ENVI初步学习和影像增强处理图文精.docx

1、ENVI初步学习和影像增强处理图文精ENVI 初步学习和影像增强处理一. 实验目的通过对课程的学习,结合 ENVI 软件中文指导书,学习和掌握 ENVI 软件的 基本操作,学会使用 ENVI 软件对遥感影像进行分析增强处理,加深对遥 感原理及应用这门课的学习,为以后的实践工作打好坚实的基础。二. 实验数据介绍该次实验所使用数据为甘肃舟曲灾前遥感影像, 图像名称为 liubo07082972。 另一幅图像同样为该名称。三. 实验过程 . 软件的基本操作ENVI 主工具条:1.图像的输入与输出 . 首先启动 ENVI, 选择 File- Open Image File,出现 Enter Data

2、Filename 对话框,选择文件的正确路径,点击文件名,再点击“ OK” 打开文件。 2.在打开的 Available Band List 菜单中,可以显示图像的各个波段的基本信息, 其中“ Gray Scale”为灰色显示, “ RGB Color”为彩色合成,并且可以选择彩色合成 的波段,单击“ Load ”就可显示图像, 打开的图像由三部分组成:Scroll (滚 动窗口、主图像窗口、以及缩放(Zoom 窗口 , 可以使用多个显示窗口组, 组中每个窗口的大小都可以调整。其中菜单中的 “ New Diaplay” 可以打开一 个新的图像。3.在“ Available BandsList”

3、菜单中选择“ Available Files List”还可以可以显示 出遥感图像的基本信息,具体如图所示: 4. 若要保存图像, 需要在图像所在窗口中选择 File-Save Image As-Image File, 弹出 Output Display to ImageFile 对话框。对于单波段图像,选择 8-bit Color,而 多波段彩色合成图像则选择 24-bit Color图像的保存方式有两种:一是直接保存为 文件;二是选“ Memory ”,记忆在“ Available BandsList”菜单中。 . 图像增强与变换 一. 空间域增强 1. 线性变换线性拉伸:线性拉伸的最小和

4、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,选择 Stretch_Type Linear Contrast Stretch。 分段线性拉伸: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。当在点之间提供线性拉伸时,线段在点处 连接起来,选择 Stretch_Type Piecewise Linear。 2. 非线性变换高斯拉伸:选择 Stretch_TypeGaussian.输入拉伸的最小和最大值,要手 动地输入所需要的标准差值,选择 Options SetGaussian Stdv. 设置高斯标准差 平方根拉伸:选择 Stret

5、ch_TypeSquare Root. 输入拉伸的最小和最大值 , 要手动地输入所需要的标准差值。 3. 直方图均衡化选择Stretch_Type Equalization.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均衡化函数,被拉伸数据的分 布呈白色叠加显示。 4. 直方图规定化 选择 Stretch_Type Arbitrary.通过点击或按住鼠标左键绘制输出直方图 的线段,在 Output Histogram 窗口内绘制输出直方图。任意的直方图将 用绿色来显示。 输出直方图用红色显示你的直方图, 匹配的数据函数用 白色曲线。 5. 图像平滑选择 filter 中的 s

6、mooth(5*5选项进行图像平滑处理。 6. 图像锐化 选择 filter 中的 sharpen(10选项进行图像平滑处理。二. 频率域增强1. 傅里叶变换 傅里叶变换:傅立叶分析是一种将图像分成空间上各种频率成分的数学 方法。 实际上, 快速的傅立叶变换被原来将数据变换成一个复杂的强调 频率分布的图像。 ENVI 中 FFT滤波包括图像正向的 FFT 、频率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。当前, FFT 处理没有用到 ENVI tiling 程序, 因此能被处理的图像大小受到系统可利用内存的限制。 FFT图像是“复数”数据类型,它占用了类似大小的字

7、节图像的 8 倍内存。 快速傅里叶变换:正向的 FFT 生成的图像能显示水平和垂直空间上的 频率成分。 图像的平均亮度值显示在变换后图像的中心。 远离中心的像 元代表图像中增加的空间频率成分。 这一滤波能被设计为消除特殊的频 率成分,并能进行逆向变换。在 filter 中选择 FFT filtering, 然后选择 forward FFT进行快速傅里叶变换。2. 频率域平滑先对影像进行 FFT 变换(使用低通滤波,之后对得到的进行 Inverse FFT 变换进而得到平滑处理的影响。 低通滤波器可使信息源的低频通过而对高频 加以抑制。 由于抑制了反映灰度骤变的边缘特征的高频信息及包含在高 频中

