遥感图像处理实验指导书.docx
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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
林业遥感信息工程研究中心
2006年11月
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
实验一图像处理软件ENVI4.2功能介绍
1ENVI4.2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。
2ENVI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。
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（AvailableBandsList）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，打开相应的显示窗口，然后点击GrayScale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
3ENVI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：
1选择File→OpenImagefile。
在屏幕上弹出文件选择对话框“EnterInputDataFile”。
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，使用鼠标左键点击选择影像的显示方式（GrayScale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“SelectedBand”显示出来。
4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。
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
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→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。
2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选择Window→MouseButtonDescriptions，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→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。
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→MouseButtonDescriptions来显示不同的鼠标键在ScatterPlot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（dancingpixels）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ScatterPlot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→AvailableBandslist，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→OpenImageFile，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。
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NewDisplay。
5点击LoadRGB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→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。
2在LinkDisplays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（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。
1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）。
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。
3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1.7。
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
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（DeclinationDiagrams）、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（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。
图1.10带注记的影像
注意：
选择Window→MouseButtonDescription，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→SaveAnnotation，来保存影像注记。
2打开一个OutputAnnotationFilename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。
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→Restoreannotation，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→GridlineParameters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。
图1.11添加注记和网格的影像
3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。
4当对所加的公里网满意之后，点击GridlineParameters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→SaveImageFile,OutputDisplay
Toimagefile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。
实验二影像的地理坐标定位和校正
本专题旨在介绍如何在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：
1从ENVI主菜单中，选择file→openimagefile。
2当enterdatafilename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Greyscale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selectBand：
字段区域中。
5点击LoadBand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Mapinfo图标，从弹出的快捷菜单中选择EditMapInformation。
EditMapInformation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MagicPixel（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UTMZone13North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（DecimalDegrees）之间进行切换。
4点击Cancel，推出EditMapInformation对话框。
图2.1EditMapInformation对话框
5修改图像的pixelsize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→saveimageas→imagefile。
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LandsatTM。
打开并显示LandsatTM图像
1从ENVI主菜单中，选择file→openimagefile。
2当enterdatafilenames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newdisplay。
5点击LoadBand按钮，把TM的band3波段的影像加载到一个新的显示窗口中。
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→CursorLocation/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CursorLocation/value对话框。
开始进行影像配准
1从ENVI主菜单栏中，选择Map→Registration→SelectGCPs：
ImagetoImage。
2在imagetoImageRegistration对话框中，点击并选择display＃1（spot影像），作为BaseImage。
点击display＃2（TM影像）作为Warpimage。
图2.2imagetoImageRegistration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GroundcontrolPointsSelection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。
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
6GroundControlPointsSelection对话框的baseX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WarpX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。
7GroundControlPointsSelection对话框中，点击Addpoint，把该地面控制点添加到列表中。
点击Showlist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GroundControlPointsSelection对话框和Showlist列表
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showlist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showlist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GroundControlPointsSelection对话框，选择Options→ClearAllPoints，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GroundControlPointsSelection对话框中，选择file→SaveGCPstoASCII…，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ImagetoImageGCPList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GroundControlPointsSelection对话框中，选择Options→WarpDisplayedBand。
2在RegistrationParameters对话框中的WarpMethod按钮菜单中，选择RST。
在Resampling的按钮菜单中选择NearestNeighbor重采样法。
图2.6RegistrationParameters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CubicConvolution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Cubicconvolution重采样法。
然后再选择Delaunay三角网的Triangulation校
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