遥感图像处理实习指导手册
(ENVI软件平台)
中国人民大学土地管理系
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
目 录
准备知识：ENVI软件基本功能菜单的认识与掌握 实验一：图像处理基本操作 实验二：图像合成和显示增强实验三：遥感图像的几何精纠正实验四：图像变换实验五：图像滤波实验六：图像分割实验七：图像分类实验八：地图制图操作实验九：使用
ENVI进行三维曲面的浏览和飞行
1
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
准备知识：ENVI软件基本功能菜单的认识与掌握
【目的和要求】认识和熟悉ENVI软件的基本功能菜单，根据菜单的功能分类学习和掌握。
第一部分 ENVI基础
一、通用的图像显示概念
ENVI中的图像显示由一组三个不同的图像窗口组成：主图像窗口、滚动窗口和缩放窗口。ENVI图像显示的一个例子如图1所示。一个显示组的单个图像窗口可以被缩放和放置在屏幕的任何一处。多个图像的显示可以通过从ENVI的window下拉菜单下的选择Start New Display window来启动，或通过点击可用波段列表内的“New Display”。
图1 ENVI的显示窗口
（一）主图像窗口
主图像窗口由一幅以全分辨率显示的图像的一部分组成。该窗口在第一次载入一幅图像时自动地被启动。窗口的起始大小由在envi.cfg配置文件中设置的参数控制。它也能动态地被缩放。ENVI允许装载多个主图像窗口及相应的的滚动和缩放窗口。
（二）主图像窗口内的功能菜单
在主图像窗口中，功能菜单条包括5个下拉菜单：File，Overlay，Enhance，Tools，Window。这些菜单共同排列在显示窗口的菜单栏中，使用这些菜单来访问普通的显示操作和交互功能。
（三）滚动窗口
滚动窗口是一个以二次抽样的分辨率显示整幅图像的显示窗口。滚动窗口位置和大小最初在envi.cfg文件中被设置并且可以被修改。只有要显示的图像比主图像窗口以全分辨率能显示的图像大时，才会出现滚动窗口。可以动态地将其缩放到任何大小直至全屏。当练习这一选项时，重采样系数会自动改变以适用于新的图像大小。重采样系数出现在滚动窗口标题栏的括号内。对于滚动窗口中被再次重采样的大图像，可以缩放到区域内，并减少重采样系数。可能出现多个滚动窗口，每个窗口对应于一个已
2
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
载入的主图像窗口。
（四）缩放窗口
缩放窗口是一个小的图像显示窗口，它以用户自定义的缩放系数使用像元复制来显示主图像窗口的一部分。缩放窗口的大小、位置和系统默认的缩放系数最初在envi.cfg文件中被设置，并且可以被用户修改。缩放窗口提供无限缩放能力，缩放系数出现在窗口标题栏的括号中。缩放窗口能动态地调整大小，直至屏幕中可利用的尺寸。可以显示多个缩放窗口, 每个窗口对应于一个已载入的主显示窗口。
（五）调整窗口大小
许多ENVI窗口能动态调整大小直至全屏。这包括图像显示、矢量窗口及所有除散布图和动画窗口之外的辅助窗口。窗口大小的调整通过用鼠标指针点住它的一角并拖到所需要的图像大小来实现。
（六）当前活动显示
每次只有一幅显示的图像（主图像、滚动和缩放窗口的组合）是”激活”的。激活的显示是下一幅图像将被载入的那个显示组。通过在现有波段列表中输入适当的显示数，来设置活动显示。请注意：没有必要为了将一个功能应用到一个显示而激活该显示，并且使用这些功能不会激活显示。
（七）辅助窗口
ENVI图像显示可以有很多相关的辅助窗口。这些窗口典型地由ENVI的交互显示功能来启动，并且可以包括X、Y、Z及任意的剖面、直方图、散点图、表面图（透视图）和动画窗口。它们都各自附属于一个特定的图像显示组。多个显示可以有各自独立的辅助窗口组。
（八）矢量显示列表
矢量显示列表由一个矢量窗口及与之相关的 “Vector Window Params” 对话框组成。一个矢量显示组的例子如图1-2所示。同图像显示窗口一样，矢量窗口可以调整大小及放置于屏幕任何位置。
（九）显示窗口中的快捷菜单
在一个显示窗口中点击右键，从显示的菜单中选择所需的选项。通过窗口中的任何一个快捷菜单，都可以访问许多显示窗口栏中的交互功能
图2 ENVI矢量窗口
二、数据管理
ENVI为管理图像、矢量数据、对话框和单个窗口提供很多工具。这些工具将在以下部分讨论。
（一）可用波段列表
3
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
可利用波段列表是用于存取ENVI图像文件和这些文件的单个图像波段的控制面板。无论何时一个图像文件被打开，现有波段列表在它自己的对话框中出现，它包含所有打开的文件和任何内存数据项（在内存中进行计算，但不保存）的现有图像波段的一个列表，可以为配准过的图像显示地图信息。不管图像是否显示，若打开了多个文件，那么所有文件的所有波段按先后顺序列出，最新打开文件的波段位于列表最顶部。现有波段列表用于将灰阶和彩色图像装载到活动显示、打开和关闭文件、或从内存中删除单个波段。
（二）可用矢量列表
可利用矢量列表包含一列内存中现有的用于在图像显示窗口或矢量显示窗口显示的所有矢量文件。一旦载入，所有读入内存的矢量层按先后顺序列出，最新读入的矢量位于列表最顶部。将使用现有的矢量列表启动矢量显示组，以及从内存中删除矢量层。
（三）浏览目录列表和Geo－Browser
浏览目录列表列出一个已选择的目录中的所有ENVI文件，打印文件信息，允许打开选定的文件，以及启动Geo－Browser文件显示。Geo－Browser在一张世界地图上用一面红旗标记所有的地理编码数据的位置。用户可以缩放地图，然后在红旗上点击来选择所需要的文件。
（四）打开文件列表
打开文件列表是一个用于管理ENVI图像文件的工具。它列出了当前打开文件和任何内存数据项的所有名字。选择一个文件名，将列出该文件所有的已知信息。这包括诸如完整的路径和图像名等参数；线、样点和波段数；标题大小；文件类型；数据类型；交叉；数据的字节顺序；以及是否采用了地理坐标定位，是否波长与波段相关联。选项包括删除内存数据项，关闭或删除单个文件，以及将内存计算结果写到磁盘文件。这些操作允许最优使用系统内存。
（五）ENVI窗口查找器
ENVI窗口查找器列出所有已打开的主要的ENVI窗口，包括：主图像、滚动和缩放窗口、所有辅助窗口，以及许多ENVI交互功能中使用的其它窗口和对话框。可以通过在名字上点击，调用任何窗口或对话框到前景。例如，若你需要访问现有波段列表，但它隐藏在你的图像后面，步骤如下：
（1） 选择Window > window finder。 （2） 点击”可利用波段列表”。
（六）ENVI处理状态窗口
当计算进行时，大多数ENVI功能显示处理状态。功能启动后（通常通过点击OK按钮），会立即出现一个标准的状态窗口。窗口标题与正在执行的功能相匹配，并且显示结果是否被置于内存或到一个输出文件中。当数据被处理时，一个标有 ”% Complete” 的滑动块及时地更新。标有“Inc:”的文本框显示每个数据处理增量的大小，这基于tile size。功能自动地判定处理增量的大小。当在滑动块工具条上显示时，分数的增量将舍入到最接近的整数）。
注意：若增量小于100%，可以用“Cancel”按钮终止处理。此时，当下一个增量发生时，功能将被中断。若增量等于100%，不可能再中断功能。
三、内存管理
ENVI允许通过调整系统内存来处理大的数据集,例如, 典型的处理任务经常在只有16Mb物理内存的机器上使用大于200Mb的数据集。若处理一项任务没有足够内存，数据集被分成易处理的片段，在内
4
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
存中处理，然后写到磁盘文件上。在配置比较高档的机器上，可以在内存中处理较大的数据集，而不必创建磁盘文件。
（一）Tiling操作
ENVI允许使用“tiling”(分块) 处理较大图像和控制系统内存的使用。“tile”（局部）是从磁盘或内存中按片段读取的一段数据。ENVI中的单个“tile”大小是通过在ENVI配置文件中设置所需要的值来控制的。 修改配置文件执行，在ENVI主菜单中选择：File\\ Preferences。
对于按BSQ（按波段顺序）存储的图像，每个tile是单个波段的一个空间子集。对于按BIL（波段按行交叉）格式存储的图像，每个tile是一幅图像所有波段的一行。对于BIP（波段按像元交叉）格式, 每个tile是一幅图像中所有波段行的所有像素。Tiling通常是对用户透明的，ENVI用它来保证硬件内存的限制不影响处理的进行。
（二）文件与内存功能运行对比
对于有较大随机存储器（RAM）的系统，可能不用反复地将中间处理结果存储到磁盘文件，而进行有效的图像处理。对于大多数功能，ENVI允许把处理结果写到一个磁盘文件或保存在系统内存中。 注意:若选择使用内存项，定期地将结果保存到磁盘文件。
四、ENVI文件格式
ENVI支持若干种图像文件格式，描述如下。本节也涉及ENVI头文件的格式、文件命名原则，以及跨平台的可移植性问题。
（一）ENVI图像文件
ENVI使用一个通用化的栅格数据格式，它由一个简单的二进制文件和一个相应的小的ASCII（文本）头文件组成。这种方式允许ENVI灵活地使用几乎任何一种图像格式, 包括那些嵌有文件标题信息的格式。ENVI支持所有数据类型的原始格式（字节型、整型、长整型、浮点型、双精度型或复数型）。通用的栅格数据按照BSQ、BIP或BIL格式，以二进制字节流存储。 BSQ（波段顺序格式）
在它最简单的格式中，数据是按照BSQ格式的。每行数据后面紧接着同一波谱波段的下一行数据。这种格式最适于对单个波谱波段中任何部分的空间（X，Y）存取。 BIP（波段按像元交叉格式）
按BIP格式存储的图像按顺序存储第一个像元所有的波段，接着是第二个像元的所有波段，然后是第3个像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元总数为止。这种格式为图像数据波谱（Z）的存取提供最佳性能。
BIL（波段按行交叉格式）
按BIL格式存储的图像先存储第一个波段的第一行，接着是第二个波段的第一行，然后是第三个波段的第一行，交叉存取直到波段总数为止。每个波段随后的行按照类似的方式交叉存取。这种格式提供了空间和波谱处理之间一种折衷方式，它是大多数ENVI处理任务中所推荐的文件格式。
（二）ENVI头文件
单独的ENVI文本头文件提供关于图像尺寸、嵌入的头文件（若存在）、数据格式及其它相关信息。ENVI头文件包含用于读取图像数据文件的信息，它通常创建于一个数据文件第一次被ENVI存取时。必
5
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
需信息通过交互式输入，或自动地用“file ingest”创建，并且以后可以编辑修改。若有必要，可以在ENVI之外使用一个文本编辑器生成一个ENVI头文件。
（三）ENVI的文件命名约定
ENVI的文件处理程序设计的极其灵活。ENVI软件对文件命名除不能使用用于头文件的扩展名 .hdr之外，不加以任何限制。为了便于使用，一些ENVI功能预先载入含特定扩展名的文件列表。这些扩展名如下表所示，当运行ENVI时，应当使用一致，以便文件处理效率最高。若需要，这也并不排除使用另外的文件名。
表1 ENVI文件类型
文件类型 ENVI Image（ENVI图像） ENVI Bad Lines List(ENVI坏行列表) SIR-C Compressed Data Product（压缩数据产品） ENVI Header File（头文件） ENVI Calibration Factors（校正因子） ENVI PPI Count File（像元纯净指数计算文件） ENVI Density Slice Range File（密度分割系列文件） ENVI Vector File（矢量文件） ENVI Band Math or Spectral Math Expression （数学和波谱运算表达式） ENVI Tape Script（磁带脚本） ENVI Grid File（栅格文件） ENVI Filter Kernels（滤波卷积核文件） ENVI Map Key（图例文件） ENVI Contour Levels File（等高线文件） ENVI Look Up Table（查找表文件） ENVI Mosaic Template File（镶嵌模板文件） ENVI n-D Visualizer State（N维可视化器状态文件） ENVI GCP file（控制点文件） ENVI Region of Interest(感兴趣文件) ENVI Statistics Report（统计报告文件） ENVI Spectral Library（波谱库文件） ENVI Statistics File（统计文件） ENVI Surface View Path File（曲面浏览路径文件） JPL AIRSAR Compressed Stokes Matrix Radar Data （JPL AIRSAR压缩的Stokes矩阵数据）
6
.stk .exp .fmt .grd .ker .key .lev .lut .mos .ndv .pts .roi .txt .sli .sta .pat 扩展名 未定义 .bil .cdp .hdr .cff .cnt .dsr .evf 遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
ENVI Vector Template File（矢量模板文件） .vec （四）跨平台的文件可移植性
当使用ENVI命名文件时，要考虑的一个附加因素是跨平台的可移植性。在UNIX系统上的文件名
后附加一个 .hdr 。在Windows系统上，.hdr代替当前的扩展名。这对于保持图像文件和它们相应的（.hdr）头文件之间的关系是特别重要的 。例如，一个名为image_1.img的UNIX图像文件将image_1.img.hdr作为它相应的头文件。在Windows下，两幅图像image_1.img和image_1.dat将有同样的头文件名image_1.hdr，并且若这两幅图像大小和特征不同，那么ENVI将会出现问题。在UNIX下，同样的两个文件将有相应的头文件名image_1.img.hdr和image_1.dat.hdr，因此不会发生混乱。若图像的跨平台可移植性存在问题，那么最简单的解决方案是仅使用8个字符并且不用扩展名来命名图像文件。这样，图像文件image_1在UNIX和Windows下有同样的头文件名（image_1.hdr）。此外，将图像从UNIX系统移到Windows系统前，可以按Windows约定对图像和头文件进行重命名。
五、ENVI支持的输入文件格式
ENVI支持的输入文件格式如下所示。 ●Flat Binary Files（二进制文件）：
● BSQ（band sequential format） ● BIL（band interleaved by line format） ● BIP（band interleaved by pixel format）
● Remote Sensing Format Files（支持遥感器格式文件）：
● GeoTIFF ● AIRSAR
● HDF
● ArcView Raster （.bil） ● HDF MAS-50 ● ATSR ● JERS ● AVHRR
● MRLC
● CADRG ● NITF ● CIB
● DMSP （NOAA） ● DOQ （USGS） ● EOSAT FAST IRS-1 ● EOSAT FAST TM ● ERS
● ESA Landsat TM
● NLAPS CD ● PDS Image ● RADARSAT ● SeaWiFS ● SIR-C ● SPOT CD ● TIMS
7
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
● ESA SHARP ● GeoSPOT
● TOPSAR
● Image Processing Formats（图像处理软件格式）：
● ArcView Raster （.bil） ● ERDAS 7.5 （.lan）
● ERDAS 8.x （.img）
● ER Mapper ● PCI （.pix）
● Other Generic Image Formats（其他一般格式）：
● ASCII ● BMP ● GIF ● HDF ● JPEG
● Digital Elevation Formats（数字高程文件格式）
● USGS DEM ● DMA DTED
● Vector Files Format（矢量文件）：
● PICT ● SRF
● TIFF （GeoTIFF） ● TIFF world files （.tfw） ● XWD
● USGS SDTS DEM
● ARC/INFO Interchange ● MapInfo Interchange
● ArcView Shape File ● DXF
● ENVI Vector File（.evf）
● Microstation DGN ● USGS DLG
● USGS DLG in SDTS Format
六、ENVI支持的输出文件格式
ENVI支持的输出文件格式如下所示。 ● ENVI Flat Binary Files（二进制文件）：
● BSQ （band sequential format） ● BIL （band interleaved by line format） ● BIP （band interleaved by pixel format） ● Generic Image Formats（一般图像格式）：
● ASCII ● BMP ● GIF
● PICT ● SRF
● TIFF （GeoTIFF）
8
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
● HDF ● JPEG
● TIFF world files （.tfw） ● XWD
● Image Processing Formats（图像处理格式）：
● ArcView Raster （.bil） ● ERDAS 7.5 （.lan） ● Vector Formats（矢量格式）：
● ArcView Shape File ● DXF ● ENVI Vector File （.evf）
● ER Mapper ● PCI （.pix）
第二部分 基本菜单的认识
ENVI包括的主菜单有：文件菜单、基本工具、分类、交换工具、滤波、波谱工具、制图工具、矢量工具、地形菜单、雷达工具、窗口管理工具、帮助工具。这里主要介绍文件菜单，其他菜单在随后的实习内容中介绍。
一、File菜单
所有数据文件读取到ENVI，都是通过从ENVI主菜单上的File下拉菜单进行选择。各个菜单项在以下几节叙述。
图3 ENVI的File菜单
9
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（一）Open Image File （打开图像文件）
Open Image File是一个普通的文件打开程序。使用该项打开ENVI图像文件或其它已知格式的二进制图像文件。 ENVI自动地识别和读取下列类型的文件：TIFF、GeoTIFF、GIF、JPEG、BMP、SRF、HDF、PDS、MAS-50、NLAPS、RADARSAT和AVHRR 。数据仍保留它原有格式，必要的信息从数据文件头中读取。 ENVI直接读取其它几种文件类型。
（1）选择File > Open Image File。
（2）当出现Enter Data Filename对话框，点击文件名，再点击“OK” 或“Open” 以打开选择的文件。
要选择一组连续显示的文件，在该组的第一个文件上点击，然后按住“shift”键的同时，点击该
组的最后一个文件。或者用鼠标左键点击和拖曳来选择所需要的组。
要选择非连续显示的多个文件，按住 “Ctrl” 键，在每个所需要的文件上点击。 要改变目录来查找你的文件，在 “File Name” 文本框输入路径名（“Path” for UNIX）。 注意：若得到 “File does not appear to be a valid Radarsat file” 这样一个错误消息，使用File >
Open External File来选择正确的数据类型。当ENVI第一次打开一个文件，它需要关于文件特征的特定信息。通常，这些信息存储在与图像文件同名的一个独立的文本头文件，但是文件扩展名为.hdr 。若文件打开时没有找到ENVI头文件，必须在Header Information对话框中输入一些基本的参数（如下所示）。一旦文件打开，波段在可利用波段列表中列出。
