基于TM影像的水體信息提取實(shí)習(xí)報(bào)告

1、目錄實(shí)習(xí)目的3實(shí)習(xí)內(nèi)容3一、操作環(huán)境3二、常用的水提取方法31 、非監(jiān)督分類法32 、監(jiān)督分類法33 、單波段閾值法44 、譜間關(guān)系法45 、歸一化水體指數(shù)法4三、具體操作步驟及效果比較51 、非監(jiān)督分類法52 、監(jiān)督分類法63 、單波段閾值法73.1 步驟73.2 單波段閾值法分析84 、譜間關(guān)系法94.1 步驟94.2 分析95 、水體指數(shù)法1.05.1 步驟1.05.2 分析1.1四、水體提取的綜合應(yīng)用1.2.1 、水體及背景地物的光譜值分析1.2.2 、水體提取方法綜合運(yùn)用1.3.五、制圖與輸出1.6實(shí)習(xí)總結(jié)1.6實(shí)習(xí)目的1、熟悉ENVI軟件的具體安裝和操作；2、理解并能掌握水體信息的

2、提取方法、步驟及其結(jié)果評(píng)價(jià)方法；3、掌握遙感專題圖的制圖輸出；4、通過實(shí)習(xí)，加深對(duì)所學(xué)遙感專業(yè)知識(shí)的理解與掌握，使理論知識(shí)融會(huì)貫通，提高實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合解決實(shí)際問題的能力。實(shí)習(xí)內(nèi)容一、操作環(huán)境軟件：ENVI4.7影像：某地區(qū)的TM影像二、常用的水提取方法1、非監(jiān)督分類法也稱聚類分析，是一種“盲目”的分類；僅憑遙感影像地物的光譜特征的分布規(guī)律，即自然聚類的特性，進(jìn)行分類；2、監(jiān)督分類法根據(jù)已知訓(xùn)練區(qū)提供的水體樣本，通過選擇特征參數(shù)，求出特征參數(shù)作為決策規(guī)則，建立判別函數(shù)以對(duì)各待分類影像進(jìn)行的圖像分類；3、單波段閾值法單波段閾值法主要利用對(duì)水陸界線反映較好的TM影像的第5波段(中紅外波段),根據(jù)

3、影像的灰度特征經(jīng)過數(shù)據(jù)采樣確定其閾值。進(jìn)行水體的提取。提取模型如式1所示,其中TM5表示第五波段的灰度值,T為水體提取的灰度閾值:TM5<T(1)4、譜間關(guān)系法譜間關(guān)系法是周成虎等人提出,通過分析水體與其他地物的在TM影像各波段上灰度曲線圖,發(fā)現(xiàn)水體具有獨(dú)特的譜間關(guān)系特征,即波段2灰度值加波段3灰度值大于波段4灰度值加波段5灰度值。提取模型如式2所示:TM2+TM3>TM4+TM5(2)5、歸一化水體指數(shù)法水體指數(shù)法的基本原理是通過波段之間的比值運(yùn)算增強(qiáng)某些地物之間的反差?？紤]水體的波譜特征是在TM2具有較強(qiáng)的透射性,TM5處于水的吸收帶內(nèi),反映含水量敏感,因此采用TM2波段與TM

4、5波段數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值作為規(guī)一化水體指數(shù)(NDWI),當(dāng)滿足NDWI>C時(shí)所提取的地物為水體。歸一化水體指數(shù)計(jì)算式如式3所示:NDWI=(TM2-TM5)/(TM2+TM5)(3)、具體操作步驟及效果比較1、非監(jiān)督分類法Classification-Unsupervised-IsoData一選擇實(shí)驗(yàn)影像一彈出對(duì)話框ISODATAParameter（選擇最多分10類，循環(huán)10次）一生成非監(jiān)督分類圖像（通過類別的屬性設(shè)置，使水體高亮顯示黑色為其他地物，白色為水體,綠色為河岸、人造水塘等淺水體）原圖像局部局部非監(jiān)督分類圖像2、監(jiān)督分類法1）建立模板：原圖像的Overlay菜單

5、一RegionofInterest一彈出對(duì)話框ROITool,選擇樣本2）評(píng)價(jià)分類模板：對(duì)話框ROITool-Option-ComputeROISeparability一彈出SelectInputFile對(duì)話框（選擇原圖影像）一彈出ROISeparabilityCacilation對(duì)話框（選擇要評(píng)價(jià)的ROI）一生成ROISeparabilityReport。注:大于1.8即為合格3）進(jìn)行監(jiān)督分類Classification-Supervised-MaxinumLikelihood一選擇實(shí)驗(yàn)影像一生成監(jiān)督分類圖像局部圖像監(jiān)督分類圖像3、單波段閾值法3.1步驟1）確定閾值原圖像的Overlay菜單

6、一RegionofInterest一彈出對(duì)話框ROITool一選擇樣本一確定閾值A(chǔ)OIRr>uh1Gll向著OpflfiOfiS/Mok/MmniReqIon#1Red1329points101.52.CBand hF1len5Jic-G.，盅或“Falx-2LULil2LIJEOT-EtegrianHIRTJ1323psintaBaicSt-itsHiciNahttean.BtdevBind112211尸18Q25確定閾值為21;2）進(jìn)行提取BasicTools-BandMath（輸入提取模型b5<21）一生成單波段閾值法提取的圖像。單波段閾值法圖像局部3.2單波段閾值法分析閾值

