ENVI实验指导.docx

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ENVI实验指导

《ENVI遥感图像处理与分析》

实验指导书

适用专业：

遥感科学与技术

二O一一年五月

前言

本课程主要是使学生在掌握遥感数字图像原理的基础上，学会相关图像处理软件的应用，从而进一步巩固在理论课学习中所掌握的知识。

为使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，必须通过对软件的操作训练，以培养综合运用数字图像解决实际问题的能力。

本课程实验全为综合性实验。

ENVI是一个完善的数字图像处理系统，它具有全面分析卫星和航空遥感影像的能力，它能在各种计算机操作平台上提供强大新颖的友好界面，显示和分析任何数据尺寸和类型的影像。

为培养学生较强的动手能力，掌握不同的专业图像处理系统，有助于学生对专业知识的灵活运用。

通过《遥感原理与方法》与《遥感数字图像处理》课程的学习和，同学门在对数字图像的理解上已有了一定有掌握，在此基础上，通过对ENVI的学习，将基本能解决一般的数字图像处理问题。

为今后从事相关工作打下良的理论与实践基础。

实验一ENVI基本功能

实验学时：

6学时

实验类型：

验证性

实验要求：

必修

一、实验目的

了解ENVI基本信息、基本概念及其主要特性。

对ENVI操作界面有一个基本的熟悉，对各菜单功能有一个初步了解，为后面的实验作好准备。

二、实验内容

本实验主要涉及数字图像的概念、光谱的概念、影像数据波段的概念、假彩色合成的概念、直方图的概念等。

三、实验原理、方法和手段

软件的熟悉。

学生可自行阅读帮助文件学习。

四、实验组织运行要求

集中授课方式。

学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件，实验数据。

六、实验步骤

启动ENVI

双击ENVI图标，成功打ENVI后，其主菜单会出现在屏幕上。

如下图

打开影像文件

要打开一个影像文件：

1、选择File→OpenImageFile。

屏幕弹出对话框“EnterInputDataFile”。

2、选择进入envidsta目录中的can_tm子目录，从列表中选择can_tmr.img文件然后点击OK。

随即弹出可用波段列表（AvailableBandList）。

在列表中可以选择特定的光谱波段显示影像或者对其进行处理。

此时就可以选择打开灰阶影像或RGB彩色影像了。

3、使用鼠标左键点击对话框中所列波段名，选中某个影像波段。

所选波段会在标有“SelectedBand”的区域中显示出来。

4、点击LoadBand，将影像加载到一个新的显示窗口中。

打开的影像窗口有三个，包括主图像窗口（ImageWindow）、滚动窗口（ScrollWindow）、缩放窗口（Zoomwindow）。

三个窗口都有各自的快捷菜单，以进行常规的显示设置和使用交互式的功能。

熟悉显示窗口

以上三个显示窗口相互关联，改变其中任何窗口都会对另外两个窗口产生影响。

同学可在打开的影像窗口中尝试作以下操作：

✧拖动缩放指示矩形框；

✧使用快捷菜单，可通过点击鼠标右键来完成；

✧放大、缩小或漫游影像；

✧滚动影像；

✧调整窗口大小；

主影像窗口和缩放影像窗口都有可供选择的滚动条，它提供了另一种可替代的方法，来移动影

像。

a）要在任意一个窗口中加入或取消滚动条，可以在该窗口中点击鼠标右键，并选择Toggle→DisplayScrollBars或者Toggle→ZoomScrollBars。

b）要设置默认情况下，任意一个窗口是否自动的带的滚动条，可以在ENVI主菜单上，选择File→Preferences，并点击DisplayDefaults标签，然后使用箭头切换按钮来改变相应的设置。

✧改变显示组显示方式

你可以改变显示窗口的组合及其位置。

●要改变当前显赤窗口的组合，可以在任意显示窗口中，点击鼠标右键，并在DisplayWindowStyle子菜单中选择某种组合方式。

●要改变显示类型的默认设置，可以在ENVI主菜单中选择File→Preferences，并点击DisplayDefault标签，然后在DisplayWindowStyle菜单中选择合适的窗口组合类型。