注意：一些数据格式没有 .hdr文件也能自动打开。这些格式包括：TIFF、 GeoTIFF、 GIF、 JPEG、 BMP、 SRF、 HDF、 PDS、 MAS-50、 NLAPS、RADARSAT和AVHRR 。
Header Information（头文件）对话框
若在打开一个文件时没有发现头文件 （ .hdr文件 ） 或其它有效的头文件信息， 就会出现Header Info对话框。将使用这个对话框输入样本或像元数、行数、波段数、在从文件的开头到数据开始处（嵌入的文件头）的字节偏移量、数据的存储顺序（”交叉”）（BSQ，BIP， BIL）、数据的字节顺序（“Host （Intel）”: Host Least Significant First for DEC machines and PCs或 “Network （IEEE）”: Network Most Significant First for all other platforms）、数据类型（字节， 整数，浮点等），以及文件类型。其它选项包括设置默认的Z-Plot range，默认的显示拉伸，地理坐标的输入（entry of georeferencing information），相关的波长和FWHM值（full-width-half-maximum），传感器类型，波段名以及坏波段。若在ENVI显示一幅导入的图像前，必须将必要信息输入到Header Info（图4）窗口。
图4 Header Information对话框
10
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
一个文件没有ENVI文件头或其它支持的文件头格式，这个窗口自动地出现。每次打开一个数据文件时，ENVI搜索头文件并使用该信息来打开文件。这些信息只需输入一次，当选择Header Info窗口底部的 “OK” 按钮，它自动地保存到输入目录中的一个ENVI头文件。ENVI的Edit Header功能也可以用来更改已存在的头文件的信息。
（二）打开外部文件
ENVI支持的输入文件，虽然上述的Open Image File功能可以打开大多数文件类型，对于特定的已知文件类型，利用内部或外部的文件头信息通常会更加方便。使用Open External File选项，ENVI从内部文件头读取必要的参数，因此不必在Header Infor对话框输入任何信息。ENVI能读取这些标准文件类型的若干格式，这包括精选的遥感格式、图像处理格式、通用图像格式及数字高程模型。
（三）打开矢量文件
该菜单选项允许打开ARCView Shape文件、ARC / INFO交换（Interchange）格式文件、DXF矢量文件、MapInfo Interchange格式（.mif）、微型工作站DGN （.dgn）、USGS DLG文件、USGS SDTS文件以及ENVI矢量格式（.evf）文件。可以随意地导入多个矢量层；然而，应注意每个文件应该只包含一个矢量层。
（1）选择File > Open Vector File > the desired format。
（2）当出现标准文件选择对话框时，选择一个文件名，然后点击 “Open”。
要选择一组连续显示的文件，在该组的第一个文件上点击，然后按住“shift”的同时，点击该组
的最后一个文件。或者，用鼠标左键点击和拖曳以选择所需要的组。
要选择非连续显示的多个文件，按住 “Ctrl” 键，在每个所需要的文件上点击。
（四）Open Previous File
Open Previous File菜单项包含一列在ENVI中20个最近打开的文件。选择一个所需要的文件名，将打开该文件。每个新打开的文件被添加到列表的顶部。当已经打开20个文件以上，列表底部的文件被删除。
（五）Scan Directory List
当打开文件时，将发现扫描目录以定位想得到的文件是非常有用的。ENVI提供递归（recursive）目录扫描，并允许选择多个文件来打开。geo-browser选项允许浏览地理坐标图像（georeferenced images）的定位（location）图，并打开基于地理坐标的文件。
Geo-Browser
有些情况下，可能想扫描文件并根据它们的地理位置来打开。ENVI的Geo-Browser允许浏览这种对地理坐标定位图像位置的地图。要启动ENVI的Geo-Browser：
（1）从Scanned ENVI Files对话框内，选择Options > Geo-Browser。
ENVI绘出一幅具有大陆和国家轮廓的世界地图。在United States内部，也出现州的轮廓。 地理坐标定位图像的位置 （ ENVI文件头中指定的基准像元（reference pixel）的位置 ） 在世界地图上用旗帜标出。对于同一位置的多个文件，ENVI绘出不同颜色的旗帜，并且旁边有一个数字，它显示出在该位置是第几个文件。
注意：鼠标光标的经度和纬度显示在地图的左上角。 （2）从以下选项中选择：
11
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
要改变窗口的大小，按住并拖曳窗口的一角。
要使地图在一点上集中（center the map on a point），点击鼠标左键。 要放大地图区域，按住并拖曳鼠标中键。要缩小回来，点击鼠标中键。 要识别与旗帜相对应的文件，在旗帜旁点击鼠标右键。 ENVI在Located Files List中突出显示相对应的文件。
对于有多个文件的地方，多次点击鼠标右键，以突出显示各自对应的文件。通过突出显示已经选择一个文件后，选择File > Open File来打开。
二、其他菜单项
ENVI正常启动后，主菜单如下图所示。
（一）基本工具（Basic Tools）
Basic Tools菜单提供多种ENVI功能的访问。不管图像数据是哪种类型，Basic Tools的功能都很有用。这些功能包括：图像重采样、掩模处理、图像统计分析、空间统计分析、测量、变化探测。建立图像的兴趣区(Regions of Interest)用于监督分类，通过波段运算(Band Math)对图像进行代数运算。通过数据拉伸(Stretch Data)进行对比度拉伸。
一些重要的图像功能包括在本菜单下的预处理 (Preprocessing)子菜单中，如图像辐射校正，包括大气校正、坏条带处理等。
（二）分类（Classification）
Classification菜单包括监督分类和非监督分类、决策树分类，波谱端元收集和分类后处理。其中，监督分类方法包括了平行管道方法、最小距离方法、马氏距离方法、最大似然法、光谱角方法、二值编码方法、神经网络分类和支撑向量机分类等。非监督分类包括了迭代自组织方法和k均值方法。分类后处理包括了类别统计、混淆矩阵、多数/少数分析、类的集群、类的筛选分析、类的合并、类的叠加、缓冲区、图像分割以及分类结果矢量化等。
（三）变换（Transform）
Transform菜单是将栅格数据转换到另外一种数据空间的图像处理方法，通常通过简单或复杂的函数来实现。大多数变换目的是提高信息的表达能力。变换后的图像比原始图像在某些方面更易于解译。 变换的主要方法有：图像锐化；彩色变换、主成分变换、缨帽变换；图像的拉伸，如去相关拉伸、饱和度拉伸等。
（四）滤波（Filter）
Filter菜单包括卷积、图像形态学、纹理、自适应滤波和频率域的傅里叶滤波，强调滤波核与图像之间的操作。
卷积和形态学滤波在空间域进行。卷积是最常用的图像滤波方法，包括了图像平滑和锐化的主要算法，如中值滤波、拉普拉斯变换等。形态学滤波以图像形态学为基础对图像进行处理，如膨胀和腐蚀运算。纹理从图像中提取纹理信息，包括同生测度(occurrence)和共生测度 (co-occurrence)。自适应滤波器主要用来处理雷达图像，其特点是在抑制噪声的同时保留了图像的边界信息和细节。
傅里叶滤波在频率域对图像进行滤波，主要用来提取或去除图像中的周期成分。
（五）波谱工具（Spectral）
ENVI为多光谱和高光谱图像以及其他波谱数据的分析提供了专用工具。这些工具包括：波谱库的
12
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
构建、重采样和浏览；波谱分割；波谱运算；波谱端元的判断；波谱数据的N维可视化；波谱分类；线性波谱分离；匹配滤波；包络线去除以及波谱特征拟合等。 （六）配准与镶嵌（Map）
Map菜单包括：图像的配准、正射投影、几何校正和图像镶嵌、地图坐标和投影转换、用户自定义投影、转换ASCII坐标、连接外接的GPS等。
（七）矢量工具（Vector）
Vector菜单包括：打开矢量文件、管理矢量文件、将栅格图像(包括分类图像)转化为ENVI矢量文件，不规则点数据的栅格化，将ENVI矢量文件(EVF)、注记文件(ANN)以及感兴趣区(ROI)转化为DXF格式的文件，数字化等。
（八）地形工具（Topographic）
Topographic菜单用来对数字高程数据进行分析。例如，计算坡度、坡向和不同的曲率值；生成一幅图像显示河道、山脊、山峰、沟谷、平原。使用创建山区阴影图像(Create Hill Shade Image)功能可以将一幅彩色遥感图像和一幅阴影图像(DEM产生)结合起来生成一幅山区阴影图像。相关的操作包括替换数字高程数据中的坏值、不规则数据的栅格化、转换等高线为DEM、地形数据(覆盖了矢量或彩色图像)的3-D浏览等。
（九）雷达工具（Radar）
ENVI为分析探测雷达图像以及SAR系统 (如JPL的极化偏振AIRSAR与SIR-C系统等)提供了标准化的工具。这些工具可以对ERS-l、JERS-l、RADARSAT、SIR-C、X-SAR和AIRSAR数据以及其他方式探测到的SAR数据进行处理。此外，ENVI也可以处理CEOS格式的雷达数据(包括来自其他雷达系统的CEOS格式数据)。
多数ENVI处理功能本身就包含了雷达数据的处理能力，如所有的显示功能、拉伸、颜色处理、分类、配准、滤波、几何校正等。另外，ENVI还提供了分析极化雷达数据的工具。
（十）窗口（Window）
Window菜单管理ENVI显示和绘图窗口，包括打开新窗口、窗口最大化、窗口间链接显示、关闭窗口、使用该工具访问可用波段列表和可用矢量列表。Window菜单的功能还包括：浏览显示窗口的信息、浏览显示图像中光标位置和像元值、从显示窗口中收集点、打开窗口查找工具、显示鼠标的按钮信息等。
（十一）帮助（Help）
ENVI提供了很好的帮助系统，可以很方便地按照关键词查找帮助内容。可以对感兴趣的内容设置书签，以便于将来阅读。
点击主菜单“Help”-“Start ENVI help”，阅读帮助文件。从“index” 输入“display images”，查看帮助信息。
13
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验一 图像处理基本操作
一、目的和要求
【目的】熟悉ENVI中的基本图像处理操作。 【要求】（1）能够按照工作要求进行ENVI设置；（2）能够根据图像的信息修改图像的头文件；（3）掌握基本操作：图像合并，头文件编辑，多窗口连接，图像剪裁等。 【数据】TM图像数据。
二、实验内容
（一）ENVI文件菜单使用
本实验需要的功能主要包括在主菜单File(文件)中。EVNI的文件菜单包括功能较多，其中最重要有以下几项。
1、打开、转入图像，将图像保存为其他格式的数据。
ENVI按照四个类别选择图像： （1）卫星和传感器。 （2）特殊格式。
（3）常用遥感图像处理软件（IP Software）格式。 （4）通用格式（Generic Formats）。 2、编辑图像头文件。
3、与IDL进行数据交换。
将图像转出为IDL矩阵，经IDL处理后再返回到ENVI中。通过该功能可以很容易地扩充ENVI功能。 4、保存当前的工作为宏，并在下次工作前打开使用。
该功能用来保留上次的工作状态，类似的功能有Mapinfo软件的保存工作空间。所有上次工作中打开的窗口，运行该宏后均能恢复。
注意：保存在内存中的数据不可以恢复。 5、系统设置（Preferences）.
（二）设置ENVI
1、目录设置。
包括数据文件、临时文件和输出文件的目录。
单击菜单 File-Preferences，点击“Default Directories”。具体设置在那个盘符，视具体情况
而定。例如：D:\\遥感图像处理实验\\实验数据、D:\\遥感图像处理实验\\临时文件、D:\\遥感图像处理实验\\输出文件。
2、背景设置。
将背景色设设置为白色，前景色设置为黑色，可以便于拷屏保存处理结果。 单击Plot Defaults。右键点击a处，选择Items l:2O – White。右键点击b处，选择1：20 – Black。
ENVI中的所有颜色选择，均使用上述操作方式。
14
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
3、其他设置。
包括页面的单位，设置为公制单位；内存分配，按照计算机的内存大小进行设置。
Cache size：图像缓存。与计算机内存有关，对于2G内存以上用户，建议不少于512M。
Image tile size：图块大小。图像按照块运行处理，实际工作中，要根据计算机可用内存大小、图像像素大小等参数设置，请参见软件在线帮助（检索关键词“tile size”）。
特别注意“display defaults”中的设置。注意“zoom window interpolation”中使用“最近邻”采样，以保证窗口图像内容与原始图像的最大相似性。
注意：默认显示的拉伸为2%，用以增强显示效果。
（三）图像显示
经过ENVI设置后，数据目录为：D:\\遥感图像处理实验\\实验数据。该目录拷贝了实验数据。基本的实验数据是南京TM图像的一部分:包括b1、b2、b7等7个文件，分辨率600×600，二进制存储。 1、打开数据文件
15
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
File – Open Image File ，选择b1，在对话框中输入各项参数。
输入完成后显示头信息窗口。重复打开b2……b7。设置正确后，在图像文件所在的目录将生成头文件*.hdr。
2、查看图像头文件信息
图像头信息保存在头文件中，头文件是一个文本文件，可通过两种方式查看： （1）在ENVI中打开
通过主菜单File – edit ENVI header，或直接在Available Band窗口，右键点击图像名称，点击Edit Header…。操作后显示头信息（Header Info窗口。头信息窗口下面是注释信息，可以自己修改。目前信息为“File Imported inti ENVI”。在Available Band..窗口下面给出图像分辨率和格式信息：分辨率显示为 列数×行数，图像格式为BSQ，每个波段为一个数据块。 （2）使用notepad等文字编辑工具打开
将头文件拖到文字编辑工具就可以显示头文件的内容。其中Unknown需要通过编辑头文件进行修改。
窗口中，有许多的数据项需要填写。其中，最重要的几项：波段名称、波长、像素大小、传感器类型和数据中忽略的值（一般忽略0，该项对干图像的统计很重要）。这些数据项的编辑工作在其他练习进行。
3、显示图像（Available Bands List）
如果该窗口关闭，可以通过主菜单Window – Available Bands List 打开。 图像有两种显示方式：单色显示和RGB合成显示。
16
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
单色显示：点击Gray Scale，点击波段，点击Load Band。 RGB合成显示：点击RGB Color，依次点击三个波段作为R、G、B通道对应的数据，点击Load Band。如果要调整RGB顺序，例如，将G对应的波段改为4，操作为：点击G，点击波段4。合成显示的各个波段的行列数（分辨率）必须完全相同。
按照 (3，2，1)方式进行RGB合成方式显示:点击RGB Color，点击R，顺序点击3，2，1，点击Load Band，显示图像合成的结果 (见上右图)。以后凡是RGB合成方式显示，均按照上述操作过程完成。 4、ENVI显示窗口
系统默认的是三窗口图像显示模式。
（1）Scroll全景窗口。
17
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
下左窗口，显示所有的图像信息。像素是原始图像重采样的结果。 （2）Image图像窗口。 上面窗口，按照1:1像素方式显示图像 (屏幕上的一个点对应图像中的一个像素)。只能显示Scroll窗口中的局部范围图像。 （3）Zoom放大窗口。
下右窗口，放大显示Image中的部分区域。放大的倍数显示在窗口的标题中，例如上图为4倍 放大。
点击Zoom窗口左下方的第三个框，可以打开或关闭“+”字线。单击“+”或“-”号进行图像的放大或缩小。
（四）窗口连接
多窗口连接是ENVI的一个强大的功能。可以同时打开多个窗口，每个窗口显示不同的内容或不同的图像合成结果，然后通过像素坐标和地理坐标进行连接显示。在一个窗口中移动光标位置，其他窗口中的内容也自动更新显示为对应的位置。
窗口连接：连接多个图像显示窗口，同步显示图像数据。
在新窗口中单色显示b4波段：在Available Band.. 窗口点击窗口下部的Display #l，点击New Display。点击Gray Scale，点击b4，Load Band。
（主菜单：ENVI独立的菜单条；窗口菜单：窗口顶部的菜单条）
在新窗口打开图像，均指如上操作。
当前的窗口状态：#1窗口为 (3，2，1)合成图像显示，#2是b4单色显示。连接窗口#1和#2。
点击#l窗口菜单Tools – Link – Link Displays..，显示Link Displays窗口。选择#1和#2的显示Yes，动态叠加显示为On。
连接后的窗口见下图。在一个窗口中移动红色的矩形框 (选框)，另外一个窗口的矩形框会移动到相同的位置。在#l的红色矩形框外单击，会叠加显示#2窗口图像。 在红色的矩形窗口内双击，显示光标位置的图像信息。
18
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（五）窗口图像保存
保存窗口#l显示的图像为GeoTIFF格式。在#1窗□，点击窗口菜单：File – Save Image As – Image File..。
执行后，显示窗口：输出显示到图像文件 (Output Display to Image File)。点击选择输出文件类型为：TIFF/GeoTIFF。点击Choose，选择目录并输入文件名保存。
19
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
如果将图像文件保存为TFF/GeoTIFF格式，请使用主菜单文件菜单下的“保存文件为”子菜单。
（六）图像合并
将具有相同行列的单个图像文件合并为一个图像文件。某些图像处理要求所有的波段保存在一个文件中。
操作：主菜单File – Save File as – ENVI Standard。
在显示的New File Builder窗口中，点击“Import File..”，选择bl，..，b7。
单击“Reorder Files..”，出现文件排序Reorder Files窗口。使用鼠标左键选择波段名称然后上下拖放进行排序，使得从1-7分别对应bl，..，b7，确定。输出的文件名为AA，确定。AA是以后各次实验用的图像文件名称。
（七）关闭文件
在“Available Bands List”窗口，点击：File – Close All Files。 注意：关闭显示窗口，并没有关闭文件。要关闭文件必须使用上述操作。
（八）编辑头文件
编辑图像“AA”头文件。
操作：显示头信息窗口，在头信息窗口点击“编辑属性”。 输入如下信息：
波段名称：bl，b2，b3，b4，b5，b6，b7。
波长：取波段的中心波长值，分别为：478.700，561.000，661.400，834.600，1650.000，11500.000，2208.000。使用纳米作为波长单位。 像素大小：b6为 120米，其余为 30米。 传感器类型：Landsat TM。
数据中忽略值：0值。根据图像内容确定此值，其对图像显示影响大。（见下图）。
注意：图像头文件中“数据中忽略值”一项参数很重要，影响着图像的显示和统计的结果！在获取的图像中，是不会有0值的。但是处理变换后的图像可能有0值。必须根据图像数据本身的数值范围进行设定。
（九）图像剪裁