7、法關(guān)鍵的是閾值的確定，而閾值的確定至今都是一個(gè)難點(diǎn)，最佳閾值是經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得到。利用ENVI遙感圖像處理軟件對(duì)水體提取結(jié)果影像和假彩色合成影像利用link功能察看提取效果。，得出單波段閾值法除了提取出水體外，還提取出來幾乎全部的陰影（圖中黃色圈中為誤提的陰影）。同時(shí)，提取出的水體寬度比實(shí)際小，右上角綠色圈中的細(xì)小水體漏提。在第五波段水體和非水體有明顯的區(qū)別，但由于山體陰影的影響，使得中紅外在陰坡面的反射能量特別低，從而造成山體陰影在影像上呈現(xiàn)出明顯體暗色調(diào)，水體與陰影的混淆使得難以在單波段上通過閾值法來提取水體。4、譜間關(guān)系法4.1步驟BasicTools-BandMath（輸入提取模型b2+

8、b3>b4+b5）生成譜間關(guān)系法提取的圖像。譜間關(guān)系法圖像局部4.2分析楊存建提出的水體具有(TM2+TM3)>(TM4+TM5)的特征的方法易操作、穩(wěn)定性好。本文采用此方法經(jīng)試驗(yàn)，得到如圖所示的譜間關(guān)系法水體提取效果圖。用ENVI對(duì)水體提取結(jié)果影像和原影像進(jìn)行疊加判讀，譜間關(guān)系法提取了幾乎所有的水體區(qū)域，但是，此方法存在把陰影誤提為水體的問題。5、水體指數(shù)法5.1 步驟1）建立NDWI模型：BasicTools-BandMath（輸入（b2-b4）/（b2+b4）一生成NDWI的圖像。NDWI圖像局部2）選擇水體樣本：確定水體的NDWI范圍NDWI圖像的Overlay菜單一Reg

9、ionofInterest一彈出對(duì)話框ROITool一選擇樣本一確定范圍確定范圍為：max=0.49min=0.223）波段運(yùn)算輸出提取圖像：BasicTools-BandMath（輸入（b1<0.49andb1>0.22）一生成NDWI的圖像水體指數(shù)圖像某局部1某局部2某局部35.2 分析改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)（NDWI）法提取漏提了部分水體（如局部3）,主要也是因?yàn)樗w被污染（如山洪爆發(fā)使水體混入了泥沙）后和非水體在影像上表現(xiàn)為差別不大，由于確定的范圍問題，部分水體（如局部2）中間部分有“椒鹽噪音”現(xiàn)象，可以通過分類后圖像處理解決（如腐蝕、膨脹）四、水體提取的綜合1、水體及背

10、景地物的光譜值分析我們對(duì)易混淆的地物進(jìn)行了采樣統(tǒng)計(jì)，做出水體與易混淆地物的光譜特征曲線圖，分析了以上方法產(chǎn)生誤提和漏提的原因，并觀察地物的光譜特征規(guī)律，研究如何綜合各方法的優(yōu)勢(shì)，取得好的提取效果。首先，在遙感影像上，就每種地物選取一定的研究樣本，測(cè)定各波段的光譜亮度值，并從中抽取一些典型而具有代表性的樣本。統(tǒng)計(jì)后平均值數(shù)據(jù)列于表1中，并對(duì)同一地物同一波段的采樣點(diǎn)亮度值做均值統(tǒng)計(jì)，做出如圖所示的地物光譜特征曲線圖。TM2TM3TM4TM5水體726017291河岸等淺水體74765261陰影4335211341表1地物光譜特征曲線圖從地物光譜特征曲線圖中可以看出由于在第五波段陰影和水體的亮度值較

11、接近，單波段閾值法無法將水體單獨(dú)提取出來；水體、河岸及淺水體和陰影在第2、3、4、5波段上均有(TM2+TM3)>(TM4+TM5)的光譜特性，所以用光譜間關(guān)系法提取水體時(shí)誤提了很多東西出來；河岸及淺水體TM2和TM5采樣點(diǎn)的亮度值比較接近，所以用改進(jìn)歸一化差異水體指數(shù)法會(huì)提取出部分河岸及淺水體。同時(shí)，陰影的亮度值也具有TM2>TM5的特征，導(dǎo)致陰影被誤提為水體。2、水體提取的解決方案分析了上述3種方法的提取效果，并結(jié)合地物的光譜特征曲線圖，我們得出的解決方法如下(1) 如何解決陰影的誤提：(TM2+TM3)>(TM4+TM5)特征對(duì)消除易混淆的陰影的效果較好，但對(duì)部分陰影，(TM2+TM3)>(TM4+TM5)影像僅起到了增加水體和陰影亮度差值的作用。用譜間關(guān)系法和改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)(NDWI)法都不易消除陰影的影響。因此，可以用T0>(TM2+TM3)-(TM4+TM5)>T1(T1為閾值)的方法來解決。(2) 如何解決河岸及淺水體的誤提：光譜特征曲線圖第五波段水體和陰影的亮度值差異不大，而河岸及淺水體的亮度值與水體和陰影的亮度值差異很大。因此可采用TM5<T2(T2為閾值)來消除河岸及淺水體的影響。通過上述分析得到水體提取綜合方法，對(duì)影像進(jìn)行處理，流程如圖所示