8、的孤立点噪声,所以低通滤波起了平滑图像去噪声的处理作用。进行 FFT 变换 进行 Inverse FFT换 平滑后的效果3. 频率域锐化先对影像进行 FFT 变换(使用高通滤波,之后对得到的进行 Inverse FFT 变换进而得到锐化处理的影响。 高通滤波器可使信息源的高频通过而对低频 加以抑制。 由于抑制了反映灰度骤变的边缘特征的低频信息及包含在低 频中的孤立点噪声,所以高通滤波起了锐化图像的处理作用。 进行 FFT 变换 进行进行 Inverse FFT变换 锐化后的效果三. 彩色增强1. 伪彩色增强将亮度值等间隔分割分别赋予不同的色彩, 合成处理的过程。 在主图像 窗口,选择 over

9、lay Density Slice。将出现 #1 Density Slice 对话框,在 “ Defined Density Slice Ranges” 下列有八个系统默认范围。在适当的 文本框中输入所需要的最小和最大值, 来改变密度分割的范围。 如要重 新设置数据范围到初始值,点击“ Reset ”。 2. 假彩色增强将不同波段的影像分别赋予不同的色彩, 合成处理的过程。 如分别赋予 TM 图像 1、 2、 3波段色彩 R 、 G 、 B ;从 Available Bands List 内,选择 “ RGB Color” 切换按钮。在序列中点击所需要显示的红、绿和蓝波段 名。将波段名称导入“

10、 R.G.B ” 后载入图像得到合成的假彩色图像。3. 彩色变换在图像处理中通常应用的有两种彩色坐标系统。一种是由红(R 、绿 (G 、蓝(B 三原色构成的彩色空间或坐标系统,这是我们之前所 讲的彩色变化和增强处理的基础;另一种是彩色空间是由色调(H 、 饱和度(S 和明度(I 三个变量构成的。彩色系统变换主要是指这两 种坐标系统之间的变换。 具体操作如下:RGB 向 HSV 的转换:在主菜 单中点击 Transforms-Color Transforms(在做正变换的选项中有 RGB to HSV 、 RGB to HLS 和 RGB to HSV(USGS Munsell三中方法 , 点击

11、 RGB to HSV。 接着选择已经彩色合成好的遥感图像, 接着在弹出的对话框中 选择 display1,出现 RGB to HSV(HLS 、 USGS Munsell Parameters 对 话框,选择保存路径后,软件就自动完成了 HSV 变换。 H(色度 S(饱和度 V(亮度 四. 多图像代数运算Band Math 功能提供了一个灵活的图像处理工具, 其中许多功能是无法在任 何其它的图像处理系统中获得的。 由于每个用户都有独特的需求, 因此该功 能允许用户自己定义处理算法, 并将之应用到打开的波段或整个图像中, 可 以根据需要自定义简单或复杂的处理程序。选择 Basic Tools

12、Band Math.在 “ Enter an expression” 的文本框内, 输入变 量名和所需要的数学运算符。变量名必须以字符“ b ” 或“ B ”开头,后面 跟着 5 个以内的数字字符。1. 差值法:选择 Basic Tools Band Math.在“ Enter an expression” 的文本 框内输入 B1-B2,点击 add to list, 确定后定义 B1, B2为波段 b1,b2, 选择 memory 后确定。2. 比值法:选择 Basic Tools Band Math.在“ Enter an expression” 的文本框内输入 float(B2/floa

13、t(B3,点击 add to list,确定后定义 B2, B3为波段 b2,b3, 选择 memory后确定。 3. 混合运算法:选择 Basic Tools Band Math.在 “ Enter an expression” 的文 本框内输入 float(B2/float(B3+B4, 点击 add to list,确定后定义 B2, B3, B4为波 段 b2,b3,b4选择 memory 后确定。 五. 多光谱图像变换1. 主成分变换主成分分析 (PCA 用多波段数据的一个线性变换, 变换数据到一个新的坐标系统,以使数据的差异达到最大。这一技术对于增强信息含量、 隔离噪声、 减少数据

14、维数非常有用。 由于多波段数据经常是高度相关的, 主成分变换寻找一个原点在数据均值的新的坐标系统, 通过坐标轴的旋转来使数据的方差达到最大,从而生成互不相关的输出波段。主成分(PC 波段是原始波谱波段的线性合成,它们之间是互不相关的。可以计算输出主成分波段。第一主成分包含最大的数据方差百分比,第二主成分包含第二大的方差, 以此类推, 最后的主成分波段由于包含很小 的方差 (大多数由原始波谱的噪声引起 , 因此显示为噪声。 由于数据 的不相关,主成分波段可以生成更多种颜色的彩色合成图像。在 ENVI 主菜单中选择 Transforms-Principal Components-Forward P

15、C Rotation-Compute New Statistics and Rotate, 选择 liubo07082972.img 作为 输入数据。出现如下 Forward PCRotation Parameters对话框:该对话框参数设置如下:在 “Stats X/Y Resize Factor” 文本框键入小于 1 的调整系数, 对计算统计值 的数据进行二次抽样。键入一个小于 1 的调整系数,以提高统计计算的速 度。例如,在统计计算时,用一个 0.1 的调整系数将只用到十分之一的像 元。若需要,键入一个输出统计文件名。点击按钮,选择基本“ Covariance Matrix ”或“ Co