将图像的局部空间或波段剪裁出来，保存为单独的文件，分别称为创建空间子集和创建光谱子集。
20
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验：将玄武湖范围的1-4波段数据剪裁保存为新文件。 操作：关闭所有窗口。单色显示第4波段。
剪裁操作：点击主菜单 Basic Tools – Resize Data。
在出现的输入文件窗口(Resize Data Input File)中，选择AA。 1、空间范围剪裁
点击空间子集 (Select Spatial Subset)。
剪裁可以：（1）基于显示的图像Image，在图像上确定矩形范围；（2）打开的己有文件File；（3）其他的矢量文件ROI/EVF。
这里使用方式（1）。单击按钮Image，出现窗口“利用图像创建子集 (Subset by Image)”，其中的红框为剪裁后的图像范围。左键单击红框中间移动位置。单击红框的四个角拉伸框的范围。 移动到玄武湖周围，拉伸红框确定范围。输入需要的数据行数和列数。单击确定返回到Resize Data Input File窗口。 2、光谱范围剪裁
在Resize Data Input File窗口，单击光谱子集 (Spectral Subset)按钮。在出现的文件光谱子集 (File Spectral Subset)窗口，使用Shift + 鼠标左键选择要保留的波段，确定。在Resize Data Input File窗口，单击确定。
窗口中的几个参数，在学习完几何纠正后会有更好的理解。现在使用默认的参数。 保存输出结果到文件中：AA_XWH。
（十）改变图像大小
可以通过重采样来改变图像的大小。对于图像AA，将空间分辨率分别重采样到20米和60米。 菜单：主菜单Basic Tools – Resize Data。
选择图像AA，确定后，出现改变数据大小参数 (Resize Data Parameters) 窗口，单击其中的按钮：Set Output Dims by Pixel Size..。
21
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
如果你看到输出的X和Y的像素大小为1米，那么请退出本操作，设置头文件中的像素大小参数、然后重复上述步骤。像素大小应该为30米。
对于20米，输入X和Y的大小分别为20米，确定。（见下左图）
注意Resize Data Parameters窗口中的xfac和yfac参数的变化和图像行列数的变化。保存结果到内存中。重复上述过程，重采样为60米。（下右图）
思考：使用不同的空间分辨率进行重采样后，图像发生了什么变化？
22
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（十一）查看帮助信息
点击主菜单 “Help” –“ Start ENVI help”，阅读帮助文件。从“index”中，输入“display images”，查看帮助信息。 输入“TM”，查看相关的帮助信息。
三、问题
（1）实验图像AA数据包括几个波段？各波段数据有什么特点？如何查看这些信息？ （2）本实验光盘中图像“BKmoon.bmp”包括几个波段？各波段数据有什么特点？ （3）本实验光盘中图像“南海之滨.bmp”包括几个波段？各波段数据有什么特点？ （4）问题 (2)、(3)的两个图像与AA图像的差异是什么？ （5）如何连接多个显示窗口？为什么要进行连接显示？
（6）如何将多个单独的图像文件合并为一个数据文件？文件合并的前提条件是什么？
（7）如何将图像窗口显示的图像保存为GeoTIFF格式？如何将图像文件另存为GeoTIFF格式？ （8）图像头文件信息的作用是什么？如何编辑图像头文件中的信息？ （9）如何进行图像的剪裁？ENVI中有哪些图像的剪裁方式？
23
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验二 图像合成和显示增强
一、目的和要求
【目的】掌握图像合成和显示增强的基本方法，理解存储的图像数据与显示的图像数 据之间的差异。
【要求】根据图像中的地物特征进行图像合成显示、拉伸、图像均衡化等显示增强操作；理解直方图的含义，能熟练地利用直方图进行多波段的图像显示拉伸增强处理。 【数据】TM图像数据。上次实验合并后的图像数据文件AA。
二、实验内容 （一）图像合成
数据：图像AA。
图像合成方法：伪彩色合成、彩色合成两种方式。其中彩色合成包括:真彩色合成、假彩色合成、模拟真彩色合成。模拟真彩色合成将在图像变换部分进行实验。 操作：使用 (4，3，2)进行RGB合成显示图像。图像窗口为#1。
移动图像窗口的红色选框到玄武湖，将光标“+”字放在红框内，双击，显示光标位置窗口。该窗口中出现了Scrn（被拉伸的图像）和Data（原始数据），二者后面的RGB的值是不同的（Scrn和Data两个值分别是什么含义？为什么不同？）。
1、伪彩色合成
在新的窗口显示第4波段图像，窗口为#2。
菜单：窗口菜单 Tools – Color Mapping – Density Slice..，选择Band 4，确定。 在“Density Slice..”窗口中，单击“应用”按钮，窗口#2的图像变成了彩色。 设置默认的分级数为3个：在“Density Slice..”窗口，点击Options – Set Number of Default Range，输入3，确定。单击Options – Apply Default Range，单击Apply按钮。 请查看窗口#2内的变化。
重复上面步骤，设置分级数为10，查看图像的变化。（见下图）
24
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
合成后图像基本的特征是：长江是绿色的，玄武湖是红色的。
在新的窗口显示波段4，窗口编号#3。
窗口菜单 Tools – Color Mapping – ENVI Color Tables…。
依次点击Color Tables 下的颜色方案列表，查看#3图像的变化。点击Rainbow彩色表，查看显示效果。思考：哪种颜色方案能够突出水陆的差异？
2、真彩色合成
TM图像的3，2，1分别对应R，G，B三个波段范围，所以，(3，2，1) 的合成就是真彩色合成。使用 (3，2，1)进行RGB合成显示，窗口为#4。 3、假彩色合成
任意三个波段合成显示，如果不是真彩色，那么就是假彩色。 窗口#1中的(4，3，2)合成就是标准的假彩色合成。
使用 (5，4，2)进行RGB合成显示，窗口为#5。合成结果比较见下图。
25
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
将#l到#5窗口连接显示，比较不同合成方式的差异：在#5窗口，点击Tools – Link – Link Displays..。按照#1-#5的顺序排列各个窗口以便于显示。 思考：哪种合成方法更好地突出了植被与水体的差异？ 4、模拟真彩色合成
本部分内容需要利用代数运算的知识，在图像变换部分进行练习。
关闭所有的窗口：单击ENVI菜单Window – Close All Display Windows。
（二）图像拉伸
图像拉伸包括：线性拉伸，2%拉伸，高斯拉伸，平方根拉伸，交互拉伸等，常用的是2%拉伸和交互拉伸。
数据：图像AA。
流程：图像合成显示 - 图像拉伸 - 图像保存。图像保存并不总是必要的。
菜单：图像窗口中的“Enhance”。
26
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
拉伸输入的数据可以是：(1)全景窗口Scro11；(2)图像窗口Image；(3)放大窗口Zoom。 1、窗口图像拉伸
按照 (4，3，2)彩色合成显示图像。窗口编号为#1。
依次点击菜单中Scroll，Image，Zoom对应Linear 2%拉伸，查看三个窗口显示的变化。 思考：（1）为什么相同的拉伸方法，选择不同的窗口拉伸，其效果不同？（2）单击Scroll Linear O~255，图像发生了什么变化？
双击Image窗口中的红色选框，显示光标位置的像素值，可以看到Scrn和Data后面对应的像素值相同。（为什么会有上述差异？从Data到Scrn，数据怎么变化的？）
单击Image Linear 2%，这两行的值不同。ENVI默认图像打开时进行了2%的线性拉伸显示。 对于TM图像，原始数据为8位量化，所以，Linear O~255显示原始数据中的全部灰度级，没有经过处理。Linear2%显示的是经过了拉伸后的图像。
Scrn是拉伸处理后的图像数据。Data是存储在硬盘上的图像文件中的数据。
拓展实验：高斯、平方根拉伸。将Image窗口中的选取移动到如下图所示的位置，单击：Zoom Gaussian。各个窗口中图像的显示发生了哪些变化？图像中最突出的颜色是什么？
2、交互拉伸
27
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
交互是最常用最灵活的拉伸方式。拉伸的效果取决于对图像与直方图关系的理解。
点击：Image窗口菜单 Enhance – Interactive Stretching..，显示初始的图像直方图。所谓的查看图像直方图，也是进行如上的操作。
A.影响图像直方图的选项
数据源：通过Histogram_Source菜单设置。对于整个图像的直方图，要设置为Band。 直方图的参数：通过Options – Histogram Parameters设置。
影响输出直方图的是拉伸类型。通过窗口菜单Stretch - Type设置。一般使用线性拉伸。 将Scroll窗口的选区框移到该窗口的左上角，点击直方图窗口菜单：Histogram – Source - Image，查看图像的变化。移动Scroll窗口中的选区，查看直方图的变化。
将Image窗口的选取框移到如下图的位置，设置直方图的来源为Zoom。
28
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
思考：绘制图像直方图的数据源由哪个菜单项控制?
B.交互拉伸
在直方图窗口中，将R波段 (对应4波段)的右边界 (上图中的竖虚线)移动到30，单击应用 (Apply)按钮。查看图像显示的变化。
移动右边界到不同的位置，单击应用。对比窗口显示的变化。 分别点击直方图窗口的R，G，B，查看对应波段的直方图。
将直方图的输入设置为波段，然后查看RGB三个通道的直方图。
在直方图窗口，将默认的拉伸改为Scroll Linear 2%，然后分别查看RGB的直方图。比较直方图的变化。注意直方图横轴的含义和坐标值的变化。
（三）图像均衡化
点击图像窗口：Enhance- Scroll Equalization。
查看直方图的变化。特别是输入与输出直方图的形状的对比。 点击：Image - linear，Image – Linear 2%。 思考：（1）图像对比度较好时，输出图像的直方图是什么形状？（2）直方图什么形状时，图像较暗？
（四）图像规定化
对#1的Image窗口进行线性拉伸。
使用 (7，4，3)合成显示。窗口编号为#2。查看图像的直方图。
连接#1和#2的显示。在#1窗口，点击：Enhance – Histogram Matchng..（直方图匹配），选择#2为参考窗口，输入的图像为Scroll，确定。
分别比较#1，#2窗口RGB的直方图形状 (见下图)。 思考：规定化与均衡化有什么区别？
29
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
(a)(7，4，3)合成图像的直方图，作为规定化的参考
(b)(4;3，2)合成图像的直方图，规定化后的结果
三、问题思考
(1)图像拉伸与哪些图像基本操作结合后才能进行有效的显示增强? (2)如何确定直方图交互拉伸需要的输入参数值的大小? (3)如何增强显示Zoom窗口中的图像? (4)直方图的均衡化与规定化有什么区别? (5)影响图像直方图的因素有哪些?
(6)ENVI中图像直方图的数据源有哪些?有哪些拉伸方法?
30
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验三 遥感图像的几何精纠正
一、目的和要求
【目的】使用多项式方法对TM遥感图像进行几何精纠正。
【要求】能熟练根据地图、GPS测点数据或具有投影的图像对遥感图像进行几何精纠正。能够正确选择几何纠正中的各种参数。能够对纠正结果进行评价。掌握几何精纠正的基本方法和操作要点。
二、实验内容
根据MapInfo格式的矢量数据，对南京市Landsat5的TM图像进行几何精纠正。受保密等因素的影响，我们只提供了一个基本的能够用于图像纠正实验练习的地图数据。 图像的几何精纠正有两种方式：图像-地图 和 图像-图像。
图像-地图方式是使用地图作为标准参考对图像进行纠正，这些地图一般是地区的基础地理信息，或全要素的地形图。
图像-图像方式是其他图像作为参考进行纠正。作为参考的图像可以具有投影坐标，也可以不具有投影。如果是后者，往往被称为相对纠正。例如，进行变化探测分析时，图像必须纠正到相同的坐标系，相互配准。
在本实验中，如果安装了MapInfo，则可使用图像-地图的方式 (使用“2.获取地图信息”显示矢量图的方式来获取地面参考坐标)。如果没有安装MapInfo，则只能练习图像-图像纠正，此时可以直接进入“3.显示图像”。
（一）几何精纠正的步骤
(1)图像剪裁：根据研究区域的范围对图像进行初步的剪裁。
(2)获取GCP点：首先从待纠正的图像上找到标志点，然后从地图或其他图像上获取GCP点。 (3)选择坐标和投影。 (4)输入GCP坐标。
(5)选择纠正方程和重采样方法。 (6)进行纠正。 (7)评价纠正结果。
（二）获取地图信息
对于图像-地图的方式，可以选择从地图上直接量测参考的GCP点。对于电子地图，则需要使用GIS软件来获取GCP点。
本实验是假设具有了作为参考的矢量图。使用Maplnfo作为GIS软件的代表（也可以使用其他相关软件）。
运行MapInfog9.0软件(MapInfo9.5后图层控制界面与本部分略有区别)。默认安装在C:\\Program Files\\MapInfo\\目录中。 1、显示地图
打开工作空间文件“C3几何纠正\\nj city.WOR”，显示使用的地图。该地图系南京旅游图使用手持GPS纠正后的图像，仅用来练习工作。实际工作中，需要打开1:5万 (对于TM图像，也可以使用1:10万)的地形图电子数据。
地图窗口包括两个图层：测点位置和DSCFOO77。其中“测点位置”为矢量图，内容为实测的手持GPS坐标点，后面实验申建立的GCP点也保存在本图层中。“DSCFO077”为扫描的南京市旅游图。 当前的地图投影设定为高斯-克吕格投影，6度分带，20带。 2、查看地图投影
在MapInfo中获取当前地图的投影信息。
操作：Map – Option - Projection。显示结果如下图所示。
31
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
3、获取点位坐标
操作：设置“测点位置”图层为可编辑 (在地图窗口点击右键，点击“图层控制”，在出现的窗口中，设置“测点位置”图层可编辑，然后确认，关闭对话框)。
双击地图窗口中的位置点，显示如下图所示。
图中显示的是鼓楼东侧点的坐标
文本框中的坐标可以被拷贝下来，粘贴到ENVI中的坐标文本框中。 单击OK关闭对话框。
（三）显示图像
运行ENVI软件。打开合并后的南京市的TM图像AA，使用 (4，3，2)进行假彩色合成显示在#1窗口。
操作：顺序点击Band4，Band3和Band2，使之分别与RGB相对应。点击Load RGB显示图像。
对于图像-图像纠正，请打开图像文件“C3几何纠正\\参照数据\\njlv_pz”，并在#2窗口中显示。
（四）选择地面控制点
1、初始设置 A.图像-地图纠正
根据地图纠正遥感图像需要设置投影信息。首先要在待纠正图像
中选择标志点，这些点应该具有明确的可识别的位置和色调，比较稳定。一般情况下，选择“+”字的中心作为标志点。这些“+”字可以是：路-路，路-水，房屋拐角等。标志点在图像中的分布尽可能均匀。
可以通过不同的图像合成来寻找合适的标志点。
与标志点对应的地图上的点为GCP。有时候，二者都叫GCP。
操作：Map – Registration – Select GCPs：Image to Map。
32
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
在“图像到地图注册”(Image to Map Registration)窗口中 (见上右图)，根据参照的矢量图地图信息，选择GK Zone 2O(Pulkova l942)。确定后，出现如下窗口。其中，地图坐标来自于矢量 地图，图像坐标来自于图像文件。
首先在图像窗口移动光标，根据GCP确定的原则确定GCP位置，然后在矢量地图窗口确定同名地物点，并将其坐标拷贝到本窗口中的地图坐标文本框中。确认合适后，单击“Add Point”产生一个同名地物点。重复操作，继续寻找下一个GCP点，直到符合数量要求，一般是10-20个。 B.图像-图像纠正
将图像作为地面参照进行纠正。
操作：Map – Registration – Select GCPs：Image to image。
在弹出的对话框中，Base Image为参照图的，Warp Image为需要纠正的图像。见下左图。 确定后，显示下右图所示窗口。
首先在图像窗口找GCP，然后在参照图像窗口中寻找相同的位置。确认后，单击“Add Point”，产生一个同名地物点。重复操作，继续寻找下一个GCP，直到符合要求。
33
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
2、同名地物点
在ENVI的图像窗口，找到玄武湖公园中两个岛的连接桥 (下图Zoom窗口的“+”字线中心)，单击鼠标左键，作为第一个GCP的图像坐标。
A、图像-地图纠正
在Maplnfo的地图窗口中找到该位置，单击图标 Add point 增加点，在该位置单击鼠标左键增加一个新的位置点 (注意：此时测点图层应该是可以编辑的)，然后双击该点，显示点的坐标信息。拷贝X的坐标。
在ENVI的“选择地面控制点”窗口中 (见上一页图)，单击“E”左侧的文本框，按Ctrl+V，粘贴刚刚拷贝的X坐标。
重复上面的操作，将Y坐标拷贝并粘贴到“N”左侧的文本框中。 单击Add point，保存坐标。
34
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
B、图像-图像纠正
在#2窗口找到对应的位置作为第一个GCP的参照点，单击鼠标左键。单击鼠标左键。 单击Add point，保存坐标。 单击Show list，显示创GCP点。
至少选择6个控制点，并且控制点分布要比较均匀。 C、图像-地图GCP列表 (Image to Map GCP List)
本窗口中各个按钮的功能如下：
Goto：在图像窗口定位当前的控制点。
On/Off：使用/忽略当前的控制点。被忽视的控制点在该行的左侧具有标记“-”，在纠正中不被采用。
Delete：删除当前的控制点。
Update：使用新的位置更新当前行的控制点坐标。
上图列表窗口中，初始选择了11个控制点，最后使用了5个控制点(列表中，+为使用的控制点，-为不用的控制点)。
注意：表格的最右侧RMS是对应的均方根误差，越小越好。
将表中有效位置的坐标：ImageX，ImageY，MapX，MapY拷贝到Exel中备用。 通过On/Off控制GCP的分布，比较控制点分布对纠正结果的影响。
（五）几何纠正
1、保存GCP坐标
窗口：Ground Control Point Selection
如果有必要，保存当前的控制点坐标信息到文件中。在以后的工作中，可以通过“Restore GCPs from ASCII..”来恢复保存的控制点。
35
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
操作如图4·12所示。
2、纠正图像文件
选择“Options – Warp File.. ”，打开纠正窗口(见上图)。从列表中选择要纠正的图像名称。
选择纠正用的参数，包括多项式的阶数 (Degree)，重采样方法等(下图)。
由于这里只有5个控制点，所以使用1阶多项式、最近邻重采样方法。
注意：除非确认图像有扭曲变形，否则不建议选择3阶多项式。控制点多而且分布均匀，高阶多项式才能得到比较好的纠正效果。
纠正后的图像可以保存在文件中或保存在内存中。作为最后的结果或对于大图像文件需要保存到文件中，否则，建议保存到内存。
思考：控制点分布对纠正结果有什么影响?
