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使用ENVI的高光谱工具处理多光谱数据.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.50M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    专题二十四 使用ENVI的高光谱工具处理多光谱数据(节选)
    1.1. 专题概述
     本专题中使用的文件
     背景知识
    1.2. 使用ENVI的高光谱工具分析多光谱数据
     读取TM影像数据
     显示一幅彩色合成影像并提取波谱曲线
     进行最小噪声分离变换
     进行PPI处理查找端元
     N维可散度分析和端元提取
     将影像波谱同波谱库中的波谱进行比较
     波谱角填图分类
     线性波谱分离
     添加注记并输出影像地图
     结束ENVI程序
    1.3. 总结
    专题二十四 使用 ENVI 的高光谱工具处理多光谱数据(节选) 1.1. 专题概述 本专题的目的是向用户展示如何使用 ENVI 先进的高光谱工具对多光谱数据进行分析。要更好地理解 高光谱处理的概念及其工具，请参见 ENVI 高光谱辅导指南。要获取额外的详细信息，请参见《ENVI 遥 感影像处理实用手册》（ENVI User’s Guide）或者 ENVI 的在线帮助。 ♦ 本专题中使用的文件 光盘：《ENVI 遥感影像处理专题与实践》附带光盘 #1 ♦ 背景知识 ENVI 并非仅设计成高光谱影像处理系统。在 1992 年，ENVI 的开发者就决定开发出一个通用的影像 处理软件，它包含一整套的基本处理工具，弥补了商业软件缺乏强大灵活处理功能的不足，使得它能够处 理各种科学格式的影像数据。它对全色、多光谱、高光谱以及基本和改进雷达影像数据都提供了支持。当 前，ENVI 包含了与其它主要影像处理系统（例如：ERDAS，ERMapper 和 PCI）相同的基本处理功能。 其中，ENVI 在前沿遥感研究中采用了许多不同的先进算法。虽然这些算法都是在处理成像光谱仪数据或 者多达上百个波谱波段的高光谱数据基础之上发展而来，但是它们也可以应用到多光谱数据和其它标准数 据类型的处理上。本专题将对某些分析 Landsat Thematic Mapper（TM）数据的方法进行介绍。 本专题分为两个独立的部分：1）使用标准或者经典多光谱分析技术，对 TM 影像数据进行典型的多 光谱分析，2）使用 ENVI 高光谱工具对相同的数据集进行分析。 1.2. 使用 ENVI 的高光谱工具分析多光谱数据 ♦ 读取 TM 影像数据 要从磁带中读取数据，可以在 ENVI 主菜单中选择 File → Tape Utilities → Read Known Tape Formats → Landsat TM（或者对于新的 EDC-格式的磁带选择 NLAPS）。 要从光盘中读取数据，可以选择 File → Open External File → Landsat → Fast，或者选择 File → Open External File → Landsat → NLAPS（对于 NLAPS 数据）。 考虑到本专题的目的，这些数据已经从磁带中读出并存入到数据子集中，以提供相应的文件进行 分析。使用 Basic Tools → Preprocessing → Data Specific Utilities → Landsat TM → Landsat TM Calibration，启动 ENVI 的 TM 校正工具，该 TM 影像已经被纠正为反射率影像。（若需更多 的信息，请参见《ENVI 遥感影像处理实用手册》）。 ♦ 显示一幅彩色合成影像并提取波谱曲线
    图 23-6：Landsat TM 的反射率波谱曲线 ♦ 进行最小噪声分离变换 最小噪声分离（Minimum Noise Fraction，MNF）变换是同主分量变换相似的一种方法，它被用来分 离数据中的噪声，确定数据内在的维数，减少随后处理的计算量（Green 等人，1988；Boardman 和 Kruse， 1994）。 图 23-7：MNF 变换结果图 请参见高光谱专题辅导，以获取额外的背景知识和使用的例子。 1. 从 ENVI 主菜单栏中，选择 Window → Start New Plot Window，检查预先计算生成的 MNF 特征 值绘制图 bhtm_mnf.asc。 2. 在绘图窗口菜单栏中，选择 File → Input Data → ASCII，加载 bhtm_mnf.asc ASCII 码文件。 3. 接着 Input ASCII File 对话框就会出现在屏幕上。点击 OK，将输入文件数据绘制成图。
    图 23-8：MNF 特征值绘制图 4. 在 可 用 波 段 列 表 对 话 框 中 ， 选 择 File → Open Image File ， 加 载 并 检 查 MNF 影 像 文 件 bhtm_mnf.img。务必要查看 MNF 波段序号低和高的影像。 5. 然后，在可用波段列表对话框中，打开另一个新的显示窗口，加载 MNF 波段 6。查看这两个不同 MNF 波段的影像，注意空间一致性随着 MNF 波段号的增加而减小。 ♦ 进行 PPI 处理查找端元 纯净像素指数（Pixel Purity IndexTM，PPITM）方法能够在多光谱和高光谱影像数据中查找波谱最纯净 的像元（Boardman和Kruse1994）。这些与物质对应的波谱可以线性组合出影像中的所有波谱。请参见高光 谱专题辅导，获取额外的PPI背景知识和使用的例子。 1. 要进行 PPI 分析，可以在 ENVI 主菜单中，选择 Spectral → Pixel Purity Index → [FAST] New Output Band。
