鄰遙感影像拼接成一個大范圍的影像圖的過程。 關(guān)鍵技術(shù) 顏色的平衡 接邊處理 運(yùn)算速度和交換緩沖空間,2.2預(yù)處理中基礎(chǔ)知識圖像裁剪,圖像裁減 圖像裁剪的目的是將

19、研究之外的區(qū)域去除，常用的是按照行政區(qū)劃邊界或自然區(qū)劃邊界進(jìn)行圖像的裁剪。 關(guān)鍵技術(shù) 裁剪區(qū)的確定 無數(shù)據(jù)區(qū)處理,2.3 ENVI中的幾何校正傳感器參數(shù)校正,傳感器(帶有地理定位文件) SPOT1-4 SeaWiFS ASTER AVHRR ENVISAT MODIS RADARSAT 自定義地理定位文件 GLT IGM,2.3 ENVI中的幾何校正傳感器參數(shù)校正練習(xí),數(shù)據(jù)源 Aster傳感器的L1A級別數(shù)據(jù)（“數(shù)據(jù)/1-Aster”文件夾內(nèi)) EOS-HDF格式儲存 處理過程 利用自帶地理定位文件進(jìn)行幾何校正 輸出 幾何校正結(jié)果,2.3 ENVI中的幾何校正幾何精校正流程,顯示圖像文件,采集

20、地面控制點(diǎn),計(jì)算誤差,選擇幾何模型,檢驗(yàn)校正結(jié)果,開始,結(jié)束,重采樣輸出,誤差太大,2.3 ENVI中的幾何校正幾何精校正練習(xí),數(shù)據(jù)源 已經(jīng)做過幾何校正的SPOT4全色10米分辨率影像（ “數(shù)據(jù)/2-幾何精校正”文件夾） 待校正的Landsat5 TM 30米分辨率影像（“ 數(shù)據(jù)/2-幾何精校正”文件夾） 處理過程 用SPOT4影像作為基準(zhǔn)影像，選擇控制點(diǎn)來校正TM影像。 輸出 校正結(jié)果,2.4 ENVI中的影像融合、鑲嵌、裁剪融合,ENVI中的融合方法 HSV變換、主成分分析、Brovey變換 ， CN Spectral Sharpening ，高保真的Gram-Schmidt，Pansha

21、rping，小波融合（補(bǔ)?。?自定義 有地理坐標(biāo)和無地理坐標(biāo)都可以融合 操作方式 主模塊 流程化操作 ENVI ZOOM中,2.4 ENVI中的影像融合、鑲嵌、裁剪融合練習(xí),數(shù)據(jù)源 已經(jīng)做過幾何校正的SPOT4全色10米分辨率影像（ “數(shù)據(jù)/2-幾何精校正”文件夾） 待校正的Landsat5 TM 30米分辨率影像（“ 數(shù)據(jù)/2-幾何精校正”文件夾） 處理過程 用主成分分析、HSV顏色變換等方法融合兩個影像 輸出 融合結(jié)果,2.4 ENVI中的影像融合、鑲嵌、裁剪鑲嵌,基于像素鑲嵌和基于地理坐標(biāo)鑲嵌 自動顏色平衡，邊緣直方圖匹配 接邊線、接邊羽化 虛擬鑲嵌 運(yùn)算速度快 占用非常少的虛擬內(nèi)存空間

22、,2.4 ENVI中的影像融合、鑲嵌、裁剪鑲嵌練習(xí),數(shù)據(jù)源 兩幅已經(jīng)校正好的SPOT4 10米全色影像（“數(shù)據(jù)/4-影像鑲嵌”文件夾中） 處理過程 用注記工具勾畫兩影像接邊線，用羽化和顏色校正等使兩幅影像鑲嵌在一起。 輸出 鑲嵌結(jié)果,2.4 ENVI中的影像融合、鑲嵌、裁剪裁剪,空間裁減 基于感興趣區(qū)（ROI）的裁減 基于矢量/柵格數(shù)據(jù)文件的裁剪 自定義裁剪 波譜裁剪,2.4 ENVI中的影像融合、鑲嵌、裁剪裁剪練習(xí),數(shù)據(jù)源 一幅TM影像、影像區(qū)域的Shapefile矢量文件（“數(shù)據(jù)/5-影像裁剪”文件夾中） 處理過程 用ROI工具在TM影像上繪制不規(guī)則的多邊形感興趣區(qū)域，后利用這個感興趣區(qū)域

23、裁剪TM影像 利用Shapefile矢量文件裁剪TM影像 輸出 裁剪結(jié)果,3.影像信息基本提取方法,3.1 影像信息提取技術(shù)概述 3.2 影像增強(qiáng)處理 3.3 監(jiān)督分類 3.4 非監(jiān)督分類,3.1 影像信息提取技術(shù)概述,遙感影像通過亮度值或像元值的高低差異（反映地物的光譜信息）及空間變化（反映地物的空間信息）來表示不同地物的差異，這是區(qū)分不同影像地物的物理基礎(chǔ)。 遙感影像分類就是利用計(jì)算機(jī)通過對遙感影像中各類地物的光譜信息和空間信息進(jìn)行分析，選擇特征，將圖像中每個像元按照某種規(guī)則或算法劃分為不同的類別，然后獲得遙感影像中與實(shí)際地物的對應(yīng)信息，從而實(shí)現(xiàn)遙感影像的分類。,3.1 影像信息提取技術(shù)概

24、述遙感分類技術(shù)的發(fā)展,可分為四個階段,人工解譯,基于光譜計(jì)算機(jī)自動分類,基于專家知識的決策樹分類,面向?qū)ο筇卣髯詣犹崛?四種方法并存,3.2圖像增強(qiáng)處理,圖像變換 主成分（PCA） 獨(dú)立主成分 最小噪聲分離(MNF) 顏色空間變換（HSV,HLS） 穗帽變換 波段運(yùn)算 圖像拉伸 去相關(guān)、飽和度、彩色 直方圖（匹配、拉伸） 濾波 卷積 形態(tài)學(xué)、紋理、自適應(yīng)、自定義 頻率域,局部增強(qiáng),智能數(shù)字化工具,智能數(shù)字化工具 提高數(shù)字化的效率 增強(qiáng)ENVI矢量的功能 計(jì)算提取的線狀地物的長度 過頭去除以及兩線相交,ENVI中基于光譜分類方法,非監(jiān)督分類 ISODATA K-Means 監(jiān)督分類 基于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)