（六）纠正结果分析
在#3窗口打开纠正后的图像，使用与原始图像相同的合成方式显示，进行对比分析 (见下图)。
在可用波段列表窗口中显示几何纠正后的图像，会出现地图信息 (Map Info)项。
36
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（本图的图像没有得到合适纠正）
（七）结果评估
从纠正后的图像窗口至少选择10个点 (在图像范围内均匀分布)，读取其地理坐标作为X1，Y1。从MapInfo地图窗口或参照图像窗口，读取对应位置的地理坐标作为X2，Y2，将结果保存到Excel中。 计算对应点的距离参数，统计最大距离，最小距离、平均距离和标准差。 将计算结果与GCP列表中的RMS值进行比较，给出纠正结果的精度评定。
（八）保存
如果精度较好 (如小于2个像素)，那么保存几何纠正图像到文件中。 存盘文件：njtm_pz。在图像分类的实验中将使用本结果。 思考：使用什么方法确定图像之间的差异?
（九）纠正结果比较
使用上述的GCP数据，在几何纠正的第四步，分别使用其他的重采样方法进行纠正，存盘文件分别为：aa_pz1，aa_pz2。
然后显示图像，通过窗口的连接，比较不同采样方法产生的纠正图像之间的差异。
（十）自定义地图投影
37
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
有时候我们需要自定义地图投影，以便正确地显示图像和统计面积。 1、坐标系
坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定。坐标系是地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及地图投影(Projection)三者的结合。 我国当前使用的坐标系有两个，分别是1954北京坐标系和1980西安坐标系。
我国的大地测量基本上仍以1954北京坐标系作为参照，1954北京与1980西安坐标系之间的转换需要查阅国家测绘局公布的对照表。
GPS测量的坐标为经纬度，使用WGS84椭球体，它是地心坐标系，即以地心作为椭球体中心。 2、地图投影
地图投影 (Projection)是将地图从球面转换到平面的数学变换。如果有人说：该点北京54坐标值为X=4231898、Y=21655933，实际上指的是1954北京坐标系基准面下的投影坐标，也就是1954北京坐标系基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。
我国规定1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万等比例尺地形图，均采用高斯-克吕格投影。小于等于1:2.5万比例尺地形图采用经差6度分带，大于1:2.5万比例尺地形图采用经差3度分带。
高斯-克吕格投影以6度或3度分带，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴 (纵轴，纬度方向)，赤道投影后为Y轴 (横轴，经度方向)。为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移5OOkm，即假东偏移值为5OOkm，由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，例如，21 655933，其中21即为带号，同样所偏移值也需要加上带号，例如，21带的假东偏移值为21500000米。
高斯-克吕格投影的中央经线长度比等于l，UTM投影(通用横轴墨卡托投影)规定中央经线为0.9996。
知识补充：
墨卡托投影，又称等角正切圆柱投影，其原理是假设有一个与在赤道与地球相切的圆柱面，先把球面映射到这个圆柱面，再把这个圆柱面展开成为一个平面。
高斯－克吕格投影，是等角横切椭圆柱投影。它是设想用一个椭圆柱套在地球椭球外面，并与某一条子午线相切（此子午线称为中央子午线或中央经线），椭圆柱的中心轴位于椭球的赤道面上，如图5－10所示，再按高斯－克吕格投影所规定的条件，将中央经线东、西各一定的经差范围内的经纬线交点投影到椭球柱面上，并将此圆柱展为平面，即得本投影。
38
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
通用横轴墨卡托投影简称UTM投影。与高斯－克吕格投影相比，这两种投影之间仅存在着很少的差别。从几何意义看，UTM投影属于横轴等角割投影，圆柱割地球于两条等高圈（对地球而言）上，投影后两条割线上没有变形，中央经线上长度比小于1。
基本的坐标投影设置参数如下：
投影代号 (Type)，基准面 (Datum)，单位 (Unit)，中央经度(OriginLongitude)，原点纬度 (OriginLatitude)，比例系数 (ScaleFactor)，假东偏移(FalseEasting)，假北偏移 (FalseNorthing)。 3、基本参数
我国地图常用的一些参数见下表。 坐标系 投影 椭球体 基准面 北京54 Gauss-Kruger Krasovsky 北京54 西安80 Gauss-Kruger IAG一75 西安80
椭球体 年代 长半径（m） 扁率 WGS84 1984 6378137 1：298.257 Krasovsky 1940 6378245 1：298.3 IAG一75 1975 6378140 1：298.257
4、自定义地图投影
ENVI中的坐标定义文件存放在HOME\\ITT\\IDL708\\products\\envi46\\map_proj文件夹下(HOME是系统安装的目录，如C:\\Program Files(x86)\\)，其中的三个文件记录了坐标系的相关信息。 Ellipse.txt: 椭球体参数文件 Datum.txt: 基准面参数文件
39
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
Map_proj.txt: 坐标系参数文件
使用纯文木编辑器修改这些文件。注意：标点符号必须为半角!
这里假设是自定义：1980西安坐标系，3度分带。中央经度120度。
对于ellipse.txt，文件末尾增加：Xian_1980，6378140.0，6356755.3。 对于datum.txt，文件末尾增加：D_Xian_l980，Xian_l980，0，0，0。
运行 ENVI（如果己经运行，退出，重新运行），选择 Map - Customize Map Projections，在出现的窗口中进行定义。
输入投影名称: Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_40。 投影类型: Transverse Mercator。 投影基准: D_Xian_1980。 假东和假北 :
对于 3度分带，False easting 中增加带号，输入为: 40500000。 假北(False northing): 0。 投影原点的纬度: 0。 投影原点的经度: 120.0。
对于 Gauss-Kruger，Scale factor为 l。 定义完成后的窗口如下图。
按如下操作加入新定义的投影(下左图)。然后通过窗口菜单 File 保存定义的投影，覆盖原来的文件(下右图)。保存后关闭窗口。
40
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
打开文件 map_proj.txt，会看到里面增加了如下字符串：3，6378140.0，6356755.3，0.000000，120.000000，40500000.0，0.0，l.00000O，D_Xian_1980，Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_40 5、转换投影
将具有投影的图像转换为其他投影。
操作：主菜单 Map – Convert Map Projection。
将纠正后的图像指定为输入图像后，弹出如下图所示窗口。
单击“改变投影”(change projeotion)按钮，指定新的投影为Xian_1980_3_Degree_GK_ Zone_40。 检查像素的大小，建议保存GCP，然后设定输出的文件名即可。
三、问题思考
(1)控制点选择应该注意哪些问题？如何有效地选择控制点？
(2)对于初步选择的多个控制点，如何确定最后使用哪个控制点？依据是什么？ (3)控制点选择5个或10个，纠正结果有什么差异？
(4)使用1阶多项式和2阶多项式的纠正结果有什么差异？ (5)控制点的分布对图像纠正结果有什么影响？
(6)如何使用己有的“测点位置”图层对纠正结果进行检查？ (7)如何评估纠正结果的误差？
(8)使用哪些波段组合更容易找到TM图像中的GCP？
(9)如何在ENVI中自定义1980西安坐标系高斯-克吕格投影？假定3度分带，地区中央经度为120度。
(10)使用GPS测量结果作为GCP的数据源进行图像几何精纠正应该注意哪些问题？
41
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验四 图像变换
一、目的和要求
【目的】掌握图像变换的基本操作，对比变换前后图像的差异，理解不同变换方法之间的区别。
【要求】能够根据图像的特征设定傅里叶变换的滤波器，消除图像中的条纹。能够解释主成分变换后的图像，利用主成分变换消除图像中的噪声。能够利用KT变换结果进行图像合成、解释地物信息。 熟练利用代数运算产生不同的波段组合。利用彩色变换进行图像的合成和融合。能够解释变换后的图像，并根据工作目的选择合适的图像变换方法。
二、实验内容
本实验中待处理图像的分辨率相同。如果不同，需要重采样到相同的大小。
（一）SPOT图像的傅里叶变换
使用傅里叶变换去除SPOT图像中水体部分的条带噪声。
数据：SPOT图像的PAN波段，南京长江大桥周边。数据文件名：“C4图像交换\\fft CJ_spot”。 流程：傅里叶正变换 - 设定滤波器 - 傅里叶逆变换。
菜单：主菜单Filter – FFT Filtering(见下图)。
要点：数据要求具有偶数行和偶数列。如果数据不符合该要求，需要对数据进行重采样！如果图像数据太大，如数百兆，需要计算机具有足够的内存。一般认为，需要的内存是图像大小的8倍。 以下为具体实验操作步骤。
1、图像的傅里叶正变换
点击主菜单：Filter – FFT Filtering – Forward FFT。 选择 “CJ_spot”，单击“OK”，输出结果设定为“内存”。 在可用波段列表窗口，显示为:
以灰阶方式打开Memoryl的FFT，然后进行2%的线性拉伸，其频率域图像如下图所示。窗口为#1。注意：图像中心为低频成分，周围为高频成分。亮度大小为幅值。高亮度处的频率成分明显。
2、设定滤波器
42
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
点击主菜单：Filter – FFT Filtering – Filter Definition。
选择输入为前向FFT结果图像 (频率域图像)的窗口#1(上右图)。在出现的滤波器定义 (Filter Definition)窗口中，点击菜单“Filter_Type”选择滤波器。系统默认为低通滤波器。
对于低通 (Circular Pass)、高通 (Circular Cut)、带通 (Band Pass)、带阻滤波器 (Band Cut)，可直接在窗口中输入参数。这些参数均以频率域图像中心为中心。
实际工作中，常用的是用户自定义滤波器(下图)。
用户自定义滤波器的操作如下。 A.选择滤波器类型
以用户自定义阻断滤波器为例。 在“Filter Definition”窗口，点击“Filter_Type” – “User Defined Cut”。 B.定义滤波器
单击前向FFT结果图像窗口#1中的菜单“Overlay” – “Annotation..”。
在出现的注释 (Annotation)窗口中（上右图），点击选择对象“Object”类型为“矩形”(Rectangle)，选择绘制滤波器对象的窗口为“Zoom”。右键单击Color右侧的色块，设置颜色为红色。其余默认(见下图)。
在前向FFT结果图像的窗口#1，单击鼠标左键绘制多边形。双击右键结束。其结果如上右图。 注意：ENVI中，矢量对象的绘制操作为，单击鼠标左键，绘制对象。完成绘制，双击右键。
43
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
在滤波器定义窗口“Filter Definition”，指定输出结果为“内存”，单击应用按钮“Apply”产生滤波器。其名称为
可以通过灰阶显示方式查看该滤波器。 3、逆变换
单击主菜单：Filter – FFT Filtering – Inverse FFT。 在出现的逆变换FFT输入文件窗口，双击[Memoryl]。 在出现的逆变换FFT滤波器文件窗口，双击[Memory2]。 指定输出结果为内存，输出的数据类型保留默认类型。 产生的输出为
在#2窗口显示逆变换图像，#3窗口显示原始图像，连接窗口#2和#3，对比图像差异 (下图)。
（交换前）
使用用户自定义阻断滤波器。滤波器的位置和形状如下图所示。
（交换后）
（自定义滤波器）
分别使用下面的三个滤波器，比较变换后的图像的差异。
44
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（滤波器l） （滤波器2） （滤波器3）
对于滤波器3，完成逆变换后，将滤波器定义窗口的“边界像素数”(Number of Border Pixels)改为10，进行新的逆变换 (见下图)。
拓展实验：打开tree.bmp图像，通过图像的波段剪裁将B通道提取出来进行傅里叶变换 (见下图)。
滤波器3，边界像素数O 滤波器3，边界像素数10 （边界像素数对于变换结果的影响）
上述操作产生4个单色图像。设名称分别为fl～f4。
彩色合成：其中RG使用原始图像的数据，B分别为fl～f4，产生四个彩色图像。查看合成效果。分析产生这些效果的原因。
拓展实验：
（1）使用图像AA，练习高通、低通滤波。 （2）对图像文件“圆.tif”，“三角.tif”，“规则图像.tif”进行傅里叶变换，理解空间域图像与频率图像之间的关系。
（3）去除图像“fftCIRCUIT A.bmp”中的噪声。
（4）使用低通滤波去除“REMOVE DARK PART DSCFO079.JPG”和“封面.bmp”中的横纹，注意其滤波
45
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
器的差异。
（5）去除“TM3图像中的噪音.bmp”中的噪音。效果如何，怎么才能获得一个好的去噪效果? （6）提取“IKNOS nj field.jpg”图像中的线性地物。
（二）主成分变换
使用KL变换计算南京TM图像主成分，并对比各个主成分的差异。 数据：图像AA。
实验流程：主成分正变换 - 主成分图像 - 主成分逆变换。 菜单：主菜单Transform – Principal Component 计算后，保留计算结果，用于代数运算中的练习。
1、主成分前向变换
打开图像，使用上图中的菜单进行主成分正变换，并且保存统计结果：Forward PC Rotation – Compute New Statistics and Rotate。 2、选择主成分
选择己经打开的图像文件，确定后，显示主成分正变换窗口“Forward PC Parameters”。
输出统计文件名：选择的输出统计文件为“aa_pc.sta”。
计算特征值的矩阵：协方差矩阵。
输出结果：对于比较小的图像，可以选择输出结果为内存。否则，选择为文件。本次操作选择输出为：内存。
从特征值中选择子集：No。一般而言，对于第一次处理，往往不选择，而是保留所有的主成分。然后，根据结果图像来确定最后需要保留的主成分个数。
输出的主成分波段数目：7。
确定后，自动产生图像的主成分和主成分特征值分布图 （见下左图)。
从上左图中可以看到，取大于4个主成分 (横轴)后，其特征值变化不大。
统计文件中的内容，可以通过如下操作来查看：主菜单Basic Tools – Statistics – View Statistics File(上右图)。如果要解释主成分的含义，也需要查看该统计文件的内容。显示的结果如
46
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
下图所示。
注意统计结果中的特征值列。利用电子表格计算，可得到下表结果。
主成分的贡献率
PC 特征值 贡献率（%） 累计贡献率（%） 1 727.242 74.11 74.11 2 165.283 16.84 90.96 3 67.612 6.89 97.85 4 9.270 0.94 98.79 5 6.151 0.63 99.42 6 4.672 0.48 99.90 7 1.006 0.10 100.00
取4个主成分，累计的方差贡献率可达到98.8%。这意味着，这四个主成分可以解释原始数据中方差的98.8%。
光盘中的文件“C4图像变换\\PCA\\图像主成分计算.xls”给出了计算公式。
上图中，滚动窗口内容到最下面，可以看到各个主成分的特征向量U。注意，其中每一行为一个主成分，列是计算主成分使用的波段名称。
主成分P与原始图像X的关系是： P=UX 在IDL的程序pcomp.pro和联机文档中，特征值和特征向量是使用“Householder reductions and the QL method with implicit shifts”方法进行计算的。其中，U与特征向量V和特征值d的关系为： U=V*sqrt(d) 每个主成分的U的平方和等于特征值。
利用V计算U的公式请参阅“C4图像变换\\PCA\\图像主成分计算.xls”。
利用U矩阵可以解释主成分得分的含义，有时候可以得到有意义的信息。
思考：ENVI基于IDL开发，在主成分计算中遵循了IDL规则吗？
如果从特征值中选择子集为 Yes，将显示右图所示窗口。
选择输出的主成分个数为4个，确定后，出现特征向量数与特征值的关系曲线和计算结果。
47
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
3、查看主成分得分
计算结果图像可以认为是主成分得分图像。值得注意，主成分变换产生主成分得分图像，对于该图像再进行主成分计算或进行统计，其中的特征向量是没有实际意义的。
如果试图对图像进行解释，那么需要利用计算产生的统计结果文件。在这里是：aa_pc.sta。 如果使用波段之间的相关矩阵计算主成分，那么，特征向量值反映的是波段与主成分间的相关性。 单色显示各个主成分图像，理解主成分的含义。 4、主成分逆变换