●要改变当前所显示的滚动窗口的位置，可以在任意窗口中，点击鼠标右键，并在Scroll/ZoomPosition子菜单中来进行选择。

●要改变滚动窗口和缩放窗口的默认位置，可以在ENVI主菜单中选择File→preferences，并点击DisplayDefault标签，然后在Scroll/ZoomPosition和ZoomPosition菜单中进行选择。

鼠标键的使用方法

ENVI有许多交互式的功能，对于每个不同功能，鼠标键的组合和作用都不同。

MouseButtonDescriptions对话框将告诉你在每个图形窗口中鼠标键的功能。

●要打开MouseButtonDescriptions对话框，可以从主影像窗口菜单栏或者从ENVI主菜单栏中选择Window→MouseButtonDescriptions

现在，只要你的鼠标光标出现在ENVI显示窗口或者图形窗口中，鼠标键的功能就会出现在对话框中。

MB1代表鼠标左键，MB2代表鼠标中键，MB3代表鼠标右键。

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，或者在主动脉影像窗口中点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择CursorLocation/Value。

接着屏幕上出现的CursorLocation/Value对话框将显示出光标在方影像窗口、滚动窗口或者缩放窗口中的位置（如下图）。

该对话框还显示了十字丝光标所对应的那个像素的屏幕值（颜色）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对话框打开后，要隐藏或者显示该对话框，可以在主影像窗口中双击鼠标左键。

显示影像剖面廓线

可以交互式地选择和显示X轴（水平）、Y轴（垂直）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。

从主图像窗口菜单栏中，可作以下操作：

Tools→Profile→XProfile

→YProfile

→ZProfile

分别显示数据值与列号（samplenumber）之间的关系曲线图；数据值与行号（linenumber）之间的关系曲线图；波谱剖面廓线图。

进行快速对比度拉伸

你可以使用主图像窗口、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。

Enhance菜单中可进行各种各样的对比度拉伸：

线性拉伸，0-255之间的线性拉伸，2%的线性拉伸，高斯拉伸，均衡化拉伸以及平方根拉伸。

显示交互式的散点图

ENVI可以绘制出两个所选影像波段的数值关系图，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、在主图像窗口菜单栏中，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。

3、一旦打开了散点图绘制窗口，就可以将鼠标光标放在主图像窗口中任意位置，并可以按住鼠标中键来拖动光标。

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。

加载一幅彩色影像

从可用波段列表中通过RGB对应选择波段进行假彩色合成影像。

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。

要将两个显示窗口链接在一起，操作如下：

主图像窗口中Tools→Link→LinkDisplys，或点击右键，在弹出的快捷菜单中选LinkDisplys。

动态叠加

鼠标中键选择叠加区域，可以在任何时候，点击并拖动鼠标中间键来改变叠加区域大小。

作左键显示叠加效果。

选择感兴趣区

ENVI允许在影像中定义感兴趣区（ROIs）。

感兴趣区主要被用于提取分类的统计信息、生成掩膜以及其它一些操作。

主图像窗口中选择Overlay→RegionofInterest

要定义一个新感兴趣区，点击NEWRegion按钮，可编辑感兴趣区的名字，选择感兴趣区的颜色和填充方式。

感兴趣区的操作处理

在任意影像中，可定义任意多个感兴趣区。

●一旦创建了感兴趣区，就可以在表中列出来；

●点击Stats按钮，可以查看所选感兴趣区的统计数据。

●点击Grow按钮，使用一个特定的阀值把感兴趣区“生长”到邻近的像素。

●点击Pixel按钮，可以将多边形、椭圆、矩形以及折线进行“像素化”。

像素化后目标就变成是可编辑点的集合。

●点击Delete按钮，将会把所选的感兴区从列表中永久性地消除。

●ROITool对话框顶部的其它按钮和下拉菜单中的选项，可以用于计算感兴趣区的均值、保存感兴趣区的定义、载入已存的感兴趣区、显示或者删除列表中的所有感兴趣区的定义。