16、rrelation Matrix”。计算主成分时, 有代表性地要用到协方差矩阵。 当波段之间数据范围差异较 大时,要用到相关系数矩阵,并且需要标准化。选用 “File” 或 “Memory” 输出。 若选择输出到 “File” , 在标有 “ Enter Output Filename ”的文本框里键入要输出的文件名;或用“ Choose ”按钮选择一个 输出文件名。从 “Output Data Type” 菜单里, 选择需要的输出类型 (字节型, 整型, 无符 号整型,长整型,无符号长整型,浮点型,双精度型。用下列选项,选择输出 PC 波段数。限定输出 PC 波段数,键入需要的数 字, 或用

17、 “Number of Output PC Bands” 标签附近的按钮确定输出的 PC 波 段数。默认的输出波段数等于输入的波段数。通过检查特征值,选择输出的 PC 波段数。 A 点击 “Select Subset from Eigenvalues” 标签附近的按钮,选择“ YES ”。 特征值将被计算,出现 Select Output PC Bands 对话框,列表显示着每一个 波段和其相应的特征值。 同时也为所有波段显示出每个波段中包含的数据变 化的累积百分比。B 在 “Number of Output PC Bands” 文本框里,键入一个数字或点击按钮, 确定输出的波段数。特征值大的

18、 PC 波段包含最大量的数据差异。较小的 特征值包含较少的数据信息和较多的噪声。 有时, 为存储磁盘空间, 最好仅 仅输出特征值大的那些波段。C 在 Select Output PC Bands 对话框里,点击“ OK ”。选择 Memory 输出, 其他的默认, 输出 6 个主成分波段, 自动加载到波段中 同时出现一个主成分特征值的 plot 图: 在该对话框中选择 EditData Values,查看各成分的特征值的大小:特征值反映了各主成分所占信息量的大小, 从上到下逐渐减少, 表明各波段 信息量逐渐减少, 我们可以据此计算各成分信息量占总信息量的百分比, 例 如,从上面数据可以得知,

19、PC1图像所占的信息量为 127.0377/(127.0377+22.9922+6.0091+1.0852+0.5730+0.2061100%=80.45%。由于主成分图像有 6 个波段,我选取了有代表性的前三个波段显示如下: PC1: PC2: PC3: 检验主成分与原始数据之间的定量关系:下面我们来检验各主成分到底与原始的 6 个波段数据之间到底是什么定 量关系,我想这对我们解释各主成分的含义时很有用。我们得知主成分变 换的系数矩阵是原始数据协方差矩阵的特征向量矩阵的一个转置,我们先 通过统计计算得到特征向量矩阵如下(方法参照前面所述,注意数据源 选择原始数据 liubo07082972.

20、img : 2.缨帽变换遥感原理与应用 缨帽变换是一种通用的植被指数，可以被用于Landsat MMS 或Landsat TM 等数据。对于Landsat MMS 数据，缨帽变换将原始数据进行正交变换，变成 四维空间（包括土壤亮度指数SBI、绿色植被指数GVI、黄色成分（stuff）指 以及与大气影响密切相关的non-such 指数NSI） 对于Landsat TM 数 。 数YVI， 据， 缨帽植被指数由三个因子组成 “亮度” “绿度” “第三” 、 与 （Third） 。 第三种分量与土壤特征有 其中的亮度和绿度相当于MSS 缨帽的SBI 和GVI， 关，包括水分状况。对于Landsat

21、7 ETM 数据穗帽植被指数由六个因子组成 -“亮度”、“绿度”、“湿度”、以及“第四”、“第五”、“第六” 几种分量。 选择Transforms Tassled Cap。 出现Tasseled Cap Transformation Input File对话 框时，选择输入文件。用下拉菜单，选择“Input File Type” Landsat 5TM 、 （ LandsatMSS、Landsat 7 ETM ）。 ENVI 将缨帽波段名输入到Available Bands List 中，在那里可以用标准ENVI 灰阶或RGB 彩色合成方法显示。 四 实验体会 从起初对 ENVI 的一无所知到

22、熟练地掌握 ENVI 中对图像增强与变换的处理 方法，让我对 ENVI 软件的使用产生了比较浓厚的兴趣。遥感图像经过各种 处理变换就能从多方面显示图像的信息，直观的反映了图像的变换过程，深 入了对遥感影像增强处理的学习和理解， 也为以后的实践工作打下了坚实的 基础。 起初学习的时候连图像怎么打开都不会， 或许是老师的严格要求迫使自己努 力去学习，不懂的及时请教别人然后自己练习、掌握，最后独立完成。这次 实习也让我改掉了以前什么都靠别人的消极学习态度， 也让我懂得了只有自 己学会掌握的才是最让人踏实的！ 16 遥感原理与应用 有付出就有回报， 当我独立完成了课程上机实验的全部内容时有种成就感涌 上心头，我相信通过自己的努力以后会做的更好。 17