将主成分得分变换为原始的图像空间。
注意：逆变换计算要使用正向变换保留的统计文件，并且使用的矩阵也要与前向变换的选择一致。如果没有保留统计文件，就不能进行逆变换计算。
5、主成分变换前后图像的变化分析
分别在两个窗口中使用 (3，2，1)合成显示变换前后的图像，对比变换前后图像发生的变化。
（三）缨帽变换
数据：图像AA(TM数据)，L720000612_B17(ETM数据)。 菜单：主菜单Transform – Tasseled Cap。
要点：缨帽变换只能用于Landsat的MSS、TM和ETM数据。
打开图像AA，点击菜单后，出现如下图所示窗口。选择输入的文件类型为：Landsat 5 TM。指定输出到内存中。确定。输出结果见下图所示。
对于TM数据，变换结果为亮度，绿度和第三个分量。直接将这三个分量按照RGB合成显示，并与真彩色合成、(4，3，2)假彩色合成结果进行比较，见下图。
48
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
(a)绥帽变换前三个分量 (b)(3，2，l) (c)(4，3，2)
对L720000612_B17进行缨帽变换，选择输入文件类型为Landsat 7 ETM，对前三个分量按照RGB顺序合成显示。
将L720000612_BI7变换结果与AA的变换结果进行比较，请特别注意紫金山的颜色和纹理。 思考：（l）图像颜色与地物类型之间关系是什么？（2）与真彩色合成相比，哪些地物的信息得到显示增强？
（四）代数运算
对波段进行代数运算。
数据：图像AA，图像主成分计算.xls。
流程：输入代数运算表达式，对应表达式中的变量与图像波段。 菜单：主菜单Basic Tools – Band Math。
要点：可以利用代数运算产生各种结果。更复杂的运算，需要借助于IDL的函数来进行。波段的数据类型和结果图像的数据类型应保持一致性。
基本规则：使用bi来表示图像变量 (其中i为1，2，…)，它可以是图像的波段或图像文件 (相当于多个波段同时运算)。支持比较、代数和函数运算。
比较运算：大于 gt，小于 lt，等于 eq，大于等于 le。
表达式实例：(bl le 2O)×bl （如果bl对应的波段值大于等于20，则保留）
float(b4)/float(b3) (计算两个波段的除法，结果为浮点数) Float表示计算结果为浮点数，如果不指定，计算结果由图像bi的数据类型决定。 1、整体增强图像的亮度
打开图像AA。点击主菜单Basic Tools – Band Math后出现如下图所示的对话框。
输入表达式：b1+20。确定后，出现变量波段匹配对话框。 单击按钮映射变量到输入文件 (Map Variable to Input File)。在出现的Band Math Input File窗口中，选择图像AA，确定。确定输入结果到内存中，确定。
在窗口#l，使用原始数据 (3，2，1)合成显示。在窗口#2，使用代数运算的结果合成显示。连接#1和#2。在图像窗口中的图框内双击，对比查看像素值。 2、利用ENVI功能计算NDVI
计算AA图像的NDVI，进行密度分割。将计算结果与使用代数运算表达式计算结果进行比较。
通过该练习，理解数据类型对于计算结果的影响。 点击菜单：Transform - NDVI。
选择图像AA，文件类型为TM，红波段和近红外波段分别对应3，4波段，输出结果到内存，数据类
49
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
型为浮点数。确定。
对产生的图像进行密度分割，使用的分级数为3。结果如下图所示。
3、利用代数表达式计算NDVI
点击主菜单 BasicTools – Band Math，输入表达式： (b4-b3)/(b4+b3) ，将b3，b4分别对应AA图像的3，4波段。确定。显示结果图像如下图所示。
思考：该图像与上面计算的NDVI图像有什么不同?
分别使用下面的两个表达式进行计算，并显示比较计算结果。见后图所示。
float(b4-b3)/float(b4+b3)
(float(b4)-float(b3))/(float(b4)+float(b3))
思考：哪个表达式的计算结果与ENVI菜单NDVI的结果相同？ 查看原始数据，判断哪个表达式的计算结果与实际相符合。
4、手工计算图像的第一主成分得分并与ENVI计算的第一主成分得分进行比较 (1)手工计算第一主成分得分
打开代数运算编辑器：Basic Tools – Band Math。
从电子表格“图像主成分计算.xls”中拷贝第一主成分的计算权重到表达式文本框中，然后修改成为下面的结果（下左图）：
50
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
-0.9399*b1-0.60878*b2-0.8122*b3-8.9547*b4-21.9916*b5-2.3730*b6-12.4851*b7
(a)波段运算 (b)选择对应波段
确定后，选择B与主成分的对应关系(上右图)，其中bl对应PC Band l，以此类推。输出结果保存为“AA_PCl_w”，确定。 (2)比较计算结果的差异 在Band Math中输入表达式bl-b2，确定，其中bl对应ENVI计算的第一主成分得分，b2对应上面手工计算的主成分得分。输出结果为内存，然后显示图像，并查看光标位置的像素值。 绘制两个主成分得分的散点图。 思考：散点图的分布有什么规律? (3)图像中心化
按照IDL的程序pcomp.pro，计算主成分前数据要进行中心化。为此，进行图像中心化处理。 查看统计文件aa_pct.sta，拷贝各个波段的均值。或者直接从我们提供的电子表格文件中拷贝。然后，类似于步骤(1)，依次构造7个数学表达式
B1-82.207881 B2-38.054647 B3-43.80325 B4-47.432761 B5-57.699658 B6-128.728842 B7-29.8401
为了节省时间，可以在“Band Math”窗口，单击“Restore”直接打开“图像变换”子目录下的“aa_pc.exp”。
这里b1，..，b7分别对应原始图像AA中的7个波段。 选择输出计算结果到内存。计算后，“Available Bands List”窗口的列表如上图所示。 上述过程完成了对图像的中心化，即X=X-mean(X)。
51
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
(4)利用中心化后的图像手工计算主成分
重复 (1)中的步骤，各个bi对应于 (3)产生的计算结果。 (5)重复步骤 (2)，新计算的结果有什么不同？
(6)如果时间充裕，那么，直接使用特征值作为U，例如，第一主成分的U为
-0.0349*b1-0.0226*b2-0.0301*b3-0.3321*b4-0.8155*b5-0.0880*b6-0.4630*b7
思考：使用中心化后的图像作为X，然后重复(4)和(5)，你会发现什么?
结论：ENVI中，当使用协方差矩阵进行主成分计算时，直接使用了特征向量作为权重，使用了中心化后的图像作为输入。ENVI的主成分计算结果与IDL中的计算结果并不相同!
上述各种方法计算的结果中，各个主成分得分之间为线性关系，可以直接进行比较。 ①比较主成分逆变换的bl与原始图像的第一个波段。
构造代数运算表达式：bl-b2，其中bl为原始图像第一个波段，b2是选择保留主成分个数为4时的主成分逆变换后的第一个波段。
借助于直方图交互拉伸，分析哪些地物的像素值是正的，哪些地物的像素值是负数。 ②比较几何纠正中不同重采样结果的差异。 打开保存的文件：njtm_pz，aa_pzl，aa_pz2。
利用代数运算：bl-b2，分别两两计算图像差异。选择比较的波段为波段4，结果保存在内存中。 例如，bl对应njtm_pz的4波段，b2对应aa_pzl的4波段。
思考：（1）与最近邻法重采样相比，其他重采样方法最大的差异出现在什么位置，这些位置的地物的空间特征是什么?
（2）设bl为字节类型，下面表达式的结果是什么？是浮点数还是整数字节？ float(bl)*(b1 le 120)/120十b1 gt 120
答案：字节! 正确的表达式为 (float(b1)*(b1 le 120)/120)+float(b1 gt 120) 所以，代数运算后，一定要核对计算结果是否与要求相符合!
（五）彩色变换
利用彩色变换进行图像的数据融合，增强图像中的特定地物信息。
数据：ETM数据，全色图像，文件L720000612_pan，空间分辨率15米。多光谱图像，文件L720000612_B17，包括1，2，3，4，5，7波段，空间分辨率为30米。 流程：RGB合成显示图像- 彩色变换- 其他操作- 彩色逆变换。 1、图像融合
菜单：Transform – Image Sharpening -HSV。
要点：数据类型和值域要与算法的要求一致。显示窗口可以作为图像的输入。这意味着scrn的值而不是文件的值可以用来作输入数据。也就是说，图像拉伸的结果可作为彩色变换的输入数据。 A.数据准备
打开图像，查看图像的大小。
将多光谱图像重采样到15米 (为什么不是将全色图像重采样到30米？)。 B.直接使用图像数据作为输入 关闭所有的图像显示窗口。
点击上述菜单，选择RGB输入为 (5，4，3)(突出了什么信息?)，选择全色波段为高分辨率数据，输出到内存中。
C.使用拉伸后的数据作为输入
52
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
将 (5，4，3)进行RGB合成显示，窗口为#1，并对Scroll窗口进行图像的均衡化。然后，点击上述菜单，选择#l作为输入。见下图，对比(a)和 (b)的结果，会发现 (b)的结果中，绿色更为浓艳，也就是说，图像的饱和度比较高。
(a) (b)
图像融合前后的效果如下图所示。由于增加了全色波段中的空间信息，融合后图像具有了更多的细节。
(a)(5，4，3)彩色合成显示，均衡化拉伸 (b)以左侧显示为输入的HSV锐化结果
2、彩色变换
彩色变换的完整内容在如下菜单中。
菜单：Transform – Color Transforms – RGB to HSV，HSV to RGB。
使用 (5，4，3)进行RGB合成显示，窗口为#1。 A.彩色正变换
点击主菜单：Transform – Color Transforms – RGB to HSV，选择#1为HSV的输入，结果保存在内存中。
将输出图像按照RGB合成显示，窗口为#2。可以对变换后的图像进行其他的处理练习。 B.彩色逆变换
53
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
点击主菜单：Transform – Color Transforms –HSV to RGB 将处理后的图像作为输入。
如果HSV对应的输入分别为：Hue，Sat，PAN。也就是说，将全色图像替换V成分，其结果是进行图像融合，可以提高图像的空间分辨率。结果保存在内存中。将输出图像按照RGB合成显示。窗口为#3。
直接进行图像融合的结果
思考：为什么会产生#3窗口图像这样的结果?
重复上面的操作，不同的是，逆变换步骤中选择原来的value作为v的输入。比较逆变换输出的结果与原始数据，你会发现两者完全相同。也就是说，正逆变换的算法没有错误。
注意：进入在线帮助系统，查找“Color Transforms”。向后面翻阅，你会找到这样的句子： The input H，S，and V bands must have the following data ranges：Hue=O to 360，Where O and 360 = blue，l20 = green，and 240 = red；Saturation ranges……….
简单地说就是：HSV需要的输入图像的数据是有值域范围的，HSV的值域分别为：0-360，0-1，0-1。全色波段数据类型为字节，值域0-255。如果输入的数据不符合上述要求，结果图像就会是错误的。
通过图像统计 (主菜单：Basic – Statistics – Compute Statistics)或图像的数据类型，可以知道，全色波段的数值范围0和255。 将全色波段变换到0和1之间。
①直接使用代数表达式进行变换： float(bl)/255 ②或根据阐值进行变换。查看全色波段直方图，可以看到，水体的像素值小于60。为此，做代数运算：float(b1)*(b1 le 60)/60)+ float(b1 gt 60)
其含义是:如果像素值小于等于60，那么变换到0和1之间。如果大于60，那么赋值为1。
以图像数据的(5，4，3)作为彩色正变换的输入，在彩色逆变换中，分别使用上面计算的结果代替V，产生两个图像的融合结果。
显示融合结果，并进行图像的Scroll均衡化拉伸 (见下图)。
54
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
(a)直接进行HSV数据融合 (b)全色波段0-1化 (c)全色波段像素值0-60进行0-1化
由此可见，可以针对增强不同地物信息的需要，先进行图像的增强处理，然后再进行逆变换。包括：变换输入数据的增强，使用高分辨率数据进行数据融合的增强处理。
思考：（1）如果要在融合后突出植被信息，压抑水体信息，需要进行哪些增强处理？（2）使用缨帽变换的前三个分量作为输入，通过彩色变换后的数据融合，会增强哪些信息？（3）使用主成分变换的前三个成分作为输入，通过彩色变换后的数据融合，会增强哪些信息？
拓展实验：使用相同的数据，比较RGB to HLS，HLS to RGB，RGB to HSV(USGS Munsell)，HSV to RGB(USGS Munsell) 变换结果与上述变换结果的差异。
菜单Transform – Image Sharpening下提供了常用的图像融合方法。建议通过阅读在线帮助、查阅相关资料后，进一步使用上述数据进行练习，以理解掌握图像融合的原理及其优缺点。
三、问题思考
(1)傅里叶变换的工作步骤是什么？怎么才能定义一个“适用”的滤波器？
(2)对比REMOVE HORIZON BAND DSCFO114.JPG和 fftCIRCUITA.bmp，哪个使用FFT处理后的效果比较好？为什么？
(3)实验用的AA图像的低频成分主要是什么？
(4)主成分变换后的各个成分间有什么差异？怎么选择主成分的个数？如何解释主成分？
(5)将南京图像数据AA中的玄武湖部分 (选取80×100大小)转换为文本格式的数据 (以各个像素作为记录，以7个波段作为变量)，使用SPSS中的因子分析进行计算，得到的结果会有什么不同？统计软件中的主成分分析与专业遥感软件中的主成分分析有什么差异？
(6)如何将图像变换和图像显示增强结合起来，以突出植被的信息？ (7)使用ENVI中的图像代数运算需要注意哪些问题？
(8)彩色变换的基本方法有哪些？如何利用彩色变换实现不同分辨率图像的数据融合？
55
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验五 图像滤波
一、目的和要求
【目的】 熟悉图像滤波，特别是平滑和锐化的基本方法，理解典型卷积核的作用。
【要求】 能够根据地物的特征，有针对性地进行平滑和锐化操作。能够正确地选择卷积核进行计算。使用ENVI软件、TM图像AA、IKNOS图像Iknos pan.tif，照片等。
二、实习内容
在ENVI中，图像平滑和锐化处理的区别在于卷积核的选择。 数据：TM图像AA，IKNOS图像Iknos pan.tif。
比较不同分辨率的数据进行平滑锐化处理的差异。图像的锐化还可以通过不同空间分辨率的数据融合来达到目的，见主菜单“变换”(Transform) – “图像锐化”(Image Sharpening)(见下图)。
菜单：主菜单 “滤波”(Filter) – “卷积和形态学方法”(Convolutions and Morphology)。
在出现的对话框中，使用“卷积”(Convolutions)方法。其中，低通(Low
Pass)，中值 (Median)，高斯低通 (Gaussian Low Pass)为平滑，其余方法为锐化。 本实验的所有的滤波处理均在“卷积”(convolutions)子菜单下 (下图)。
（一）图像平滑
1、低通滤波
点击子菜单 Convolutions下的 Low Pass项，出现图示窗口。
使用默认的窗口大小 (Kernel Size)，点击用于文件。
选择AA，并将结果保存在内存中。
使用 (4，3，2)合成显示原始图像和低通滤波后的图像，窗口分别为#1和#2，连接两个窗口。比较平滑前后图像的差异 (见后图)。
56
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（原始图像） （低通）
2、中值滤波和高斯滤波
分别使用中值滤波和高斯低通滤波处理图像AA(卷积窗口大小均为默认3)，使用相同的彩色合成显示，窗口分别为#3和#4（下图)。
(中值滤波) (高斯低滤)
…一 思考：低通、中值、高斯低通三种平滑方法中，哪种平滑效果最明显？
以第四波段为例，显示X-Y散点图，其中X为原始图像的4波段，Y为滤波后图像的4波段。散点图分别为原始图像-低通滤波，原始图像-中值滤波，原始图像-高斯低通滤波，低通滤波-中值滤波。移动Scroll窗口的矩形框，查看散点图的变化并进行比较 (下图)。显示散点图操作：图像窗口 – Tools – 2D Scatter Plots。
思考：哪种滤波结果与原始图像之间的线性关系最明显？这种线性关系的含义是什么？
原始图像-低通滤波 原始图像-中值滤波
57
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
原始图像-高斯低通滤波 低通滤波-中值滤波 随Image窗口中的内容不同，散点图结果会有所差异。
3、使用平滑去除标准的噪声 关闭所有文件和窗口。
打开“平滑”目录下的“高斯噪声.bmp”和“椒盐噪声.bmp”文件。进入指定的名录，选定两个文件，然后打开。使用灰阶的方式显示两个图像，显示窗口分别为#1和#2(下图)。
(高斯噪声) (椒盐噪声)
选择低通滤波，核大小为3，点击 “快速应用”(Quick Apply)，指定输入波段为高斯噪声的R波段 (任意一个波段均可)，处理结果显示在#3中。选择中值滤波，操作同上。选择高斯低通滤波，操作同上。结果见下图。
低通滤波 中值滤波 高斯低通滤波
思考：对于高斯噪声，哪种平滑的效果最好？改变核大小为9，重复上面三个平滑操作，结果有什么变化？ 如果核大小为19，结果又如何?