    图 23-9：PPI 影像 2. 在可用波段列表对话框中，选择 File → Open Image File。在 Enter Data Filenames 对话框中，选 择预先计算生成的 PPI 影像 bhtm_ppi.img。 3. 从 主 影 像 窗 口 菜 单 中 ， 选 择 Tools → Region of Interest → ROI Tool ， 将 ROI 文 件 bhtm_ppi.roi 加载到 ROI Tool 对话框中。或者，在主影像窗口中显示 PPI 影像，然后选择 Tools → Region of Interest → Band Threshold to ROI，通过影像的阈值提取感兴趣区。 选择 PPI 影像为输入文件，然后输入最小阈值为 5，点击 OK。 接着所选择的像素将会被输入到 ENVI 的 ROI Tools 对话框中。 ♦ N 维可散度分析和端元提取 请参见高光谱主题辅导和《ENVI 遥感影像处理实用手册》（ENVI User’s Guide）以及在线帮助，来 获取额外的背景知识和使用的例子。 1. 在 ENVI 主菜单中，选择 Spectral → n-Dimensional Visualizer → VisualizeWith Previously Saved Data。在 Enter n-D State Filename 对话框中，选择可视化器使用的文件 bhtmppi.ndv。当 n-D Visualizer 窗口和 n-D Controls 对话框出现在屏幕上时，在对话框中点击波段号（1，2，3），选择 MNF 的前三个波段。通过点击 Start/Stop 按钮，开始或停止动画旋转显示。 2. 寻找散点图中的拐角，然后使用 ENVI 的 ROI 定义工具，将包含拐角的像素绘制到感兴趣区中。
    3. 从 n-D Controls 对话框顶部的菜单栏中，选择 Options → Z Profile，将 TM 反射率影像作为获取 反射率波谱曲线的文件。 4. 在 n-D Visualizer 窗口中点击鼠标中键，提取特定散点图位置上的波谱曲线。 5. 在 n-D Visualizer 窗口中点击鼠标右键，提取多个波谱的影像。 图 23-10：N 维可视化器
    图 23-11： N 维可视化器提取的端元波谱 6. 将在 n-D Visualizer 窗口中选取的波谱端元导出到 ROI Tool 对话框中。 7. 在 ROI Tool 对话框中，选择 Options → Mean for All Regions，绘制波谱曲线。 ♦ 将影像波谱同波谱库中的波谱进行比较 ENVI 允许将影像波谱同实验室所测的波谱以及保存在波谱库中的波谱进行比较。ENVI 提供了几种 波谱分辨率相对较高的波谱库。 1. 在 ENVI 主菜单中，选择 Spectral → Spectral Libraries → Spectral Library Viewer。 2. 打开 Spectral Library Viewer 对话框。点击列表中的几种矿物或者植被的波谱名称。接着所选的 物质的波谱将在 Spectral Library Plots 绘图窗口中绘制出来。 3. 在 Spectral Library Input File 对话框中，点击 Open Spec Lib 按钮，从《ENVI 遥感影像处理专题 与实践》附带光盘 #1 的 envidata\spec_lib\usgs_min 目录下，选择 ENVI 的波谱库文件 usgs_min.sli，点击 OK。 4. 将这些高分辨率的波谱与 TM 的波谱端元进行比较。 5. 使用 ENVI 的波谱工具，对整个波谱库重采样成 Landsat 的波长和分辨率。 6. 在 ENVI 主菜单中，选择 Spectral → Spectral Libraries → Spectral Library Resampling。 7. 选中 usgs_min.sli 波谱库，以 Landsat TM5 为基准进行重采样。 8. 点击 OK，接着将会重采样这些波谱，并把它们放置在可用波段列表对话框中。 9. 在 ENVI 主菜单中，选择 Spectral → Spectral Libraries → Spectral Library Viewer。
    10. 选择刚刚创建的波谱库文件，并点击几种矿物和植被的波谱，显示它们的重采样后的波谱曲线。 11. 将这些波谱与 Landsat TM 影像的波谱进行比较。 图 23-12：影像波谱与波谱库中波谱的比较 ♦ 波谱角填图分类 请参见高光谱专题辅导和《ENVI 遥感影像处理实用手册》（ENVI User’s Guide）以及在线帮助，来 获取额外的背景知识和使用的例子。 1. 在主影像窗口中，选择 Tools → Region of Interest → ROI Tool。使用 File→ Restore ROIs，加 载文件 bhtm_em.asc 中的感兴趣区。 2. 在 Endmember Collection:SAM 对话框中，点击 Apply，输入要输出文件名，开始进行波谱角填 图分类。 图 23-13：二维 SAM 分类示意图
    可以在主影像显示窗口菜单栏中选择 Tools → Color Mapping → ENVI Color Tables，并将 Stretch Bottom 和 Stretch Top 滑动条拉动到相反的位置上，以此来反色显示规则影像。 下图（图 23-14）显示了每个像素最佳匹配情况，且为每个端元进行了彩色编码（采用默认的阈值 0.10 弧度）。 图 23-14：SAM 分类结果图 ♦ 线性波谱分离 请参见 ENVI 的高光谱专题辅导和《ENVI 遥感影像处理实用手册》（ENVI User’s Guide）以及在线 帮助，来获取额外的背景知识和使用的例子。 要使用 ENVI 进行线性波谱分离： 1. 显示预先计算生成的影像结果 bhtm_unm.img。 在 Endmember Collection:Unmixing 对话框顶部的菜单栏中，选择 Import → from ROI from Input File，在 n-D Visualizer 窗口中选择所创建的感兴趣区，然后点击 Apply。
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