对影像进行注记

ENVI灵活的注记功能，允许在地图和影像中加入文本、多边形、色标条以及其它的一些符号注记。

1、要对一幅影像进行注记，可以从主影像菜单中选择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（下图）。

2、要对绘制图、3-D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。

添加网格

尝试在影像中添加公里网。

1、要在影像中叠加公里网信息，可以在主影像窗口中选择Overlay→GridLines。

这将打开GridLineParameters对话框。

注意：

当给影像叠加公里网时，影像的边框也会自动添加进来。

2、在GridLineParameters对话框中，选择Options→EditPixelGridAttributes对话框，设置公里网的线宽、颜色和公里网间隔，来修改公里网的属性。

3、在EditPixelGridAttributes对话框中，可以改变公里网标注、格网线、矩形边框和交叉角的颜色、宽度以及公里网间隔。

完成了这些属性设置后，点击EditPixelGridAttributes对话框的OK按钮，将所做的更改应用到影像中。

4、当对所有的方里网满意后，点击GridLineParameters对话框中的Apply按钮。

其它保存、输出等请同学门自行操作。

七、思考题

谈谈你对ENVI系统的初步认识。

实验二全色影像和矢量叠合显示

实验学时：

6学时

实验类型：

验证性

实验要求：

必修

一、实验目的

通过使用ENVI对SPOT全色影像数据的处理，使学生掌握ENVI的基本操作，探究ENV的主要功能：

如拉伸、彩色分割、地理定位、矢量叠合等。

二、实验内容

本实验主要涉及遥感图像处理中一些基本增强功能，通过实验进一步掌握这类处理的理论原理。

三、实验原理、方法和手段

ENVI选项中的任何一个使用系统默认的参数，提供基于主图像窗口数据“[Image]”、二次抽样的滚动窗口数据“[Scroll]”或缩放窗口“[Zoom]”数据的“Quick”拉伸，而不用用户交互。