58
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
指定图像为“椒盐波段”(Options – Change Quick Apply Input Band)，核大小为3。重复上面的对比操作，比较不同平滑方法的处理结果 (下图)。改变核大小为9和19，比较结果的差异。
低通滤波 中值滤波 高斯低通滤波
思考：（1）随着卷积核大小的增加，低通和高斯低通处理效果改善了吗？（2）相同核大小的情况下，三种方法两种噪声，什么方法适合于处理什么噪声？（3）改变核大小，哪种平滑方法处理效果变化最大？（4）为什么椒盐噪声经过中值滤波后图像的边缘仍然有像素值？
4、使用平滑去除遥感图像中的噪声 关闭所有的窗口和打开的文件。
打开文件“TM3图像中的噪音.bmp”和“去除图像中的噪音(中巴卫星1图像).bmp”。这两个图像一个是单色图像，一个是彩色图像。
根据已有的知识，可以判断图像中的噪声属于椒盐类型。
使用中值滤波，快速应用到TM3图像。核大小分别为3，5，7，比较处理结果（见后图）。
使用灰阶方式分别显示去除图像中的噪音 (中巴卫星1图像)中的RGB，窗口分别为#3，#4和#5。连接窗口1，3，4，5，比较噪声在不同波段的分布特点(见后图)。
使用中值滤波，快速应用的方式，分别平滑RGB通道图像，确定平滑需要的最小的核大小，然后对图像进行平滑。
59
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
核大小3 核大小5 核大小7
原始 R G B
下图是核大小为5时的平滑结果。
思考：彩色图像平滑和单色图像平滑的差异是什么？ 拓展实验：（1）处理IKNOS_gau 和IKNOS_SALT遥感图像中的噪声。（2）使用平滑方法，去除REMOVE DARK PART DSCF0079.jpg 和 Smooth remove noise DSCF0001.jpg 中的噪声。
（二）图像锐化
关闭所有打开的窗口和文件。
60
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
1、梯度算子
梯度是很重要的概念。 图像：显卡_7221390.jpg。
打开“显卡”图片，彩色显示，窗口为#1。
由于ENVI无法设置2×2的核，我们使用3×3的核进行模拟运行，比较不同梯度的结果。注意比较水平线条，垂直线条，倾斜线条，圆，矩形和字符锐化的结果。 菜单：Convolutions – User Defined。
基本梯度: 1 -1 1 0
0 0 -1 0
h1 h2 窗口中的卷积核定义如下图所示。
定义第3行和第3列的值为0。指定波段为绿波段 (请自己对比红波段和蓝波段)。显示的窗口为#2。连接窗口#1，#2。结果见下图。
原始图像 卷积核h1 卷积核h2
对比hl，h2的结果，将hl和h2的结果加和，与单独的处理结果进行比较。
原始图像 h1+h2 请再对比如下结果。
61
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
(1)罗伯特梯度，卷积核设定为 (这里仅仅是为了演示。这些不是真正的罗伯特梯度算子): 1 0 0 0 -1 0 0 -1 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0
罗伯特梯度h1 罗伯特梯度h2
(2)Sobel梯度，卷积核设定为: -1 -2 -1 -1 0 1 0 0 0 -2 0 2
1 2 1 -1 0 1
Sobel梯度h1 Sobel梯度h2
将(1)和(2)分别加和后的结果进行比较。
罗伯特梯度h1+h2 Sobel梯度h1+h2
思考：为了锐化水平，垂直，倾斜线条，应该分别选择哪些梯度算子？
拓展实验：使用“南京小白楼compare among Sobel Robert and L DSCFOO02.JPG”图像比较不同梯度算子锐化的结果。
2、拉普拉斯锐化
图像：EE_sobel la.bmp。 卷积核：3*3。
(1)直接使用Sobel进行锐化，然后，将原始图像+锐化后的图像作为最后的结果。
操作：Convolutions - Sobel，点击 Apply to File，选择 EE_sobella.bmp，产生锐化后的梯度图像，保存到内存。
使用代数运算，将原始图像与梯度图像合并为一个图像。
62
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
原始图 sobel梯度 结果图
(2)使用拉普拉斯直接计算梯度，并将梯度结果与原始图像进行加和作为锐化结果。
操作：Convolutions - Laplacian，显示窗口如下图所示。 使用默认参数。
其余的操作与 (1)相同。由于卷积核中心值大于0，所以 结果图像=原始图像+梯度图像。
(3)对图像进行高斯低通滤波，对滤波结果进行拉普拉斯处理，将原始图像与梯度图像加和后作为锐化结果 (下图)。
直接锐化（拉普拉斯锐化） 低通处理（拉普拉斯锐化）
63
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
对比(2)和 (3)的处理，似乎没有差异。使用代数运行bl-b2将两个处理结果相减，其中bl是低通后锐化的图像，然后对结果的显示进行均衡化，如下图所示。其中，高亮的部分就是二者的差异。
思考：（1）按照这个流程进行处理，结果是怎样的？ 原始图像 - 原始图像的拉普拉斯梯度 - 梯度图像的高斯低通滤波 – 原始图像+低通滤波结果
（2）观察分析原始图像的拉普拉斯梯度图像，为什么要进行低通滤波处理？分别使用AA图像和IKNOS nj part field，按照上述流程进行锐化处理，比较锐化结果的差异。 （3）改变卷积核为9，19，按照上述(3)进行操作，比较结果的差异。
3、定向滤波
关闭所有窗口和文件。 图像：南京AA图像。
操作：Convolutions: Directional。 输入30度，显示的结果如图所示。 使用3*3滤波核对图像文件进行锐化。 将计算的梯度图像与原始图像加和，产生最终图像 (下图)。
将定向滤波的结果与拉普拉斯锐化的结果进行对比。
改变卷积核大小，重复如上操作，比较差异。
64
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
原始图像(3，2，1) 定向滤波梯度 原始图像+定向滤波梯度
拓展实验：（1）对“机场 锐化线性地物 from google map.bmp”进行锐化，①突出跑道信息，②突出飞机的轮廓。
（2）对“花.jpg”进行平滑和锐化处理，并与photoshop等软件的处理结果进行比较。 （3）从ENVI的网站中下载同态滤波工具，并按照说明进行安装。对图像“L720000612_Bl7 c1oud”进行同态滤波处理。
三、问题思考
(1)图像的噪声有哪些？基于邻域的平滑与傅里叶变换能够有效处理的图像噪声类型是什么？ (2)图像滤波方法需要与哪些图像的基本操作结合起来才能有效地进行图像处理？ (3)哪些方法可以突出图像中的线性地物？针对给出的图像AA，哪种方法最为有效？ (4)如何有针对性地选择卷积核大小和形状？
(5)提取AA图像中的水体 (长江)，使用哪种平滑锐化方法比较合适？
65
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验六 图像分割
一、目的和要求
【目的】利用光谱特征进行遥感图像的分割和分割后处理。
【要求】能够根据图像的特征，综合使用不同的方法分割出地物对象。熟练掌握图像直方图的应用。掌握彩色图像分割的基本方法。掌握利用波段组合进行图像分割的工作流程。熟悉数学形态学基本方法的应用。采用ENVI软件。使用照片和TM图像数据。
二、实验内容
（一）利用直方图进行图像分割
图像：地物与直方图DSCFO153·jpg。
打开图像，并显示图像的直方图。在直方图窗口，移动RGB拉伸的最小值分别为150，160，150，并分别应用。查看拉伸后的图像。
使用下面的表达式去除天空，其中，bl，b2，b3对应图像的R，G，B通道，b4对应原始图像。 b4*(1-(b1 gt 150)*(b2 gt 160)*(b3 gt 150))
原始图像 分割结果 去除天空的结果
（二）彩色图像的分割
1、提取图像中的兰花
关闭所有打开的窗口和文件。
图像：兰花.jpg。 要求：将兰花从图像中分割出来。
主要操作：利用直方图、查看当前像素值工具比较兰花在各个通道上的灰度值的差异，确定兰花与周围物体最大差异的通道或通道的组合。
提示：兰花是蓝色的。
原始图像 分割结果
上图是使用表达式：(b1 gt b2)*(b1 gt b3) 的结果，其中，b1为蓝通道，b2，b3对应绿和红通
66
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
道。下图是反像提取的结果。
思考：（1）如果将兰花中间的自色也一同提取出来，需要增加什么操作？（2）如果要提取图像中的非兰花部分，应该怎么操作？
2、去除背景噪声，提取图像中的娃娃 关闭所有打开的窗口和文件。 图像：娃娃.bmp。
选择“波段”作为直方图数据来源，进行图像拉伸。思考如下问题。
1)直方图有什么特征？
2)任意对RGB波段进行拉伸，图像发生了什么变化？
3)按照如下设置进行图像拉伸，R：154-184，G：8-100，B：0-160，图像发生了什么变化？ 4)如何去除背景中的噪声？ 操作：
使用float(b1)/float(b2)对通道R和G进行代数运算，产生图像m1；对于m1图像，使用bl gt O.98进行代数运算，产生图像m2；使用原始图像的RGB作为b1(在变量与波段匹配的对话框中，点击按钮Map Variable to Input File。进一步的操作细节参考“图像变换”实验中的代数运算部分的内容)，使用m2作为b2，进行代数运算bl*b2，产生新的图像m3， 按照R，G，B顺序合成显示。
1)比较分析合成后的图像m3与原图像有什么差异？ 2)为什么要进行比值运算？0.98是怎么确定的？
进行运算：(1-b1)*255，其中，b1为m2，结果图像为m4。
进行运算：b1+b2，其中，bl为m3中的R通道，b2为m4，结果图像为m5。 进行RGB合成：(m5，m3_G，m3_B)。结果见下图。
思考：合成后图像的颜色发生了什么变化？
（三）提取TM图像的水体信息
目的：寻找指定地物与其他地物差异最大的波段或波段组合，构建代数表达式，产生新的图像，使用阈值进行分割。
图像：AA。
1、查看图像的直方图
使用（4，3，2）RGB合成显示，窗口#1，以Scroll窗口为数据源，查看三个通道的直方图。 2、查看光谱剖面信息
67
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
图像窗口Tools – Profiles – Z Profile(Spectrum)..。
在Image窗口移动矩形框，查看光谱剖面曲线的变化。
3、查看指定路线上的光谱值变化
指定数据源为：Image。
在Image窗口的图像中，单击鼠标左键，拖曳一条直线过长江，单击鼠标左键，点击右键两次。 在图像窗口中绘制矢量线也使用相同的操作。
系统自动弹出空间剖面窗口(Spatial Profile)。
设置数据的显示参数。设置空间剖面绘图窗口参数，使用RGB对应的颜色，线型分别为线，虚线，点，Thick为2。
空间剖面窗口：Edit – Data Parameters。
在显示的数据参数窗口中，选择波段 (1)，设置颜色 (2)，线型 (3)，厚度(4)。其中，颜色的设置为:右键单击颜色色块，在弹出菜单中选择颜色名称。
应用设置后，空间剖面的显示如下图左所示。
68
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
4、查看不同像素位置光谱值的变化
在空间剖面窗口移动鼠标 (1)，观察Image窗口和Zoom窗口中光标位置的变化 (2)，观察光谱剖面中对应位置的光谱变化 (3)。
图像的光谱剖面
思考：水体和非水体之间在哪个波段差异最大？
A.显示图像和直方图
灰阶显示5波段图像，显示窗口为#2，查看窗口的直方图。 B.确定直方图分级点的像素值
在直方图窗口移动鼠标，查看显示的DN值，确定谷底的灰度级 (显示在窗口下面的状态条中，见下图)。
69
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
C.设置拉伸的范围
保持最小值0不变，改变最大值为25。应用拉伸。注意:直方图的源应该为Band。 操作后显示下图所示。通过这种操作，初步提取了水体信息。
5、查看(5，4，2)合成图像中水体与非水体光谱的差异 使用 (5，3，2)合成显示，窗口为#1。
重复上面的操作，查看长江与周围的光谱差异。 6、比较不同地物的像素差异 在Spatial Profile Tool窗口中，单击Off，关闭空间剖面提取，然后进行下面的操作：#l的Image窗口，Tools – Spectral Pixel Editor。 7、提取当前位置的像素值
在Image窗口中，移动光标位置到长江中，然后在Spectral Pixel Editor窗口，点击Edit – Extract 8 Pixel Average。
依次移动光标到玄武湖，秦淮河，紫金山上的林地，城区中的建筑提取位置周围8个像素的均值，共5条曲线 (下图)。
70
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
光谱剖面
编辑数据参数，前三条曲线使用蓝色显示，厚度为2；后两条曲线使用红色显示，厚度为1。观察比较，水体与非水体光谱最大差异发生在哪些波段？ 8、提取水体
进行图像代数运算：b2-b5，其中b2，b5分别对应图像的波段2和波段5。
在#3窗口显示运算的结果，并查看运算结果的直方图 (下图)。
分别设置拉伸的最大的灰度为40，25，10，应用拉伸，比较不同的拉伸结果。 9、密度分割
特代数运算产生的图像按照如下的阈值分为4级：0-1O red；11-25 green；26-40 blue；41-255 black。查看结果图像（下图）。
拓展实验：使用(b2-b5)/(b2+b5)进行代数运算，然后，以0，1，2，3为阈值进行分割，查看分割结果，并与上面的结果进行比较。
71
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（四）提取线性地物信息
利用拉普拉斯锐化从高分辨率图像IKNOS中提取线性地物信息。 图像：IKN Nj Pan.bmp。
这是灰阶图像，使用R通道数据即可。 显示图像，查看图像的直方图。 思考：（l）直方图有什么特点？（2）能否利用直方图直接分割？
使用拉普拉斯进行锐化，进行如下操作，并对比锐化后的结果。其中，低通滤波使用高斯低通滤波方法，拉普拉斯锐化的是高斯低通后的数据。
锐化结果 = 原始数据 + 拉普拉斯梯度数据 (见下表)。
不同参数锐化后的图像直方图变化比较表
流程 低通滤波 拉普拉斯梯度 锐化结果 结果图像直方图 0 - - 原始图像
1
3*3
3*3
A
2
5*5
3*3
B
3
7*7
5*5
C
4
7*7
3*3
D
思考：直方图的变化对我们有什么启示？
利用流程4的结果图像，从直方图中选择250作为阈值，构建表达式：b1 ge 250 进行图像分割。保存分割结果为：IKN Nj Pan_seg，在下面的实验中使用。
（五）图像数学形态学基本方法
利用形态学方法对分割的结果进行后处理。 1、二值数据的形态学处理
72
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
图像：IKN nj Pan_seg。
菜单：主菜单“滤波”(Filter) - “卷积和形态学方法”(Convolutions and Morphology Tool)。在出现的窗口(下图)中，点击窗口子菜单Morphology。
窗口菜单图像形态学
操作：腐蚀，膨胀，开运算，闭运算。 使用3*3窗口，进行1轮操作，数据为二值数据。然后快速应用 (Quick Apply)设定进行图像处理。 理解不同操作的效果。
改变轮次为2，重复上述操作。
思考：为了得到下图所示的效果，需要进行什么处理了？
2轮闭合操作
2、灰度值数据的形态学处理
打开图像IKN nj Pan.bmp，在#l窗口显示。 对该图像使用快速应用方式进行形态学处理: 轮次：1，数据：灰阶。 处理结果显示在#2窗口中。
连接#l和#2窗口，对比不同操作的结果。 3、分割结果的形态学处理
打开图像AA，使用如下表达式提取水体：
73
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
b5/b2 eq O
得到水体图像AA_water。
对提取的水体图像进行形态学处理，达到下右图的效果。
分割出来的水体 形态学处理后的结果
分割出来的水体进行形态学处理后的结果- 1轮，3*3窗□，二值数据，闭合操作
（六）栅格矢量化
将图像分割结果进行矢量化并保存为shape文件。 1、栅格矢量化
操作：主菜单Vector – Raster to Vector。
选择AA_water图像形态学处理的结果作为输入，对DN=l的结果进行矢量化，结果保存在AA_water_vec.evf中(下左图)。确定后，系统产生矢量文件，并弹出下右图所示对话窗。
2、矢量层另存为 Shape 文件
上右图窗口菜单：File – Export Layers to Shapefile.. 结果保存到AA_water_vecs.shp中。
74
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
打开几何纠正后的图像 nj TM_pz(实验三中的最终结果)，重复AA的操作。对于最后的矢量文件，在ArcGIS、MapInfo或其他软件中打开查看。
拓展实验：（l）对图像“文字测原始图像.bmp”进行分割，去除背景噪声。（2）对图像“IKNOSml4 nj Hroad”进行分割，提取道路信息。
三、问题思考
(1)对于指定的分割对象，如何寻找合适的特征进行分割？ (2)如何根据待分割目标的特征选择合适的分割方法？ (3)如何检查评价分割结果是否有效？ (4)如何构造图像分割使用的特征？
(5)数学形态学方法主要用来解决什么问题？ (6)图像分割到图像矢量化的工作流程是什么？
75
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验七 图像分类
一、目的和要求
【目的】理解遥感图像非监督分类和监督分类的算法差异，掌握监督分类的工作流程。
【要求】能够根据合成的图像勾绘典型地物类。理解特征选择对分类结果的影响。能够分析典型地物类之间的光谱差异。能够进行监督和非监督分类操作。能够进行分类图像的后处理。 采用ENVI和MapInfo软件（或其他GIS软件），ETM图像数据。
二、实验内容
(1)对比遥感图像非监督分类与监督的结果；
(2)对比ISODATA与最大相似性分类的差异，并解释产生差异的原因： (3)最大似然法监督分类结果的后处理。
利用遥感对地观测的优势进行地表覆盖分类是遥感监测的典型应用。本实验设定地表覆盖的分类体系和颜色，对应的ENVI中的颜色名称如下表所示。
分类体系设定表
类别编码 类别名称 颜色名称 1 耕地 Green3 2 有林地 Green 3 建设用地 31 城镇 Maroon 32 道路 Red 4 水域 41 江 Blue 42 河 Cyan 43 湖 Cyan3 5 裸地 White 6 其他 Black
菜单：主菜单Classification中的Supervised和Unsupervised。 数据：AA图像 或 njWork图像。
下面处理使用的是njWork图像。该图像为实验六“图像分割”的图像，保留了原始数据的投影，没有经过几何精纠正。
主菜单 主菜单分类一一非监督分类
（一）IsoData非监督分类
非监督分类包括两种方法。本实验使用IsoData(自组织分类)方法。 1、显示图像
打开图像，使用 (5，4，3) 假合成显示在#l窗口中。
76
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
2、确定分类基本参数
按照上述菜单点击IsoData，选择图像文件后，弹出如下图的窗口。
输出结果保存为njWork is0，其他参数不变，确定。 3、显示分类结果
在#2窗口显示分类结果。连接#1和#2窗口。 4、结果密度分析
使用默认的参数，对分类结果进行密度分割，结果见下图。
直接使用IsoData 进行分类的结果
思考：（1）图像明显地分为几类？使用什么方法确定类别的个数？（2）分类结果正确吗？哪些地物的分类不正确？在什么区域？
5、改变使用的图像特征重新分类
使用4，5，7波段重复上面的操作 (在选择输入文件时，指定光谱子集为4，5，7波段)。输出结果到内存中。分类结果在#3窗口显示，连接3个窗口。
关闭临时文件，仅保留njWork和njWorkiso0。窗口#1保留，窗口#2中为njWorkisoO。保持窗口#1，#2的连接。
77
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
思考：（1）使用新的波段特征进行分类，哪些地物的分类结果得到了改进？（2）为什么使用新的图像特征能够改进分类结果？
（二）监督分类
监督分类包括的方法较多。
监督分类的主要方法
方法数目与ENVI版本有关。本实验对比平行管道法和最大似然法的分类结果。
数据：njWork。
初始窗口：#1，(5，4，3)假彩色显示。
处理流程：(1)构建地物类别的R0I；(2)选择监督分类方法，进行分类。 1、构建R0I
ROI是兴趣区域，也就是监督分类中的标准地物区域。ROI必须具有代表性，并覆盖一定的面积。 在ENVI中，一个ROI由一个或多个多边形、点、线构成。 以类别“江水”为例，ROI的设定操作如下。 A.设置ROI基本参数
在#1窗口，单击 Tools – Region of Interest – ROI Tool，显示R0I工具窗口。
设置如下：(1)绘制R0I的窗口:200m；(2)R0I名称:江水；(3)颜色:蓝色 (Blue)；(4)ROI类型:多边形 (窗口菜单ROI_Type - Polygons，multi part: on) B.绘制ROI
在Image窗口，将光标移动到长江中，使得Zoom窗口内显示的是长江。
在Zoom窗口内，单击鼠标左键，产生多边形的第一个节点。移动鼠标，单击左键，产生多边形的
78
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
边。单击鼠标右键产生多边形，同时产生多边形的句柄。左键点击句柄移动多边形到新的位置。双击右键确认产生多边形。
在Image窗口移动到新的位置，绘制当前ROI中的第二个多边形。
删除ROI的构成：在Image窗口中移动图框位置，使得该构成显示在Zoom窗口。点击ROI Tool窗口中的按钮Delete Part。只能顺序从后向前删除。
删除ROI：点击ROI Tool窗口中的按钮Delete ROI。 C.建立新的ROI
单击 New Region，建立新类别的ROI。 重复上述三个步骤，建立各个类别的ROI。 D.保存ROI
ROI Tool窗□菜单 File – Save ROI.. E.复用保存的ROI
ROI Tool窗□菜单File – Restore ROI.. F.关闭ROI
在ROI Tool窗口单击 Off。
注意：关闭ROI绘制。非常重要，否则在窗口点击可能会产生误操作。 G.统计ROI的光谱特征
选择所有的ROI，进行统计计算。 在ROI Too1窗口点击“Select All”，“Stats”显示图像结果窗口。
在出现的ROI统计结果窗口中(下图)，选择绘图 (Select Plot)为均值(Mean for All ROI)。在图形窗口，单击右键，弹出菜单。选择：Plot_Function – X axis:index。 显示如下：查看所有ROI的标准差。
R0I统计结果窗口
思考：（1）对于当前的ROI，哪些波段具有最大的可分性？（2）可分性最大，标准差最小的特征波段有哪些？（3）标准差大，均值差异小的特征指标有哪些？
2、图像分类 A.平行管道法
点击主菜单“监督分类 - 平行管道法”，选择图像njWork，使用所有的特征。
在出现的参数设置对话框中 (下图)，单击Select All Items，使用全部的己经定义的ROI。设置图像输出为njWork pp_c，规则输出为njWorkpp_r。单击“OK”。
79
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
在#3窗口显示分类结果。在#4窗口打开njWork pp_r中的江水规则，连接窗口#1-#4。
当前屏幕上的窗口状态见下图。
比较njWorkpp_c与njWork isoO的差异(下图)。
原始图像(5，4，3) IsoData分类 平行管道法分类 可以看到，监督分类结果具有更好的合理性。
在#4窗口顺序查看各个类别的规则。像素值越高，表明属于该类的概率越大。比较原始图像和分类结果，可以看到，河水、湖水的错分很多；裸地、城镇、耕地的混淆较多；道路类别分布过大 (下图)。
80
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
耕地 城镇 道路 平行管道法部分类别的分类规则图
B.最大似然法
点击主菜单“监督分类 - 最大似然法”，选择图像njWork，使用所有的特征。结果保存在njwork max_c和njwork max_r中(下图)。
在最大似然参数窗口中，单值：所有的类使用相同的概率阈值。多值：每个类指定一个概率阈值。计算的像素最大概率值大于某类指定阈值时归于该类。
数据比例因子：与数据的分布有关。对于浮点数据，建议数据使用前进行标准化。
在#2窗口中显示分类结果，在#4窗口显示规则图像，结果见下图。
81
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
对比分析可以看到，水域之间的错分已经明显地减少；其他类型与原始图像的一致性也比较好，错分比较少。
相同的数据，仅仅算法的差异就使得分类结果得到了明显的改善。 C.利用规则图像调整分类结果
主菜单：Classification – Post Classification – Rule Image Classifier Tool
确定类的阈值：在#4顺序打开各类图像，对于Scroll窗口进行线性拉伸。利用光标位置值和直方图(直方图源为Band，根据图像设定直方图的最大和最小值参数)确定类的阈值。
通过分析分类规则数据的变化，可以进一步了解各类错分状况 (江水，有林地错分最少)。
重新排序类：
窗口菜单：Options – Reorder Class。
重新排序，与前面指定的分类次序一致。重新指定颜色。 保存分类规则：
保存新的分类结果到文件中njWork max_c Thresh。
利用直方图确定规则图像的阈值
对比最大似然法的两个分类结果，可以发现，通过阈值重新分类后其他用地增加了。 真实的类别需要细心地调整ROI和地面资料才能确定。
（三）分类后处理
分类的精度分析是很重要的内容，需要根据调查数据来确定。由于缺乏调查数据，我们不进行这些内容的实习。请根据地区的图像和地图的调查信息进行补充。
保留#1窗口。#2窗口显示分类结果。#3窗口显示处理后结果。关闭其他窗口。连接#1-#3窗口。
82
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
数据：njWork max_c。
后处理的功能较多 (见图)。
实验中主要练习如下几项功能。
给类别赋颜色：如果原来ROI的颜色与类别内容不符合，可以在这里进行修改。
类别集群：按照临近的相似性将临近的类进行合并。 主要/次要分析：按照主要的/次要的像素类进行归并。
类别筛选：将分组中的孤立像素剔除出去，作为未分类像素。 分类结果矢量化：将分类的图像转为EVF格式文件，然后通过矢量化菜单转换为DXF格式的文件。
将图像保存为geotiff格式。 1、类别集群
使用数学形态学方法将相邻相似的区域进行合并，以保证空间的连续性。
处理结果输出到内存中。 顺序对江水使用5*5的窗口，河水和湖水使用3*3的窗口进行操作。注意，每次仅处理一个类。不要一次处理多个类。保存最后结果为：nj-Work max_c watercp。
即对njWork max_c中的一个类进行处理，产生结果m1，然后，对另外一个类进行处理。以此类推。
对图像中的“江水”类进行处理，结果存入内存m1；然后，处理m1中的“河水”，产生m2；处理m2中的“湖水”，产生m3，如下图所示。
思考：一次性处理江水、河水、湖水，使用3*3窗口，结果与上面有什么区别？
江水，河水，湖水依次clump（处理前） 处理后 2、主要/次要分析
主要/次要分析，又称多数/少数分析。指定窗口中的孤立的像素值会被指定为像素值较多的值。必须指定至少2个类，否则分析结果无效。
尝试对道路和有林地进行多数分析，使用默认参数。比较处理前后结果的差异。
83
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
3、类别筛选
类别筛选是将孤立的像素从分类中独立出来。独立出来后使用黑色表示。 对耕地类进行本项处理。 4、分类统计
完成相关的处理后，统计分类结果的面积和光谱特征。 分类文件：njWork max_c。 统计输入文件：njWork。 统计类别：所有的类别。
结果：保存到文本文件 njWork max_c_class_report.txt。
操作：Classification – Post Classification – Class Statistics。 5、分类结果矢量化
将njWork max_c watercp保存为geotiff格式。
使用后处理中的分类结果矢量化，将分类结果njWork max_c watercp进行栅格矢量化，产生矢量文件。然后将矢量文件转换为Shape格式。
主菜单：Classification – Post Classification – Classification to Vector
分类结果栅格矢量化参数窗口 当前可用的矢量图层列表
6、将矢量化结果转换为Shape文件
矢量化完成后，弹出上右图所示窗口。选择要转换的层。通过菜单File下的Export Layers to Shapefile进行转换。保存结果的文件为：njWork max_c watercp.shp。
在MapInfo 或ArcGIS中打开分类的结果，并叠加geotiff图像文件，进行显示。
思考：分类后的属性是什么？图像分类图与真正的矢量图有什么区别？ 拓展实验：使用神经网络和决策树方法进行分类。
三、问题思考
(1)图像特征对分类结果有什么影响？
(2)不同分类方法中，错分最多的类型是什么？
84
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
(3)如何将末分类像素归并到其他类中？
(4)图像特征、分类方法、分类方法中参数设置，三者中哪个对分类结果影响最大？ (5)图像后处理有哪些方法?用来解决什么问题？
85
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验八 地图制图操作
一、目的与要求
【目的与要求】掌握用ENVI进行地图制图的处理流程。 【操作步骤】打开显示影像 - 生成快速制图模板 - 自定义地图版面设计中的元素（包括添加虚拟边框、添加公里网、操作处理注记等） - 保存结果
二、实验内容
本实验介绍ENVI地图制图的处理流程，以及使用注记功能添加额外的信息。ENVI的地图制图功能能够方便快捷地，交互式地添加图例等要素将一幅影像绘制成地图。
制图过程一般包括以下几个步骤组成：首先，使用ENVI快速制图（QuickMap）动能生成基本模板（或者恢复保存的模板）；然后使用ENVI的注记功能或其它影像叠合功能按需要进行交互式制图。快速制图允许设定地图比例，输出页的大小及方位，能够选择影像的空间子集进行制图，还可以方便的添加基本地图要素如地图公里网、比例尺、地图图标、标识、地图投影信息和其它基本地图注记。
（一）打开将进行制图的Landsat TM影像
（1）在ENVI主菜单栏中，选择file → Open Image file。
（2）在出现的Enter Input Data File文件选择对话框中，选择进入envidata目录中ys_tmsub子目录。从列表中选择ysratio.img文件，点击Open。相应的文件和波段会列在可用波段列表中。根据默认的设置，5/7,3/1,3/4的比率波段会自动的加载到“R”“G”“B”字段，且同时选择了RGB Color按钮。
（3）点击对话框底部的Load RGB按钮把该影像加载到一个新的显示窗口中。
（二）生成快速制图模块
（1）从主影像显示窗口菜单中，选择File →QuickMap →New QuickMap，打开QuickMap Default layout对话框。这个对话框可以用来修改输出页的大小，页的方位以及地图的比例。
（2）在QuickMap Default layout对话框中，将Map Scale改为200,000，其余的参数采用默认的方式，点击OK选定影像子集。
（3）QuickMap image Selection对话框中，使用鼠标左键点击红色方框的左下角并拖动方框，选中整个影像。
注意：要选择影像的子集输出成地图，使用鼠标左键放置并调整红色矩形框。 （4）点击ok，随后QuickMap Parameters对话框就会出现在屏幕上。 （5） 在对话框中用鼠标左键点击Main Title文本框，键入文本Yellowstone National Park Image
86
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
Map。
（6）在对话框中用鼠标右键点击Lower left Text文本框，在弹出的菜单栏中选择Load Projection Info，从ENVI的头文件中加载影像的投影信息。
（7）在对话框中使用鼠标右键Lower Right Text文本框，键入Map Generated Using，然后回车（按下Enter键），再依次输入ENVI QuickMap、Copyright2001，Research System Inc，每次键入时都要按回车键。
（8）根据实验目的，在这里建议Scale、Grid Lines 和North 前面的复选框（check box）选中。要更改设置，仍然可以使用QuickMap Parameters对话框右边的复选框及其选项进行。
（9）点击Declination Diagram复选框，并选中。
（10）在对话框底部选择Save Template，输入Output Filename文件名ysratio.qm，点击ok，将快速制图的结果保存为快速制图模板文件。这个模板可以在处理相同像素大小的影像时进行调用，只需要显示所需影像，并选择File →QucikMap →from Previous Template恢复已经保存了的快速制图模板。
（11）在QuickMap Parameters对话框的左下角点击Apply，在标准ENVI显示窗口中显示快速制图结果，如果需要可以修改QuickMap Parameters对话框中的设置，然后点击Apply更新显示结果。
（12） 在ENVI显示窗口中，查看结果，观察地图公里网、比例尺、指北针以及默认文本的位置。
87
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（三）自定义地图版面设计中的元素
ENVI提供了多种定制地图制图的选项，包括添加虚边框（Virtual borders）、文本注记、公里网、等值线、绘图插入、矢量叠合以及分类叠合。可以使用ENVI的主影像窗口、滚动窗口或者缩放窗口来进行其它定制的制图操作（如果使用滚动窗口，可以拖住其一角来调整显示的大小）。 1、添加虚边框
88
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
默认的ENVI显示只包含了影像，周围没有空白的空间。地图制图一般需要将某些地图要素放置在影像之外。ENVI提供了一个“虚拟边框”的功能将注记放置在影像的周围而不用创建新的影像。虚拟边框可以采用几种方法添加在影像上，以下将依次介绍。 在ENVI快速制图中使用公里网来自动添加
一个虚拟边框会被添加到地图影像中与快速制图中的公里网相协调，并且默认的公里网也将显示出来。参见以下具体说明来了解如何修改公里网的属性参数。必要的边框将自动添加到影像的两边。
（1）要改变默认的边框，可以从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay →Grid lines。当Grid line Parameters对话框出现后，选择Options →Set Display Borders打开Display Borders对话框。
（2）输入100，400，150，100，点击ok。
新的虚拟边框的属性马上就会应用到地图影像中，如果保存了公里网的参数文件，边框属性信息也会同时保存，而且当从公里网参数文件中恢复公里网属性时，边框属性信息也会被恢复。 使用显示参数设置
使用Display Preference对话框，也可以改变虚拟边框的属性和其它显示设置。
（1）从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择File →Preference。接着Display Preference对话框就会出现，在对话框的顶部包含了与刚才介绍相类似的文本框。
（2）输入所需数值，并为边框选择一个所需的颜色。 （3）点击OK。新的边框的属性就会应用到地图影像中。 使用注记功能
在ENVI中使用注记功能也可以调整虚拟边框的属性。
（1）从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay →Annotation。
（2）当Annotation对话框出现后，选择Options →Set Display Borders打开Display Borders对话框。
（3）输入所需边框的属性参数，点击OK。新的虚拟边框的属性马上就会应用到地图影像中，如果保存了注记文件，边框属性信息也会同时保存，而且当从注记文件中恢复公里网属性时，边框属性信息也会被恢复。 2、添加公里网
ENVI支持同时显示像素公里网、地理坐标公里网以及地理坐标（纬度/经度）网。当公里网被应用到地图影像中时，100个像素的虚拟边框（在没有添加虚拟边框的情况下）会自动添加到地图影像中，来协调公里网标签（labels）。要添加或修改地图影像公里网，可以参考以下步骤进行。
（1）从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay →Grid Lines。出现Grid Lines Parameters对话框中，默认的公里网间距会显示出来。