QuickLinear拉伸使用数据的最小和最大值执行线性对比度拉伸（不裁剪）。

这对于只有少数数据值的图像特别有用，这时裁剪可以饱和所有的值。

Quick2%选项提供线性拉伸时，在显示数据的两端进行了2%裁剪。

QuickGaussian使用DN127的均值和三个标准差，应用Gaussian拉伸。

QuickEqualization拉伸应用被显示数据的直方图均衡化拉伸。

QuickSquareRoot拉伸取输入的直方图的平方根，然后再应用线性拉伸。

四、实验组织运行要求

集中授课方式。

学生可自行摸索软件结构、菜单组成、功能等。

五、实验条件

微型计算机，ENVI软件。

实验数据：

路径envidata/enfidavi

文件

描述

enfidavi.bil

Enfidaville,Tunisia地区的SPOT全色影像

enfidavi.hdr

ENVI相应的头文件

enfidavi.dsc

GeoSpot体描述文件

enfidavi.rep

GeoSpot报表文件（REP/B：

GEOSPOT结构）

enfidavi.rsc

GeoSpot栅格源描述文件

dxf.txt

DXF编码描述文件

alti.dxf

Spot高程DXF矢量文件

energy.dxf

石油和天燃气管道的DXF矢量文件

hydro.dxf

水文地形的DXF矢量文件

industry.dxf

工业区的DXF矢量文件

physio.dxf

地形的DXF矢量文件

popu.dxf

城市特征（人口中心）的矢量文件

transport.dxf

交通网的DXF矢量文件

copyrite.txt

数据版权声明

六、实验步骤

打开一个全色（SPOT）影像文件

1、File→OpenImageFile，EnterInputDataFile文件选择对话框会出现在屏幕上。

2、选择#1envidata目录中的enfidavi子目录，从列表中选择enfidavi.bil文件，然后点击“打开”。

进行交互式的对比度拉伸

交互式对比度拉伸将显示出影像的直方图，它允许交互地调整所显示影像的对比度，并可以进行多种类型的对比度拉伸。

在默认的情况下，当数据被第一次显示时，将进行2%的线性拉伸。

●要访问ENVI交互式的对比度拉伸功能，可以从主图像窗口菜单栏中，选择Enhance→InteractiveStretching。

显示波段所对应的交互式拉伸（InteractiveStretching）对话出现在屏幕上。

这个对话框允许改变所显示影像的对比度（下图）。

两幅直方图显示了输入影像（左）和经过对比度拉伸后的影像（右）的彩色或灰阶范围。

线性对比度拉伸

1、主图像窗口中，选择Enhance→InteractiveStretching。

出现InteractiveStretching。

2、选择Stretch_Type→Linear。

3、将鼠标指针放在左边那条线上，按下鼠标左键，可以将该直线从一侧拖致力到另一侧。

当按下鼠标左键，拖动虚线时，将会有一些数字出现在对话框的状态栏中。

不管什么时候直方图上点击鼠标左键，状态栏上都会显示出当前的像素值、具有该值的像素个数、像素个数所占的百分比，以及小于或等于当前像素值的累积像素百分比。

4、自动地应用该变化可能会即刻显示拉伸效果。

从InteractiveStretching对话框中，选择Options→AutoApplyOn。

如果希望直到完成了所有参数设置后，再应用该变化，那么可以选择Options→AutoApplyOff，然后使用对话框中的Apply按钮，手动地应用拉伸并观察结果。

5、尝试将左边的虚线移动到累积像素百分比大致接近5%的位置，将右边的移到95%位置。

6、左边文本框中输入4%，右边文本框中输入96%，显示结果并观察。

均衡化对比拉伸

1、选择Stretch_Type→Equalization，注意对话框中OutputHistogram绘制图的变化。

2、若选择Options→AutoApplyOn，可以选择将拉伸自动地应用到影像显示窗口中。

若想手动应用，则只需作Options→AutoApplyOff操作，然后用Apply按钮显示结果。

高斯对比度拉伸

1、从InteractiveStretching对话框中，选择Stretch_Type→Gaussian。

2、Options→SetGaussianStdv，设置标准差。

3、SetGaussianStdv对话框出现在屏幕上，然后可以调整标准差，当新的设置应用于影像显示窗口中后，观察拉伸的效果。

4、若选择Options→AutoApplyOn，可以选择将拉伸自动地应用到影像显示窗口中。

若想手动应用，则只需作Options→AutoApplyOff操作，然后用Apply按钮显示结果。

彩色制图

ENVI为灰附图像进行快速彩色分割（colorslicing）处理提供了工具。

1、主图像：

Tool→colorMapping→ENVIColorTable，出现ENVIColorTable对话框。

2、通过向前向后滑动StretchBottom和StretchTop滑块，对所显示的影像进行快速拉伸，然后观察拉伸后的影像。

3、点击ENVIColorTable对话框的ColorTable列表中所列的某些彩色表名称，然后观察彩色编码后的影像。

4、在ENVIColorTable对话框中，选择Options→ResetColorTable,返回到[初始的拉伸和灰阶颜色表设置。

像素定位器

PixelLocator对话框可以提取出光标所在的位置，以及所选像素的屏幕值和数据值。

1、主图像窗口，Tool→PixelLocator,打开PixelLocator对话框。

2、在任何影像窗口移动鼠标光标，观察对话框中当前像素点的位置。

3、使用Proj:

/Datum:

箭头切换按钮，在真实地图坐标和经纬度地理坐标之间切换。

显示光标位置处的地理坐标

使用ENVI光标位置/值（cursorlocation/value）功能来查看影像的数据值和地理位置。

主图像窗口：

Tool→CursorLocation/Value。

或ENVI主菜单：

Window→CursorLocation/Value，CursorLocation/Value对话框出现在屏幕上。

交互式滤波处理

ENVI给用户提供了对影像显示窗口进行一些预定义或者自定义的滤波处理能力（对文件进行滤波处理也可以达到这种效果，它可以通过ENVI主菜单中的Filter菜单来访问）。