（2）在Grid Spacing文本框中输入4000把公里网间距改为4000米。要改变公里网和标签的属性参数，选择Options →Edit Map Grid Attributes或者Edit Geographic Grid Attributes来修改所选公里网的属性。同样，也可以从Quick Map Parameters对话框中点击Additional Properties按钮来修改公里网的属性参数。
（3）点击OK，确定所选的属性。
（4）在Grid Line Parameters对话框中，点击Apply将新的公里网应用到地图影像显示中。要保存
89
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
公里网属性以便后续使用，从Grid Parameters菜单栏中选择File →Save Setup，再选择一个输出文件。这样就保存了公里网属性参数的一个模板，以便可以加载到别的地图制图中。 3、操作处理注记
注记是用来在ENVI显示或者在地图制图中插入（或放置）地图要素的一种常规手段。使用ENVI的基本注记功能可以使用多种地图要素并放置它们的位置。
（1）从快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择Overlay →Annotation，打开Annotation对话框。
（2）从Annotation对话框菜单栏的Object下拉菜单中选择所需要的注记要素。
（3）选择Image，Scroll或者Zoom单选按钮指定注记放置的窗口。
（4）使用鼠标左键放置注记要素，点击鼠标右键进行确定，锁定注记位置。
在Object下拉菜单中，有文本（Text）、符号（symbol）、形状注记、线段和箭头注记、地图比例尺（Scale Bar）、三北方向表（Declination）、图例注记（Map key）、嵌入式影像注记（Image）、绘制图（Plot）嵌入式注记等。
在本实验中，要求添加如下注记 ①文本文档：Landsat TM Dtata
Ratios 5/7,3/1,3/4(RGB)
②图例注记（Map key）
从Annotation对话框菜单栏的Object →Map key。选择Edit Key Items来添加、删除或者修改单个的图例项，修改成功后按回车键即可。使用鼠标左键放置图例，使用鼠标右键锁定图例的位置。
③嵌入影像注记
首先要确保被插入的影像已经在可用波段列表中列出，如果没有在可用波段列表中的话，则先要打开要插入的影像ys_loc.tif。
在Annotation对话框菜单栏的Object →Image。在Annotation：Image对话框中选择Select New Image，选择要插入的影像ys_loc.tif。
Annotation：Image对话框 Annotation：Declination对话框
从可用波段列表中选取要插入的影像，如果需要，可以在处理中选取空间子集、调整影像大小。使
90
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
用鼠标左键放置要嵌入的影像，使用鼠标右键锁定要嵌入的影像。
使用ENVI注记功能来定制的地图制图
所有的注记添加完毕之后，对注记文件进行保存，在Annotation对话中，选择File →Save Annotation，即可对注记文件进行保存。 输出地图制图结果
（1）在快速制图的主影像显示窗口菜单中，选择File →Save Image As →Image file。
（2）在Out Display to Image file对话框中，Out file type的类型选择为BMP或者JPEG，选择 保存路径和文件名，点击ok进行保存，一幅完整的地图制图就完成了。
91
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
实验九 使用ENVI进行三维曲面的浏览和飞行
一、目的和要求
【目的与要求】学会基于ENVI三维曲面浏览和飞行的处理知识。
二、实验内容
在本实验中，介绍ENVI三维曲面浏览和飞行的处理知识，实验的主要内容包括彩色影像与数字高程模型的叠加，进行三维曲面浏览，交互式的三维可视化或者创建三维飞行路径。
（一）打开并显示影像数据
（1）打开彩色影像，在ENVI主菜单栏中，选择file →Open Image file，接着，在Enter Data Flienames文件选择对话框中，选择envidata文件夹，双击bh_3d文件子目录，从文件夹中选择bhtmsat.img,点击打开，所选文件就显示在可用波段列表中。
（2）ENVI将会把波段1、2、3加载到一个新的显示窗口中。
多波段彩色影像图
（3）打开并显示数字高程（DEM）影像，在ENVI主菜单栏中，选择file →Open Image file，接着，在Enter Data Flienames文件选择对话框中，选择envidata文件夹，双击bh_3d文件子目录，从文件夹中选择bhdemsub.img,点击打开，所选文件就会以Gray Scale灰度形式自动显示在一个新的窗口中。
92
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
与多波段彩色影像对应的DEM图
（二）启动三维浏览功能
（1）选择Topographic →3D Surface View，启动三维浏览。也可以从主影像窗口，选择Tools →3D Surface View，启动三维浏览。
（2）在Associated DEM Input file对话框中，点击DEM波段名，选择要输入的数字高程模型（DEM）文件。根据其需要进行空间子集处理，然后点击ok，打开3D Surface View Input Parameters对话框。
（3）选择三维曲面绘制所需要的DEM分辨率（像素数）复选框。DEM数据将会重采样到所选的分辨率。
注意：使用较高的DEM分辨率将会明显的减慢可视化的速度，只有在具备足够快的运算时，才可以使用该分辨率选项。通常确定最佳飞行路径时，需要选择较低的DEM分辨率（64）。然后，在最终三维曲面飞行时，再选择较高的DEM分辨率。
3D Surface View Input Parameters对话框
（4）如果需要，输入DEM最小和最大绘制值，从显示的DEM数据中选择满足特定需要的数据值。DEM值低于最小值或者高于最大值的那部分的像素就不会绘制在三维曲面中。
（5）在Vertical Exaggeration中输入所需的数值，增大其数值可以增加垂直夸张的程度。
93
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（6）选择Full或者Other分辨率选项。如果选择了Other，那么影像将会被重采样成所选择的DEM像素数。
（7）如果需要，点击Spatial subset按钮，选择影像的空间子集。
（8）使用X Pixel Size 和Y Pixel Size 文本框中的默认值，或者输入所需的像素大小。 （9）点击OK，开始三维可视化显示。
（三）交互式三维可视化控制
鼠标光标和按钮可以被用来交互式地旋转，平移（漫游）以及缩放三维曲面。按照下面的步骤，对三维曲面进行浏览。
在3D Surface View窗口中，点击鼠标左键，并沿着水平方向拖动鼠标，这将使得三维曲面绕着Z轴旋转。点击鼠标左键，并沿着垂直方向拖动鼠标，这将使得三维曲面绕着X轴旋转。
使用鼠标左键旋转的两个三维曲面图
在3D Surface View窗口中，点击鼠标中键，并拖动鼠标，可以在相应的方向平移漫游影像。
使用鼠标中键旋转的两个三维曲面图
在3D Surface View窗口中，点击鼠标右键，并拖动鼠标，可以增加缩放比例系数。点击鼠标右键，并向左拖动鼠标，可以减少缩放比例系数。
94
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
使用鼠标右键设置不同的缩放比例的两个三维曲面图
（四）三维曲面浏览对话框
通过在3D Surface View窗口中，选择Options →Surface Controls或者Motion Control，可以访问到三维曲面的浏览控制对话框。这些对话框可以确定显示什么样的三维曲面；如何显示这些三维曲面；对旋转、平移或缩放进行精细控制；动画显示曲面等。
三维曲面浏览控制对话框
（五）曲面显示类型
对于三维曲面，可以选择几种显示的类型，可以在三维曲面上叠加一幅影像（叠合影像）或者以网格结构（wire frame）、直纹XZ（ruled XZ）、纵纹（ruled YZ）或单点的形式显示出三维曲面。
（1）要以叠合影像的形式显示三维曲面，可以在3D Surface View controls对话框中， surface style →Textue、wire、ruled XZ、ruled YZ，四种方式来显示三维曲面。
（2）通过3D Surface View图像框中，选择Options → Bilinear Interpolation进行插值处理，或者不进行插值处理，比较两者之间的效果。默认情况下是不进行插值处理。
95
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
使用不同格网选项显示的三维曲面
左上：格网结构；右上：直纹结构；左下：纵纹结构；右下：单独点的形式
（六）可视化姿态控制
在3D Surface View窗口中，选择Options →Surface Controls，在3D Surface View controls对话框中，提供了Rotate/Scale/Trans Controls三种样式对三维曲面进行可视化姿态控制调整的手段。 对三维曲面进行旋转：
（1）在Rotation Inc箭头增量矩形框中，输入以度为单位的角度值，改变三维曲面的旋转程度。 （2）点击Rotation文本标签旁边的箭头，往指定的方向进行旋转。点击左箭头绕着Z轴顺时针旋转，点击右箭头绕着Z轴逆时针旋转，点击上箭头绕着X轴向屏幕内旋转，点击下箭头绕着X轴向屏幕外旋转。
对三维曲面进行平移
（1）在Translation Inc箭头增量矩形框中，输入相应的数值，改变三维曲面的平移量。 （2）点击Translation文本标签旁边的箭头，往箭头指示的方向进行平移。 放大或者缩小三维曲面
96
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（1）在Scaling Inc箭头增量矩形框中，输入相应的数值，改变三维曲面的缩放比例。 （2）点击Scaling文本标签旁边的加号或者减号按钮，分别增加或者减少缩放比例系数。 其他可视化控制
（1）改变3D Surface View对话框背景颜色，可以选择Options → Change Background Color。 （2）改变3D Surface View对话框垂直夸张系数，可以选择Options → Change Vertical Exaggeration，然后输入所需的数值。较高的系数可以增加垂直夸张的程度。
（3）将三维影像重新设置为默认布局，可以在3D Surface View对话框中，选择Options →Reset View。
（七）曲面浏览定位对话框
通过设置特定的视点、视线方向或视角，可以控制三维曲面浏览。
3D Surface View Positioning对话框
（1）在3D Surface View窗口中，选择Options →position Control,接着Surface View Positioning对话框控制对话框会出现在屏幕上。
（2）在主影像窗口中，选择Tools →Cursor Location/Value，打开Cursor Location/Value对话框，读取所需位置的像素或地理坐标，选择合适的视点。将这些坐标输入到Surface View Positioning对话框中，比如起始点列为（sample）3600，行（line）3000。
（3）尝试改变Azimuth（方位角）、Elevation和Height Above Ground的参数值，分析它们对三维曲面浏览的影响。开始处理时，设置Azimuth为90，Elevation（视角）－90（竖值向下的方向），Height Above Ground为2000。然后改变该高度值，观察三维曲面的变化。
（4）使用交互式的旋转和缩放功能，从所选视点，查看三维曲面。
（八）创建并播放自定义的动画序列
ENVI的三维曲面浏览功能也能够用来创建一个动画序列或者三维的曲面飞行浏览。
尝试恢复先前保存的飞行路径，并播放动画序列。
（1）在3D Surface View窗口中，选择Options →Motion Controls，打开Surface View Motion Controls对话框。
（2）在Surface View Motion Controls对话框中，选择file →Restore Sequence from file，选取文件bhdemsub.pat作为要恢复飞行路径。
97
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
（3）在Frames箭头增量矩阵中，输入数值500，然后点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。点击Stop Sequence，停止飞行浏览。
尝试交互式定义自己的飞行路径，然后点击曲面飞行浏览这些数据
（1）在Surface View Motion Controls对话框中，点击clear按钮，清除当前的飞行路径。使用鼠标或者箭头按钮，选择三维曲面浏览的起始点。点击Add按钮，将所选投影图作为飞行路径的起始点加入。
（2）使用鼠标或者箭头按钮，选择其它的三维视图，并点击Add按钮，将该视图添加到飞行路径序列中，重复上面的步骤，直到已经选取了满足需要（至少2分钟）足够多的视图为止。当播放视图序列时，飞行路径会在这些视图之间进行平滑处理。
点击飞行路径序列号，然后点击Replace，可以在飞行路径列表中替换掉该投影视图。点击飞行路径序列号，然后点击Delete，可以在飞行路径列表中删掉该投影视图。点击clear，可以清除飞行路径序列表。
（3）输入飞行浏览动画显示中所使用的帧数，飞行路径会进行相应的平滑内插处理。较大的帧数会产生更加平滑的效果，但是它会减慢动画播放的速度。
（4）点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。 使用ENVI注记功能创建动画序列
（1）在Surface View Motion Controls对话框中，选择Options →Motion：Annotation Flight Path，使用ENVI注记功能绘制的飞行路径，对数据进行飞行浏览。我们可以折线、多边形、矩形或者椭圆注记对象，对飞行路径进行定义。我们也可以输入保存过的注记文件。
（2）通过选择Input Annotation from file单选按钮，再选取注记文件bhdemsub.ann，然后选择第一个注记对象（绿色的折线），来使用保存过的注记文件定义飞行路径。所选择的注记文件以及它包含的节点数都会显示在对话框的中部，同时飞行路径也会绘制在三维曲面上。在Frames文本框中输入500，要沿着飞行路径动态平均像素点以平滑视图，可以在Flight Smooth Factor文本框中输入1000。接着在Flight Clearance文本框中输入1000，将Up/Down视角设为－60。－90度的垂直视角表示垂直于表明向下看，0度视角表示笔直向前看（水平）。保留Right/Left视角为0值的设置。－90度的水平视角表示向左看，90度视角表示向右看，0度视角表示笔直向前观看。点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。尝试不同的参数值，并观察它们对三维曲面浏览的影响。此外，也可以使用箭头切换按钮选择Flight Clearance，然后输入所需的超过海平面的高度，尝试在三维曲面上空某一恒定的高度进行飞行浏览。
（3）接着，还是选择Input Annotation from file单选按钮，再选取注记文件bhdemsub.ann，然后选择第二个注记对象（红色的椭圆），来使用保存过的注记文件定义飞行路径。在Frames文本框中输入1000，Flight Smooth Factor文本框中输入10000，Flight Clearance文本框中输入1000。然后将Up/Down视角设为－60，再保留Right/Left视角为0值的设置。点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。尝试不同的参数值，并观察它们对三维曲面浏览的影响。
（4）现在，在主影像显示窗口中选择Overlay →Annotation，然后选择File →Input Annotation from Display，点击Play Sequence按钮，开始播放飞行路径动画。尝试创建自己的注记对象，进行三维曲面飞行浏览。
（九）动画序列选型
动画序列允许我们对三维曲面浏览动画显示的速度和方向进行控制。
（1）按照上面描述的步骤，利用保存过的注记文件，将飞行路径设置为椭圆。将Frames设为100，然后在Surface View Motion Controls对话框中，选择Options →Animate Sequence，将单独帧加载到动画显示中。接着3D Surface View控制对话框就会显示出一个交互式的工具，对动画显示进行控制。
98
遥感图像处理实习指导手册（ENVI软件平台）
选择动画序列（Animate Sequence）后的Surface View控制对话框
（2）增加Speed箭头增量矩形框中的数值，控制浏览显示的速度。较大的数值会加快动画的显示的速度。
（3）点击对话框底部相应的位图按钮，控制浏览显示方向。按钮从左到右分别是：向后显示动画；向前显示动画；连续向前/向后显示动画；暂停动画。
（4）当动画暂停时，可以点击并拖动滚动条，每次一帧或者多帧拖动动画显示。 （5）选择file →Cancel，返回Surface View Motion Controls对话框。
（十）保存输出曲面浏览
ENVI的三维曲面的浏览功能也可以提供几种选项，保存曲面浏览结果或者飞行路径。
Surface View Motion Controls对话框中，点击File →Save Sequence to File，将当前飞行路径保存到ENVI的路径文件（.pat）中,该文件可以在三维曲面浏览处理操作中恢复出来。
Surface View Motion Controls对话框中，点击File →Restore Sequence Path from File，可以在用户自定义模式三维曲面浏览中，保存的飞行路径恢复出来。
Surface View Motion Controls对话框中，点击File →Input Annotation from Display，可以在注记模式三维曲面浏览中，从当前显示影像中获取注记对象。
Surface View Motion Controls对话框中，点击File →Input Annotation from file，可以在注记模式三维曲面浏览中，从ENVI注记文件中中获取注记对象。
3D Surface View窗口中，选择file →Save Surface As →Image file，将当前显示的视图输出到ENVI影像中。
3D Surface View窗口中，选择file →Print，将当前显示的视图直接进行打印输出。
3D Surface View窗口中，选择file →Save Surface As →VRML，将三维曲面浏览输出成VRML文件，该文件可以通过某些程序进行查看。
99
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容