下面将展示如何对主影像窗口中的影像进行预定义的滤波处理。

选择滤波

主图像窗口：

Enhance→Filter，并从下拉菜单中，选择所需的滤波类型，然后将该滤波应用到所显示的影像上。

尝试对所显示的影像进行不同的锐化、平滑和中值滤波。

在第二个显示窗口中打开影像并应用不同的滤波

1、通过可用波段列表显示第二个显示窗口。

2、在第二个显示窗口影像中作上述操作。

可选用不同的滤波与第一个窗口进行比较。

使用动态链接比较影像

Tool→Link→LinkDisplay,OK

查看GeoSpot地图信息

要查看ENVI头文件中相应的GeoSpot地图信息：

1、在可用波段列表中，用鼠标右键点击enfidavi.bil

文件名下的MapInfo图标，并从快捷菜单中选择EditMapInformation。

接着EditMapInformation对话框就会出现在屏幕上（上图）。

2、注意，这里的数据采用的是UTM投影，Zone为32，使用了NAD27的基准面。

打开并叠合DXF矢量文件

1、主菜单：

File→OpenVectorFile。

将跳出EnterDXFFilenames文件选择对话框。

或Vector→OpenVectorFile

2、选择envidata#1/envidata/enfidavi目录下一个*.dxf文件，打开ImportVectorFileParameters对话框（左图）。

所有被打开的矢量文件都列在对话框中SelectedInputFiles列表中。

3、当ImportVectorFileParameters对话框进行到中途时，会出现一个投影选择表。

在NativeFileProjection列表中，点击UTM。

这表示导入的矢量数据采用的是该种地图投影坐标。

4、点击Datum按钮，打开SelectGeographicDatum对话框。

在列表中选择Mexico（NAD27）基准面，然后点击OK。

5、在ImportVectorFileParameters对话框中，输入Zone为32，并击N单选按钮。

6、点击OK加载这个DXF矢量文件，并将它们转变为.evf格式（ENVI的矢量文件格式）。

7、可用矢量列表（AvailableVectorList）对话框中点击SelectAllLayers按钮，然后，再点击LoadSelected按钮。

接着就会出现LoadVector对话框，该对话框列出了所有可用的显示窗口。

8、从列表中选择Display#1。

#1VectorParameter对话框出现在屏幕上，并且它将已加载的矢量层的名字显示出来。

9、点击#1VectorParameter对话框中的某个矢量层的名字，在主影像显示窗中，点击并拖动鼠标左键，在影像中移动光标，同时观察#1VectorParameter对话框中所选矢量的地图坐标。

基本地图制图

添加公里网

在影像中添加公里网：

1、要在影像中叠合公里网，可以在主影像窗口中，选择Overly→GridLines。

当给影像叠合公里网时，影像的边框也会自动添加进来。

2、可以在Option下拉菜单中，设置公里网线的宽度、颜色以及公里网的间隔，来调整公里网的显示特征。

3、当加入了一个满意的分里网后，点击GridLineParameters对话框中的Apply按钮。

添加地图图例

ENVI可以在地图和影像中加入文本、色标条以及其它的一些符号注记。

1、要对一幅影像进行注记，可以选择Overlay→Annotation。

接着#1Annotation：

Text对话框就会出现在屏幕上。

2、要注记现DXF矢量叠合相对应的地图图例，在#1Annotation：

Text对话框中，选择Object→MapKey。

3、在对话框中点击EditMapKeyItems按钮，修改地图图例的参数。

接着MapKeyObjectDefinition对话框就会出现在屏幕上。

4、使用MapKeyObjectDefinition对话框来改变注记的名称、颜色填充方式（对于多边形而言）。

然后点击OK返回到#1Annotation：

Text对话框。

5、在#1Annotation：

Text对话框的Background色彩按钮有下拉菜单中，为背景选择一种颜色。

6、点击鼠标左键在主影像窗口中放置地图图例。

通过点击鼠标左键或者点击并拖动鼠标，来重新放置地图图例。

点击鼠标右键在影像中锁定地图图例的位置。

保存和恢复注记

1、从#1Annotation：

Text对话框的菜单栏中，选择File→SaveAnnotation，来保存影像注记。

2、在该对话框中，选择File→RestoreAnnotation，就可以恢复原先保存过的注记文件。

暂时停止使用注记功能

1、要暂时停止注记功能，返回